CN201715425U

CN201715425U - 基于超级电容器的储能型太阳能led台灯

Info

Publication number: CN201715425U
Application number: CN2010202709838U
Authority: CN
Inventors: 丁忠; 何浩; 胡卫生
Original assignee: Shanghai Jiaotong University
Current assignee: Shanghai Jiaotong University
Priority date: 2010-07-27
Filing date: 2010-07-27
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-07-27

Abstract

一种生活日用品技术领域的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，包括：活动太阳能电池板、电源适配器、电源接口、防反充控制电路、直流充电控制电路、防放电控制电路、两个充电应急照明切换开关、转换切换开关组、恒流驱动控制电路和LED。本实用新型由太阳能电池板发电，用超级电容器储能，采用大功率LED发光，节能环保；使用寿命长；可以无级地调节照明亮度，避免光线太强，损伤眼睛；克服了充电电池、蓄电池的寿命短、维护麻烦的缺点。使用条件宽松，充电方式灵活多样，使用方便灵活。

Description

基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯

技术领域

本实用新型涉及的是一种生活日用品技术领域的装置，具体是一种基于容值大于3000F的超级电容器储能的太阳能大功率LED(发光二极管)台灯。

背景技术

现有的太阳能台灯多采用很小功率的太阳能电池板，光源有些采用节能灯也有些采用小功率的LED，其电源部分或光源部分实现了长寿命，节能、环保，但储能部分一般都是采用可充电电池或者蓄电池(铅酸、镍镉等)，而可充电电池或者蓄电池的寿命较短，一般只能正常使用2-3年，或者充电500-1000次左右，并且其使用条件较为苛刻，不能过充电也不能过放电，如果长时间不用，还要定期充电，否则会影响电池的使用寿命；其充电时间较长，特别是第一次使用前，充满电后的续放时间也较短，并且在低温环境也无法正常工作。其次，现有的太阳能台灯一般把太阳能电池板和充电电池或者蓄电池装配一起，充电时，电池也被爆晒，这将大大缩短充电电池(或者蓄电池)的寿命，所以，整个台灯的寿命较短，2-3年后就需要更换、维护电池。再则，采用的电池板功率也较小，一般为零点几瓦，导致充电时间较长，特别是光照不足时，充电时间更长，导致照明时间较短。另外现有太阳能供电的台灯一般采用多颗小功率的LED串并联进行照明，不仅安装不便，也存在由于LED的差异导致发光强度不太一致的问题。

经过对现有技术的检索发现，现有的太阳能台灯均采用可充电电池或者蓄电池储能，例如中国专利号ZL02256963.4、ZL200620154784.4、ZL200820121146.1、ZL200720120493.8、ZL200820042392.8以及ZL200720020444.7中公开的台灯装置，其普遍缺陷为可充电电池或者蓄电池寿命短，一般只能使用2-3年，充电时间长，充电要求苛刻，使用不便，并且废旧电池还存在污染问题，不环保。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，由太阳能电池板发电，用超级电容器储能，采用大功率LED发光，节能环保；使用寿命长；可以无级地调节照明亮度，避免光线太强，损伤眼睛；克服了充电电池、蓄电池的寿命短、维护麻烦的缺点。使用条件宽松，充电方式灵活多样，使用方便灵活。

本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括：活动太阳能电池板、电源适配器、电源接口、防反充控制电路、直流充电控制电路、防放电控制电路、两个充电应急照明切换开关、转换切换开关组、恒流驱动控制电路和LED，其中：活动太阳能电池板与电源适配器分别与电源接口相连，电源接口与防反充控制电路相连接，防反充控制电路的输出端依次与第一充电应急照明切换开关、直流充电控制电路、防放电控制电路、第二充电应急照明切换开关以及转换切换开关组的第一输入端相串联，防反充控制电路的输出端与转换切换开关组的第二输入端相连接，转换切换开关组的输出端依次与恒流驱动控制电路和LED相串联，第二充电应急照明切换开关的固定端与超级电容器相接。

所述的转换切换开关组包括两个相互串联的第一切换开关和第二切换开关。

所述的第一充电应急照明切换开关和第二充电应急照明切换开关为同轴控制的联动开关。

所述的恒流驱动控制电路的控制端上设有脉冲宽度调制(PWM)调光电路。

所述的第二充电应急照明切换开关上设有超级电容器，该超级电容器具体为单体2.7V3000F的电容器。

所述的防反充控制电路由防反充电控制二极管实现，其中：电源接口与防反充电控制二极管正极相连，防反充电控制二极管的负极连接至第一充电应急照明切换开关的a端口。

所述的防放电控制电路由防放电控制二极管实现，其中：防放电控制二极管的正极与直流充电控制电路相接，防放电控制二极管的负极依次连接第二充电应急照明切换开关和超级电容器。

本实用新型通过以下方式进行工作：在晴天有太阳时，将活动太阳能电池板接到电源接口，在阴天太阳能电池板无法正常工作时，将电源适配器接到电源接口，电源接口接防反充控制电路后再分成两路分别连接到后续电路，当第一充电应急照明切换开关接通(第二充电照明切换开关同时断开)时，系统处于充电状态，此时，电池板或适配器经电源接口连接到直流充电控制电路，再经防放电控制电路后通过第二充电照明切换开关接通超级电容器，从而实现对超级电容器充电；另一路电池板或适配器经电源接口直接接到转换切换开关组，通过转换切换开关组连接恒流驱动控制电路，驱动大功率LED，从而实现在充电的同时进行照明，并且PWM调光电路连接到恒流驱动控制电路，以PWM方式调节LED的电流大小，调节灯的亮度。当第一充电应急照明开关断开(第二充电应急照明开关同时接通)时，电路处于应急照明状态，第二充电应急照明开关将超级电容器通过转换切换开关组连接至恒流驱动控制电路，驱动大功率LED，实现应急照明。

与现有技术相比，本实用新型采用如单体2.7V 3000F的超级电容器，具有体积小、重量轻、能量密度大、使用寿命长的特点，而且低温特性好，可在-40℃的环境下正常工作，充放电控制电路简单。并且可以焊接，利于减小接触电阻。真正免维护、使用过程中无污染，属环保元件；LED采用大功率白光LED，比如单颗1W、3W，具有亮度高、寿命长、效率高、发光一致性好的特点，寿命可达5-10万小时；在太阳能电池板与充电控制电路之间加了防反充控制电路，避免了超级电容器向太阳能电池板反向充电的现象；在充电控制电路与超级电容器之间增加了防放电控制电路，避免了超级电容器通过充电控制电路发生误放电的现象；充电控制电路和LED驱动电路均采用DC-DC方式，使得电路发热小、效率高，大大地提高了电源利用率，效率最高可达90％；调光电路采用PWM方式，实现了无级调光，保证了发光的纯度，也有利于节能；整个电路工作电压均低于安全电压，安全性能好；一般情况下，采用太阳能进行充电、照明，也提供了在连续阴雨天情况下的备用方式，即采用市电进行充电、照明；充电、照明可同时进行，也可分开进行，使用方便灵活。

附图说明

图1为本实用新型连接示意图。

图2为活动太阳能电池板、电源适配器及防反充电电路示意图。

图3为防放电控制电路、充电照明切换电路及超级电容器电路示意图。

图4为直流充电控制电路示意图。

图5为恒流驱动控制电路示意图。

图6为脉冲宽度调制调光电路示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，本实施例包括：活动太阳能电池板1、电源适配器2、电源接口3、防反充控制电路4、第一充电应急照明转换开关5、直流充电控制电路6、防放电控制电路7、第二充电应急照明转换开关8、超级电容器9、转换切换开关组10，恒流驱动控制电路11、脉冲宽度调制调光电路12和发光二极管13，其中：活动太阳能电池板1与电源适配器2分别与电源接口3相连，电源接口3与防反充控制电路4相连接，防反充控制电路4的输出端依次与第一充电应急照明转换开关5、直流充电控制电路6、防放电控制电路7、第二充电应急照明转换开关8以及超级电容器9的第一输入端相串联，防反充控制电路4的输出端与转换切换开关组10的第二输入端相连接，转换切换开关组10的输出端依次与恒流驱动控制电路11和发光二极管13相串联，恒流驱动控制电路11的控制端与脉冲宽度调制调光电路12相连接。

如图2所示，所述的防反充控制电路4由防反充电控制二极管D11实现，其中：电源接口3与防反充电控制二极管D11正极相连，D11的负极连接至第一充电应急照明切换开关S1的a端口，太阳能电池板E1及电源适配器E2与电源接口3相接。

如图3所示，所述的防放电控制电路7由防放电控制二极管D13实现，其中：防放电控制二极管D13的正极与直流充电控制电路6相接，防放电控制二极管D13的负极依次连接第二充电应急照明转换开关8和超级电容器9。

如图4所示，所述的直流充电控制电路包括：充电控制芯片U1、第一电感L11、第一二极管D12、第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第一电容C12、第二电容C13和第三电容C14，其中：充电控制芯片U1的输入端Vin与第二充电应急照明转换开关8的c端相接，充电控制芯片U1的开关输出端SW与第一电感L11、第一二极管D12负极和第二电容C13右端连接，通过第一电感L11接至第二充电应急照明转换开关8的d端，第三电阻R13、第二电阻R12将输出电压分压后送至充电控制芯片U1的反馈控制端FB，充电控制芯片U1的升压驱动端BS和开关输出端SW间接有第二电容C13，充电控制芯片U1的补偿端COMP和地之间接有第三电容C14和第一电阻R11，充电控制芯片U1的接地端GND接地。

如图5所示，

所述的转换切换开关组10包括：第一切换开关S3和第二切换开关S4；

所述的恒流驱动控制电路11包括：恒流驱动芯片U2、功率电感L21、整流二极管D21、第一电容C21、第二电容C22、启动电阻R22、反馈电阻R23，其中：转换切换开关组的第一切换开关S3为单刀双掷开关，其左端常开触头接第二充电应急照明转换开关8的b端，常闭触头接第二充电应急照明转换开关8的a端，转换切换开关组的第一切换开关S3右端通过转换切换开关组的第二切换开关S4接至恒流驱动芯片U2的输入端Vin，恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout与恒流驱动芯片U2的电流反馈输入端FB间接有LED，恒流驱动芯片U2的电流反馈输入端FB与地之间接有反馈电阻R23。恒流驱动芯片U2的开关输出端SW和输入端Vin间接有功率电感L21，恒流驱动芯片U2的开关输出端SW和输出电压监测端Vout之间接有整流二极管D21，恒流驱动芯片U2的输入端Vin和使能端SHDN之间接有启动电阻R22，恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout与接地端GND之间接有第二电容C22，恒流驱动芯片U2的输入端Vin与接地端GND之间接有第一电容C21，限流电阻R31上端接至恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout，限流电阻R31下端接至调光控制芯片U3的e端，恒流驱动芯片U2的接地端GND接地。

如图6所示，所述的脉冲宽度调制调光电路包括：调光控制芯片U3及其附属的第一电容C32、第一二极管D31、第二二极管D32、电位器RP31，其中：调光控制芯片U3的Vo端接至恒流驱动芯片U2的SHDN端，恒流驱动芯片U2的TR端分别接第一电容C32、第一二极管D31负极、第二二极管D32正极，恒流驱动芯片U2的TR端与GND之间接有第一电容C32，调光控制芯片U3的TH端连接有第二二极管D32负极和电位器RP31下端，调光控制芯片U3的DISC端接有第一二极管D31正极和电位器RP31的滑动端，调光控制芯片U3的RD端和Vcc端与电位器RP31的上端接在一起连至图5中限流电阻R31的下端。调光控制芯片U3的接地端GND接地。

本实施例工作方式如下：

当晴天阳关充足时，将太阳能电池板1接入电源接口3，其获得的电能通过电源接口3、防反充控制电路4分别送至第一充电应急照明转换开关5和转换切换开关组10，若按下第一充电应急照明转换开关5，第一充电应急照明转换开关5接通，此时，第二充电应急照明转换开关8也将同时联动按下，将超级电容器9接入到防放电控制电路7的右端，太阳能电池板的电能就通过电源接口3、防反充控制电路4、第一充电应急照明转换开关5、直流充电控制电路6、防放电控制电路7向超级电容器9充电。充满后，再按一次第一充电应急照明转换开关5就断开，同时第二充电应急照明转换开关8也恢复原态，将超级电容器9从充电电路中断开并接入到转换切换开关组10的左端。

在充电的同时，可按下转换切换开关组10，将防反充控制电路4右端与恒流驱动控制电路11左端直接接通，通过恒流驱动控制电路11、脉冲宽度调制调光电路12对LED进行控制发光。

应急照明时，第二充电应急照明转换开关8将超级电容器9接入到转换切换开关组10的左端，当转换切换开关组10接通时，超级电容器内所储存的电能就通过恒流驱动控制电路11、脉冲宽度调制调光电路12给LED提供能量，从而发光。

当遇到雨天或阴天，太阳能电池板1无法输出足够的电能时，可使用备用的电源适配器2进行充电、照明，此时只需将电源适配器2接入到电源接口3，其余与使用太阳能电池板1一样。

Claims

1.一种基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，包括：活动太阳能电池板、电源适配器、电源接口、防反充控制电路、直流充电控制电路、防放电控制电路、两个充电应急照明切换开关、转换切换开关组、恒流驱动控制电路和LED，其特征在于：活动太阳能电池板与电源适配器分别与电源接口相连，电源接口与防反充控制电路相连接，防反充控制电路的输出端依次与第一充电应急照明切换开关、直流充电控制电路、防放电控制电路、第二充电应急照明切换开关以及转换切换开关组的第一输入端相串联，防反充控制电路的输出端与转换切换开关组的第二输入端相连接，转换切换开关组的输出端依次与恒流驱动控制电路和LED相串联，第二充电应急照明切换开关的固定端与超级电容器相接，所述的转换切换开关组包括两个相互串联的第一切换开关和第二切换开关。

2.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的第一充电应急照明切换开关、第二充电应急照明切换开关为同轴控制的联动开关，

3.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的恒流驱动控制电路的控制端上设有脉冲宽度调制调光电路。

4.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的第二充电应急照明切换开关上设有超级电容器，该超级电容器具体为单体2.7V 3000F的电容器。

5.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的防反充控制电路由防反充电控制二极管实现，其中：电源接口与防反充电控制二极管正极相连，防反充电控制二极管的负极连接至第一充电应急照明切换开关的a端口。

6.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的防放电控制电路由防放电控制二极管实现，其中：防放电控制二极管的正极与直流充电控制电路相接，防放电控制二极管的负极依次连接第二充电应急照明切换开关和超级电容器。

7.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的直流充电控制电路包括：充电控制芯片U1、第一电感L11、第一二极管D12、第一电阻R11、第二电阻R12、第三电阻R13、第一电容C12、第二电容C13和第三电容C14，其中：充电控制芯片U1的输入端Vin与第二充电应急照明转换开关8的c端相接，充电控制芯片U1的开关输出端SW与第一电感L11、第一二极管D12负极和第二电容C13右端连接，通过第一电感L11接至第二充电应急照明转换开关8的d端，第三电阻R13、第二电阻R12将输出电压分压后送至充电控制芯片U1的反馈控制端FB，充电控制芯片U1的升压驱动端BS和开关输出端SW间接有第二电容C13，充电控制芯片U1的补偿端COMP和地之间接有第三电容C14和第一电阻R11，充电控制芯片U1的接地端GND接地。

8.根据权利要求1所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的恒流驱动控制电路包括：恒流驱动芯片U2、功率电感L21、整流二极管D21、第一电容C21、第二电容C22、启动电阻R22、反馈电阻R23，其中：转换切换开关组的第一切换开关S3为单刀双掷开关，其左端常开触头接第二充电应急照明转换开关8的b端，常闭触头接第二充电应急照明转换开关8的a端，转换切换开关组的第一切换开关S3右端通过转换切换开关组的第二切换开关S4接至恒流驱动芯片U2的输入端Vin，恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout与恒流驱动芯片U2的电流反馈输入端FB间接有LED，恒流驱动芯片U2的电流反馈输入端FB与地之间接有反馈电阻R23。恒流驱动芯片U2的开关输出端SW和输入端Vin间接有功率电感L21，恒流驱动芯片U2的开关输出端SW和输出电压监测端Vout之间接有整流二极管D21，恒流驱动芯片U2的输入端Vin和使能端SHDN之间接有启动电阻R22，恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout与接地端GND之间接有第二电容C22，恒流驱动芯片U2的输入端Vin与接地端GND之间接有第一电容C21，限流电阻R31上端接至恒流驱动芯片U2的输出电压监测端Vout，限流电阻R31下端接至调光控制芯片U3的e端，恒流驱动芯片U2的接地端GND接地。

9.根据权利要求3所述的基于超级电容器的储能型太阳能LED台灯，其特征是，所述的脉冲宽度调制调光电路包括：调光控制芯片U3及其附属的第一电容C32、第一二极管D31、第二二极管D32、电位器RP31，其中：调光控制芯片U3的Vo端接至恒流驱动芯片U2的SHDN端，恒流驱动芯片U2的TR端分别接第一电容C32、第一二极管D31负极、第二二极管D32正极，恒流驱动芯片U2的TR端与GND之间接有第一电容C32，调光控制芯片U3的TH端连接有第二二极管D32负极和电位器RP31下端，调光控制芯片U3的DISC端接有第一二极管D31正极和电位器RP31的滑动端，调光控制芯片U3的RD端和Vcc端与电位器RP31的上端接在一起连至图5中限流电阻R31的下端。调光控制芯片U3的接地端GND接地。