CN207491274U - 一种太阳能户外led灯电源管理芯片 - Google Patents

Abstract

一种太阳能户外LED灯电源管理芯片，在一片芯片中集成了包括逻辑控制模块1及与之连接的充电控制模块2、第一电压监测模块3、第二电压监测模块4、调光控制模块5、使能模块7、电流监测模块8以及两只NMOS晶体管M1、M2组成的充放电控制电路和恒流源I1，还包括有LDO模块6和PMOS晶体管M3,其优点是将原锂电池保护IC、MOSFET、MCU控制芯片、LDO线性降压芯片及其周边线路集成在一起，并内置LED恒流驱动和PWM调光模块，使整体方案元器件数少，性能及可靠性好，成本低。

Description

一种太阳能户外LED灯电源管理芯片

技术领域

本实用新型涉及LED灯电源装置，尤指一种太阳能户外LED灯电源管理芯片。

背景技术

太阳能户外LED灯以其高光效，无需电费，无需室外防水布线、低成本等优势开始在国内外流行起来。这类灯具采用太阳能电池作为能量输入，白天通过太能照射将能量存储于灯具内锂电池内，晚上锂电池内的能量发出用于点亮LED灯，并根据应用场景要求不同，内置不同传感器用于控制LED灯开通、关闭或调整亮度。现有技术的LED灯分立元件电源装置主要有如下缺点：1：线路复杂，元器件过多，方案成本偏高。2：LED驱动电流仅通过电阻限流，未能做到真正的恒流驱动。3：太阳能充电板通过二极管对电池充电，由于二极管正向压降大，导致充电效率不高。

发明内容

针对现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种太阳能户外LED灯电源管理芯片。旨在用一颗电源管理芯片，将锂电池保护IC、MOSFET、MCU控制芯片、LDO线性降压芯片及其周边线路集成在一起，并内置LED恒流驱动和PWM调光模块，使整体方案元器件数少，性能及可靠性好，成本低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能户外LED灯电源管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成了包括逻辑控制模块及与之连接的充电控制模块、第一电压监测模块、第二电压监测模块、调光控制模块、使能模块、电流监测模块以及两只NMOS晶体管组成的充放电控制电路和恒流源电路，还包括有LDO模块和PMOS晶体管,其中：

逻辑控制模块用于整个系统的控制;

充电控制模块连接第一电压监测模块、逻辑控制模块和PMOS晶体管门极，用于根据第一电压监测模块送出的电池电压信息，选取最优充电策略，通过控制PMOS晶体管处于不同工作状态以控制充电电流和电压；

第一电压监测模块连接逻辑控制模块、充电控制模块、第一NMOS晶体管源极和PMOS晶体管源极，用于采样外部电池电压并与内部预设的基准值进行比较，送出过充电信号或过放电信号给逻辑控制模块进行相关逻辑处理；

第二电压监测模块连接逻辑控制模块、LDO模块和PMOS晶体管漏极，用于监测太阳能电池送入的电压信号并传送给逻辑控制模块；

调光控制模块连接逻辑控制模块，用于接收逻辑控制模块的调光信号，进行调光；

LDO模块连接PMOS晶体管源极和第二电压监测模块，对外供电；

使能模块连接逻辑控制模块，用于检测外部开关使能信号。

NMOS晶体管组成的充放电控制电路连接逻辑控制模块，用于控制充放电回路，实现过充、过放、过流保护。

恒流源电路连接逻辑控制模块，用于驱动LED灯工作于恒流状态。

本实用新型的有益效果是：将原锂电池保护IC、MOSFET、MCU控制芯片、LDO线性降压芯片及其周边线路集成在一起，并内置LED恒流驱动和PWM调光模块，使整体方案元器件数少，性能及可靠性好，成本低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

图1是本实用新型的内部结构框图。

图2是本实用新型实施例的使用电路示意图。

图3是太阳能户外LED灯电源基本原理图。

具体实施方式

参见附图1，本实用新型一种太阳能户外LED灯电源管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成了包括逻辑控制模块1及与之连接的充电控制模块2、第一电压监测模块3、第二电压监测模块4、调光控制模块5、使能模块7、电流监测模块8以及两只NMOS晶体管M1、M2组成的充放电控制电路和恒流源I1，还包括有LDO模块6和PMOS晶体管M3,其中：

逻辑控制模块1用于整个系统的控制;

充电控制模块2连接第一电压监测模块3、逻辑控制模块1和PMOS晶体管M3门极，用于根据第一电压监测模块送出的电池电压信息，选取最优充电策略，通过控制PMOS晶体管M3处于不同工作状态以控制充电电流和电压；

第一电压监测模块3连接逻辑控制模块1、充电控制模块2、第一NMOS晶体管M1源极和PMOS晶体管源极，用于采样外部电池电压并与内部预设的基准值进行比较，送出过充电信号或过放电信号给逻辑控制模块1进行相关逻辑处理；

第二电压监测模块4连接逻辑控制模块1、LDO模块6和PMOS晶体管M3漏极，用于监测太阳能电池送入的电压信号并传送给逻辑控制模块1；

调光控制模块5连接逻辑控制模块1，用于接收逻辑控制模块1的调光信号，进行调光；

LDO模块6连接PMOS晶体管M3源极和第二电压监测模块4，对外供电；

使能模块7连接逻辑控制模块1，用于检测外部开关使能信号。

NMOS晶体管组成的充放电控制电路连接逻辑控制模块，用于控制充放电回路，实现过充、过放、过流保护。

恒流源I1连接逻辑控制模块1，用于驱动LED灯工作于恒流状态。

下面结合实施例对本实用新型作详细描述，参见图1。

1：锂电池电压通过B+、B-两个端子送入第一电压监测模块3，第一电压监测模块3实时采样电池电压并与内部预设的基准值进行比较，当发现电池电压过高或过低时，送出过充电信号或过放电信号给逻辑控制模块1进行相关逻辑处理。第一电流监测模块1通过采样流经俩NMOS晶体管M1、M2的电流并与内部预设基准值进行比较，当发现电流过大时，送出过放流信号。所有异常信号在逻辑控制模块内进行延时处理并判定后控制最终输出状态。正常工作时，俩NMOS晶体管M1、M2均处于导通状态，当发生过充电状态时，逻辑控制模块1关闭第二NMOS晶体管M2以切断充电回路；当发生过放电或过电流状态时，逻辑控制模块1关闭第一NMOS晶体管M1以切断放电回路。

2：太阳能充电板通过V+、V-端子输入，充电控制模块2根据俩电压监测模块2、3输入的太阳能充电板电压和锂电池电压，选取最优的充电策略，通过控制PMOS晶体管M3处于不同工作状态以控制充电电流和电压。充电控制模块2根据俩电压监测模块2、3送出的电池电压信息，选择预设的三种充电模式：涓流充电、恒流充电、恒压充电，根据不同充电模式控制PMOS晶体管M3工作于线性区或饱和区。电池电压较低（尤其是电池电压低于过放电阈值）时，先采用涓流充电使电池电压缓慢回升至3V左右，再进行恒流充电，当充至电池电压接近充电截止阈值时，转为恒压充电，此时电池电量已接近饱和（通常为90%左右）。恒压充电模式下充电电流会随电池电压升高而逐渐减小，直至电池充满时电流下降为零。太阳能充电板输出电压和电流受太阳光照强度的影响，当光照强度足够时，充电控制模块2控制充电电流在预设的最大值，以确保锂电池安全。当光照强度不足时，充电控制模块2通过第二电压监测模块4检测太阳能充电板所能提供的最大电流并以最大电流充电以提升充电速度。

3：调光控制模块5接收从芯片PWM端口送入的调光信号，该模块支持PWM调光、线性调光两种调光方式， 当输入信号为持续高电平和低电平时，芯片逻辑控制模块会控制LED灯常通和常闭。当输入信号为低频方波信号时（通常频率在1KHZ以下），进入PWM调光模式，LED输出电流为最大输出电流I乘以方波信号的正占空比D。如果输入信号为模拟电平（通过为0~1V的模拟电压）时，调光控制模块5内部的PWM斩波模块会自动生成对应占空比的方波输出，从而按输入电平与内部预设电平的比值设定LED输出电流。

4：LED灯通过端口DRV接入到芯片中并由恒流源I1进行驱动。驱动信号受逻辑控制模块1控制，并根据调光控制模块5给出的调光信号控制LED灯输出电流以实现不同发光亮度。

5：芯片VCC端子连接至内部LDO（线性降压电源）模块，由锂电池或太阳能充电板直接提供稳定的低压电源输出给板上传感器或MCU等外围线路供电，VCC端需外接一个储能滤波电容以达到最佳输出性能。（电容值通常为1uF）

6：芯片EN端外接一个开关或接受MCU芯片送来的开关控制信号，EN端信号为高电平时，控制LED灯强制开启，EN端信号为低电平时，控制LED灯强制关闭并让芯片进入休眠状态，此时芯片仅有第一电压监测模块3工作，功耗极低，可确保锂电池工作寿命。

参见图2，本实用新型的一个使用实例。其中IC1是本实用新型芯片。

太阳能充电板电源自芯片IC1的VIN和P-端输入，内部集成充电控制单元可精确控制充电电压和电流。按钮开关接到芯片的EN端，配合内部检测和逻辑电路可控制LED灯开通或关闭。 控制板上传感器线路（红外、热释电、雷达等）送出的开关或调光信号接到芯片的PWM端，该端口支持开通、关闭、PWM及模拟调光，可控制LED灯开关或亮度调节。LED灯珠阳极连接至锂电池正极，阴极连接至芯片IC1的DRV端，芯片内部集成LED恒流驱动线路实现恒流输出。锂电池正负极分别连接至芯片B+和B-端，芯片内部集成电池电压检测、电流监测模块并通过内部MOSFET实现对锂电池的过充、过放及过流保护。电容C1和C2为储能和滤波电容，芯片内部集成LDO降压线路可通过VCC端可为控制板上其他线路（如传感器、MCU等）提供一个稳定的低压电源（一般为3.3V）。

参见图3，是一般太阳能户外LED灯电源基本原理图。

太阳能户外LED灯内部控制电路可划分为四个主要功能部分，虚线框1内为太阳能充电板输入充电控制、电压检测&保护电路等；虚线框2为传感器信号输入，检测并控制LED灯开通、关闭或调节亮度；虚线框3为锂电池电压监测，过充、过放及过流保护等，虚线框4为LED灯驱动及MCU控制线路。

Claims (1)

1.一种太阳能户外LED灯电源管理芯片，其特征在于：在一片芯片中集成了包括逻辑控制模块（1）及与之连接的充电控制模块（2）、第一电压监测模块（3）、第二电压监测模块（4）、调光控制模块（5）、使能模块（7）、电流监测模块（8）以及两只NMOS晶体管（M1、M2）组成的充放电控制电路和恒流源（I1），还包括有LDO模块（6）和PMOS晶体管（M3）,其中：

逻辑控制模块（1）用于整个系统的控制;

充电控制模块（2）连接第一电压监测模块（3）、逻辑控制模块（1）和PMOS晶体管（M3）门极，用于根据第一电压监测模块送出的电池电压信息，选取最优充电策略，通过控制PMOS晶体管（M3）处于不同工作状态以控制充电电流和电压；

第一电压监测模块（3）连接逻辑控制模块（1）、充电控制模块（2）、第一NMOS晶体管（M1）源极和PMOS晶体管源极，用于采样外部电池电压并与内部预设的基准值进行比较，送出过充电信号或过放电信号给逻辑控制模块（1）进行相关逻辑处理；

第二电压监测模块（4）连接逻辑控制模块（1）、LDO模块（6）和PMOS晶体管（M3）漏极，用于监测太阳能电池送入的电压信号并传送给逻辑控制模块（1）；

调光控制模块（5）连接逻辑控制模块（1），用于接收逻辑控制模块（1）的调光信号，进行调光；

LDO模块（6）连接PMOS晶体管（M3）源极和第二电压监测模块（4），对外供电；

使能模块（7）连接逻辑控制模块（1），用于检测外部开关使能信号；

NMOS晶体管组成的充放电控制电路连接逻辑控制模块，用于控制充放电回路，实现过充、过放、过流保护；

恒流源（I1）连接逻辑控制模块（1），用于驱动LED灯工作于恒流状态。