專利名稱：一種太陽能led燈電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種野外露天使用的照明裝置，特別指太陽能LED(發(fā)光二極管)燈的電路，它屬于太陽能應(yīng)用范疇。
背景技術(shù)：
太陽能LED燈是一種無需通過傳統(tǒng)供電設(shè)備來工作的綠色環(huán)保型照明光源，它適用于家庭庭院、公共場(chǎng)所、草原牧場(chǎng)、地質(zhì)勘探隊(duì)、野外作業(yè)組、國防邊哨等等那些缺少電力的或者電力供給不便利的地方。
然而如何做到功能全、價(jià)格廉則一直是業(yè)內(nèi)人士研究的主要內(nèi)容。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種功能齊全、高效且廉價(jià)的太陽能LED燈電路。
本發(fā)明所提供的一種太陽能LED燈電路，包括太陽能電池、充電電池、充電電路和若干個(gè)LED，其特征是它還包括陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路、LED驅(qū)動(dòng)電路，其中所述的太陽能電池一路連接到充電電路，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路；所述的充電電路一路連接到充電電池，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路以及LED驅(qū)動(dòng)電路；所述的陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路的輸出連接到LED驅(qū)動(dòng)電路；所述的LED驅(qū)動(dòng)電路輸出到LED。
在上述的太陽能LED燈電路中，LED驅(qū)動(dòng)電路是以脈沖頻率調(diào)制直流-直流升壓穩(wěn)壓器(以下簡(jiǎn)稱IC)為核心、并通過結(jié)合外圍分立器件電感L、二極管D3、電容C和電阻R3構(gòu)成了具有恒流驅(qū)動(dòng)LED的電路，其中電感L的一端連接充電電池5的正極，另一端連接IC的Lx端、二極管D3的正極和LED的正極；二極管D3的負(fù)極連接IC的Vout端和電容C的一端；電容C的另一端連接電阻R3的一端和LED的負(fù)極；電阻R3的另一端連接到IC的GND端和充電電池5的負(fù)極；IC的CE端為芯片控制端。
在上述的太陽能LED燈電路中，LED驅(qū)動(dòng)電路采用了脈沖式驅(qū)動(dòng)方式。
在上述的太陽能LED燈電路中，陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路是由晶體管T、電阻R2、二極管D2、以及限流電阻R1所組成，其中晶體管T的發(fā)射極連接充電電池的正極；集電極連接電阻R2的一端，然后作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路的控制輸出；電阻R2的另一端連接充電電池的負(fù)極；晶體管T的基極連接二極管D2的正極；二極管的負(fù)極連接限流電阻R1的一端，限流電阻R1的另一端連接太陽能電池的正極。
在上述的太陽能LED燈電路中，二極管D2的PN結(jié)個(gè)數(shù)滿足計(jì)算式(電路總充電電池截止電壓-0.5V)/0.5V的結(jié)果四舍五入取整。
在上述的太陽能LED燈電路中，二極管D2是與電壓值相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)壓管。
在上述的太陽能LED燈電路中，二極管D2是具有PN結(jié)特征的晶體管。
在上述的太陽能LED燈電路中，在電阻R2和晶體管T的集電極之間還連接一電阻R4。
在上述的太陽能LED燈電路中，在晶體管T的發(fā)射極與充電電池的正極之間還連接一電阻R4。
由于本發(fā)明的LED驅(qū)動(dòng)電路采用了先進(jìn)的脈沖頻率調(diào)制直流-直流升壓穩(wěn)壓器作為控制電路，并通過巧妙結(jié)合外圍分立器件構(gòu)成了具有恒流驅(qū)動(dòng)LED的電路，而且陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路是一個(gè)即可光控開關(guān)又可保護(hù)電池的電路。所以本發(fā)明一方面滿足了單節(jié)Ni-Cd或Ni-MH充電電池以至超級(jí)電容器的應(yīng)用，另一方面也使驅(qū)動(dòng)的LED亮度達(dá)到最佳，電池的工作時(shí)間達(dá)到最佳。因此，本發(fā)明具有了電路緊湊、消耗極低、功能齊全、高效且廉價(jià)的特點(diǎn)。
圖1是本發(fā)明太陽能LED燈電路的功能框圖；圖2是本發(fā)明太陽能LED燈電路的電原理圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明太陽能LED燈的電路結(jié)構(gòu)，從電路功能上劃分，除了太陽能電池4、充電電池5和LED外，本電路主要由以下三部分電路組成，即充電電路1、LED驅(qū)動(dòng)電路3和陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路2。
其中太陽能電池4一路連接到充電電路1，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路2；充電電路1一路連接到充電電池5，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路2以及LED驅(qū)動(dòng)電路3；陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路2連接到LED驅(qū)動(dòng)電路3；LED驅(qū)動(dòng)電路3輸出到LED。
參見圖2，充電電路1采用了一個(gè)低損耗的二極管D1，它的正極連接到太陽能電池S的正極，負(fù)極連接到充電電池BT的正極；太陽能電池S的負(fù)極與充電電池BT的負(fù)極相連。由于Ni-Cd和Ni-MH充電電池都具有抗過充電的特點(diǎn)，所以本電路不需另加過充電保護(hù)電路。
LED驅(qū)動(dòng)電路3采用了上海貝嶺公司生產(chǎn)的PFM STEP-UP DC/DCCONVERTER(脈沖頻率調(diào)制直流-直流升壓穩(wěn)壓器)(以下簡(jiǎn)稱為PFM DC/DC升壓穩(wěn)壓器)集成電路IC BL8530作為驅(qū)動(dòng)LED的控制器，由于該IC內(nèi)置了功率晶體管，所以該電路外圍無需另加功率晶體管進(jìn)行擴(kuò)流。通過結(jié)合外圍分立器件電感L、二極管D3、電容C和電阻R3等組成了具有恒流驅(qū)動(dòng)LED的功能。
電感L的一端連接電池正極，另一端連接IC的Lx端、二極管D3的正極和LED的正極；二極管D3的負(fù)極連接IC的Vout端、電容C的一端；電容C的另一端連接電阻R3的一端和LED的負(fù)極；電阻R3的另一端連接到IC的GND端和電池負(fù)極；IC的CE端為芯片開啟端，高電平時(shí)為開。
當(dāng)電路啟動(dòng)工作時(shí)，電感L上儲(chǔ)存著升壓所需的能量，電容C儲(chǔ)存著IC正常工作所需要的電壓，而電阻R3則既是限流用的又是過流反饋用的。假定輸出端的LED出現(xiàn)電流過大的現(xiàn)象，這個(gè)電流信號(hào)必然在R3上產(chǎn)生較高的反饋電壓，由于電容C上的電壓不會(huì)瞬間發(fā)生變化，所以R3的電壓加上電容C的電壓必然高于原先的Vout電壓，這樣就引起了IC內(nèi)部電路能夠檢測(cè)到輸出端有大電流出現(xiàn)，此刻IC內(nèi)部控制電路將馬上啟動(dòng)PFM(脈沖頻率調(diào)制)工作模式，使輸出電流降下來。
為了提高LED的發(fā)光效率，該LED驅(qū)動(dòng)電路采用了脈沖式驅(qū)動(dòng)方式，這種方式消除了一般在直流驅(qū)動(dòng)方式中的恒流形式或恒壓形式下大電流必須經(jīng)過肖特基二極管而產(chǎn)生的壓降，因此大大降低了整個(gè)電路的損耗，提高了整機(jī)的效率。
由于采用了脈沖式驅(qū)動(dòng)方式，所以本電路對(duì)并聯(lián)使用的LED其正向?qū)▔航档囊恢滦砸蟠蟠蠼档土?，本電路的輸出可以直接?qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián)的正向?qū)▔航挡灰恢碌耐吞?hào)LED，而不需在每個(gè)LED回路中串接均流電阻。
陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路2，實(shí)際上是一個(gè)合二為一的電路。晶體管T的發(fā)射極連接電池的正極；集電極連接電阻R4的一端；R4的另一端連接電阻R2，然后連接IC的CE端；電阻R2的另一端連接電池的負(fù)極；晶體管T的基極b連接二極管D2的正極；二極管的負(fù)極連接電阻R1的一端；電阻R1的另一端連接太陽能電池的正極。
需要指出的是二極管D2不一定是單個(gè)PN結(jié)，當(dāng)充電電池為單節(jié)時(shí)，二極管D2是一個(gè)PN結(jié)；當(dāng)充電電池為雙節(jié)或多節(jié)時(shí)，二極管D2是多個(gè)PN結(jié)；它的數(shù)學(xué)關(guān)系式為D2的PN結(jié)個(gè)數(shù)＝(電路總充電電池截止電壓-0.5V)/0.5V計(jì)算結(jié)果四舍五入后取整。
此處，二極管D2也可以是電壓值相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)壓管，或者是具有PN結(jié)特征的晶體管。
本發(fā)明的原理是白天，當(dāng)太陽升起來的時(shí)候，太陽能電池S上的電壓逐漸上升，由于晶體管T、二極管D2和電阻R1回路中的電流急劇下降，從而導(dǎo)致晶體管T的集電極電流變得很小，所以電阻R2上的壓降很低，這時(shí)IC因CE端電壓過低而被關(guān)閉。傍晚，太陽下山，太陽能電池S上的電壓逐漸下降，當(dāng)下降到了晶體管T、二極管D2和電阻R1回路中的電流快速增加時(shí)，由于晶體管T的集電極電流變大，所以在電阻R2上的電壓變高，這時(shí)IC因CE端電壓升高而被開啟，LED燈此刻被點(diǎn)亮。
夜晚，隨著LED點(diǎn)亮工作，充電電池BT上的電壓將隨之慢慢下降，當(dāng)電池電壓放電至1V時(shí)(對(duì)于超級(jí)電容器為0.8V)，由于PN結(jié)的作用，晶體管T的Ib電流將快速下降，從而導(dǎo)致晶體管T截止，最終使IC停止工作，所以充電電池BT就不會(huì)被過放電了。
在實(shí)際應(yīng)用中也可以將二極管D2與電阻R1的位置互換，其作用不會(huì)被改變。
除此之外，圖2所示的電路經(jīng)過一些變換也是可行的，比如在晶體管T的發(fā)射極與電池正極之間加接一個(gè)電阻，其電路功能不會(huì)被改變；又比如電阻R4在整機(jī)性能要求不很高的情況下也可以被省略，或者也可以將電阻R4換位接入晶體管T的發(fā)射極與電池正極之間等等。
為了減少該電路的外圍器件，同時(shí)也為了進(jìn)一步降低整機(jī)的成本，開發(fā)專用集成電路是可能的。其中可以將電阻R1、R2、R4；二極管D2、D3；晶體管T等器件與PFM DC/DC升壓穩(wěn)壓器IC集成在一起，或者也可以將一部分外圍器件和PFM DC/DC升壓穩(wěn)壓器IC集成起來，成為一款專門應(yīng)用于太陽能LED燈的ASIC(特定用途的集成電路)。
開發(fā)專用器件也是可能的。既可以將二極管D2和晶體管T集成在一起，構(gòu)成新的功能型晶體管。
以上諸實(shí)施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇之內(nèi)，應(yīng)由各權(quán)利要求限定，而納入權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種太陽能LED燈電路，包括太陽能電池(4)、充電電池(5)、充電電路(1)和若干個(gè)LED，其特征是它還包括陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路(2)、LED驅(qū)動(dòng)電路(3)，其中所述太陽能電池(4)一路連接到充電電路(1)，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路(2)；所述充電電路(1)一路連接到充電電池(5)，另一路連接到陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路(2)以及LED驅(qū)動(dòng)電路(3)；所述陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路(2)的輸出連接到LED驅(qū)動(dòng)電路(3)；所述LED驅(qū)動(dòng)電路(3)輸出到LED。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述的LED驅(qū)動(dòng)電路(3)是以脈沖頻率調(diào)制直流-直流升壓穩(wěn)壓器為核心、并通過結(jié)合外圍分立器件電感(L)、二極管(D3)、電容(C)和電阻(R3)構(gòu)成了具有恒流驅(qū)動(dòng)LED的電路，其中電感(L)的一端連接充電電池(5)的正極，另一端連接IC的(Lx)開關(guān)管輸出端、二極管(D3)的正極、LED的正極；二極管(D3)的負(fù)極連接IC的(Vout)升壓輸出檢測(cè)端、電容(C)的一端；電容(C)的另一端連接電阻(R3)的一端、LED的負(fù)極；電阻(R3)的另一端連接到IC的(GND)接地端、充電電池(5)的負(fù)極；IC的(CE)端為芯片控制端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述的LED驅(qū)動(dòng)電路(3)采用了脈沖式驅(qū)動(dòng)方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路(2)是由晶體管(T)、電阻(R2)、二極管(D2)、以及限流電阻(R1)所組成，其中晶體管(T)的發(fā)射極連接充電電池(5)的正極；集電極連接電阻(R2)的一端，然后作為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電路(3)的控制輸出；電阻(R2)的另一端連接充電電池(5)的負(fù)極；晶體管(T)的基極連接二極管(D2)的正極；二極管的負(fù)極連接限流電阻(R1)的一端，限流電阻(R1)的另一端連接太陽能電池的正極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述二極管(D2)的PN結(jié)個(gè)數(shù)滿足計(jì)算式(電路總充電電池截止電壓-0.5V)/0.5V的結(jié)果四舍五入取整。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述二極管(D2)是與電壓值相對(duì)應(yīng)的穩(wěn)壓管。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能LED燈電路，其特征在于所述二極管(D2)是具有PN結(jié)特征的晶體管。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能LED燈電路，其特征在于在所述的電阻(R2)和晶體管(T)的集電極之間還連接一電阻(R4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的太陽能LED燈電路，其特征在于在所述的晶體管(T)的發(fā)射極與充電電池(5)的正極之間還連接一電阻(R4)。
全文摘要
一種太陽能LED燈電路，除包括太陽能電池、充電電路、充電電池和若干個(gè)LED外，它還包括高效的LED驅(qū)動(dòng)電路和獨(dú)特的陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路。其中LED驅(qū)動(dòng)電路是以先進(jìn)的脈沖頻率調(diào)制直流一直流升壓穩(wěn)壓器為核心，并通過巧妙結(jié)合外圍分立器件構(gòu)成了具有恒流驅(qū)動(dòng)LED的電路。陽光檢測(cè)控制電路并電池過放保護(hù)電路是一個(gè)既可光控開關(guān)又可保護(hù)電池的電路。由于采用了上述的技術(shù)解決方案，所以本發(fā)明一方面滿足了單節(jié)Ni－Cd或Ni－MH充電電池以至超級(jí)電容器的應(yīng)用，另一方面也使驅(qū)動(dòng)的LED亮度達(dá)到最佳，電池的工作時(shí)間達(dá)到最佳。因此，本發(fā)明具有電路緊湊、消耗極低、功能齊全、高效且廉價(jià)的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/35GK101026917SQ20061002412
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月24日
發(fā)明者江洪 申請(qǐng)人:上海貝嶺股份有限公司