CN101709846A - 一种太阳能草坪照明装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种太阳能草坪照明装置，包括太阳能电池板、蓄电池和草坪灯，另外，还包括控制装置，所述的控制装置由一块核心芯片组成。本发明由于将所有控制电路集成到一块集成电路芯片上，克服了由于分立元件带来的能耗大，材料损耗大，不利防水等不足，同时在芯片中增加了用于避免对蓄电池进行过充电路的过充保护模块，保证蓄电池充电的安全。

Description

一种太阳能草坪照明装置
技术领域
本发明涉及一种草坪照明装置，特别涉及一种利用太阳能电池为草坪灯的LED灯具提供电能的草坪照明***，该***具有一个控制器。
背景技术
现在行业太阳能草坪照明装置如图1所示，主要包括在白天采集太阳能的太阳能电池板，存储前述太阳能电池板所产生的电能的蓄电池，以及草坪灯，现在草坪灯大多由LED灯具组成，在晚上草坪灯通过蓄电池供电对草坪进行照明。这样草坪照明***由于采用了太阳能为草坪灯提供电能是一种绿色环保的能量，它的工作过程是，在白天时通过太阳能电池板为蓄电池充电，当夜幕降临时，太阳能电池不能产生电了，蓄电池为草坪灯供电。现有技术中太阳能草坪照明装置的控制电路采用的如图1所示的电路进行控制，当白天太阳能电池板向蓄电池充电时，通过整流电路将太阳能电池板的输出与蓄电池相连，为蓄电池充电，当夜晚降临时，蓄电池充满电了，通过草坪灯控制电路点亮LED灯。这里的太阳能草坪照明***有如下不足：
1、蓄电池充电没有保护，当太阳能电池输出电量多时，可能到致蓄电池过充，影响蓄电池的使用寿命。
2、采用分立元件组成的电路材料损耗大，耗能多，且由于在室外工作，不利于防水。
发明内容
为解决现有技术中的太阳能草坪照明装置能耗大，材料损耗大，不利防水和不能对蓄电池进行有效的保护等不足，提供一种利用一块集成电路芯片完成对太阳能草坪照明装置中蓄电池充电放电控制的太阳能草坪照明装置。
本发明为了实现其技术目的所采用的技术方案是：一种太阳能草坪照明装置，包括太阳能电池板、蓄电池、LED灯和控制装置，太阳能电池板为所述的蓄电池充电，蓄电池在所述的控制装置的控制下为LED灯提供电力，所述的控制装置由一块独立的控制芯片和感光元件组成，所述的控制芯片包括整流、检测和过充保护模块，过放保护模块、升压驱动模块、限流控制模块、计时器模块、中心控制模块和控制开关。
所述的整流、检测和过充保护模块的输入端接所述的太阳能电池板的输出端，对太阳能电池板输出的电流进行整流和检测，整流输出端接所述的蓄电池的充电端，检测结果中如果电压超过所述的蓄电池的最高输入电压时则截断太阳能电池板的端到蓄电池的连接。
所述的过放保护电路的输入端接所述的蓄电池，当蓄电池的输出电压高于蓄电池的最低工作电压时，将蓄电池与所述的升压驱动电路的输入端连接，当蓄电池的输出电压不到设定值时断开所述的蓄电池与升压驱动电路的连接。
所述的升压驱动电路将蓄电池的输出电压升压到草坪灯的额定电压输出接入到所述的限流控制电路的输入端。
所述的限流控制电路的控制输入端接所述的计时器，当计时器未到设定时间时，按照所述草坪灯的第一额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯，当计时器到设定时间时，按照所述草坪灯的第二额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯。
所述的控制开关接入到所述的限流控制电路与草坪灯的电源输入端之间。
所述的计时器模块包括时间设定接口，其输出端当计时器到设定时间时发出一个信号。
所述的中心控制模块包括使能控制模块和模式控制模块，所述的使能控制模块的输入端接所述的感光元件的输出端，当所述的感光元件的输出的环境亮度小于最小设定值时，接通所述的蓄电池到所述的控制开关的通路，所述的模式控制模块设置于所述的定时器与所述的控制开关之间，当定时器达到设定时间时，控制所述的控制开关按第二额定电流方式控制所述的LED灯工作。
本发明的有益效果是，将所有控制电路集成到一块集成电路芯片上，克服了由于分立元件带来的能耗大，材料损耗大，不利防水等不足，同时在芯片中增加了用于避免对蓄电池进行过充电路的过充保护模块，保证蓄电池充电的安全。
附图说明
附图1为现有技术中的草坪照明装置的框图。
附图2为本发明实施例草坪照明装置的框图。
附图3为本发明实施例中集成电路芯片内部方框图。
附图4为本发明实施例中草坪照明电气控制原理图。
具体实施方式
参看附图2和附图3，一种太阳能草坪照明装置，包括太阳能电池板、蓄电池和草坪灯、及集成了诸多功能的控制电路的核心IC，不仅能耗低，对***元器件形成全方位的高效控制和全面保护。
本实施例中，蓄电池采用全球最高效能磷酸铁锂电池，其充电效率大于99％，草坪灯采用行业最好光效率的LED灯，其光效率大于95lm/W。为了更好地对太阳能电池板、蓄电池和草坪灯进行有效的控制，本实施例采用一块集成了诸多控制单元的集成电路控制芯片，本控制芯片包括整流、检测和过充保护模块，过放保护模块、升压驱动模块、限流控制模块、计时器模块、中心控制模块和控制开关。
本实施例中，整流、检测和过充保护模块的输入端接所述的太阳能电池板的输出端，对太阳能电池板输出的电流进行整流和检测，整流输出端接所述的蓄电池的充电端，检测结果中如果电压超过所述的蓄电池的最高输入电压时则截断太阳能电池板的端到蓄电池的连接，此时，蓄电池的电压为3.6V。
过放保护电路的输入端接所述的蓄电池，当蓄电池的输出电压高于蓄电池的最低工作电压时，将蓄电池与所述的升压驱动电路的输入端连接，当蓄电池的输出电压不到设定值时断开所述的蓄电池与升压驱动电路的连接，当蓄电池电压小于2.4V时，截断蓄电池与LED灯的连接，对蓄电池进行过放电保护。
升压驱动电路将蓄电池的输出电压升压到草坪灯的额定电压输出接入到所述的限流控制电路的输入端。
限流控制电路的控制输入端接所述的计时器，当计时器未到设定时间时，按照所述草坪灯的第一额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯，当计时器到设定时间时，按照所述草坪灯的第二额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯。
控制开关接入到所述的限流控制电路与草坪灯的电源输入端之间。
计时器模块包括时间设定接口，其输出端当计时器到设定时间时发出一个信号。本实施例中，计时器模块包括定时器和振荡器，所述的振荡器外接一个定时电容，为定时器提供定时脉冲。
所述的中心控制模块包括使能控制模块和模式控制模块，所述的使能控制模块的输入端接所述的感光元件的输出端，当所述的感光元件的输出的环境亮度小于最小设定值时，本实施例中，输出的环境亮度小于最小设定值定为10Lux。接通所述的蓄电池到所述的控制开关的通路，所述的模式控制模块设置于所述的定时器与所述的控制开关之间，当定时器达到设定时间时，控制所述的控制开关按第二额定电流方式控制所述的LED灯工作。
参看附图4，是本发明实施例草坪照明电气控制原理图，其为基本控制原理图，以控制芯片U1为核心。VBAT接铁锂电池正极，VSOL接太阳能电池正极，R1为光敏电阻在本处作为感光元件，R2为光敏调整电阻。S1为模式转换开关，L1为低内阻电感，R4和C2构成电流环路补偿调整电路，C3为时间调整电容、R3为电流大小控制电阻。D1与C1构成整流滤波电路。下面为本实施基例的工作原理：
白天工作模式：
当环境亮度≥10lux时，太阳能电池(SOLAR BT)经过U1的VSOL脚和VBAT脚给磷酸铁锂电池(BT)充电，并实时监测其电压，直到蓄电池被充满。
本实施例中，蓄电池充满由电压表示，当电压高于3.6V±0.05V说明蓄电池已经充满了，此时由于有过电保护，因此停止充电。当U1由于测得VSOL端有电压＞0.8V及CDS端CDS R1＜50kΩ，U1其它模块不工作，LED不工作。
黑夜工作模式：
此时环境亮度≤10lux，表现在CDS端CDS R1＞50kΩ和VSOL端SOLAR BT电压＜0.6V时，磷酸铁锂电池(BT)正极经VBAT端给U1供电，使能控制CDS端内模块开启工作，SW功率开关端与L1形成高频震荡电路及D1、C1的整流滤波储能，供给LED所需工作电压和电流.此时LED灯亮。
CDS使能控制工作同时给定时器复位指令，定时器在振荡器起振后检测其MODE端模式状况，选择时序控制工作模式。CS+和CS-端口与COMP端口及元件R4、C2、R3形成限流控制回路电路，高精度实时控制LED工作电流。
在规定的时间工作模式下工作多个小时后，由于电池已经放电将尽，当VBAT端检测到磷酸铁锂电压＜2.4V时，为了保护电池U1与LED同时停止工作，过放保护开启，等太阳能电池(SOLAR BT)再次有电压后复位，经行白天工作模式。
本实施例中，采用行业最好光效率的LED，其光效率大于95lm/W(大于T8日光灯管要求)；并且采用专用控制器集成电路，转换效率大于90％以上；还采用了全球最高效能磷酸铁锂电池，其充电效率大于99％。至此实施例设计出了具有能耗低，材料损耗低，发光效率高等诸多优点的高效能高亮度太阳能草坪灯。其光电转换效率达到90％以上。成为行业真正绿色节能环保高效能应用先锋。
本实施例中，由于内置了计时器。可以根据需要对草坪灯进行多种控制，比如何时开灯，何熄灯，什么时候灯需要特别亮，什么时候又不需要特别亮等，下面是一个使用的例子：
现在行业高亮度太阳能草坪灯一般工作时间是8小时或者6小时，其要求不能满足各种季节及纬度差异高效能应用需求。
本实施例设计出了两种最佳工作模式的太阳能草坪灯，具体设计方案工作模式如下：
模式一：
工作10个小时：前5小时LED工作电流为标准工作电流(此电流LED光通量为行业最高)，后5个小时工作电流为1/2的标准工作电流。充分利用了电池，体现了高效能理念。
模式二：
工作6个小时：6个小时LED工作电流电流为1.3倍标准工作电流(此电流LED光通量为行业最高的1.3倍)。充分利用了电池。体现了高效能理念。
以上模式由一个计时器利用限流控制器通过控制开关控制，方便，高效。充分解决了各种季节及纬度差异环境下的最高效能应用。
另外，行业太阳能草坪灯设计都是以傍晚时太阳能电池及CDS电压及电流来控制太阳能草坪灯的开灯时间，其缺点是灯亮时间不统一，缺乏很好的一致性。
本实施例通过对傍晚时照度研究，取傍晚最佳临界值10LUX为开灯标准，当感光元件检测到自然界的光亮小于10LUX时，中心控制器控制控制导通，草坪灯亮，当感光元件检测到自然界的光亮大于10LUX时，中心控制器控制控制开关断开，此时，由整流/检测电路的输出给蓄电池充电。另外，本实施例根据对草坪灯作为城市亮化工程的一种进行设计，当深夜人少时，可以适度降低草坪灯的亮度以节省能量，在很好解决了一致性问题的同时给用户提供了很好的用户体验。

Claims (6)

1.一种太阳能草坪照明装置，包括太阳能电池板、蓄电池、LED灯和控制装置，太阳能电池板为所述的蓄电池充电，蓄电池在所述的控制装置的控制下为LED灯提供电力，其特征在于：所述的控制装置由一块独立的控制芯片和感光元件组成，所述的控制芯片包括整流、检测和过充保护模块，过放保护模块、升压驱动模块、限流控制模块、计时器模块、中心控制模块和控制开关；
所述的整流、检测和过充保护模块的输入端接所述的太阳能电池板的输出端，对太阳能电池板输出的电流进行整流和检测，整流输出端接所述的蓄电池的充电端，检测结果中如果电压超过所述的蓄电池的最高输入电压时则截断太阳能电池板的端到蓄电池的连接；
所述的过放保护电路的输入端接所述的蓄电池，当蓄电池的输出电压高于蓄电池的最低工作电压时，将蓄电池与所述的升压驱动电路的输入端连接，当蓄电池的输出电压不到设定值时断开所述的蓄电池与升压驱动电路的连接；
所述的升压驱动电路将蓄电池的输出电压升压到草坪灯的额定电压输出接入到所述的限流控制电路的输入端；
所述的限流控制电路的控制输入端接所述的计时器，当计时器未到设定时间时，按照所述草坪灯的第一额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯，当计时器到设定时间时，按照所述草坪灯的第二额定电流将所述的升压驱动电路的输出电压通过由所述的中心控制器控制的控制开关接所述的草坪灯；
所述的控制开关接入到所述的限流控制电路与草坪灯的电源输入端之间；
所述的计时器模块包括时间设定接口，其输出端当计时器到设定时间时发出一个信号；
所述的中心控制模块包括使能控制模块和模式控制模块，所述的使能控制模块的输入端接所述的感光元件的输出端，当所述的感光元件的输出的环境亮度小于最小设定值时，接通所述的蓄电池到所述的控制开关的通路，所述的模式控制模块设置于所述的定时器与所述的控制开关之间，当定时器达到设定时间时，控制所述的控制开关按第二额定电流方式控制所述的LED灯工作。
2.根据权利要求1所述的太阳能草坪照明装置，其特征在于：所述的蓄电池为磷酸铁锂电池。
3.根据权利要求2所述的太阳能草坪照明装置，其特征在于：所述的蓄电池的最高输入电压为3.6V。
4.根据权利要求2所述的太阳能草坪照明装置，其特征在于：所述的蓄电池的最低工作电压为2.4V。
5.根据权利要求1所述的太阳能草坪照明装置，其特征在于：所述的感光元件的输出的环境亮度最小设定值为10Lux。
6.根据权利要求1所述的太阳能草坪照明装置，其特征在于：所述的计时器模块包括定时器和振荡器，所述的振荡器外接一个定时电容，为定时器提供定时脉冲。
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