专利名称：一种用于太阳能灯的控制电路及其太阳能灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种太阳能灯，特别是一种用于太阳能灯的控制电路。
背景技术：
目前所使用的电能主要来源于火电、水电、核电。火电需要煤、石油等化石燃料，对环境污染很大；水电需要修建水库，会占用大量土地并对生态环境造成影响；而核电一旦发生核泄漏，后果影响甚大。在目前能源紧张的情况下，需大力进行新能源及节能领域的开发。太阳能作为一种可再生、干净、环保、安全的能源，是一种理想的新能源，其可再生、无公害、不受资源分布地域的限制等特性，使得太阳能越来越多的得到社会的认可并在很多领域得到推广应用(如通信卫星的供电、并网发电系统等)。太阳能灯通常使用于照明场合。但是在夜晚和阴雨天气等环境下，太阳能电池无法产生电能。因此，需要预先将电能储存于蓄电池中以供需要时使用。目前现有的太阳能灯存在太阳能电池给蓄电池充电效率低、蓄电池给负载供电消耗大等问题，而若增加蓄电池数量，则将提高整体太阳能灯的成本；另外，现有的太阳能灯的控制部分控制方式固定或者不适于再开发，且在持续阴雨天的条件下，蓄电池电量而不足以持续给负载供电。这些问题大大阻碍了太阳能电池和太阳能灯的推广和使用。
发明内容本实用新型提供一种省电节能、能够合理控制太阳能电池、蓄电池和市电提供长时间稳定供电、并能防止电池反充的太阳能灯。本实用新型公开的技术方案包括提供一种用于太阳能灯的控制电路，其特征在于包括时钟发生电路、AD采集控制电路、微控电路、开关脉冲PWM控制电路、输入及负载输出电路，其中，所述输入及负载输出电路包括太阳能电池输入端、蓄电池输入端、市电输入端和负载输出控制端；所述时钟发生电路的输出端连接到所述微控电路的时钟输入端；所述AD采集控制电路的输入端连接到所述太阳能电池输入端和蓄电池输入端，输出端连接到所述微控电路；所述微控电路连接到所述开关脉冲PWM控制电路；所述开关脉冲PWM控制电路连接到所述输入及负载输出电路。本实用新型还提供一种太阳能灯，包括太阳能电池、蓄电池、市电接口、发光元件， 其特征在于还包括前述的用于太阳能灯的控制电路。本实用新型实施例中，通过AD采集控制电路采集太阳能电池和蓄电池的电压，由微控芯片通过开关脉冲PWM控制电路用PWM的方式控制太阳能电池、蓄电池、市电对灯的供电过程和太阳能电池对蓄电池的充电过程，省电节能，能为灯提供长时间稳定供电，并能防止对电池反充，延长电池的使用寿命。
图1为本实用新型一个实施例的用于太阳能灯的控制电路的框图；图2为本实用新型一个实施例的AD采集控制电路的示意图；图3为本实用新型一个实施例的微控芯片的示意图；图4为本实用新型一个实施例的时钟发生电路的示意图；图5为本实用新型一个实施例的电压调节稳压电路的示意图；图6为本实用新型一个实施例的开关脉冲PWM控制电路和输入及负载输出电路的示意图；图7为本实用新型一个实施例的异常保护电路的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本实用新型的太阳能灯及其控制电路作进一步说明。本实用新型的一个实施例中，太阳能灯包括太阳能电池、蓄电池、发光元件、用于连接市电的市电接口以及控制电路，该控制电路控制该太阳能电池、蓄电池和市电给发光元件供电，并控制太阳能电池对蓄电池的充电过程。该发光元件可以是常用的通电后发光的元件，比如白炽灯泡、卤素灯泡、LED灯等等。如图1所示，本实用新型的一个实施例的太阳能灯的控制电路包括时钟发生电路 10、AD采集控制电路20、微控电路30、电压调节稳压电路40、开关脉冲PWM控制电路50、输入及负载输出电路60和异常保护电路70。时钟发生电路10、AD采集控制电路20、电压调节稳压电路40均连接到微控电路30 ；微控电路30连接到开关脉冲PWM控制电路50 ；开关脉冲PWM控制电路50连接到输入及负载输出电路60 ；输入及负载输出电路60连接到电压调节稳压电路40、AD采集控制电路20和异常保护电路70。如图2所示，本实施例中，AD采集控制电路20包括一组串联的电阻R7、R8、R9、RlO 和Rll和另一组串联的电阻R12、R13、R14、R15和R16，这些电阻的电阻值均可以为1000欧姆。其中R7 —端连接到输入及负载输出电路60的太阳能电池输入端正极Solar+，另一端连接到R8 ；R8 一端与R7连接，另一端连接到R9 ；R9 一端与R8连接，另一端连接RlO ；RlO 一端与R9连接，另一端连接到微控电路30的微控芯片的PI. 7/AD端子和Rll ；Rll 一端与 RlO和微控电路30的微控芯片的PI. 7/AD端子连接，另一端接地(此时Rll与微控芯片连接的一端即为AD采集控制电路20的一个输出端)。这样，使得太阳能电池的电压分压1/5 后输入到微控电路30的微控芯片的PI. 7/AD端子。该微控芯片根据太阳能电池电压值进行判断，如果符合蓄电池充电电压条件，则控制开关脉冲PWM控制电路50给蓄电池充电，同时作为太阳能灯点灯条件。电阻R12—端连接到输入及负载输出电路60的蓄电池输入端正极Bat+，另一端连接到R13 ；R13 一端与R12连接，另一端连接到R14 ；R14 一端与R13连接，另一端连接R15 ； R15 一端与R14连接，另一端连接到微控电路30的微控芯片的PI. 5/AD端子和R16 ；R16 一端与R15和微控电路30的微控芯片的PI. 5/AD端子连接，另一端接地(此时Rll与微控芯片连接的一端即为AD采集控制电路20的另一个输出端)。这样，蓄电池的电压被分压1/5 后输入到微控电路30的微控芯片的PI. 5/AD端子。该微控芯片根据蓄电池电压值控制开关脉冲PWM控制电路50，从而控制蓄电池的充电或放电过程。当环境条件变化，蓄电池连续工作，电能欠压后，微控电路30控制开关脉冲PWM控制电路50使蓄电池停止放电，并控制开关脉冲PWM控制电路50打开市电通路，用市电为该太阳能灯供电，保证太阳能灯工作。如图3、图4、图5所示，微控电路30可以为一单片机控制芯片(本文中称之为“微控芯片”)，本实用新型一个实施例中，该微控芯片可以选用STC12C5A60S2型单片机。微控芯片的系统时钟由时钟发生电路10 (晶振电路)提供，时钟发生电路10的输出端连接到微控芯片的时钟输入端。微控芯片的电源端(VCC)与电压调节稳压电路40的输出端Vout连接，电压调节稳压电路40的输入端Vin与Bat+连接。整体控制电路的电源由自身提供，电压调节稳压电路40保证控制芯片的正常工作电压VCC。如图6所示，开关脉冲PWM控制电路50连接到输入及负载输出电路60，本文中，称开关脉冲PWM控制电路50连接到输入及负载输出电路60后形成的电路整体为控制及输入输出电路。该控制及输入输出电路包括太阳能电池控制模块(Solar模块)、蓄电池控制模块(Bat模块)和市电控制模块(S模块)三个控制模块以及太阳能输入端、蓄电池输入端、 市电输入端和负载输出控制端。该太阳能输入端用于连接太阳能电池，蓄电池输入端用于连接蓄电池，市电输入端用于连接市电，负载输出控制端用于连接负载(即太阳能灯的发光元件，比如灯泡)。Solar模块包括三极管Ql、MOS管Q6、电容Cl、电阻Rl和二极管Dl。本实用新型一个实施例中，电容Cl的容值可以为O.OluF，电阻Rl的阻值可以为1000欧姆。三极管Ql的基极连接到微控芯片的Pl. 4端子，PWM信号由此处输入，控制该三极管Ql的基极。该三极管Ql的发射极接地，集电极通过包括电阻R1、电容Cl和二极管Dl的网络连接到MOS管Q6的栅极。二极管Dl正极连接到蓄电池输入端正极Bat+，负极连接到 MOS管Q6的栅极。MOS管Q6的源极连接到蓄电池输入端正极Bat+，漏极连接到太阳能电池输入端正极Solar+。由于是脉冲控制，Solar+和Bat+之间的导通为脉冲方式，因此能够实现对蓄电池脉冲充电。而且MOS管Q6能够支持大电流和高电压，能够解决太阳能电池电压的非线性特性，而且防止电池的反充。Bat模块包括三极管Q2、三极管Q3、MOS管Q7、电容C2、电阻R2、R3和二极管D2。 本实用新型一个实施例中，电容C2的容值可以为0. OluF,电阻R2、R3的阻值可以为1000欧姆。三极管Q3的基极连接到微控芯片的P0. 5端子，PWM信号由此输入，控制三极管Q3 的基极。该三极管Q3的集电极通过包括二极管D2、电容C2和电阻R3的网络，并通过电阻 R2连接到MOS管Q7的栅极。三极管Q2的基极连接到微控芯片的P0. 4端子，发射极接地， 集电极连接到MOS管Q7的栅极。MOS管Q7的源极连接到负载输出控制端正极Load+，漏极连接到蓄电池输入端正极Bat+。通过控制三极管Q2的集电极的输出可以控制MOS管Q7的栅极，Bat+和Load+之间的导通由Po. 4和PWM共同作用来控制。当P0. 4控制三极管Q2导通后，Bat+与Load+ 将保持断开状态，从而Bat+不给负载放电；当控制三极管Q2未导通时，PWM控制信号作用于MOS管Q7的栅极，实现蓄电池对负载的脉冲放电。微控电路30的程序动态调整PWM的占空比，从而节省电能，延长蓄电池的使用时间，而且可以防止负载端放生异常时对电池的反充，保证蓄电池的安全，延长其使用寿命。S模块包括三极管Q4、三极管Q5、M0S管Q8、电容C3、电阻R4、R5和二极管D3。本实用新型一个实施例中，电容C3的容值可以为0. OluF,电阻R4、R5阻值可以为1000欧姆。三极管Q5的基极连接到微控芯片的P0. 7端子，PWM信号由此处输入，控制三极管 Q5的基极。Q5的发射极接地，集电极通过包括二极管D3、电容C3和电阻R5的网络，并通过电阻R4连接到MOS管Q8的栅极。MOS管Q8的源极连接到负载输出控制端正极Load+， 漏极连接到市电输入端正极S+。三极管Q4的基极连接到微控芯片的P0. 6端子，发射极接地，集电极连接到MOS管Q8的栅极。通过控制三极管Q4的集电极的输出电压可以控制三极管Q8的栅极。S+和Load+ 之间的导通由Po. 6和PWM共同作用来控制。当P0. 6控制三极管Q4导通后，市电S+与Load+ 将保持断开状态，从而S+不给负载供电；当控制三极管Q4未导通时，PWM控制信号作用于 MOS管Q8的栅极，实现市电对负载的脉冲供电。微控电路30的程序动态调整PWM占空比， 从而节省电能。MOS管Q8的单向导通性可以在负载端放生异常时，保证反向电压和市电的隔断，保证电路的安全。如图7示，异常保护电路70包括热敏电阻PTCl及共地连接PE和电容C4，其中电容C4的容值可以是1000pF。PE端与太阳能电池输入端的负极(Solar-)、市电输入端的负极(S-)、蓄电池输入端的负极(Bat-)和/或接地端(GND)连接，负载输出控制端Load+通过热敏电阻PTC连接到负载。在控制电路遇到异常情况时，热敏电阻PTCl串联在负载电路中，能够自动限制过电流或切断过大的电流，提供异常保护，防止损坏控制电路，恢复正常情况后可以继续正常工作。本实用新型的实施例中，通过AD采集控制电路采集太阳能电池和蓄电池的电压， 由微控芯片通过开关脉冲PWM控制电路用PWM的方式控制太阳能电池、蓄电池、市电对灯的供电过程和太阳能电池对蓄电池的充电过程，省电节能，能为灯提供长时间稳定供电，并能防止对电池反充，延长电池的使用寿命。本实用新型的实施例中，MOS管Q6、Q7、Q8能够支持大电流及高电压，导通及非导通状态下可防止太阳能电池反充，能实现负载过流保护、防反充以及防雷功能等异常保护功能。共地PE连接可以防止外部高电压的破环作用，保证太阳能电池、蓄电池、控制电路的安全。另外控制电路采用全密封、灌塑的方式，电路发热极微，可以进行防水、抗震保护，适合恶劣环境下工作。以上通过具体的实施例对本实用新型进行了说明，但本实用新型并不限于这些具体的实施例。本领域技术人员应该明白，还可以对本发明做各种修改、等同替换、变化等等， 这些变换只要未背离本发明的精神，都应在本发明的保护范围之内。
权利要求1.一种用于太阳能灯的控制电路，其特征在于包括时钟发生电路、AD采集控制电路、 微控电路、开关脉冲PWM控制电路、输入及负载输出电路，其中，所述输入及负载输出电路包括太阳能电池输入端、蓄电池输入端、市电输入端和负载输出控制端；所述时钟发生电路的输出端连接到所述微控电路的时钟输入端；所述AD采集控制电路的输入端连接到所述太阳能电池输入端和蓄电池输入端，输出端连接到所述微控电路；所述微控电路连接到所述开关脉冲PWM控制电路；所述开关脉冲PWM控制电路连接到所述输入及负载输出电路。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于所述AD采集控制电路包括第一组串联的电阻和第二组串联的电阻，所述第一组串联的电阻的一端连接到所述太阳能电池输入端的正极，另一端接地；所述第二组串联的电阻的一端连接到所述蓄电池输入端的正极，另一端接地；所述第一组串联的电阻中靠近接地的一端的一个电阻的一端连接到所述微控电路；所述第二组串联的电阻中靠近接地的一端的一个电阻的一端连接到所述微控电路。
3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于所述微控电路包括一单片机控制芯片。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于所述开关脉冲PWM控制电路连接到所述输入及负载输出电路形成控制及输入输出电路，所述控制及输入输出电路包括太阳能电池控制模块、蓄电池控制模块和市电控制模块。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于所述太阳能电池控制模块包括三极管(Q1)、M0S管(Q6)、电容(Cl)、电阻(Rl)和二极管(Dl)，所述三极管(Ql)的基极连接到所述微控电路以输入PWM信号；所述三极管Oil)的发射极接地，集电极通过包括所述电阻 (Rl)、所述电容(Cl)和所述二极管(Dl)的网络连接到所述MOS管0^6)的栅极；所述二极管(Dl)的正极连接到所述蓄电池输入端的正极，负极连接到所述MOS管0^6)的栅极；所述 MOS管0^6)的源极连接到所述蓄电池输入端的正极，漏极连接到所述太阳能电池输入端的正极。
6.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于所述蓄电池控制模块包括三极管 (Q2)、三极管(Q3)、MOS管(Q7)、电容(C2)、电阻(R2)、电阻(R3)和二极管(D2)，所述三极管O )的基极连接到所述微控电路以输入PWM信号；所述三极管O )的集电极通过包括所述二极管(D2)、所述电容(C2)和所述电阻(R3)的网络，并通过所述电阻(R2)连接到所述MOS管0^7)的栅极；所述三极管的基极连接到所述微控电路，发射极接地，集电极连接到所述MOS管0^7)的栅极；所述》5管0^7)的源极连接到所述负载输出控制端，漏极连接到所述蓄电池输入端的正极。
7.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于所述市电控制模块包括三极管(Q4)、 三极管(Q5)、MOS管(Q8)、电容(C3)、电阻(R4)、电阻(R5)和二极管(D3)，所述三极管(Q4) 的基极连接到所述微控电路以输入PWM信号；所述三极管OH)的集电极通过包括所述二极管(D3)、所述电容(O)和所述电阻(肪)的网络，并通过所述电阻(R4)连接到所述MOS管 (Q8)的栅极；所述三极管OH)的基极连接到所述微控电路，发射极接地，集电极连接到所述MOS管0^8)的栅极；所述MOS管0^8)的源极连接到所述负载输出控制端，漏极连接到所述市电输入端的正极。
8.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于还包括电压调节稳压电路，所述电压调节稳压电路的输入端连接到所述蓄电池输入端的正极；所述电压调节稳压电路的输出端连接到所述微控电路的电源端。
9.如权利要1所述的控制电路，其特征在于还包括异常保护电路，所述异常保护电路包括电容(C4)和热敏电阻(PTC1)，所述电容(C4) 一端接地，另一端连接到所述蓄电池输入端的负极、所述太阳能电池输入端的负极和/或所述市电输入端的负极；所述热敏电阻 (PTCl) 一端连接到所述负载输出控制端，另一端连接到负载。
10.一种太阳能灯，包括太阳能电池、蓄电池、市电接口、发光元件，其特征在于还包括权利要求1至9中任意一项所述的用于太阳能灯的控制电路。
专利摘要本实用新型的实施例公开了一种用于太阳能灯的控制电路及其太阳能灯，包括时钟发生电路、AD采集控制电路、微控电路、开关脉冲PWM控制电路、输入及负载输出电路。时钟发生电路的输出端连接到微控电路的时钟输入端；AD采集控制电路的输入端连接到太阳能电池和蓄电池，输出端连接到微控电路；微控电路连接到开关脉冲PWM控制电路；开关脉冲PWM控制电路连接到输入及负载输出电路。通过AD采集控制电路采集太阳能电池和蓄电池的电压，由微控芯片通过开关脉冲PWM控制电路用PWM的方式控制电池和市电对灯的供电过程和电池的充电过程，省电节能，能为灯提供长时间稳定供电，并能防止对电池反充，延长电池的使用寿命。
文档编号H02J7/00GK202103916SQ20112020990
公开日2012年1月4日 申请日期2011年6月21日 优先权日2011年6月21日
发明者叶伟清 申请人:叶伟清