一种太阳能LED灯具电路的制作方法

本实用新型涉及太阳能LED灯具电路。

背景技术：

太阳能是目前取之不尽用之不竭的绿色能源，因此，目前城市公共照明系统都提倡使用太阳能，而灯具中，LED灯具是一种节能且寿命长的灯具，这种LED灯具由于亮度大，功耗相对小，且寿命长，也被用于路灯。

目前，流行的太阳能LED路灯等LED灯具的电路中，一般包括太阳能电池板、蓄电池和LED灯具，在白天太阳能电池板利用太阳能发电给蓄电池充电，而蓄电池在晚上对LED路灯供电，因此，在对LED灯供电的太阳能系统中包括以下重要电路：太阳能电池板对蓄电池充电的充电电路，蓄电池对LED灯具供电的放电电路。在放电电路中，一般需要采用升压电路等将蓄电池输出的电压调整到LED灯具所需要的额定电压。这样，经过电压变换将产生损耗。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种太阳能灯具电路，该电路中电池电压直接给灯珠供电，提高电路转化效率。

本实用新型的技术方案是：一种太阳能LED灯具电路，包括太阳能电池板、蓄电池、LED灯具，将太阳能电池板产生的电能存储到蓄电池的蓄电池充电电路，蓄电池对LED供电的放电电路；所述的放电电路包括产生所需要的PWM信号的单片机、MOS管Q3、限流电阻和LED灯珠；所述的LED灯珠依次串联组成一组额定电压与蓄电池输出电压匹配的LED灯珠串联组；蓄电池的阳极分别接LED灯珠串联组的阳极，LED灯珠串联组的阴极通过限流电阻接MOS管Q3的D极，MOS管Q3的S极与蓄电池的阴极一起接地；单片机产生的PWM信号输出端接MOS管Q3的G极。

本实用新型公开了一种电池电压直接给灯珠供电的LED灯具电路，提高了电路转化效率。电路设计把灯珠串联起来的电路和电池一样，通过PWM输出恒电流设置导通、关断和调光，不需要升降压电路，转化效率高。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：所述的放电电路中还包括电阻R7、电阻R8、电容C3和电容C6；

所述的电阻R7串连在单片机产生的PWM信号输出端与MOS管Q3的G极之间；

电阻R8和电容C3分别连接在MOS管Q3的G极与MOS管Q3的S极之间；

电容C6的两端分别接在MOS管Q3的S极与D极。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：在所述的蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间还包括充放电电流采样电路；所述的充放电电流采样电路包括由电阻R5、电阻R6、电阻R26和电阻R27并联组成的并联电路，所述的并联电路串连到蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间，在电阻R27的两端还并联有电容C7。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：所述的蓄电池充电电路包括太阳能电池板、蓄电池、开关管Q2以及由单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端；所述的太阳能电池板的阳极(SP+)与蓄电池的阳极(BT+)相连，蓄电池的阴极(BT-)接作为开关管Q2的D极，开关管Q2的S极接接太阳能电池板的阴极(SP-)；单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端(PN_ACT)通过一个开关管驱动电路接开关管Q2的G极。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：所述的开关管驱动电路包括三极管Q4、三极管Q6、电阻R17、电阻R20、电阻R24、电阻R25；单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端(PN_ACT)接三极管Q2的基极，工作电压电压接到三极管Q2的集电集上，电阻R17设置在三极管Q4的集电极与基极之间，三极管Q2的发射极通过电阻R24接太阳能电池板的阴极(SP-)；

三极管Q6的基极接三极管Q3的发射极，电阻R20和电阻R23串连在工作电压电压与太阳能电池板阴极(SP-)之间，三极管Q6的集电极接电阻R20和电阻R23的公共端，三极管Q6的发射极接太阳能电池板阴极(SP-)；三极管Q6的集电极形成开关管驱动电路的输出端接所述的开关管Q2的G极。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：在单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端(PN_ACT)与三极管Q2的基极之间还设置有限流电阻R19，在三极管Q4的发射极与三极管Q6的基极之间还设置有分压电阻R22，在三极管Q6的集电极与开关管Q2的G极之间设置有限流电阻R21。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：还包括电阻Rj1，所述的电阻Rj1一端与蓄电池的阳极(BT+)相连，另一端与电阻R20的一端相连，电阻R20的另一端接三极管Q3的集电极。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：所述的工作电压由蓄电池的输出通过稳压电路产生，所述的稳压电路包括型号是IC-7550-5V的稳压芯片U2，蓄电池的阳极(BT+)通过电阻R1接稳压芯片U2的第2引脚，电容C3和电容C20并联在接稳压芯片U2的第2引脚与第一引脚之间，电容C22、电容C26、电容C27和电容C28并联后设置在稳压芯片U2的第3脚与第1引脚之间，稳压芯片U2的第1脚接电池的阴极(BT-)，稳压芯片U2的第3引脚是工作电压电源输出端。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：所述的工作电压由太阳能电池板的输出通过稳压电路产生，所述的稳压电路包括稳压管ZD1、三极管Q2，太阳能电池板的阳极(PB+)通过电阻R21接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极通过稳压管ZD1接太阳能电池板的阴极(PB-)，稳压管ZD1的N极接三极管Q2的基极，三极管Q2的基极集电极与基极之间接电阻R24，三极管Q2发射极通过电容C12接太阳能电池板的阴极(PB-)，在稳压管ZD1两端并联有电容C13，电容C35、电容C36、电容C37的两端分别接三极管Q2的集电集与太阳能电池板的阴极(PB-)；三极管Q2发射极为工作电压电源输出端。

进一步的，上述的太阳能LED灯具电路中：还包括对蓄电池充、放电电流进行检测的电流检测电路，所述的单片机与电流检测电路相连，对蓄电池的电池容量进行累计。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1提供的放电电路原理图。

图2为本实用新型实施例1提供的充电电路原理图。

图3为本实用新型实施例1提供的稳压电路(一)。

图4为本实用新型实施例1提供的稳压电路(二)。

图5为本实用新型实施例1提供的电流检测电路。

具体实施方式

实施例1，本实施例是一种利用太阳能发电为LED路灯供电的电路，包括太阳能电池板对蓄电池充电的充电电路、蓄电池对LED灯具供电的放电电路。

充电电路和放电电路中都会由于蓄电池的容量的不同，可以采用不同的充电和放电电流，这些都由单片机进行现场检测，然后，由单片机实现对充、放电电路的电流大小进行控制。

蓄电池对LED灯具供电的放电电路如图1所示：包括产生所需要的PWM信号的单片机、MOS管Q3、限流电阻和LED灯珠。

LED灯珠依次串联组成一组额定电压与蓄电池输出电压匹配的LED灯珠串联组。在实践过程中，可以通过对蓄电池进行串联或者并联使其输出电压与通过串联以后的灯珠的额定电压相匹配，也可以根据需要提供蓄电池，然后对LED灯珠进行串联和并联组合，使组合体的LED灯珠的额定电压与蓄电池的输出电压匹配，在每串LED灯珠中串连一个分压电阻，如图中的R1、R2、R3等就是用于分压的，将蓄电池输出电压高出LED灯珠串额定电压部分分压。

蓄电池的阳极BT+分别接LED灯珠串联组的阳极，LED灯珠串联组的阴极通过限流电阻接MOS管Q3的D极，MOS管Q3的S极与蓄电池的阴极一起接地；单片机产生的PWM信号输出端接MOS管Q3的G极。这里，单片机通过产生不同占空比的PWM信号控制LED灯具的输出功率。

本实施例中，在蓄电池阴极BT-中，串连一个电流检测电路，如图1所示，电流检测电路检测输入蓄电池的电流或者从蓄电池输出的电流，然后通过对时间的积分，可以非常准确地获得蓄电池中剩余的容量，这样可以对LED灯具的功率进行分压。

本实施例中，放电电路实质上就是蓄电池对LED灯具进行供电的电路。如图1所示，放电电路中包括电阻R7、电阻R8、电容C3和电容C6；电阻R7串连在单片机产生的PWM信号输出端与MOS管Q3的G极之间；电阻R8和电容C3分别连接在MOS管Q3的G极与MOS管Q3的S极之间；电容C6的两端分别接在MOS管Q3的S极与D极。在蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间还包括充放电电流采样电路；充放电电流采样电路包括由电阻R5、电阻R6、电阻R26和电阻R27并联组成的并联电路，并联电路串连到蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间，在电阻R27的两端还并联有电容C7。

放电控制电路由电阻R7、电阻R8、电容C3、电容Q3、电容C6、电阻R1、电阻R2、电容R3、电阻R4和灯珠的组成。电阻R7一端连接MCU的PWM输出脚，另一端接电阻R8、电容C3和电容Q3的D极，电极R8和电极C3的另一端接电池负极。电容C6并联在二极管Q3的S极和D极两端，Q3的S极接电池负极。电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4并联一端接Q3的D极，另一端接灯珠的负极，灯珠的正极接电池的正极。单片机设置PWM输出控制Q3通断，控制灯珠的亮灭和调光。

这里电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4不能省，它们是分压电阻，分压作用，由于灯珠是直接电池电压供电，灯珠电压和电池电压有一点点不匹配，用电阻分压，省掉了会灯珠电压高了影响灯珠使用寿命。

在蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间还包括充放电电流采样电路；充放电电流采样电路包括由电阻R5、电阻R6、电阻R26和电阻R27并联组成的并联电路，并联电路串连到蓄电池的阴极与MOS管Q3的S极之间，在电阻R27的两端还并联有电容C7，在并联电路串连到MOS管Q3的S极之间的公共端引出一根导线接到单机上如图1所示，单片机根据这个信号就可以检测到蓄电池充电或者放电电流了，据此可以得到蓄电池剩余的容量，用于实现对LED灯具的控制。

蓄电池充电电路如图2所示。包括太阳能电池板、蓄电池、开关管Q2以及由单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端；太阳能电池板的阳极SP+与蓄电池的阳极BT+相连，蓄电池的阴极BT-接作为开关管Q2的D极，开关管Q2的S极接接太阳能电池板的阴极SP-。

单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端(PN_ACT)通过一个开关管驱动电路接开关管Q2的G极。开关管驱动电路包括三极管Q4、三极管Q6、电阻R17、电阻R20、电阻R24、电阻R25；单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端PN_ACT接三极管Q2的基极，工作电压电压接到三极管Q2的集电集上，电阻R17设置在三极管Q4的集电极与基极之间，三极管Q2的发射极通过电阻R24接太阳能电池板的阴极SP-。

三极管Q6的基极接三极管Q3的发射极，电阻R20和电阻R23串连在工作电压电压与太阳能电池板阴极SP-之间，三极管Q6的集电极接电阻R20和电阻R23的公共端，三极管Q6的发射极接太阳能电池板阴极(SP-)；三极管Q6的集电极形成开关管驱动电路的输出端接所述的开关管Q2的G极。

在单片机产生的控制开关管Q2开闭的控制信号输出端PN_ACT与三极管Q2的基极之间还设置有限流电阻R19，在三极管Q4的发射极与三极管Q6的基极之间还设置有分压电阻R22，在三极管Q6的集电极与开关管Q2的G极之间设置有限流电阻R21。

充电电路如图2所示，包括电阻R19、电阻R17、Q4、电阻R22、电阻R24、电阻Q6、电阻RJ1、电阻R20、电阻R23、电阻R21、三极管Q2组成。电阻R19一端接MCU的充电控制器脚PN_ACT，另一端接电阻R17和三极管Q4的基极,电阻R17的另一端接稳压电路输出5V和Q4的发射极。Q4的集电极接R22一端，R22的另一端接R24和Q6的基极。R24另一端接太阳能板的负极，Q6发射极接太阳能板的负极。R23并联在Q6的集电极和发射极两端。R20一端接Q6的集电极，另一端稳压电路1输出5V和RJ1，RJ1的另一端接电池正极。R21一端接Q6的集电极，两一端接Q2的G极。Q2的S极接太阳能电池板的负极，D极接电池端的负极。MCU通过输出高低电平控制Q2的导通，给电池进行充电。

这里用到了工作电源，它可以由太阳能电池板的输出通过稳压电路稳压后生成，也可以由蓄电池的输出通过稳压中形成，这个5V电源，在本实施例中用处比较多，主要是在用于做集电集电源或者其它芯片所需要挟电源如单片机所需要的电源。

单片机是通过检测太阳能电池的输出电压来决定是充电控制信号的PN_ACT是否有效的，太阳能板电压采集电路由电阻R14、电阻R18、电容C4组成如图2所示。电容R14的一端接太阳能板阳极SP+，另一端接R18的一端，R18的另一端接地，电容C4与电阻R18并联。MCU采集电阻R18电压，light点通过采集R18的电压判断白天夜晚进行充放电。太阳能电压采集电路用途是：判断白天还是夜晚，有电压大于5V表示白天，小于5V表示夜晚，判断为白天就可以充电，不能放电；判断夜晚就可以放电，不能充电。

如图3所示是一种采用蓄电池的输出结合稳压电路产生工作电压电源供电单片机或者其它开关管使用。稳压电路包括型号是IC-7550-5V的稳压芯片U2，蓄电池的阳极BT+通过电阻R1接稳压芯片U2的第2引脚，电容C3和电容C20并联在接稳压芯片U2的第2引脚与第一引脚之间，电容C22、电容C26、电容C27和电容C28并联后设置在稳压芯片U2的第3脚与第1引脚之间，稳压芯片U2的第1脚接电池的阴极BT-，稳压芯片U2的第3引脚是工作电压电源输出端。

如图3所示，这里由蓄电池输出采用的稳压电稳压电路1由电阻R1、电容C3、电容C20、型号是IC-7550-5V稳压芯片，压差LDO线性稳压芯片U2、电容C22、电容C26、电容C27、电容C28组成。电阻R1一端接电池正极，另一端接U2的2脚输入脚，电容C20和电容C3并联，一端接在稳压芯片U2的2脚输入脚，另一端电池负极。U2的1脚接电池负极，电容C22、C26、电容C27、电容C28并联一端接稳压芯片U2的3脚，另一段接电池负极。电池经过稳压IC U2稳压后输出5V给微波感应电路和其他电路供电。

如图4所示，由太阳能电池板输出经过稳压电路将产生标准输出电压的原理图，这里的电路所要使用的稳压电路如图4所示，由R21、C35、C36、C37、R24、Q2、ZD1、C13、C12组成。R21一端接电池正极，另一端接Q2的集电极，C35、C36、C37并联在一起，一端接Q2的集电极，另一端接电池负极。R24一端接Q2的集电极，另一端接Q2的基极，ZD1接正极端接电池负极，负极端接Q2的基极。C13并联在ZD1两端。C12一端接Q2的发射极，两一端接电池负极，Q2的发射极输出5V给MUC供电。

充放电管理电路分为充电控制电路、放电控制电路和电流检测电路。充电控制电路有R19、R17、Q4、R22、R24、Q6、RJ1、R20、R23、R21、Q2组成。R19一端接MCU的充电控制器脚，另一端接R17和Q4的基极,R17的另一端接稳压电路2输出5V和Q4的发射极.Q4的集电极接R22一端，R22的另一端接R24和Q6的基极。R24另一端接太阳能板的负极，Q6发射极接太阳能板的负极。R23并联在Q6的集电极和发射极两端。R20一端接Q6的集电极，另一端稳压电路1输出5V和RJ1，RJ1的另一端接电池正极。R21一端接Q6的集电极，两一端接Q2的G极。Q2的S极接太阳能电池板的负极，D极接电池端的负极。MCU通过输出高低电平控制Q2的导通，给电池进行充电。

RJ1普通电阻，0欧姆画板过线用的，无实际电路用途。Q2和Q3是一样的：NMOS管MT6680，D:漏极S：源极G:栅极。当太阳能板电压检测判断为白天时，电池电量不是满电量时，SP-和BT-导通。

VCC和BT+是给Q2导通关短提供电压的，作用是：VCC是由电池稳压给到，BT+是和太阳能板相连，在长时间放置电池时，电池电压降低电路会断开，不能提供VCC电压，再充电的时候就不能控制Q2导通关短没法充电，现在电路BT+可以由太阳能板电压激活控制Q2。

工作电压无固定要求，一般是5V，在这里工作电压会被拉低，为不影响其他电路，选用+5V稳压的电压。

本实施例中，采用单片机做控制中心，充放电电流检测电路也可以如图5所示的电路，该电路由电阻R33、电容C31、运算放大器ICU7、电阻R36、电阻R34、电阻R35、电容C32、电阻R37、电阻R38、电阻R39、电容C33组成。从电流检测的取样点I_IN处取样，该取样点如图1所示，从图中的放电电流采样电路的电阻一端。运算放大器ICU7的第1脚也就是IN端依次连接电阻R36、电阻R37、电阻R39、蓄电池的阴极BT－，从电阻R37和电阻R39的公共端引入电流检测的取样点I_IN的信号，另外，电阻R37和电阻R39的公共端还依次连接电阻R38、电容C33和地，在电阻R38和电容C33的公共端接入系统的工作电源，这里采用上面的稳压电路稳压后输出的工作电源，不论是太阳能电池板输出经过稳压后的5V，还是蓄电池的输出通过如图3所示的稳压电路输出的5V。电阻R36和电阻R37的公共端通过电容C32接地。

运算放大器ICU7的第2脚接地。运算放大器ICU7的第5脚接工作电源。

运算放大器ICU7的第3脚和第4脚之间并联了电阻R34和电容C34；运算放大器ICU7的第3脚还通过电阻R35接地，如图4所示。运算放大器ICU7的第4脚是输出引脚OUT，在该输出端通过由电阻R33和电容C31组成的滤波滤掉交流部分形成电流输出信号I_OUT接MCU。

MCU通过电流检测电路检测充放电电流大小。充电时，MCU检测充电电流的大小和充电时间判断充电容量，当充电电流过大时MCU控制电流减小充电电流或暂停充电。放电时，检测放电电流，放电过程中电池电压下降，电流不变，功率会变小，MUC通过采集的电压电流分析放电功率，通过PWM调节电流大小达到恒功率放电。这里U7是运算放大器IC,主要作用放大检测电池充放电的电流。太阳能板接蓄电池的一端是充电电路，电池给LED供电的是放电电路。

电流检测电路检测已知阻值采样电阻的电压，再将采样电阻的电压进过运算放大器放大的电压，MCU采集放大后后的电压。对应的电压就是实际电流，MCU根据电流的大小和充放电的时间就可以得出对应电量。