专利名称：恒流输出的自适应led灯具控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够恒流输出350mA的自适应LED灯具控制器。
背景技术：
随着LED技术的飞速发展，LED在照明灯具上的应用日益扩大，逐渐形成 规模。目前，基于LED的灯具种类分为庭院灯、草坪灯、路灯等，其耗电量仅 为普通灯具的1/4-1/10，寿命则长10倍以上，且为绿色光源。也就是同样功率 的太阳能电池和蓄电池，其LED灯亮的时间比普通灯要大大增加。然用于LED 灯具的控制器线路复杂， 一般的太阳能充电控制，不能直接用于LED灯的控制， 通常需要在LED灯具内再加一个控制电路，使得基于太阳能供电的LED灯具， 控制电路复杂，体积增大，成本提高，可靠性降低。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够恒流输出350mA的自适应LED灯具控制器。 本专利既能用于对草坪灯的控制、又能用于对庭院灯的和路灯的控制，其可靠 性高，功耗小，延长了LED灯具的使用寿命。用功率小的光伏板电池板和蓄电 池，就能使LED发光源的亮度达到庭院灯的和路灯的要求，且比普通灯具的 寿命长达数倍。
本发明提出的自适应LED灯具控制器，包括充电控制电路、蓄电池电压检 测电路、太阳能电池板电压检测电路、单片机、恒流电路和负载控制与保护电 路。充电控制电路的场效应管的漏极和源极分别连在蓄电池的负端和太阳能电 池板的负端，栅极和单片机相连；蓄电池电压检测电路的一端与蓄电池连接， 另一端与单片机连接；太阳能电池板电压检测电路的一端与太阳能电池板连接，另-端与单片机连接；恒流电路一端与蓄电池连接，另一端与负载连接；负载 控制与保护电路连接到单片机。 具体电路连接关系为
充电控制电路中，蓄电池正端通过保险丝、防反接二极管和太阳能电池板 正端相连，蓄电池负端通过第一场效应管和太阳能电池板负端相连，蓄电池负 端与第一场效应管的漏极相连，太阳能电池板负端与第一场效应管的源极相连， 而第一场效应管的栅极和单片机的控制输出端二相连，从而单片机通过控制第 一场效应管的通与断来控制太阳能电池板对蓄电池的充电。指示灯LED2的一
端通过第十一电阻连到防反接二级管的负端，另一端连到太阳能电池板负端；
蓄电池电压检测电路中，蓄电池正端与第七电阻的一端相连，第七电阻的
另一端与单片机的A/D转换端口相连，同时第七电阻的另一端与第一电容、IV 的稳压管、第八电阻并联后的一端相连，第一电容、1V的稳压管、第八电阻并 联后的另一端与蓄电池的负端相连；
在单片机的基准电压源端口串联第一电阻和热敏电阻后与蓄电池负端相 连，第一电阻和热敏电阻的分压点与单片机的A/D转换端口相连，单片机通过 对分压点的采样，对环境温度进行判断，并进行相应的温度补偿,本发明的温度 补偿是-4mv/'C/lV;
太阳能电池板电压检测电路中，太阳能电池板两端串联第三电阻和第四电 阻，第三电阻与太阳能电池板正端相连，第四电阻与太阳能电池板负端相连， 在第三电阻和第四电阻的分压点处第五电阻与之相连，第五电阻的另一端与单 片机的A/D转换端口相连，同时与第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端与 地相连；
指示灯LED1、 LED3分别与单片机的控制输出端一和控制输出端三相连，从而显示当前的电路状态；
恒流电路中，电流调节器的输入端口和使能端口相连后经第二电容与地相 连，并同时与蓄电池的正端相连，电压端口通过第三电容与地相连，保证提供
5V稳压输出，输出端接负载正端，输出恒流350mA;
负载控制与保护电路中，负载负端和第二场效应管的漏极相连，第二场效 应管的栅极和单片机的控制输出端四相连，源极与取样电阻的一端相连，同时 与第十电阻一端相连，取样电阻的另一端与地相连，第十电阻的另一端与双运 放LM258的输入端正相连，输入端负的输入是一设定值，双运放LM258的输 出端与单片机的控制输入端相连。
充电控制电路中第一场效应管选用IRL3803，它比一般的可控电子开关转换 速度快，而且导通电阻很小，约为0.006欧姆。
单片机对第一场效应管的控制方式为蓄电池充电时，第一场效应管通， 蓄电池不充电时，第一场效应管关。单片机采用PWM蓄电池充电模式，保证蓄 电池工作在合理的状态，提高蓄电池的实用寿命。
恒流电路主要是由电流调节器及其外围电路组成，电流调节器选用 MAX16803，工作在6.5V至40V输入电压范围，提供高达350mA的总电流，
本发明采用上述技术方案，可以使单片机完成自适应处理，采用上述控制 方式，具有以下优点
1. 控制能力强，采用的场效应管IRL3803S开关转换速度快，控制电路可以 根据采样电压来自动调节对蓄电池的充电，充电时，场效应管IRL3803S开，反 之场效应管IRL3803S关。
2. 利用高效的PWM蓄电池充电模式，保证蓄电池工作在合理的状态，提 高蓄电池的实用寿命。3.恒流源驱动是最佳的LED驱动方式，采用恒流源驱动，LED上流过的电 流将不受电压变化、环境温度变化，以及LED参数离散性的影响，从而能保持 电流恒定，充分发挥LED的优良特性。
图1是恒流输出的自适应LED灯具控制器的电路图。
具体实施例方式
恒流输出的自适应LED灯具控制器，包括充电控制电路、蓄电池电压检测 电路、太阳能电池板电压检测电路、单片机、恒流电路和负载控制与保护电路。 充电控制电路的场效应管的漏极和源极分别连在蓄电池的负端和太阳能电池板 的负端，栅极和单片机相连；蓄电池电压检测电路的一端与蓄电池连接，另一 端与单片机连接；太阳能电池板电压检测电路的一端与太阳能电池板连接，另 一端与单片机连接；恒流电路一端与蓄电池连接，另一端与负载连接；负载控
制与保护电路连接到单片机。
下面结合图l做进一步说明，构成恒流输出的自适应LED灯具控制器的电 路连接关系为
充电控制电路中，蓄电池正端BAT+通过保险丝F1、防反接二极管D1和太 阳能电池板正端PV+相连，蓄电池负端BAT-通过第一场效应管Sl和太阳能电 池板负端PV-相连，蓄电池负端BTA-与第一场效应管S1的漏极相连，太阳能电 池板负端PV-与第一场效应管Sl的源极相连，而第一场效应管Sl的栅极和单片 机的控制输出端二OUTPUT2相连，从而单片机通过控制第一场效应管Sl的通 与断来控制太阳能电池板对蓄电池的充电。指示灯LED2的一端通过第十一电 阻R11连到防反接二级管D1的负端，另一端连到太阳能电池板负端PV-。
第一场效应管S1选用IRL3803，它比一般的可控电子开关转换速度快，而且导通电阻很小，约为0.006欧姆。
单片机对第一场效应管Sl的控制方式为蓄电池充电吋，第一场效应管Sl
通，蓄电池不充电时，第一场效应管S1关。单片机采用PWM蓄电池充电模式， 保证蓄电池工作在合理的状态，提高蓄电池的实用寿命。
蓄电池电压检测电路中，蓄电池正端BAT+与第七电阻R7的一端相连，第 七电阻R7的另一端与单片机的A/D转换端口相连，同时第七电阻R7的另一端 与第一电容C1、 1V的稳压管D2、第八电阻R8并联后的一端相连，第一电容 Cl、 1V的稳压管D2、第八电阻R8并联后的另一端与蓄电池的负端BAT-相连。
单片机的A/D转换端口对蓄电池电压进行采样，采样后单片机对采样点进 行相关计算判断出蓄电池的实际电压，如果发生过放动作，充电要先达到提升 充电电压，并保持十分钟，而后降到直充电压保持十分钟，以激活蓄电池，避 免硫化结晶，最后降到浮充电压并保持直至充电返回电压动作。如果没有发生 过放，将不会有提升充电模式，以防蓄电池失水。并有LED指示灯时刻显示着 蓄电池的充电情况。蓄电池电压在正常工作范围内时，LED1状态指示灯常绿； 充满后LED1为绿色慢闪；当电池电压降低到欠压时，LED1变成橙黄色；当蓄 电池电压继续降低到过放电压时，LED1变为红色，此时控制器将自动关闭输出。 而当电压又重新恢复到正常的工作范围内时，将自动开通输出，LED1变为绿色。
本发明具有12V/24V自动识别，如图1所示，单片机通过对A点电压的采 样进行分析，判断蓄电池是何种规格，当判断出A点电压小于18V则蓄电池为 12V规格，当判断出A点电压大于18V，则蓄电池为24V规格，本发明中只使 用12V，24V两种规格。
在单片机的基准电压源端口 AREF串联第一电阻R1和热敏电阻R2后与蓄 电池负端BAT-相连，第一电阻Rl和热敏电阻R2的分压点与单片机的A/D转换端口相连，单片机通过对分压点B的采样，对环境温度进行判断，并进行相
应的温度补偿。本发明的温度补偿是-4mv/'C/lV。
太阳能电池板电压检测电路中，太阳能电池板两端串联第三电阻R3和第四 电阻R4，第三电阻R3与太阳能电池板正端PV+相连，第四电阻R4与太阳能电 池板负端PV-相连，在第三电阻R3和第四电阻R4的分压点处第五电阻R5与之 相连，第五电阻R5的另一端与单片机的A/D转换端口相连，同时与第六电阻 R6的一端相连，第六电阻R6的另一端与地GND相连。
单片机对太阳能电池板两端电压的分压采样，作为判断白天和黑夜的探测 信号。单片机的A/D转换端口采样后，单片机对采样点进行相关计算判断出太 阳能电池板两端的实际电压，可以判断出是白天还是黑夜，白天对蓄电池充电， 黑夜不对蓄电池充电。LED指示灯显示太阳能电池板的充电状态。白天太阳能 电池板两端有电压时，LED2状态指示灯常绿，黑天时LED2状态指示灯灭。
指示灯LED1、 LED3分别与单片机的控制输出端一 0UTPUT1和控制输出 端三OUTPUT3相连，从而显示当前的电路状态。
恒流电路中，电流调节器的输入端口 IN和使能端口 EN相连后经第二电容 C2与地相连，并同时与蓄电池的正端BAT+相连，电压端口 V5通过第三电容 C3与地相连，保证提供5V稳压输出，输出端OUT接负载正端LOAD+，输出 恒流350mA。
恒流电路主要是由电流调节器及其外围电路组成，电流调节器选用 MAX16803，工作在6.5V至40V输入电压范围，提供高达350mA的总电流， 用于驱动一串或多串高亮度LED。 MAX16803输出电流通过一个与LED串联的 外部检流电阻设置。其内置的调整管减少了外部元件数目，并提供±3.5%的输出 电流精度，并提供5V稳压输出及短路保护和热保护等功能。这样蓄电池的输出电压接到MAX16803上后，输出350mA恒流，从而可以稳定的控制LED灯工作。
负载控制与保护电路中，负载负端LOAD-和第二场效应管S2的漏极相连， 第二场效应管S2的栅极和单片机的控制输出端四OUTPUT4相连，源极与取样 电阻R9的一端相连，同时与第十电阻R10—端相连，取样电阻R9的另一端与 地GND相连，第十电阻R10的另一端与双运放LM258的输入端正IN+相连， 输入端负IN-的输入是一设定值，双运放LM258的输出端OUT与单片机的控制 输入端INPUT相连。
通过取样电阻采取负载回路的工作电流，并以此作为过载和短路比较保护 电路的输入比较信号，经过双运放LM258比较后送单片机，从而通过控制S2 的通与断，进而控制负载的通与断，并有LED指示灯显示电路工作状态。当用 户使用的直流负载超过了控制器的额定负载时，控制器将关闭输出，状态指示 灯LED1为红色闪烁，提醒用户移除过多的负载，重连蓄电池会等到第二天可 以正常工作，LED1恢复正常指示；当负载或负载连线出现短路故障时，控制器 将立即关闭输出LED1熄灭，红色短路故障指示灯LED3亮，用户应断开有故障 的负载，重连蓄电池会等到第二天可以正常工作。
权利要求
1. 恒流输出的自适应LED灯具控制器，其特征在于包括充电控制电路、蓄电池电压检测电路、太阳能电池板电压检测电路、单片机、恒流电路和负载控制与保护电路；具体电路连接关系为充电控制电路中，蓄电池正端(BAT+)通过保险丝(F1)、防反接二极管(D1)和太阳能电池板正端(PV+)相连，蓄电池负端(BAT-)通过第一场效应管(S1)和太阳能电池板负端(PV-)相连，蓄电池负端(BTA-)与第一场效应管(S1)的漏极相连，太阳能电池板负端(PV-)与第一场效应管(S1)的源极相连，而第一场效应管(S1)的栅极和单片机的控制输出端二(OUTPUT2)相连，从而单片机通过控制第一场效应管(S1)的通与断来控制太阳能电池板对蓄电池的充电。指示灯LED2的一端通过第十一电阻(R11)连到防反接二级管(D1)的负端，另一端连到太阳能电池板负端(PV-)；蓄电池电压检测电路中，蓄电池正端(BAT+)与第七电阻(R7)的一端相连，第七电阻(R7)的另一端与单片机的A/D转换端口相连，同时第七电阻(R7)的另一端与第一电容(C1)、1V的稳压管(D2)、第八电阻(R8)并联后的一端相连，第一电容(C1)、1V的稳压管(D2)、第八电阻(R8)并联后的另一端与蓄电池的负端(BAT-)相连；在单片机的基准电压源端口(AREF)串联第一电阻(R1)和热敏电阻(R2)后与蓄电池负端(BAT-)相连，第一电阻(R1)和热敏电阻(R2)的分压点与单片机的A/D转换端口相连，单片机通过对分压点的采样，对环境温度进行判断，并进行相应的温度补偿，本发明的温度补偿是-4mv/℃/1V；太阳能电池板电压检测电路中，太阳能电池板两端串联第三电阻(R3)和第四电阻(R4)，第三电阻(R3)与太阳能电池板正端(PV+)相连，第四电阻(R4)与太阳能电池板负端(PV-)相连，在第三电阻(R3)和第四电阻(R4)的分压点处第五电阻(R5)与之相连，第五电阻(R5)的另一端与单片机的A/D转换端口相连，同时与第六电阻(R6)的一端相连，第六电阻(R6)的另一端与地(GND)相连；指示灯LED1、LED3分别与单片机的控制输出端一(OUTPUT1)和控制输出端三(OUTPUT3)相连，从而显示当前的电路状态；恒流电路中，电流调节器的输入端口(IN)和使能端口(EN)相连后经第二电容(C2)与地相连，并同时与蓄电池的正端(BAT+)相连，电压端口(V5)通过第三电容(C3)与地相连，保证提供5V稳压输出，输出端(OUT)接负载正端(LOAD+)，输出恒流350mA；负载控制与保护电路中，负载负端(LOAD-)和第二场效应管(S2)的漏极相连，第二场效应管(S2)的栅极和单片机的控制输出端四(OUTPUT4)相连，源极与取样电阻(R9)的一端相连，同时与第十电阻(R10)一端相连，取样电阻(R9)的另一端与地(GND)相连，第十电阻(R10)的另一端与双运放LM258的输入端正(IN+)相连，输入端负(IN-)的输入是一设定值，双运放LM258的输出端(OUT)与单片机的控制输入端(INPUT)相连。
2.根据权利要求1所述的恒流输出的自适应LED灯具控制器，其特征在于 所述的第一场效应管(Sl)和第二场效应管(S2)选用IRL3803; 单片机对第一场效应管(Sl)的控制方式为蓄电池充电时，第一场效应管(Sl)通，蓄电池不充电时，第一场效应管(Sl)关，单片机采用PWM蓄电池充电模式；所述的恒流电路主要是由电流调节器及其外围电路组成，电流调节器选用 MAX16803，工作在6.5V至40V输入电压范围，提供高达350mA的总电流。
全文摘要
本发明公开了一种能够恒流输出350mA的自适应LED灯具控制器，包括充电控制电路、蓄电池电压检测电路、太阳能电池板电压检测电路、单片机、恒流电路和负载控制与保护电路。充电控制电路的场效应管的漏极和源极分别连在蓄电池的负端和太阳能电池板的负端，栅极和单片机相连；蓄电池电压检测电路的一端与蓄电池连接，另一端与单片机连接；太阳能电池板电压检测电路的一端与太阳能电池板连接，另一端与单片机连接；恒流电路一端与蓄电池连接，另一端与负载连接；负载控制与保护电路连接到单片机。本发明既能用于对草坪灯的控制、又能用于对庭院灯的和路灯的控制，其可靠性高，功耗小，延长了LED灯具的使用寿命。
文档编号H05B37/02GK101453815SQ20081024662
公开日2009年6月10日 申请日期2008年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者云 高, 魏学业 申请人:北京交通大学