智能LED恒流控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及一种led灯领域，特别涉及一种智能led恒流控制系统及其控制方法。

背景技术：

作为led草坪灯的应用方案，其外围需要有太阳能板、以及储能电池组、以及输出led灯负载；当白天时，太阳能板上通过吸收阳光能量转化为电能，通过芯片输入至储能电池组；当夜晚时，储能电池组通过负载led灯放电，从而起到夜间照明的作用。

图1中所示为传统的led草坪灯应用原理：太阳能板输入接芯片sp引脚，电池组输入接芯片bat引脚，负载led灯接芯片led引脚；白天时，通过芯片内部mos管q1和r1可实现从sp端到bat端的充电，通过电池检测单元，可实现过充保护控制；夜晚时，通过芯片内部mos管q2和r2可实现从bat端到led端的放电，通过电池检测单元可实现过放保护控制；芯片通过sp端输入的光照检测模块实现检测环境的亮暗，进而控制放电部分环路是否工作。

传统的led草坪灯应用，由于无法准确检测电池组的状态，因此无法实现当天夜间连续八小时的恒流放电；且由于电池组属于易耗品，其电量会随着充放电次数的增多而逐渐递减，因此亦无法通过直接检测电池电压来控制恒流放电的放电系数。传统技术的不足之处在于：传统的led草坪灯应用，由于无法准确检测电池组的状态且电池组属于易耗品，从而导致无法准确检测电池组电量，进而无法实现当天夜间连续8小时的恒流放电，对于使用者或者路面照明造成了极大不便。

技术实现要素：

本发明所解决的技术问题是克服上述现有技术的不足而提供一种通过引入gm放大器等单元，实现对电池组电量的准确预估，从而达到可在夜间放电时，实现连续八小时恒流输出，其外围元件并未改变，同时在电池组这种易耗品，其可充电电量变化时，仍可以根据环境变化以及电池损耗变化等因素自动调整夜间放电时的恒流放电系数，达到智能化控制实现夜间连续八小时恒流放电的目的；同时又可以优化电池组的应用，相同方案条件下，可显著减少电池组容量，达到节能环保的目的的太阳能类应用led草坪灯的智能led恒流控制系统。本发明所解决的另一技术问题是克服上述现有技术的不足而提供一种芯片通过检测电池组的充放电，进而准确预估电池组电量，从而可得到一个最优的放电系数，使得在夜间放电时，达到最优的连续8小时恒流放电效果；同时可有效减小电池组容量，达到了节能环保的目的的智能led恒流控制系统的控制方法。

本发明的第一技术解决方案是所述智能led恒流控制系统，其特殊之处在于，芯片的sp端与芯片的vss端之间连接太阳能板，芯片的bat端与芯片的vss端之间连接电池组，芯片的led端与芯片的vss端之间连接负载led灯，芯片的sp端接入光照检测模块的输入端，芯片的bat端接入电池检测模块的输入端，电池检测模块适时校正电池组的电量计数器，光照检测模块的输出端与电池检测模块的输出端接入逻辑控制模块，逻辑控制模块接入寄存器的加法器和减法器，恒流控制模块的输入端包括基准参考电压ref、使能端en和反相输入端，所述反相输入端连接在电阻r2与第二mos管q2源极的公共端，第二mos管q2的漏极接入芯片的led端，第二mos管q2的栅极连接恒流控制模块的输出端，开关k1把电阻r1或电阻r2的一端接入到gm放大器的一个输入端，gm放大器的另一个输入接入bat端；gm放大模块的输出端接入第二比较器cpa2的反相输入端和电容c的一端，电容c的另一端接入芯片的vss端和地，第二比较器cpa2的同相输入端为基准参考电压ref，第二比较器cpa2的输出端连接寄存器，寄存器通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，电阻r1与电阻r2的连线节点接入芯片bat端与电池检测模块输入端的公共端，电阻r1的另一端接入第一mos管q1的源极，第一mos管q1的栅极连接第一比较器cpa1的输出端，第一mos管q1的漏极与第一比较器cpa1反相输入端接入芯片sp端与光照检测模块输入端的公共端，第一比较器cpa1的同相输入端连接在gm放大模块的反相输入端和芯片bat端与电池检测模块输入端的公共端。

本发明的第二技术解决方案是所述智能led恒流控制系统，其特殊之处在于，芯片的led端与芯片的spn端之间顺序连接负载led灯和太阳能板，负载led灯和太阳能板的公共端连接在芯片的bat端，芯片的bat端与芯片的vss端之间连接电池组，芯片的bat端接入电池检测模块的输入端，电池检测模块适时校正电池组的电量计数器，电池检测模块的输出端接入逻辑控制模块，逻辑控制模块接入寄存器的加法器和减法器，gm放大器的同相输入端接入第二mos管q2的源极，gm放大器的反相输入端连接电阻r2的一端，gm放大模块的输出端接入第二比较器cpa2的反相输入端和电容c的一端，电容c的另一端连接电阻r1的一端和地，第二比较器cpa2的同相输入端为基准参考电压ref，第二比较器cpa2的输出端连接寄存器，寄存器通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，第二mos管q2的漏极接入芯片的led端，第二mos管q2的栅极接入恒流控制模块的输出端，恒流控制模块的输入端包括基准参考电压ref、使能端en和反相输入端，所述反相输入端连接在gm放大器的同相输入端与第二mos管q2源极的公共端，开关k1把电阻r1或电阻r2的另一端接入到gm放大器的反相输入端，电阻r1的另一端接入第一mos管q1的源极，第一mos管q1的漏极接入芯片的spn端，第一mos管q1的栅极连接第一比较器cpa1的输出端，第一mos管q1的漏极与芯片spn端的公共端接入光照检测模块的输入端，光照检测模块的输出端接入逻辑控制模块，电阻r1与电容c的公共端和电阻r2与gm放大器的反相输入端的公共端之间连接，第一比较器cpa1的反相输入端连接在第一mos管q1的漏极与芯片spn端的公共端与光照检测模块输入端之间，第一比较器cpa1的同相输入端连接在电阻r2与芯片的vss端的公共端。

本发明的第三技术解决方案是所述智能led恒流控制系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴白天时段，太阳能板通过转换光能为电能，并施加电压至芯片的sp端，芯片通过光照检测模块，使得芯片充电部分功能打开而放电部分功能关闭，芯片检测sp端并与芯片的bat端电压进行比较；

⑵当检测到芯片的sp端电压比芯片的bat端电压高时，芯片导通mos管q1，通过控制mos管的栅极电压，控制输入电流大小，实现最大电流充电功能；

⑶电流经过芯片第一mos管q1和电阻r1到芯片的bat端，进而到电池组，使得电池组在白天时段进行能量存储；

⑷芯片同时通过电池检测模块随时检测bat电压值，当其充电饱和后，充电功能截止；

⑸夜间时段，太阳能板接收不到光能，芯片的sp端没有电压，通过光照检测模块，使得芯片充电部分功能关闭而放电部分功能打开，芯片通过恒流控制模块导通第二mos管q2；

⑹芯片通过叠加放电系数到基准参考电压ref，进而通过控制第二mos管q2的栅极，控制输出恒流放电；

⑺电流便从芯片bat端经过电阻r2、第二mos管q2到芯片的led端，点亮负载led灯，把电池组存储的电能通过led灯转化为光能；

⑻芯片同时通过电池检测模块随时检测bat电压值，当其放电达到欠压保护值后，放电功能截止。

本发明的第四技术解决方案是所述智能led恒流控制系统的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴无论白天还是夜间，芯片均会通过开关k1把电阻r1或电阻r2的一端接入到gm放大器的一个输入端，而另一个输入接入芯片的bat端；通过光照检测控制；

⑵白天时段，开关k1拨向电阻r1的一端，gm放大器对电池组充电电量进行积分累积；夜间时段，开关k1拨向电阻r2的一端，gm放大器对电池组放电电量进行积分累积；

⑶无论充电还是放电，积分累积电量gm放大器均会对其输出电容进行比例充电，其电容电压输入到第二比较器cpa2的一端，而另一端接一基准参考电压；

⑷当第二比较器cpa2输出翻转时，内置寄存器模块便会数字进位翻转，同时复位gm放大器的输出电容电压，通过内置寄存器的逻辑输出即可判断出电池组此时的电量，进而通过逻辑判断，可预估出恒流放电系数大小、以及实现夜间连续八小时恒流放电功能。

作为优先：所述步骤⑷进一步包括：

(4.1)通过内置寄存器对电池组电量进行计数，进而判断电池组此刻的电量,芯片通过电池电压检测模块适时地校正电池组电量计数器；

(4.2)通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，即可实现准确判断电池组电量，输出一个放电系数，使得实现夜间连续八小时恒流放电电流最大化。

与现有技术相比，本发明的有益效果:

⑴本发明通过引入gm放大器等单元，实现对电池组电量的准确预估，从而达到可在夜间放电时，实现连续八小时恒流输出，其外围元件并未改变，同时在电池组这种易耗品，其可充电电量变化时，仍可以根据环境变化以及电池损耗变化等因素自动调整夜间放电时的恒流放电系数，达到智能化控制实现夜间连续八小时恒流放电的目的；同时又可以优化电池组的应用，相同方案条件下，可显著减少电池组容量，达到节能环保的目的。

⑵本发明的芯片通过检测电池组的充放电，进而准确预估电池组电量，从而可得到一个最优的放电系数，使得在夜间放电时，达到最优的连续八小时恒流放电效果。

⑶无论是电池组未及时充足够的电量、还是因为电池组老化导致最大电池组电量损失、以及环境温度变化导致的电池电量损失等因素，均可以通过本发明的技术方案实现夜间连续八小时恒流放电电流最大化，达到最优的恒流放电的目的。

⑷本发明通过准确预估电池组电量的智能化设计，从而达到夜间连续八小时恒流输出的效果。

附图说明

图1是传统的led草坪灯的电路框图；

图2是本发明智能led恒流控制系统第一实施例的电路框图；

图3是本发明芯片内部逻辑控制示意图；

图4是本发明智能led恒流控制系统第二实施例的电路框图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述：

图2、图3示出了本发明的智能led恒流控制系统的第一个实施例。

请参阅图2所示，该智能led恒流控制系统，其芯片的sp端与芯片的vss端之间连接太阳能板，芯片的bat端与芯片的vss端之间连接电池组，芯片的led端与芯片的vss端之间连接负载led灯，芯片的sp端接入光照检测模块的输入端，芯片的bat端接入电池检测模块的输入端，电池检测模块适时校正电池组的电量计数器，光照检测模块的输出端与电池检测模块的输出端接入逻辑控制模块，逻辑控制模块接入寄存器的加法器和减法器，恒流控制模块的输入端包括基准参考电压ref、使能端en和反相输入端，所述反相输入端连接在电阻r2与第二mos管q2源极的公共端，第二mos管q2的漏极接入芯片的led端，第二mos管q2的栅极连接恒流控制模块的输出端，开关k1把电阻r1或电阻r2的一端接入到gm放大器的一个输入端，gm放大器的另一个输入接入bat端；gm放大模块的输出端接入第二比较器cpa2的反相输入端和电容c的一端，电容c的另一端接入芯片的vss端和地，第二比较器cpa2的同相输入端为基准参考电压ref，第二比较器cpa2的输出端连接寄存器，寄存器通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，电阻r1与电阻r2的连线节点接入芯片bat端与电池检测模块输入端的公共端，电阻r1的另一端接入第一mos管q1的源极，第一mos管q1的栅极连接第一比较器cpa1的输出端，第一mos管q1的漏极与第一比较器cpa1反相输入端接入芯片sp端与光照检测模块输入端的公共端，第一比较器cpa1的同相输入端连接在gm放大模块的反相输入端和芯片bat端与电池检测模块输入端的公共端。

请参阅图3所示，所述智能led恒流控制系统的控制方法，包括以下步骤：

⑴白天时段，太阳能板通过转换光能为电能，并施加电压至芯片的sp端，芯片通过光照检测模块，使得芯片充电部分功能打开而放电部分功能关闭，芯片检测sp端并与芯片的bat端电压进行比较；

⑵当检测到芯片的sp端电压比芯片的bat端电压高时，芯片导通mos管q1，通过控制mos管的栅极电压，控制输入电流大小，实现最大电流充电功能；

⑶电流经过芯片第一mos管q1和电阻r1到芯片的bat端，进而到电池组，使得电池组在白天时段进行能量存储；

⑷芯片同时通过电池检测模块随时检测bat电压值，当其充电饱和后，充电功能截止；

⑸夜间时段，太阳能板接收不到光能，芯片的sp端没有电压，通过光照检测模块，使得芯片充电部分功能关闭而放电部分功能打开，芯片通过恒流控制模块导通第二mos管q2；

⑹芯片通过叠加放电系数到基准参考电压ref，进而通过控制第二mos管q2的栅极，控制输出恒流放电；

⑺电流便从芯片bat端经过电阻r2、第二mos管q2到芯片的led端，点亮负载led灯，把电池组存储的电能通过led灯转化为光能；

⑻芯片同时通过电池检测模块随时检测bat电压值，当其放电达到欠压保护值后，放电功能截止。

本实施例中，所述智能led恒流控制系统的控制方法，包括以下步骤：

⑴无论白天还是夜间，芯片均会通过开关k1把电阻r1或电阻r2的一端接入到gm放大器的一个输入端，而另一个输入接入芯片的bat端；通过光照检测控制；

⑵白天时段，开关k1拨向电阻r1的一端，gm放大器对电池组充电电量进行积分累积；夜间时段，开关k1拨向电阻r2的一端，gm放大器对电池组放电电量进行积分累积；

⑶无论充电还是放电，积分累积电量gm放大器均会对其输出电容进行比例充电，其电容电压输入到第二比较器cpa2的一端，而另一端接一基准参考电压；

⑷当第二比较器cpa2输出翻转时，内置寄存器模块便会数字进位翻转，同时复位gm放大器的输出电容电压，通过内置寄存器的逻辑输出即可判断出电池组此时的电量，进而通过逻辑判断，可预估出恒流放电系数大小、以及实现夜间连续八小时恒流放电功能；

所述步骤⑷进一步包括：

(4.1)通过内置寄存器对电池组电量进行计数，进而判断电池组此刻的电量,芯片通过电池电压检测模块适时地校正电池组电量计数器；

(4.2)通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，即可实现准确判断电池组电量，输出一个放电系数，使得实现夜间连续八小时恒流放电电流最大化。

图4示出了本发明的智能led恒流控制系统的第二个实施例。

请参阅图4所示，该智能led恒流控制系统，其芯片的led端与芯片的spn端之间顺序连接负载led灯和太阳能板，负载led灯和太阳能板的公共端连接在芯片的bat端，芯片的bat端与芯片的vss端之间连接电池组，芯片的bat端接入电池检测模块的输入端，电池检测模块适时校正电池组的电量计数器，电池检测模块的输出端接入逻辑控制模块，逻辑控制模块接入寄存器的加法器和减法器，gm放大器的同相输入端接入第二mos管q2的源极，gm放大器的反相输入端连接电阻r2的一端，gm放大模块的输出端接入第二比较器cpa2的反相输入端和电容c的一端，电容c的另一端连接电阻r1的一端和地，第二比较器cpa2的同相输入端为基准参考电压ref，第二比较器cpa2的输出端连接寄存器，寄存器通过改变电阻r1的阻值来反复调整放电系数，第二mos管q2的漏极接入芯片的led端，第二mos管q2的栅极接入恒流控制模块的输出端，恒流控制模块的输入端包括基准参考电压ref、使能端en和反相输入端，所述反相输入端连接在gm放大器的同相输入端与第二mos管q2源极的公共端，开关k1把电阻r1或电阻r2的另一端接入到gm放大器的反相输入端，电阻r1的另一端接入第一mos管q1的源极，第一mos管q1的漏极接入芯片的spn端，第一mos管q1的栅极连接第一比较器cpa1的输出端，第一mos管q1的漏极与芯片spn端的公共端接入光照检测模块的输入端，光照检测模块的输出端接入逻辑控制模块，电阻r1与电容c的公共端和电阻r2与gm放大器的反相输入端的公共端之间连接，第一比较器cpa1的反相输入端连接在第一mos管q1的漏极与芯片spn端的公共端与光照检测模块输入端之间，第一比较器cpa1的同相输入端连接在电阻r2与芯片的vss端的公共端。

本实施例与前述实施例的区别在于检测时，由高端检测变为低端检测控制，芯片主体功能原理并无改变。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。