专利名称：一种节能型控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种控制器，特别是一种利用太阳能电池板给 蓄电池充电，并根据蓄电池容量自动调节发光功率的节能型太阳能
LED灯控制器。
背景技术：
太阳能灯因其不需要架设电线或预埋电缆，安装方便，且安装 后不需要电费使用费，被广泛地用于庭院装饰、道路照明等，但目 前的节能型太阳能灯一般采用恒流控制的方式，控制器不能自动检 测蓄电池的容量并根据容量自动调节光照强度，当蓄电池容量足时， 它能工作正常，容量不足时，它用完的蓄电池的电量就停止工作， 采用恒流方式工作的LED灯不管蓄电池容量的多少，它都工作在额 定功率下，LED灯消耗的功率不能随电池容量而自动改变。在容量一 定的情况下，很难满足长时间的照明，使用范围受到影响。常规的 太阳能LED路灯控制器，采用恒流源控制，其效率最为80%左右，发 光效率较低，并且由于LED灯珠长期工作在恒流状态下，其LED灯 珠亮度衰减较大，影响LED灯的使用寿命，造成使用成本的增加， 在性价比方面缺少市场竞争力。 发明内容
为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种可自动检测蓄 电池容量，并根据蓄电池容量自动调节发光功率，使用可靠、效果好的节能型太阳能LED灯控制器。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 一种节能型控制器，它包括系统检测电路，系统检测电路输入 端接太阳能龟池板，输出端接有状态检测电路、蓄电池电压检测电 路、时钟控制器和充电控制电路；状态检测电路、蓄电池电压检测
电路和时钟控制器接状态切换输出异常保护电路，状态切换输出异
常保护电路通过脉冲调制电路接功率输出器，功率输出器接LED负 载；太阳能电池板正极连接蓄电池正极，蓄电池连接有电源模块， 所述的上述模块均由电源模块或蓄电池供电。
另外，进一步，所述的脉冲调制电路包括脉宽调制器和与其相 连的线性锯齿波发生器。
本实用新型的有益效果是本实用新型的节能型太阳能LED灯 控制器，包括有系统检测电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电 路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检 领lj，根据蓄电池容量和设定时间不同，使负载LED灯工作在相应的 功率下，LED的发热量比在恒定电流下工作小，发光衰减速度减缓， 使用寿命相对延长，在与恒定电流相同的功率比较下，使用脉宽调 制的LED灯的视角亮度明显比用恒流源的LED灯亮，节能效果突出； 功率输出器工作在近似理想的开关状态下，所以控制器的效率高， 从而对蓄电池的电量进行充分有效的管理，通过合理的设计配置， 使太阳能路灯突破阴雨天的概念，可以使路灯做到1年365天，天 天都亮灯。采用本实用新型控制器的LED灯具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广泛适用于道路、庭院等照明。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型的控制电路原理方框图2是本实用新型实施例的控制电路原理方框图3是本实用新型实施例的检测比较器电路图4是本实用新型实施例的脉冲调制电路图5是本实用新型实施例的第五比较器电路图6是本实用新型实施例的充电控制电路图7是本实用新型实施例的时钟控制电路图8是本实用新型实施例的电源模块电路图9是本实用新型实施例的蓄电池电压检测电路图io是本实用新型实施例的另一电源模块电路图。
具体实施方式
参照图1至图10， 一种节能型控制器，包括系统检测电路S2， 系统检测电路S2输入端接太阳能电池板Sl，输出端接有状态检测电 路S3、蓄电池电压检测电路S6、时钟控制器S9和充电控制电路S10; 状态检测电路S3、蓄电池电压检测电路S6和时钟控制器S9接状态 切换输出异常保护电路S7，状态切换输出异常保护电路S7通过脉冲 调制电路S4接功率输出器S5，功率输出器S5接LED负载S8;太阳 能电池板Sl正极S+连接蓄电池Sll正极B+，蓄电池Sll连接有电源模块S12，所述的上述模块均由电源模块12或蓄电池Sll供电。
另外，进一步，所述的脉冲调制电路S4包括脉宽调制器S36和 与其相连的线性锯齿波发生器。
所述的状态检测电路包括检测比较器S31、三极管Q3和第五比 较器IC5，检测比较器包括第一比较器IC1和第二比较器IC2;比较 器IC1的同向输入端3接第一参考电压m，反向输入端2接太阳能 电池板Sl正极S+和时钟控制器S9输出端D，第一比较器IC1的输 出端1并联蓄电池Sll正极B+后连接第二比较器IC2的同向输入端 5，反向输入端6接第二参考电压U2，第二比较器IC2的输出端7 接状态检测电路S3和第五比较器IC5;第二比较器IC2的输出端7 串联二极管D5与蓄电池Sll正极B+串联二极管D4后并联接三极管 Q3基极，三极管Q3集电极一路串联电阻R4后接第一参考电压Ul， 另一路串联二极管D14后与蓄电池S11正极B+并联接第五比较器IC5 的同向输入端10，三极管Q3发射极接地，第五比较器IC5的反向输 入端9接第二参考电压U2，输出端8接状态切换输出异常保护电路 S7。
所述的蓄电池电压检测电路S6还包括第八比较器IC8，第八比 较器IC8的同向输入端18通过限位电阻接蓄电池S11正极B+，反向 输入端19接第二参考电压U2，第八比较器IC8的输出端20连接状 态切换输出异常保护电路S7。
所述的时钟控制器S9包括时钟芯片IC7，时钟芯片IC7连接有 定时开关，时钟芯片IC7输出端D连接状态检测电路S3和脉冲调制电路S4。
所述的状态切换输出异常保护电路S7和脉冲调制电路S4包括 线性锯齿波发生器IC3、脉宽调制器S36和第四比较器IC4，线性锯 齿波发生器IC3连接第三比较器IC4同向输入端12，脉宽调制器S36 接第三比较器IC4反向输入端13，第三比较器IC4输出端14通过限 流电阻R8接功率输出器S5。
所述的功率输出器S5包括场效应管Q10,场效应管Q10栅极接 限流电阻R8，源极接地，漏极接LED灯阴极，LED灯阳极串接电阻 后接蓄电池Sll正极B+。
所述的充电控制电路S10包括第六比较器IC6、光电耦合器、三 极管Q9和场效应管Qll，第六比较器IC6同向输入端15 —路通过限 位电阻接蓄电池Sll正极B+，另一路通过上拉电阻R37接地，反向 输入端16接第二参考电压U2，输出端17通过电阻R38接三极管Q9 基极，三极管Q9集电极通过电阻R41接第一参考电压Ul，发射极接 地，光电耦合器输入侧一端连接三极管Q9集电极，另一端接地，输 出侧一端接第二参考电压U2，另一端接场效应管Q11的栅极，场效 应管Q11漏极接地，源极接太阳能电池板S1负极S-。
所述的脉宽调制器S36包括三极管Q5，三极管Q5集电极一路接 第三比较器IC4的反向输入端13，另一路接第一参考电压lil，发射 极接地，在发射极和集电极之间并联有三极管Q6、三极管Q12和三 极管Q13，三极管Q6，三极管Q12和三极管Q13的基极依次连接第 五比较器IC5输出端8，第二比较器IC2输出端7和时钟芯片IC7输出端D。
下面具体说明本实用新型实施例电路的工作过程。 当太阳能电池板正极电压S+大于蓄电池正极B+电压时，且蓄
电池正极B+电压小于过充保护电压时，比较器IC6的15脚电压小于 第二参考电压U2，输出端17脚输出低电平，三极管Q9截止，光电 耦合器得电导通，场效应管Q11的栅极高电位，使源极，漏极导通， 太阳能板正极S+经过二极管D1、 二极管D2、蓄电池正极、蓄电池负 极、场效应管Q11漏源极到太阳能板负极S-，对蓄电池充电。当蓄 电池电压上升到过冲电压时，第六比较器IC6的15脚电压大于第二 参考电压U2， 17脚输出高电位。三极管Q9导通，光电耦合器没有 电流截至，场效应管Qll截止。太阳能板停止对蓄电池充电，蓄电 池电压回落到一定时，第六比较器IC6的15脚电压小于第二参考电 压U2， 17脚输出低电位，重复前面的动作，对蓄电也充电。
当太阳能电池板正极电压S+大于设定上限值时，第一比较器 IC1的2脚电压大于3脚电压，l脚输出低电压，则第一比较器IC1 的5脚为低电平，7脚输出低电平；三极管Q3因基极为高电压而导 通，IC5的10脚则为低电平，8脚输出低电压。7脚、8脚为低电压 则三极管Q8截止，三极管Q5导通，IC4的13脚为低电平，11脚输 出低电平，场效应管Q10截止，LED灯灭。
当太阳能电池板正极电压S+小于设定下限值时，第一比较器IC1 的3脚电压大于2脚电压，则l脚输出高电平，蓄电池正极B+通过 电阻R25、电阻R24、电阻R21给第一比较器IC1的5脚1个分压，当蓄电池正极B+电压高时，5脚电压大于第二参考电压U2， 7脚输 出高电平，当蓄电池正极B+电压较低时，5脚电压小于第二参考电 压U2， 7脚输出低电平。当第一比较器IC1的7脚为高电压时，则 第五比较器IC5的8脚输出电瓶为低电平，则三极管Q5截止，第一 参考电压U1通过电阻R9、电阻R12分压给比较器IC4的13脚，线 性锯齿波发生器IC3输出高频线性锯齿波到比较器IC4的12脚，则 第四比较器IC4的11脚输出宽脉冲方波给场效应管Q10,场效应管 Q10处在受控的开关状态，LED灯则在额定功率下工作，当蓄电池容 量超过80%以上时，蓄电池Sll正极B+电压接近最高，则第八比较 器IC8的20脚输出高电平，三极管Q12则导通，第四比较器IC4的 13脚电压将下降一些，ll脚输宽脉冲将减小一些，以平衡因蓄电池 Sll正极B+电压过高造成LED灯在超过额定功率工作的不良后果。 当蓄电池Sll正极B+电压回落到一定电压时，第八比较器IC8的20 脚输出低电平，LED灯将恢复在原工作状态。当设定的时定到时，时 钟控制器IC7的13脚输出高电平， 一路到第四比较器IC4的2脚， 则l脚为低电压，则7脚也为低电压，则三极管Q3截止，第五比较 器IC5的8脚输出高电压，三极管Q6导通，另一路加到三极管Q13 的基极，三极管Q13也导通，将使比较器IC4的11脚输出窄脉宽信 号经场效应管QIO，使LED灯工作在小功率状态下直到天亮。当蓄电 池容量降到40%时，蓄电池Sll正极B+电压下降，则第二比较器IC2 的7脚为低电压，且设定的时定未到时，贝瞎五比较器IC5的8脚 为高电压，三极管Q6导通，第四比较器IC4的ll脚输出较宽的脉冲信号经场效应管QIO，使LED灯工作在较大功率状态下，当设定时 间到时，时钟控制器IC7的13脚输出一个高电平给三极管Q13基极， 三极管Q13导通，三极管Q6、三极管Q13的导通使得第一比较器IC 的11脚输出窄脉冲给场效应管QIO，使LED由较大功率状态转为在 小功率状态下工作到天亮。
白天，由于光线强，太阳能电池板电压高。检测系统检测太阳 能电池板的电压与各比较器进行比较，当太阳能电池板上的电压高 于设定关灯电压以上时比较器，第三比较器、第五比较器IC5都输 出低电压信号给状态切换输出异常保护电路，切换器输出低电压信 号到脉宽调制器，使其输出低电压给功率输出器，功率输出器关断 到LED负载的电流，灯灭。当太阳能板的电压上升超过蓄电池电压 时，通过第六比较器IC6进行比较对蓄电池充电。当蓄电池充满电 时，第六比较器IC6将控制充电控制器停止太阳能电池板对蓄电池 的充电。
傍晚时，由于光线弱，太阳能电池板电低，太阳能电池板电压 降到设定开灯电压以下时，时间控制开始计时工作，时间可以根据 设计要求设定，而同时检测系统对第三比较器、第五比较器IC5输 出电压，使第三比较器、第五比较器IC5对蓄电池电压进行比较， 当蓄电池超过60%时，检测比较器输两路高电压， 一路输出到第五比 较器IC5对，使第五比较器IC5对输出低电压，另一路输出到状态 切换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出宽脉冲信号给功率输出 器，功率输出器输出宽脉冲电流给LED灯，使其在额定功率下发光，当蓄电池的容量超过80%以上时，第八比较器输出一个高电压信号到 状态切换输出异常保护电路，使脉宽控制器输出稍窄的脉冲信号给
功率输出器，以平衡因蓄电池电压过高造成LED灯超过额定功率工 作的不良后果，当蓄电池的容量下降到70%时，第八比较器输出低电 压使脉调制器恢复到宽脉冲状态，使LED灯在额定功率下工作；当 蓄电池的容量还在40%以上时，并且时间控制器设定的时间到了时， 时间控制器输出两路高电压， 一路到状态切换输出异常保护电路， 另一路到检测系统，使第三比较器输出两路低电压， 一路到第五比 较器，则第五比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路。第 三比较器另一路低电压也输出到状态切换输出异常保护电路，状态 切换输出异常保护电路收到检测比较器的低电压，第五比较器和时 间控制器的高电压，它使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器， 使LED灯在30%额定功率以下工作到天亮。当蓄电池的容量下降到 40%时，且时间控制器设定的时间控制器设定的时间未到时，第三比 较器对第五比较器及状态切换输出异常保护电路都输出低电压信 号，则第五比较器输出高电压到状态切换输出异常保护电路，使脉 宽调制器输出较宽脉冲给功率输出器，则LED灯在半额定功率左右 下工作。当时间控制器的时间到了，它有一个高电压信号给状态切 换输出异常保护电路，使脉宽调制器输出窄脉冲信号给功率输出器， 则LED灯在30%额定功率以下工作到天亮。
本实用新型的节能型太阳能LED灯控制器中，包括有系统检测 电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检测，根据蓄电池容量和设
定时间不同，使负载LED灯工作在相应的功率下，LED的发热量比在 恒定电流下工作小，发光衰减速度减缓，使用寿命相对延长，在与 恒定电流相同的功率比较下，使用脉宽调制的LED灯的视角亮度明 显比用恒流源的LED灯亮，节能效果突出；功率输出器工作在近似 理想的开关状态下，所以控制器的效率高，从而对蓄电池的电量进 行充分有效的管理，通过合理的设计配置，使太阳能路灯突破阴雨 天的概念，可以使路灯做到1年365天，天天都亮灯。本实用新型 具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广 泛适用于道路、庭院等照明。
本实用新型实施例中蓄电池电压为12V，可取第一参考电压Ul 为9V，第二参考电压U2为5V;电池电压为24V，可取第一参考电压 U1为12V，第二参考电压U2为5V，设定关灯电压取6V，设定开灯 电压取4V，以上的电压等级可由电源模块如78L12、 78L05、 78L09 灯供给，锯齿波可由555线性锯齿波发生器提供，时钟信号可由单 片机MAX9489等提供，当然，也可以是其它的具有相同或类似功能 的电路或芯片，只要是依照本实用新型的保护范围所做的修饰与变 化，均仍属于本实用新型创造涵盖的范围内。
权利要求1、一种节能型控制器，其特征在于它包括系统检测电路(S2)，系统检测电路(S2)输入端接太阳能电池板(S1)，输出端接有状态检测电路(S3)、蓄电池电压检测电路(S6)、时钟控制器(S9)和充电控制电路(S10)；状态检测电路(S3)、蓄电池电压检测电路(S6)和时钟控制器(S9)接状态切换输出异常保护电路(S7)，状态切换输出异常保护电路(S7)通过脉冲调制电路(S4)接功率输出器(S5)，功率输出器(S5)接LED负载(S8)；太阳能电池板(S1)正极(S+)连接蓄电池(S11)正极(B+)，蓄电池(S11)连接有电源模块(S12)，所述的上述模块均由电源模块(12)或蓄电池(S11)供电。
2、 根据权利要求1所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的脉 冲调制电路(S4)包括脉宽调制器(S36)和与其相连的线性锯齿波 发生器。
3、 根据权利要求1所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的状 态检测电路包括检测比较器(S31)、三极管(Q3)和第五比较器(IC5)，检测比较器包括第一比较器(IC1)和第二比较器'(IC2); 比较器(IC1)的同向输入端(3)接第一参考电压(m)，反向输 入端(2)接太阳能电池板(S1)正极(S+)和时钟控制器(S9)输出 端(D)，第一比较器(IC1)的输出端(1)并联蓄电池(S11)正 极(B+)后连接第二比较器(IC2)的同向输入端(5)，反向输入 端(6)接第二参考电压(U2)，第二比较器(IC2)的输出端(7)接状态检测电路(S3)和第五比较器(IC5);第二比较器(IC2) 的输出端(7)串联二极管(D5)与蓄电池(S11)正极(B+)串 联二极管(D4)后并联接三极管(Q3)基极，三极管(Q3)集电 极一路串联电阻(R4)后接第一参考电压(Ul)，另一路串联二极 管(D14)后与蓄电池(S11)正极(B+)并联接第五比较器(IC5) 的同向输入端(IO)，三极管(Q3)发射极接地，第五比较器(IC5) 的反向输入端(9)接第二参考电压(U2)，输出端(8)接状态切 换输出异常保护电路(S7)。
4、 根据权利要求3所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的蓄 电池电压检测电路(S6)还包括第八比较器(IC8)，第八比较器(IC8)的同向输入端(18)通过限位电阻接蓄电池(S11)正极 (B+)，反向输入端(19)接第二参考电压(U2)，第八比较器(IC8) 的输出端(20)连接状态切换输出异常保护电路(S7)。
5、 根据权利要求1所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的时 钟控制器(S9)包括时钟芯片(IC7)，时钟芯片(IC7)连接有定 时开关，时钟芯片(IC7)输出端(D)连接状态检测电路(S3) 和脉冲调制电路(S4)。
6、 根据权利要求2所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的状 态切换输出异常保护电路(S7)和脉冲调制电路(S4)包括线性 锯齿波发生器(IC3)、脉宽调制器(S36)和第四比较器(IC4)， 线性锯齿波发生器(IC3)连接第三比较器(IC4)同向输入端(12)， 脉宽调制器(S36)接第三比较器(IC4)反向输入端(13)，第三比较器(IC4)输出端(14)通过限流电阻(R8)接功率输出器(S5)。
7、 根据权利要求6所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的功 率输出器(S5)包括场效应管(QIO)，场效应管(Q10)栅极接限 流电阻(R8)，源极接地，漏极接LED灯阴极，LED灯阳极串接电 阻后接蓄电池(S11)正极(B+)。
8、 根据权利要求1所述的一种节能型控制器，其特征在于所述的充 电控制电路(S10)包括第六比较器(IC6)、光电耦合器、三极管(Q9)和场效应管(Qll)，第六比较器(IC6)同向输入端(15) 一路通过限位电阻接蓄电池(S11)正极(B+)，另一路通过上拉 电阻(R37)接地，反向输入端(16)接第二参考电压(U2),输 出端(17)通过电阻(R38)接三极管(Q9)基极，三极管(Q9) 集电极通过电阻(R41)接第一参考电压(Ul)，发射极接地，光 电耦合器输入侧一端连接三极管(Q9)集电极，另一端接地，输 出侧一端接第二参考电压(U2)，另一端接场效应管(Q11)的栅 极，场效应管(Q11)漏极接地，源极接太阳能电池板(S1)负极(S-)。 .
9、 根据权利要求5或6所述的一种节能型控制器，其特征在于所述 的脉宽调制器(S36)包括三极管(Q5)，三极管(Q5)集电极一 路接第三比较器(IC4)的反向输入端(13)，另一路接第一参考 电压(Ul)，发射极接地，在发射极和集电极之间并联有三极管(Q6)、三极管(Q12)和三极管(Q13)，三极管(Q6)，三极管(Q12) 和三极管(Q13)的基极依次连接第五比较器(IC5)输出端(8)，第二比较器(IC2)输出端(7)和时钟芯片(IC7)输出端(D)。
专利摘要本实用新型公开了一种节能型控制器。它包括系统检测电路、状态检测电路、蓄电池电压检测电路、时钟控制器和脉冲调制电路，控制器能通过对蓄电池容量的检测，并根据蓄电池容量，通过脉冲调制电路自动调节输出脉冲频率，从而调整输出功率，使LED灯工作在理想的脉冲状态下，效率高、节能效果突出；采用本实用新型节能型控制器的太阳能LED灯具有环保、安全、安装方便、使用效果好、维护量小等优点，可广泛适用于道路、庭院等照明。
文档编号H05B37/03GK201141543SQ20072005867
公开日2008年10月29日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年10月25日
发明者雷宗平 申请人:雷宗平