專利名稱：一種用于太陽(yáng)能燈的控制電路及其太陽(yáng)能燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種太陽(yáng)能燈，特別是一種用于太陽(yáng)能燈的控制電路。
背景技術(shù)：
目前所使用的電能主要來(lái)源于火電、水電、核電?；痣娦枰?、石油等化石燃料，對(duì)環(huán)境污染很大；水電需要修建水庫(kù)，會(huì)占用大量土地并對(duì)生態(tài)環(huán)境造成影響；而核電一旦發(fā)生核泄漏，后果影響甚大。在目前能源緊張的情況下，需大力進(jìn)行新能源及節(jié)能領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)。太陽(yáng)能作為一種可再生、干凈、環(huán)保、安全的能源，是一種理想的新能源，其可再生、無(wú)公害、不受資源分布地域的限制等特性，使得太陽(yáng)能越來(lái)越多的得到社會(huì)的認(rèn)可并在很多領(lǐng)域得到推廣應(yīng)用(如通信衛(wèi)星的供電、并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)等)。太陽(yáng)能燈通常使用于照明場(chǎng)合。但是在夜晚和陰雨天氣等環(huán)境下，太陽(yáng)能電池?zé)o法產(chǎn)生電能。因此，需要預(yù)先將電能儲(chǔ)存于蓄電池中以供需要時(shí)使用。目前現(xiàn)有的太陽(yáng)能燈存在太陽(yáng)能電池給蓄電池充電效率低、蓄電池給負(fù)載供電消耗大等問(wèn)題，而若增加蓄電池?cái)?shù)量，則將提高整體太陽(yáng)能燈的成本；另外，現(xiàn)有的太陽(yáng)能燈的控制部分控制方式固定或者不適于再開(kāi)發(fā)，且在持續(xù)陰雨天的條件下，蓄電池電量而不足以持續(xù)給負(fù)載供電。這些問(wèn)題大大阻礙了太陽(yáng)能電池和太陽(yáng)能燈的推廣和使用。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型提供一種省電節(jié)能、能夠合理控制太陽(yáng)能電池、蓄電池和市電提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電、并能防止電池反充的太陽(yáng)能燈。本實(shí)用新型公開(kāi)的技術(shù)方案包括提供一種用于太陽(yáng)能燈的控制電路，其特征在于包括時(shí)鐘發(fā)生電路、AD采集控制電路、微控電路、開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路、輸入及負(fù)載輸出電路，其中，所述輸入及負(fù)載輸出電路包括太陽(yáng)能電池輸入端、蓄電池輸入端、市電輸入端和負(fù)載輸出控制端；所述時(shí)鐘發(fā)生電路的輸出端連接到所述微控電路的時(shí)鐘輸入端；所述AD采集控制電路的輸入端連接到所述太陽(yáng)能電池輸入端和蓄電池輸入端，輸出端連接到所述微控電路；所述微控電路連接到所述開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路；所述開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路連接到所述輸入及負(fù)載輸出電路。本實(shí)用新型還提供一種太陽(yáng)能燈，包括太陽(yáng)能電池、蓄電池、市電接口、發(fā)光元件， 其特征在于還包括前述的用于太陽(yáng)能燈的控制電路。本實(shí)用新型實(shí)施例中，通過(guò)AD采集控制電路采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的電壓，由微控芯片通過(guò)開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路用PWM的方式控制太陽(yáng)能電池、蓄電池、市電對(duì)燈的供電過(guò)程和太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電過(guò)程，省電節(jié)能，能為燈提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電，并能防止對(duì)電池反充，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的用于太陽(yáng)能燈的控制電路的框圖；圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的AD采集控制電路的示意圖；圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的微控芯片的示意圖；圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的時(shí)鐘發(fā)生電路的示意圖；圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路的示意圖；圖6為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路和輸入及負(fù)載輸出電路的示意圖；圖7為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的異常保護(hù)電路的示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的太陽(yáng)能燈及其控制電路作進(jìn)一步說(shuō)明。本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，太陽(yáng)能燈包括太陽(yáng)能電池、蓄電池、發(fā)光元件、用于連接市電的市電接口以及控制電路，該控制電路控制該太陽(yáng)能電池、蓄電池和市電給發(fā)光元件供電，并控制太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電過(guò)程。該發(fā)光元件可以是常用的通電后發(fā)光的元件，比如白熾燈泡、鹵素?zé)襞?、LED燈等等。如圖1所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例的太陽(yáng)能燈的控制電路包括時(shí)鐘發(fā)生電路 10、AD采集控制電路20、微控電路30、電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40、開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50、輸入及負(fù)載輸出電路60和異常保護(hù)電路70。時(shí)鐘發(fā)生電路10、AD采集控制電路20、電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40均連接到微控電路30 ；微控電路30連接到開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50 ；開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50連接到輸入及負(fù)載輸出電路60 ；輸入及負(fù)載輸出電路60連接到電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40、AD采集控制電路20和異常保護(hù)電路70。如圖2所示，本實(shí)施例中，AD采集控制電路20包括一組串聯(lián)的電阻R7、R8、R9、RlO 和Rll和另一組串聯(lián)的電阻R12、R13、R14、R15和R16，這些電阻的電阻值均可以為1000歐姆。其中R7 —端連接到輸入及負(fù)載輸出電路60的太陽(yáng)能電池輸入端正極Solar+，另一端連接到R8 ；R8 一端與R7連接，另一端連接到R9 ；R9 一端與R8連接，另一端連接RlO ；RlO 一端與R9連接，另一端連接到微控電路30的微控芯片的PI. 7/AD端子和Rll ；Rll 一端與 RlO和微控電路30的微控芯片的PI. 7/AD端子連接，另一端接地(此時(shí)Rll與微控芯片連接的一端即為AD采集控制電路20的一個(gè)輸出端)。這樣，使得太陽(yáng)能電池的電壓分壓1/5 后輸入到微控電路30的微控芯片的PI. 7/AD端子。該微控芯片根據(jù)太陽(yáng)能電池電壓值進(jìn)行判斷，如果符合蓄電池充電電壓條件，則控制開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50給蓄電池充電，同時(shí)作為太陽(yáng)能燈點(diǎn)燈條件。電阻R12—端連接到輸入及負(fù)載輸出電路60的蓄電池輸入端正極Bat+，另一端連接到R13 ；R13 一端與R12連接，另一端連接到R14 ；R14 一端與R13連接，另一端連接R15 ； R15 一端與R14連接，另一端連接到微控電路30的微控芯片的PI. 5/AD端子和R16 ；R16 一端與R15和微控電路30的微控芯片的PI. 5/AD端子連接，另一端接地(此時(shí)Rll與微控芯片連接的一端即為AD采集控制電路20的另一個(gè)輸出端)。這樣，蓄電池的電壓被分壓1/5 后輸入到微控電路30的微控芯片的PI. 5/AD端子。該微控芯片根據(jù)蓄電池電壓值控制開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50，從而控制蓄電池的充電或放電過(guò)程。當(dāng)環(huán)境條件變化，蓄電池連續(xù)工作，電能欠壓后，微控電路30控制開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50使蓄電池停止放電，并控制開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50打開(kāi)市電通路，用市電為該太陽(yáng)能燈供電，保證太陽(yáng)能燈工作。如圖3、圖4、圖5所示，微控電路30可以為一單片機(jī)控制芯片(本文中稱之為“微控芯片”)，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，該微控芯片可以選用STC12C5A60S2型單片機(jī)。微控芯片的系統(tǒng)時(shí)鐘由時(shí)鐘發(fā)生電路10 (晶振電路)提供，時(shí)鐘發(fā)生電路10的輸出端連接到微控芯片的時(shí)鐘輸入端。微控芯片的電源端(VCC)與電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40的輸出端Vout連接，電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40的輸入端Vin與Bat+連接。整體控制電路的電源由自身提供，電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路40保證控制芯片的正常工作電壓VCC。如圖6所示，開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50連接到輸入及負(fù)載輸出電路60，本文中，稱開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路50連接到輸入及負(fù)載輸出電路60后形成的電路整體為控制及輸入輸出電路。該控制及輸入輸出電路包括太陽(yáng)能電池控制模塊(Solar模塊)、蓄電池控制模塊(Bat模塊)和市電控制模塊(S模塊)三個(gè)控制模塊以及太陽(yáng)能輸入端、蓄電池輸入端、 市電輸入端和負(fù)載輸出控制端。該太陽(yáng)能輸入端用于連接太陽(yáng)能電池，蓄電池輸入端用于連接蓄電池，市電輸入端用于連接市電，負(fù)載輸出控制端用于連接負(fù)載(即太陽(yáng)能燈的發(fā)光元件，比如燈泡)。Solar模塊包括三極管Ql、MOS管Q6、電容Cl、電阻Rl和二極管Dl。本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，電容Cl的容值可以為O.OluF，電阻Rl的阻值可以為1000歐姆。三極管Ql的基極連接到微控芯片的Pl. 4端子，PWM信號(hào)由此處輸入，控制該三極管Ql的基極。該三極管Ql的發(fā)射極接地，集電極通過(guò)包括電阻R1、電容Cl和二極管Dl的網(wǎng)絡(luò)連接到MOS管Q6的柵極。二極管Dl正極連接到蓄電池輸入端正極Bat+，負(fù)極連接到 MOS管Q6的柵極。MOS管Q6的源極連接到蓄電池輸入端正極Bat+，漏極連接到太陽(yáng)能電池輸入端正極Solar+。由于是脈沖控制，Solar+和Bat+之間的導(dǎo)通為脈沖方式，因此能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)蓄電池脈沖充電。而且MOS管Q6能夠支持大電流和高電壓，能夠解決太陽(yáng)能電池電壓的非線性特性，而且防止電池的反充。Bat模塊包括三極管Q2、三極管Q3、MOS管Q7、電容C2、電阻R2、R3和二極管D2。 本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，電容C2的容值可以為0. OluF,電阻R2、R3的阻值可以為1000歐姆。三極管Q3的基極連接到微控芯片的P0. 5端子，PWM信號(hào)由此輸入，控制三極管Q3 的基極。該三極管Q3的集電極通過(guò)包括二極管D2、電容C2和電阻R3的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)電阻 R2連接到MOS管Q7的柵極。三極管Q2的基極連接到微控芯片的P0. 4端子，發(fā)射極接地， 集電極連接到MOS管Q7的柵極。MOS管Q7的源極連接到負(fù)載輸出控制端正極Load+，漏極連接到蓄電池輸入端正極Bat+。通過(guò)控制三極管Q2的集電極的輸出可以控制MOS管Q7的柵極，Bat+和Load+之間的導(dǎo)通由Po. 4和PWM共同作用來(lái)控制。當(dāng)P0. 4控制三極管Q2導(dǎo)通后，Bat+與Load+ 將保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，從而B(niǎo)at+不給負(fù)載放電；當(dāng)控制三極管Q2未導(dǎo)通時(shí)，PWM控制信號(hào)作用于MOS管Q7的柵極，實(shí)現(xiàn)蓄電池對(duì)負(fù)載的脈沖放電。微控電路30的程序動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM的占空比，從而節(jié)省電能，延長(zhǎng)蓄電池的使用時(shí)間，而且可以防止負(fù)載端放生異常時(shí)對(duì)電池的反充，保證蓄電池的安全，延長(zhǎng)其使用壽命。S模塊包括三極管Q4、三極管Q5、M0S管Q8、電容C3、電阻R4、R5和二極管D3。本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，電容C3的容值可以為0. OluF,電阻R4、R5阻值可以為1000歐姆。三極管Q5的基極連接到微控芯片的P0. 7端子，PWM信號(hào)由此處輸入，控制三極管 Q5的基極。Q5的發(fā)射極接地，集電極通過(guò)包括二極管D3、電容C3和電阻R5的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)電阻R4連接到MOS管Q8的柵極。MOS管Q8的源極連接到負(fù)載輸出控制端正極Load+， 漏極連接到市電輸入端正極S+。三極管Q4的基極連接到微控芯片的P0. 6端子，發(fā)射極接地，集電極連接到MOS管Q8的柵極。通過(guò)控制三極管Q4的集電極的輸出電壓可以控制三極管Q8的柵極。S+和Load+ 之間的導(dǎo)通由Po. 6和PWM共同作用來(lái)控制。當(dāng)P0. 6控制三極管Q4導(dǎo)通后，市電S+與Load+ 將保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，從而S+不給負(fù)載供電；當(dāng)控制三極管Q4未導(dǎo)通時(shí)，PWM控制信號(hào)作用于 MOS管Q8的柵極，實(shí)現(xiàn)市電對(duì)負(fù)載的脈沖供電。微控電路30的程序動(dòng)態(tài)調(diào)整PWM占空比， 從而節(jié)省電能。MOS管Q8的單向?qū)ㄐ钥梢栽谪?fù)載端放生異常時(shí)，保證反向電壓和市電的隔斷，保證電路的安全。如圖7示，異常保護(hù)電路70包括熱敏電阻PTCl及共地連接PE和電容C4，其中電容C4的容值可以是1000pF。PE端與太陽(yáng)能電池輸入端的負(fù)極(Solar-)、市電輸入端的負(fù)極(S-)、蓄電池輸入端的負(fù)極(Bat-)和/或接地端(GND)連接，負(fù)載輸出控制端Load+通過(guò)熱敏電阻PTC連接到負(fù)載。在控制電路遇到異常情況時(shí)，熱敏電阻PTCl串聯(lián)在負(fù)載電路中，能夠自動(dòng)限制過(guò)電流或切斷過(guò)大的電流，提供異常保護(hù)，防止損壞控制電路，恢復(fù)正常情況后可以繼續(xù)正常工作。本實(shí)用新型的實(shí)施例中，通過(guò)AD采集控制電路采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的電壓， 由微控芯片通過(guò)開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路用PWM的方式控制太陽(yáng)能電池、蓄電池、市電對(duì)燈的供電過(guò)程和太陽(yáng)能電池對(duì)蓄電池的充電過(guò)程，省電節(jié)能，能為燈提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電，并能防止對(duì)電池反充，延長(zhǎng)電池的使用壽命。本實(shí)用新型的實(shí)施例中，MOS管Q6、Q7、Q8能夠支持大電流及高電壓，導(dǎo)通及非導(dǎo)通狀態(tài)下可防止太陽(yáng)能電池反充，能實(shí)現(xiàn)負(fù)載過(guò)流保護(hù)、防反充以及防雷功能等異常保護(hù)功能。共地PE連接可以防止外部高電壓的破環(huán)作用，保證太陽(yáng)能電池、蓄電池、控制電路的安全。另外控制電路采用全密封、灌塑的方式，電路發(fā)熱極微，可以進(jìn)行防水、抗震保護(hù)，適合惡劣環(huán)境下工作。以上通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了說(shuō)明，但本實(shí)用新型并不限于這些具體的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，還可以對(duì)本發(fā)明做各種修改、等同替換、變化等等， 這些變換只要未背離本發(fā)明的精神，都應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種用于太陽(yáng)能燈的控制電路，其特征在于包括時(shí)鐘發(fā)生電路、AD采集控制電路、 微控電路、開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路、輸入及負(fù)載輸出電路，其中，所述輸入及負(fù)載輸出電路包括太陽(yáng)能電池輸入端、蓄電池輸入端、市電輸入端和負(fù)載輸出控制端；所述時(shí)鐘發(fā)生電路的輸出端連接到所述微控電路的時(shí)鐘輸入端；所述AD采集控制電路的輸入端連接到所述太陽(yáng)能電池輸入端和蓄電池輸入端，輸出端連接到所述微控電路；所述微控電路連接到所述開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路；所述開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路連接到所述輸入及負(fù)載輸出電路。
2.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于所述AD采集控制電路包括第一組串聯(lián)的電阻和第二組串聯(lián)的電阻，所述第一組串聯(lián)的電阻的一端連接到所述太陽(yáng)能電池輸入端的正極，另一端接地；所述第二組串聯(lián)的電阻的一端連接到所述蓄電池輸入端的正極，另一端接地；所述第一組串聯(lián)的電阻中靠近接地的一端的一個(gè)電阻的一端連接到所述微控電路；所述第二組串聯(lián)的電阻中靠近接地的一端的一個(gè)電阻的一端連接到所述微控電路。
3.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于所述微控電路包括一單片機(jī)控制芯片。
4.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于所述開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路連接到所述輸入及負(fù)載輸出電路形成控制及輸入輸出電路，所述控制及輸入輸出電路包括太陽(yáng)能電池控制模塊、蓄電池控制模塊和市電控制模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于所述太陽(yáng)能電池控制模塊包括三極管(Q1)、M0S管(Q6)、電容(Cl)、電阻(Rl)和二極管(Dl)，所述三極管(Ql)的基極連接到所述微控電路以輸入PWM信號(hào)；所述三極管Oil)的發(fā)射極接地，集電極通過(guò)包括所述電阻 (Rl)、所述電容(Cl)和所述二極管(Dl)的網(wǎng)絡(luò)連接到所述MOS管0^6)的柵極；所述二極管(Dl)的正極連接到所述蓄電池輸入端的正極，負(fù)極連接到所述MOS管0^6)的柵極；所述 MOS管0^6)的源極連接到所述蓄電池輸入端的正極，漏極連接到所述太陽(yáng)能電池輸入端的正極。
6.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于所述蓄電池控制模塊包括三極管 (Q2)、三極管(Q3)、MOS管(Q7)、電容(C2)、電阻(R2)、電阻(R3)和二極管(D2)，所述三極管O )的基極連接到所述微控電路以輸入PWM信號(hào)；所述三極管O )的集電極通過(guò)包括所述二極管(D2)、所述電容(C2)和所述電阻(R3)的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)所述電阻(R2)連接到所述MOS管0^7)的柵極；所述三極管的基極連接到所述微控電路，發(fā)射極接地，集電極連接到所述MOS管0^7)的柵極；所述》5管0^7)的源極連接到所述負(fù)載輸出控制端，漏極連接到所述蓄電池輸入端的正極。
7.如權(quán)利要求4所述的控制電路，其特征在于所述市電控制模塊包括三極管(Q4)、 三極管(Q5)、MOS管(Q8)、電容(C3)、電阻(R4)、電阻(R5)和二極管(D3)，所述三極管(Q4) 的基極連接到所述微控電路以輸入PWM信號(hào)；所述三極管OH)的集電極通過(guò)包括所述二極管(D3)、所述電容(O)和所述電阻(肪)的網(wǎng)絡(luò)，并通過(guò)所述電阻(R4)連接到所述MOS管 (Q8)的柵極；所述三極管OH)的基極連接到所述微控電路，發(fā)射極接地，集電極連接到所述MOS管0^8)的柵極；所述MOS管0^8)的源極連接到所述負(fù)載輸出控制端，漏極連接到所述市電輸入端的正極。
8.如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于還包括電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路，所述電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路的輸入端連接到所述蓄電池輸入端的正極；所述電壓調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電路的輸出端連接到所述微控電路的電源端。
9.如權(quán)利要1所述的控制電路，其特征在于還包括異常保護(hù)電路，所述異常保護(hù)電路包括電容(C4)和熱敏電阻(PTC1)，所述電容(C4) 一端接地，另一端連接到所述蓄電池輸入端的負(fù)極、所述太陽(yáng)能電池輸入端的負(fù)極和/或所述市電輸入端的負(fù)極；所述熱敏電阻 (PTCl) 一端連接到所述負(fù)載輸出控制端，另一端連接到負(fù)載。
10.一種太陽(yáng)能燈，包括太陽(yáng)能電池、蓄電池、市電接口、發(fā)光元件，其特征在于還包括權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的用于太陽(yáng)能燈的控制電路。
專利摘要本實(shí)用新型的實(shí)施例公開(kāi)了一種用于太陽(yáng)能燈的控制電路及其太陽(yáng)能燈，包括時(shí)鐘發(fā)生電路、AD采集控制電路、微控電路、開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路、輸入及負(fù)載輸出電路。時(shí)鐘發(fā)生電路的輸出端連接到微控電路的時(shí)鐘輸入端；AD采集控制電路的輸入端連接到太陽(yáng)能電池和蓄電池，輸出端連接到微控電路；微控電路連接到開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路；開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路連接到輸入及負(fù)載輸出電路。通過(guò)AD采集控制電路采集太陽(yáng)能電池和蓄電池的電壓，由微控芯片通過(guò)開(kāi)關(guān)脈沖PWM控制電路用PWM的方式控制電池和市電對(duì)燈的供電過(guò)程和電池的充電過(guò)程，省電節(jié)能，能為燈提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定供電，并能防止對(duì)電池反充，延長(zhǎng)電池的使用壽命。
文檔編號(hào)H02J7/00GK202103916SQ20112020990
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月21日
發(fā)明者葉偉清 申請(qǐng)人:葉偉清