- 太阳能草坪灯的设计方案

2012-2-25 13:49:28 上传

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　   式中：C-电容器额定容量；△U-电容器工作电压变化；I-电容器充电电流；t-电容器充电时间。
　　超级电容器放电时间为：

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　　式中：ESR为电容器的直流内阻。5 V／225 F超级电容器可从5 V放电到0.6 V。
2系统控制电路的设计
2.1 充电电路
　　本系统中的充电电路由防过压和防反充电路构成，图1所示为其充电电路，图中的ZD1为5.6V稳压二极管，当电池电压高于5.6 V时，Q2导通，硅电池全部电流通过电阻Q2消耗掉，当硅电池电压降到5.6 V以下时，Q2截至，硅电池给超级电容充电，并同时保护超级电容。

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　　防止反充电控制电路可以保证在太阳能电池输入电压低于超级电容电压时，超级电容不会反向对太阳能电池充电，以免造成不必要的能量损耗。反充电控制可由图1中的二极管D1来完成，这个二极管选用肖特基二极管，因为肖特基二极管的导通压降比普通二极管低。
2.2驱动LED稳压电路
　　由于所选用的LED灯的额定电压为3.3 V，而超级电容器的电压为5.0 V，并且超级电容器在放电过程中电压会不断降低，因此需要有稳压电路来驱动LED。
　　本文选用CMOS工艺制造且静态电流极低的VFM开关型DC／DC升压稳压器，该芯片内部包括VFM控制电路、LX开关驱动晶体管、基准电压单元、振荡器、误差比较放大器、电压采样电阻、LX开关保护电路等。芯片外部只需要一个电感、一个输出电容和一个肖特基二极管就可以提供稳定的低噪声输出电压。该稳压器具有8μA的极低输入电流、低纹波、低噪声特性，效率可达到80％，并具有0.6 V的极低启动电压，输出电压精度可达±2.5％。该部分电路如图2所示。

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　　其中331C外围的电感和二极管会影响转换效率，此外，电容和电感也会影响输出波纹。因此。设计时应选择合适的电感、电容和肖特基二极管以获得较高的转换效率和较低的波纹和噪声。根据331C的数据手册，本设计选择47μH且小于0.5 Ω的电感和47μF的低ESR的钽电容。用于整流的二极管对DC-DC的效率影响很大，虽然普通的二极管也能够使DC-DC电路工作正常，但是会降低DC-DC转换器5％～10％的效率，所以D3采用正向导通电压较低、反应时间较短的肖特基二极管lN5817。
2.3光控电路
　　超级电容器太阳能草坪灯需要光控开关电路来控制LED的开关。以便在周围环境光线变暗时点亮LED，并当光线变亮时关闭LED。有些光控开关电路采用光敏电阻来开关LED，也可以直接采用太阳能电池做光敏开关，因为太阳能电池特性比光敏电阻好。这部分电路如图3所示。