- 太陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)方案

2012-2-25 13:49:28 上傳

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　   式中：C-電容器額定容量；△U-電容器工作電壓變化；I-電容器充電電流；t-電容器充電時(shí)間。
　　超級(jí)電容器放電時(shí)間為：

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　　式中：ESR為電容器的直流內(nèi)阻。5 V／225 F超級(jí)電容器可從5 V放電到0.6 V。
2系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)
2.1 充電電路
　　本系統(tǒng)中的充電電路由防過壓和防反充電路構(gòu)成，圖1所示為其充電電路，圖中的ZD1為5.6V穩(wěn)壓二極管，當(dāng)電池電壓高于5.6 V時(shí)，Q2導(dǎo)通，硅電池全部電流通過電阻Q2消耗掉，當(dāng)硅電池電壓降到5.6 V以下時(shí)，Q2截至，硅電池給超級(jí)電容充電，并同時(shí)保護(hù)超級(jí)電容。

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　　防止反充電控制電路可以保證在太陽(yáng)能電池輸入電壓低于超級(jí)電容電壓時(shí)，超級(jí)電容不會(huì)反向?qū)μ?yáng)能電池充電，以免造成不必要的能量損耗。反充電控制可由圖1中的二極管D1來(lái)完成，這個(gè)二極管選用肖特基二極管，因?yàn)樾ぬ鼗O管的導(dǎo)通壓降比普通二極管低。
2.2驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路
　　由于所選用的LED燈的額定電壓為3.3 V，而超級(jí)電容器的電壓為5.0 V，并且超級(jí)電容器在放電過程中電壓會(huì)不斷降低，因此需要有穩(wěn)壓電路來(lái)驅(qū)動(dòng)LED。
　　本文選用CMOS工藝制造且靜態(tài)電流極低的VFM開關(guān)型DC／DC升壓穩(wěn)壓器，該芯片內(nèi)部包括VFM控制電路、LX開關(guān)驅(qū)動(dòng)晶體管、基準(zhǔn)電壓?jiǎn)卧?、振蕩器、誤差比較放大器、電壓采樣電阻、LX開關(guān)保護(hù)電路等。芯片外部只需要一個(gè)電感、一個(gè)輸出電容和一個(gè)肖特基二極管就可以提供穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。該穩(wěn)壓器具有8μA的極低輸入電流、低紋波、低噪聲特性，效率可達(dá)到80％，并具有0.6 V的極低啟動(dòng)電壓，輸出電壓精度可達(dá)±2.5％。該部分電路如圖2所示。

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　　其中331C外圍的電感和二極管會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率，此外，電容和電感也會(huì)影響輸出波紋。因此。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)選擇合適的電感、電容和肖特基二極管以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的波紋和噪聲。根據(jù)331C的數(shù)據(jù)手冊(cè)，本設(shè)計(jì)選擇47μH且小于0.5 Ω的電感和47μF的低ESR的鉭電容。用于整流的二極管對(duì)DC-DC的效率影響很大，雖然普通的二極管也能夠使DC-DC電路工作正常，但是會(huì)降低DC-DC轉(zhuǎn)換器5％～10％的效率，所以D3采用正向?qū)妷狠^低、反應(yīng)時(shí)間較短的肖特基二極管lN5817。
2.3光控電路
　　超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈需要光控開關(guān)電路來(lái)控制LED的開關(guān)。以便在周圍環(huán)境光線變暗時(shí)點(diǎn)亮LED，并當(dāng)光線變亮?xí)r關(guān)閉LED。有些光控開關(guān)電路采用光敏電阻來(lái)開關(guān)LED，也可以直接采用太陽(yáng)能電池做光敏開關(guān)，因?yàn)樘?yáng)能電池特性比光敏電阻好。這部分電路如圖3所示。