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太阳能供电的高亮度白光LED亮光电路的规划

来源:http://www.ps2cheats.com 责任编辑:ag环亚娱乐平台 更新日期:2018-09-21 16:33

  太阳能供电的高亮度白光LED亮光电路的规划

  摘要:介绍了一种太阳能供电的高亮度白光LED亮光电路的完成办法,具有较高的运用价值。给出了太阳能电池板对蓄电池充电环节的完成计划以及亮光操控电路的规划,且对高亮度白光LED的运用寿数问题作出了剖析,并培出了延伸其运用寿数的解决计划,最终经过低功耗集成IC的许多运用,使体系到达静态低功耗和安稳运用的意图。

  关键词:太阳能;白光LED;亮光电路;低功耗

  1 导言

   本文介绍的亮光灯设备是高速公路上摄像机抓拍车辆超速时的辅佐照明设备。依据野外作业要求,照明设备需求满意的能量来历和满意的运用寿数,本电路选用太阳能蓄电池供电的办法,因而要求设备具有静态低功耗的特性。与其他灯具设备比较较,白光LED具有亮度高、功耗低、寿数长等长处。本文将详细介绍一种太阳能供电的高亮度白光LED灯亮光电路的规划计划,论述供电电源的规划及电路静态低功耗的完成办法,并评论规划过程中应该留意的问题。

  2 体系组成

   图l为本体系的组成框图。下面就图1中的充电维护电路部分、亮光灯操控电路部分、白光LED维护电路部分作出剖析。

  

  2.1 太阳能充电维护电路

  2.1.1 太阳能电池板

   太阳能电池板不只白日能供给电能,而且在夜间也可供给电力。太阳能电池板同晶体管相同,由半导体组成的,首要资料是硅,也有一些其他合金。

   太阳能电池板的外表由两个性质各异的部分组成。当遭到光的照耀时,能够把光能转变为电能,使电流从一方流向另一方。

   太阳能电池板只需遭到阳光或灯火的照耀,一般就可宣布相当于所接纳光能1/10的电能。为了使太阳能电池板最大极限地削减光反射,将光能转变为电能,一般在上面蒙上了一层防止光反射的膜,使太阳能电池板的外表呈紫色。

   太阳能供电部分首要由太阳能电池板(光伏组件)、充电电路和蓄电池组成。光伏组件在白日吸收光照,将太阳能转化为电能储存在太阳能电池内。一般晴地利,在抱负的光照强度下,充满电只需4小时。本体系选用15V太阳能电池板,实践测得电池板两头供电电压为17V~20V,充电电流为200mA~800mA。

  2.1.2 蓄电池组容量规划

   太阳能电池电源体系的储能设备首要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池一般作业在浮充状况下,其电压随方阵发电量和负载用电量的改动而改动。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池供给的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配,要求蓄电池作业寿数长且维护简略。

  (1)蓄电池的选用

   能够和太阳能电池配套运用的蓄电池品种许多,现在广泛选用的有铅酸免维护蓄电池、一般铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内现在首要运用铅酸免维护蓄电池,由于其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特色,很合适用于功用牢靠的太阳能电源体系,特别是无人值守的作业站。一般铅酸蓄电池由于需求常常维护及其环境污染较大,所以首要适于有维护才能或等级低场合运用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放功用,但由于其价格较高,仅适用于较为特别的场合。

  (2)蓄电池组容量的核算

   蓄电池的容量对确保接连供电是很重要的。在一年内,方阵发电量各月份有很大不同。方阵的发电量在不能满意用电需求的月份,要靠蓄电池的电能处以补足;在超越用电需求的月份,是靠蓄电池将剩余的电能储存起来。所以方阵发电量的缺乏和过剩值,是断定蓄电池容量的依据之一。相同,接连阴雨天期间的负载用电也有必要从蓄电池取得。所以,期间的耗电量也是断定蓄电池容量的要素之一。

   因而,蓄电池的容量Bc核算公式为:

  

  式中:A为安全系数,取1.1~1.4之间;QL为负载日均匀耗电量,为作业电流乘以日作业小时数;NL为最长接连阴雨天数;To为温度批改系数,一般在0℃以上取l,-10%以上取1.1,-10℃以下取1.2;Cc为蓄电池放电深度,一般铅酸蓄电池取0.75,碱性镍镉蓄电池取0.85。依据本体系要求,经过核算,选用12V8Ah一般铅酸蓄电池。

  2.1.3 充电维护电路

   太阳能充电维护电路由过充和过放维护两部分组成。

   过充维护:当太阳能板给蓄电池充电,使蓄电池输出电压超越14.5V时,过充电路操控继电器使太阳能电池板中止充电。蓄电池输出电压回落到14V时,太阳能电池板从头给蓄电池充电。

   过放维护:当蓄电池输出电压低于10.5V时,蓄电池中止向外电路供电。蓄电池电压超越10.5V时,从头向外电路供电。

   充电维护电路由两个运算放大器组成,电路如图2所示。图2中Vi1、Vi2分别为蓄电池的输出电压,Vref为运算放大器的比较参阅电压,其详细值依据不同的要求由用户设定。在实践规划过程中,要留意图2中反响电阻的选取,反响电阻越大,操控输出所对应的输入Vi回差值越小。

  

  2.2 亮光灯操控电路

   操控电路需求依据不同的要求进行不同的规划。关于亮光功用改动杂乱的操控电路可运用MCU单片机进行操控,这样操控便利、简略、安稳。由于本体系规划只需求亮光灯守时闪耀,功用单一,故选用简略的纯硬件电路完成。电路组成如图3所示。

  

  2.2.1 脉冲发作电路

   此电路选用4047脉冲发作器,4047外部结构简略,功用安稳,而且静态功耗极低(静态实测值为0.5mA)。4047的输出信号作为分频电路的触发脉冲,其输出信号的频率由外接电容和电阻操控。

  2.2.2 分频电路

   此电路选用14位2进制核算器4020完成。由4047输出的脉冲信号作为4020的脉冲输入信号,使4020进行2进制计数,到达分频意图。其特色为具有14位分频输出,能够依据不同的规划要求进行不同的输出挑选,且静态功耗为1mA。

  2.2.3 单稳态触发电路

   单稳态触发电路能够由简略的触发器组合而成,可是这样的电路规划安稳度不高,而且功耗比较大。为了防止上述缺乏,本体系选用集成芯片4538。4538为边缘触发型电路,能够依据输入信号的不同,设定为上升沿触发和下降沿触发。在本体系中,4020输出信号作为4538的输入脉冲,进行单稳态触发,其输出脉冲宽度由外接电容和电阻操控,输出脉冲周期由4020供给的输入脉冲的频率决议。最终,从4538输出端输出的信号作为LED灯的开关操控信号。

   本部分规划的首要特色为充沛选用中规划集成器材,到达安稳度高和静态功耗小的意图。

  2.3 白光LED维护电路

  2.3.1 白光LED简介

   白光LED是最被看好的LED新式产品,其在照明商场的发展潜力值得等待。与白炽钨丝灯泡及荧光灯比较,LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流发动)、寿数长(1万小时以上)、反响速度快(可在高频操作)、环保(耐震、耐冲击不易破、废弃物可回收、没有污染)、可平面封装、易开发成轻浮矮小产品等长处,没有白炽灯泡高耗电、易碎及日光灯废弃物含汞污染的问题等缺陷,是被业界看好在未来lO年内,代替传统照明用具的一大潜力产品。

  2.3.2 白光LED功用剖析

   (1)白光LED颜色,波长剖析真实发射白光的LED是不存在的。这样的器材十分难以制作,由于LED的特色是只发射一个波长。白色并不出现在颜色的光谱上;一种代替的办法是使用不同波长组成白色光。

   白光LED规划中选用了一个小窍门。在发射蓝光的InGaN基料上掩盖变换资料,这种资料在遭到蓝光鼓励时会宣布黄光。所以得到了蓝光和黄光的混合物,在肉眼看来就是白色的,图4为LED宣布光线的波长和正向电流示意图。由图4能够看出:白光LED的发射波长(实线)包含蓝光和黄光区域的峰值,可是在肉眼看来就是白色。肉眼的相对光敏感性(虚线)如图4所示。

  

   可是,选用InGaN技能的LED并不像规范绿光、红光和黄光那样简单操控。InGaNLED的显现波长(颜色)会跟着正向电流而改动(如图5所示)。例如,白光LED所出现的颜色改动发作于变换资料的不同浓度,且蓝光发光InGaN资料跟着正向电压的改动而发作波长改动。

  

   当正向电流高至10mA时,南昌市烟草公司发布公开招标文件模板,正向电压的改动很大。改动的规模大约为800mV(有些类型二极管改动会更大一些)。电池放电引起的作业电压的改动会改动颜色,由于作业电压的改动改动了正向电流。在10mA正向电流时,正向电压大约为3.4V(该数值会随供货商的不同而有所不同,规模3.1V~4.0V)。相同,不同LED之间的电流-电压特性也有较大差异。直接用电池驱动LED是很困难的,由于绝大数电池会跟着放电使电压低于LED所需求的最小正导游通电压。

   (2)白光LED伏安曲线和温度电流改动剖析

   图6和图7分别为LED的伏安曲线和温度电流曲线。由LED发光原理能够知道,白光LED的亮度改动首要是由其通电电流决议的。

  

   由上面白光LED剖析能够看出:

   (1)白光LED的通电电流将影响其波长改动;

   (2)当LED作业在电流为10mA到30mA区域,LED两头的电压发作细小改动时,电流将发作较大改动;

   (3)LED的接受电流规模随温度的升高而变小。

   为了使白光LED长期安稳作业,采纳下列办法:

   (1)摆开两个LED的距离,到达散热意图;

   (2)选用恒流供电,使白光LED波长和亮度处于安稳状况。

   由上述剖析能够得出,为了使LED维持在固定亮度和颜色发光,而且延伸其作业寿数,正向电流有必要维持在一个安稳值,因而采纳恒流办法来确保LED的安稳作业。

  2.3.3 恒流维护电路

   本体系将大电流CMOS管作为电子开关,并选用恒流电路对LED阵列进行恒流供电,使LED灯能够长期安稳作业。下面介绍恒流完成办法。

   图8为最根本的恒流电路原理图,图中RL为负载电阻(实践为LED阵列),Ro为采样电阻,Eg为参阅电压,则输出电流Io=Eg/Ro,阐明稳流电源的输出电流由基准电压Eg和采样电阻Ro决议,Eg和Ro一经断定,稳流电源的输出电流不受输出电源电压和负载影响而保持安稳。由此可知,要想取得一个安稳的输出电流,有必要供给一个高精度的基准电压和采样电阻。

  

   本体系依据上述根本原理图,选用CMOS场效应管和一个运算放大器组成根本恒流电路。在本体系中,参阅电压Eg由操控电路中的4538的输出脉冲经过稳压电路(选用TL431稳压器)供给。每逢4538输出一个正脉冲,将触发恒流电路中运算放大器作业,使LED点亮,到达恒流亮光的作用。

  3 结束语

   经测验,体系电路的静态功耗为5mA~7mA,具有较低的静态功耗和较高的安稳度。不同用户能够依据不同的规划要求,经过修正其间的某些部分以满意规划要求。

  (修改:文静)

  

   太阳能供电高亮度白光LED亮光电路

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