基于超级电容的太阳能草坪灯设计方案

由于国际的趋势本太阳能草坪灯采用超级电容作为储能装置代替蓄电池,相比蓄电池超级电容有很多优点.例如:免维护寿命长,无污染充放电效果好等.
  1照明灯光源的选择  U# L, I5 q! X* ~  k4 W* e" e5 S
      LED的寿命长,节能,安全绿色环保,成本低,频繁开关不会对LED造成损害.我们选择额定电压为3V,工作电流为20AM的 中亮LED作为光源,颜色有绿.蓝,白,紫可供选择.
  2太阳能电池
  3超级电容的选择3 v5 w* T0 B: T' J
    由于太阳能电池的输入能量极不稳定,同时草坪灯的周围光线弱时才发光,所以必须配有储能装置.8 n8 ]' D7 B: R' a
文中初步选用本公司的6个2.5V/120F的超级电容,ESR只有20M哦左右,初步采用两只串联然后再并联的方式.超级电容同时充放电.' r& R2 N8 o  J1 m8 `6 S; q
超级电容充电时间计算:
C*dv=I*t/ f9 y+ g! k8 E' }" c, [9 X
单个超级电容充电时间(在70ma的情况下(此情况为已经很低可认为在阴雨天情况下))
  T=(c*dv)/I=(120*2.5)/0.07=4285s约1.2小时.4 T5 S+ z, u& v: h
放电时间为:. s/ ~5 ^. ]4 t; l: ^# v
  C*dv-I*C*R=I*T( W6 u1 D  n% k% ~
其中R为电容的内阻
T=C*(dv/I-R)=120*6*[(2.5-0.45)/0.12-0.02]=12285.6S约3个半小时
若要是用2到3只的话可以达到7到8个小时.% d" {, |1 y  }/ k) h9 ~$ a: @
减0.45是因为DC/DC的最低驱动电压是0.9V由于两只串联所以为0.45V.
2充电控制电路
充电稳压控制电路我们选用了美国德州仪器公司的精密电压基准TL431.TL431是具有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源.它的输出电压用两个电阻就可以任意的设置到从VREF2.5V到36V范围内的任何值.该器件的典型动态阻抗为0.2Ω.TL431内部含有一个接近2.5V的基准电压,当REF端引入输出反馈时,器件可以通过从阴极到阳极的很宽范围的分馏,9 B+ Y$ [$ I+ O: {$ z7 l" ?% t
控制输出电压.在下图中所是的电路中当R1和R2的阻值确定时,两者对Vout的分压引入反馈,若V OUT增大,反馈量增大,TL431的分流也增大,从而导致其下降.8 T0 H9 T0 s! w
当R1=R2时输出为5V.需注意的是,在选择电阻时必须TL431工作的必要条件,就是通过阴极的电流要大于1mA.& X& A9 o! U3 A, ~
  3防止反充电控制电路
  防止反充电电路保证在太阳能电池输出电压低于超级电容电压时候,超级电容不户反向对太阳能电池充电,以免造成不必要的饿能量损耗.反充电路由图中二及管D1来完成,选用肖特基二极管,由于其到通电压低.$ R7 s8 v+ N8 z+ i7 g" r# V: }4 f
  4驱动LED升压稳压电路
由于选用的LED额定电压为3V,而我们超级电容串联后的电压为5V.并且超级电容在放电过程中电压会不断降低，有段时间会低于3V，因此需要有升压电路来驱动LED。- P( @# o8 E8 G. |
我们选用了XC6368B102MR内置高速低通态电阻驱动器的通用升压DC/DC转换控制器集成电路。可构建高校的升压DC/DC转换器。6 {* e* j4 K. h9 ?- V! N
该器件可在1.5V-6.5V范围内，以0.1V的间隔进行设定（Vout型）。并且除了VOUT型外，还备有内置1.0V的基准电压源，以外置元件可任意设顶定输出电压的型号（FB型）。因开关频率达到300KHZ可使用小型的外部元件。7 K2 X$ K6 Y( H
外部元件包括电感，电容，肖特基二极管，电阻和场效应管。
5光控电路
由于太阳能草坪灯需要需要光控开关电路来控制LED，当周围的光线变暗时，点亮LED，光线变亮时关闭LED。本设计中采用太阳能电池作为光敏开关，因其特性比光敏电阻要好。" P. s9 i& Z5 l8 [' t$ /* K5 }

                                                                  转于作者韩洋