專利名稱：太陽能led閃光電路的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及太陽能照明電路，尤其是一種低電壓微功耗的太陽能 LED閃光電路。
背景技術：
目前，各種太陽能LED閃光電路主要采用傳統振蕩電路(如CD40U、 CD4'069、 74HC00組成的雙門RC振蕩器或采用施密特觸發器構成的振蕩器、 晶體管振蕩器等)、單片機(MCU)及專用LED閃光集成電路搭建而成。而電 源部分一般采用電壓2.4V的蓄電池(例如2節或2節以上1.2V蓄電池串聯) 直接供電，其原理如圖l所示。采用電壓<2.4￥的蓄電池(例如1節1.2￥蓄 電池)供電時,一般利用DC-DC升壓變換器為LED及閃光振蕩單元提供直流 電源，其原理如圖2所示。采用以上兩種工作模式的太陽能LED閃光電路, 都不能實現低電壓、微功耗工作方式。其原因是
1. 直接采用直流供電時,振蕩電路不能使用2V以下直流電源
由于CMOS數字邏輯集成電路組成的振蕩電路的工作電壓一般在2V以 上，.所以振蕩電路工作電壓必須在2V以上。如果使用CD4011類數字邏輯 集成電路，電源電壓必須在4.5V以上。雖然它的標稱工作電壓為3 18V， 但該標稱工作電壓是針對處理數字信號而言的。這里是用作振蕩產生方波信 號的，即模擬應用，所以它的工作電壓至少要達到4.5￥才行，否則不易起振。 而74HC系列的CMOS數字邏輯集成電路最低工作電壓為2V (某些特殊專用 小電流LED閃光電路工作電壓在1.5V，但價格昂貴)。如果采用低于2V電 壓供電(如:單節1.2V充電電池)，電路將無法正常工作。所以現在一些LED閃 光電路，當電源低于2V時就采用DC-DC直流升壓變換器，為LED閃光電 路供電。
2. 采用DC-DC直流升壓變換器，存在電路損耗和工作的不可靠性 采用DC-DC直流升壓變換器，控制過程中的關斷狀態實際上只是關斷
LED和升壓振蕩電路，而由CD40U、 CD4069、 74HC00等組成的雙門RC 振蕩器構成的閃光電路振蕩器卻仍然在不停的工作，從而給電路造成一定損 耗和工作的不可靠性(當振蕩器頻率較高或白天氣溫較高時損耗更大)。在DC-DC升壓變換器輸出的電壓中包含蓄電池電壓，當關斷DC-DC升壓振蕩 電路后，輸入閃光電路的電壓中只是沒有了經過DC-DC升壓、整流、濾波 后的直流電壓部分，但還存在蓄電池電壓成分。以圖2所示電路為例，參見 圖2、圖3、圖4和圖5，圖3為DC-DC升壓變換器的輸出電壓曲線，其中 A為DC-DC升壓方波脈沖部分，B為蓄電池電壓部分，圖4為圖3中的電 壓經整流、濾波后的電壓曲線，C為整流、濾波后的直流電壓(內含蓄電池電 壓部分)，圖5為關斷DC-DC升壓變換器后的閃光振蕩單元輸入電壓曲線， D為關斷DC-DC升壓振蕩電路后輸入閃光電路的電壓，即圖3中的蓄電池 電壓B。如果蓄電池電壓還在閃光電路振蕩器中的CMOS數字邏輯集成電路 的工作電壓范圍內，閃光電路振蕩器就會一直不停地工作。
3. LED閃光工作電流一般是方波單脈沖工作方式
在眾多的LED閃光電路中,一般LED為方波單脈沖工作方式(如:圖6所 示)。這不屬于節能型微功耗工作方式，并且容易造成LED相對無間歇工作 的熱損耗，也影響LED的使用壽命。
4.采用DC-DC升壓變換器時，不能滿足太陽能LED閃光電路的低電 壓、.微功耗設計要求
現有DC-DC升壓變換器一般是恒功率型。即在一定電壓范圍內(如:0.8 V -1.3V)輸出功率不變。當蓄電池電壓下降時，工作電流相應增大(見圖7)。這時， 太陽能LED閃光燈在一定工作時間內亮度基本保持不變。但這種工作方式不 適合太陽能LED閃光燈，也不屬于節能型低電壓、微功耗工作方式。太陽能 LED閃光電路理想的工作模式是蓄電池電壓隨著負載工作時間的增加而降 低,工作電流也相應減小。即太陽能LED燈在上半夜較亮,下半夜亮度逐漸減 弱(見圖10)。
5. DC-DC升壓變換器中的整流、濾波損耗
目前，各種專用DC-DC升壓變換器及分立元件、集成電路制作的DC-DC 升壓電路一般需要振蕩升壓、整流、濾波等過程。在整流、濾波環節中，會給 電路造成一定損耗(特別是二極管是DC-DC升壓電路的主要損耗源)。有些 LED閃光電路是靠控制DC-DC升壓電路的升壓、停止、升壓......，即閃光、
停止、閃光......，來完成閃光過程的。并且LED閃光電路振蕩器是由DC-DC
升壓電路供電的。當DC-DC升壓電路處于瞬間停止升壓狀態時，LED閃光電 路振蕩器工作電壓就靠DC-DC升壓電路的濾波電容瞬間的充放電過程來維
持工作了。這個電解電容器要有足夠大的電容量。 一般普通電解電容器的使 用壽命隨環境溫度影響較大。故通常設計中要求電解電容器應遠離發熱源。
而太陽能LED閃光燈一般是安裝在地面上。在烈日的夏天,有些國家和地區 的地面溫度高達8(TC以上。因此在這種高溫環境下,電路中應謹慎使用電解 電容器。
實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是提供一種低電壓微功耗的太陽能 LED閃光電路。
為解決上述技術問題，本實用新型提供一種太陽能LED閃光電路，包括 太陽能電池板、可由太陽能電池板充電的直流電源、閃光振蕩單元、LED升 壓驅動單元和LED。直流電源與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性連接， 閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元電性連接，LED升壓驅動單元和LED電 性連接；還包括與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性連接的控制單元， 控制單元、閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元中均采用低電壓微功耗高速 CMOS數字邏輯集成電路。
作為本實用新型的改進，設置光控單元，光控單元與直流電源、控制單 元、LED升壓驅動單元電性連接。在白天，光控單元自動關閉控制單元和 LED升壓驅動單元，控制單元使閃光振蕩單元也關斷，則閃光振蕩單元和 LED升壓驅動單元在白天都不工作；光控單元在夜間停止工作，閃光振蕩單 元和LED升壓驅動單元正常工作。
作為本實用新型進一步的改進，設置過放保護單元，過放保護單元與直 流電源、控制單元、LED升壓驅動單元電性連接。當蓄電池電壓降到終止電 壓時(如1.2V蓄電池的終止電壓約l.OV)，過放電保護單元將自動關閉閃光振 蕩單元和LED升壓驅動單元，此時本實用新型太陽能LED閃光電路停止工 作。
直流電源和太陽能電池板之間的電性連接可以通過防反二極管實現防 反二極管的正極與太陽能電池板電性連接，防反二極管的負極與直流電源的 正極電性連接。
還可以設置連接在防反二極管兩端的過充保護單元。白天,陽光照射到太 陽能電池板(SOL)上并產生電能。當蓄電池(DC)電壓低于太陽能電池板電壓 時，防反二極管上就有充電電流并對蓄電池(或其它儲能元件)進行充電。當蓄
電池電壓上升到額定上限電壓值時，過充電保護單元將自動降低太陽能電池
板(SOL)電壓,使防反二極管中無充電電流。
本實用新型的有益效果是適用低電壓的工作電源，電源電壓低至IV 時,振蕩電路仍能正常工作，無需進行電源升壓供電；損耗低，關斷時閃光振 蕩單元和LED升壓驅動單元都不工作；LED工作電流可采用方波脈沖串工 作方式，節能而且有利于延長LED的使用壽命；采用非恒功率的節能工作方 式工作；無整流、濾波環節。
下面通過具體實施方式
并結合附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明
圖1是現有技術中采用直接供電方式的一種太陽能LED閃光電路的原 理示意圖2是現有技術中采用DC-DC升壓變換器升壓供電方式的一種太陽能 LED閃光電路的原理示意圖3是圖2所示太陽能LED閃光電路中DC-DC升壓變換器的輸出電壓 曲線圖4是圖3中的電壓經整流、濾波后的電壓曲線圖5是圖2中的DC-DC升壓變換器關斷后的閃光振蕩單元輸入電壓曲
線；
圖6是現有技術中的方波單脈沖工作方式的工作曲線；
圖7是圖2所示太陽能LED閃光電路的電流-電壓曲線；
圖8是本實用新型一種具體實施方式
的原理示意圖9是圖8所示太陽能LED閃光電路的控制原理示意圖10是圖8所示太陽能LED閃光電路的方波脈沖串工作方式的工作曲
線；
圖11是圖8所示太陽能LED閃光電路的電流-電壓曲線。
具體實施方式
圖8、圖9、圖10和圖11示出了本實用新型太陽能LED閃光電路的卞 種具體實施方式
。
如圖8所示，該太陽能LED閃光電路包括太陽能電池板、可由太陽能電 池板充電的直流電源、振蕩控制單元、LED升壓驅動單元和LED，以及光控 單元、過放保護單元、防反二極管和過充保護單元，直流電源與防反二極管
的正極、過充保護單元電性連接，防反二極管的負極、過充保護單元與蓄電
池(DC)的正極電性連接，蓄電池的正極與光控單元、振蕩控制單元、過放 保護單元、LED升壓驅動單元電性連接，過放保護單元與振蕩控制單元、LED 升壓驅動單元電性連接，振蕩控制單元和LED升壓驅動單元電性連接，LED 升壓驅動單元和LED電性連接；圖8中的振蕩控制單元包括閃光振蕩單元和 控制單元，結合圖8和圖9，閃光振蕩單元分別與蓄電池的正極、LED升壓 驅動單元電性連接，控制單元分別與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性 連接，光控單元與控制單元、LED升壓驅動單元電性連接，控制單元、閃光 振蕩單元和LED升壓驅動單元中均采用低電壓微功耗高速CMOS數字邏輯 集成電路。過放保護單元與振蕩控制單元電性連接的方式是過放保護單元與 振蕩控制單元中的控制單元電性連接，振蕩控制單元和LED升壓驅動單元電 性連接的方式是振蕩控制單元中的控制單元與LED升壓驅動單元電性連接， 參見圖9。
該太陽能LED閃光電路采用的低電壓微功耗高速CMOS數字邏輯集成 電路具有較寬的工作電壓，電源在低至IV時也能正常工作(實際工作電壓可 低至0.8V)。因此無需進行電源升壓供電。
該太陽能LED閃光電路關斷時，控制單元使閃光振蕩單元和LED升壓驅 動單元都停止工作，與現有技術相比大大降低了損耗。
該太陽能LED閃光電路中，LED工作電流可采用方波脈沖串形式工作， 參見圖5。由于人眼存在視覺暫留現象，當有光脈沖刺激人眼時，視覺的建 立和消失都需要一定的時間，人眼獲得的視像與刺激人眼的光脈沖之間存在 時間上的滯后。光脈沖剌激消失后，景物影像還會在視覺中保留一段時間， 視覺暫留時間大約O.l秒。當光脈沖刺激的閃光頻率大于10Hz時，人眼觀察 的結構就是連續發光的。所以LED工作電流采用方波脈沖串形式工作時,即 不影響視覺效果又節省電能。
該太陽能LED閃光電路可采用非恒功率工作方式，電源電壓隨著負載工 作時間的增加而降低,工作電流也相應減小，即太陽能LED燈在上半夜較亮， 下半夜亮度逐漸減弱，參見圖ll。這種工作模式較適應節約能源和低電壓、 微功耗設計要求。
該太陽能LED閃光電路中無整流、濾波電路。由于采用先進的低電壓、 微功耗、高速CMOS數字邏輯集成電路，在電源電壓低至IV時也能正常工
作,無需DC-DC升壓和整流、濾波環節。
該太陽能LED閃光電路的工作過程為白天,陽光照射到太陽能電池板 (SOL)上并產生電能。當蓄電池(DC)電壓低于太陽能池電壓時,防反二極管上 就有充電電流并對蓄電池進行充電。當蓄電池電壓上升到額定上限電壓值時, 過充保護單元將自動降低太陽能電池板的電壓,使防反二極管中無充電電流。 當蓄電池電壓降到終止電壓時(如1.2V蓄電池的終止電壓約l.OV)，過放保護 單元將自動關閉閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元，閃光電路停止工作，其 中關閉閃光振蕩單元的過程為過放保護單元向控制單元發送工作信號、控 制單元控制閃光振蕩單元關閉；光控單元在白天時也會自動關閉閃光振蕩單 元、LED升壓驅動單元，閃光電路停止工作，其中關閉閃光振蕩單元的過程 為光控單元向控制單元發送工作信號、控制單元控制閃光振蕩單元關閉。 夜間，光控單元停止工作，閃光振蕩單元起振、工作，并輸出一方波脈沖直 流(脈沖頻率低于LED升壓驅動單元的振蕩頻率)去控制LEDLED升壓驅動 單元，使LED升壓驅動單元按照閃光振蕩單元的方波脈沖直流波，進行工 作，即升壓、停振、升壓、停振......。實際上，LED升壓驅動單元k LED
提供的是斷續的方波脈沖直流(即方波脈沖串，參見圖10),使LED閃閃發光。
以上內容是結合具體的優選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細 說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新型 所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型構思的前提下，還 可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1、一種太陽能LED閃光電路，包括太陽能電池板、可由所述太陽能電池板充電的直流電源、閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元和LED，所述直流電源與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性連接，所述閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元電性連接，所述LED升壓驅動單元和LED電性連接；其特征在于還包括與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性連接的控制單元，所述控制單元、閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元中均采用低電壓微功耗高速CMOS數字邏輯集成電路。
2、 根據權利要求1所述的太陽能LED閃光電路，其特征在于包括光 控單元，所述光控單元與所述直流電源、控制單元、LED升壓驅動單元電性 連接。
3、 根據權利要求1或2所述的太陽能LED閃光電路，其特征在于包 括過放保護單元，所述過放保護單元與所述直流電源、控制單元、LED升壓 驅動單元電性連接。
4、 根據權利要求3所述的太陽能LED閃光電路，其特征在于所述直 流電源和太陽能電池板之間的電性連接通過防反二極管實現所述防反二極 管的正極與所述太陽能電池板電性連接，所述防反二極管的負極與所述直流 電源的正極電性連接。
5、 根據權利要求4所述的太陽能LED閃光電路，其特征在于包括連 接在所述防反二極管兩端的過充保護單元。
專利摘要本實用新型提供一種太陽能LED閃光電路，包括太陽能電池板、直流電源、閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元和LED，直流電源與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元、LED電性連接，閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元電性連接，LED升壓驅動單元和LED電性連接；還包括與閃光振蕩單元、LED升壓驅動單元電性連接的控制單元，控制單元、閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元中均采用低電壓微功耗高速CMOS數字邏輯集成電路。本實用新型適用低電壓的工作電源；損耗低，關斷時閃光振蕩單元和LED升壓驅動單元都不工作；LED工作電流可采用方波脈沖串工作方式；采用非恒功率的節能工作方式工作；無整流、濾波環節。
文檔編號H05B37/02GK201185493SQ20082009271
公開日2009年1月21日 申請日期2008年3月17日 優先權日2008年3月17日
發明者力 李, 李青松 申請人:李青松