太阳能供电的高亮度白光LED闪光电路原理及设计

作者：时间：2012-01-14来源：网络收藏

1 引言
本文介绍的闪光灯设备是高速公路上摄像机抓拍车辆超速时的辅助照明设备。根据野外工作要求，照明设备需要充足的能量来源和足够的使用寿命，本电路采用太阳能蓄电池供电的方式，因此要求设备具有静态低功耗的特性。与其他灯具设备相比较，白光LED具有亮度高、功耗低、寿命长等优点。本文将具体介绍一种太阳能供电的高亮度白光LED灯闪光电路的设计方案，阐述供电电源的设计及电路静态低功耗的实现方法，并讨论设计过程中应该注意的问题。

2 系统组成
图l为本系统的组成框图。下面就图1中的充电保护电路部分、闪光灯控制电路部分、白光LED保护电路部分作出分析。

2.1 太阳能充电保护电路
2.1.1 太阳能电池板
太阳能电池板不仅白天能提供电能，而且在夜间也可提供电力。太阳能电池板同晶体管一样，由半导体组成的，主要材料是硅，也有一些其他合金。
太阳能电池板的表面由两个性质各异的部分组成。当受到光的照射时，能够把光能转变为电能，使电流从一方流向另一方。
太阳能电池板只要受到阳光或灯光的照射，一般就可发出相当于所接收光能1/10的电能。为了使太阳能电池板最大限度地减少光反射，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，使太阳能电池板的表面呈紫色。
太阳能供电部分主要由太阳能电池板(光伏组件)、充电电路和蓄电池组成。光伏组件在白天吸收光照，将太阳能转化为电能储存在太阳能电池内。一般晴天时，在理想的光照强度下，充满电只要4小时。本系统采用15 V太阳能电池板，实际测得电池板两端供电电压为17V～20V，充电电流为200mA～800mA。
2.1.2 蓄电池组容量设计
太阳能电池电源系统的储能装置主要是蓄电池。与太阳能电池方阵配套的蓄电池通常工作在浮充状态下，其电压随方阵发电量和负载用电量的变化而变化。它的容量比负载所需的电量大得多。蓄电池提供的能量还受环境温度的影响。为了与太阳能电池匹配，要求蓄电池工作寿命长且维护简单。
(1)蓄电池的选用
能够和太阳能电池配套使用的蓄电池种类很多，目前广泛采用的有铅酸免维护蓄电池、普通铅酸蓄电池和碱性镍镉蓄电池三种。国内目前主要使用铅酸免维护蓄电池，因为其固有的“免”维护特性及对环境较少污染的特点，很适合用于性能可靠的太阳能电源系统，特别是无人值守的工作站。普通铅酸蓄电池由于需要经常维护及其环境污染较大，所以主要适于有维护能力或低档场合使用。碱性镍镉蓄电池虽然有较好的低温、过充、过放性能，但由于其价格较高，仅适用于较为特殊的场合。
(2)蓄电池组容量的计算
蓄电池的容量对保证连续供电是很重要的。在一年内，方阵发电量各月份有很大差别。方阵的发电量在不能满足用电需要的月份，要靠蓄电池的电能给以补足；在超过用电需要的月份，是靠蓄电池将多余的电能储存起来。所以方阵发电量的不足和过剩值，是确定蓄电池容量的依据之一。同样，连续阴雨天期间的负载用电也必须从蓄电池取得。所以，期间的耗电量也是确定蓄电池容量的因素之一。
因此，蓄电池的容量Bc计算公式为：

式中：A为安全系数，取1.1～1.4之间；
QL为负载日平均耗电量，为工作电流乘以日工作小时数；
NL为最长连续阴雨天数；
To为温度修正系数，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。
根据本系统要求，通过计算，选用12 V 8 Ah普通铅酸蓄电池。
2.1.3 充电保护电路
太阳能充电保护电路由过充和过放保护两部分组成。
过充保护：当太阳能板给蓄电池充电，使蓄电池输出电压超过14.5 V时，过充电路控制继电器使太阳能电池板停止充电。蓄电池输出电压回落到14 V时，太阳能电池板重新给蓄电池充电。
过放保护：当蓄电池输出电压低于10.5 V时，蓄电池停止向外电路供电。蓄电池电压超过10.5 V时，重新向外电路供电。
充电保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考电压，其具体值根据不同的要求由用户设定。在实际设计过程中，要注意图2中反馈电阻的选取，反馈电阻越大，控制输出所对应的输入Vi回差值越小。