專利名稱:基于74hc14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及太陽(yáng)能電源燈,具體是指基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng)。
背景技術(shù):
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步,人們對(duì)能源提出了越來(lái)越高的要求,尋找新能源已成為當(dāng)前人類面臨的迫切課題。由于太陽(yáng)能發(fā)電具有火電、水電、核電所無(wú)法比擬的清潔性、安全性、資源的廣泛性和充足性,太陽(yáng)能被認(rèn)為是二十一世紀(jì)最重要的能源。太陽(yáng)能的存儲(chǔ)是太陽(yáng)能產(chǎn)品發(fā)展的關(guān)鍵,目前主要采用各種電池,但是電池的充電時(shí)間長(zhǎng)、壽命短以及不環(huán)保一直是太陽(yáng)能產(chǎn)品發(fā)展的瓶頸,而超級(jí)電容器作為ー種充電快、壽命長(zhǎng)、緑色環(huán)保型儲(chǔ)能元件,它給太陽(yáng)能產(chǎn)品的發(fā)展帶來(lái)了新的活力。本文詳細(xì)介紹了ー種超級(jí)電容器太 陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)方法。該草坪燈很好的結(jié)合了太陽(yáng)能和超級(jí)電容器的優(yōu)勢(shì),它無(wú)需安裝其他電源,就可以主動(dòng)發(fā)光,還能夠根據(jù)環(huán)境光線的強(qiáng)弱自動(dòng)控制燈的開關(guān),而且安裝方便、不用布線、工作穩(wěn)定可靠、免維護(hù)、環(huán)保無(wú)污染、使用壽命長(zhǎng),可廣泛應(yīng)用于廣場(chǎng)綠地、小區(qū)草坪等場(chǎng)所。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供ー種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,控制方式簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低、環(huán)保節(jié)能的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng)。本實(shí)用新型的實(shí)現(xiàn)方案如下基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),主要由太陽(yáng)能充電電路、以及與太陽(yáng)能充電電路連接的驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路構(gòu)成,所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路連接,且所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路與LED燈連接;所述光控電路包括六反相器74HC14,所述六反相器74HC14依次連接有串聯(lián)的電阻R和接地電容C,所述六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。所述LED穩(wěn)壓電路包括CMOSエ藝制造且靜態(tài)電流極低的VFM開關(guān)型DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl ;所述DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl包括三個(gè)引腳,DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的3號(hào)引腳連接有電感LI和ニ極管D3,所述ニ極管D3的另一端與DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳連接,且所述電感LI的另一端連接有接地電容Cl,所述DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳還連接有接地電容C3 ;所述太陽(yáng)能充電電路主要由防過壓電路和防反充電路構(gòu)成。所述太陽(yáng)能充電電路主要由負(fù)極接地的硅電池U1、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的ニ極管D1、電容Cl構(gòu)成,所述電容Cl的負(fù)極接地,且所述硅電池Ul、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的ニ極管D1、電容Cl構(gòu)成防反充電路。所述硅電池Ul還并聯(lián)有三極管Q2,所述三極管Q2的3號(hào)引腳與硅電池Ul的正極連接,三極管Q2的2號(hào)引腳與硅電池Ul的負(fù)極連接,且所述三極管Q2的I號(hào)引腳連接有穩(wěn)壓管ZDl和電阻R1,所述穩(wěn)壓管ZDl的另一端與三極管Q2的3號(hào)引腳連接,所述電阻Rl另一端與三極管Q2的2號(hào)引腳連接,所述硅電池U1、三極管Q2、電阻Rl構(gòu)成防過壓電路。[0009]所述接地電容Cl為極性電容,其電壓閥值為2. 5V,電容量為225F。所述接地電容C3為極性電容,其電容量為47uF。光控電路中選用帶施密特觸發(fā)器的六反相器74HC14為主芯片,其中六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。這樣,在白天光線變亮?xí)r,太硅電池Ul電壓升高,六反相器74HC14的I腳為高電平,六反相器74HC14的2腳為低電平,LED燈關(guān)斷。而當(dāng)光線變暗時(shí),硅電池Ul電壓降低到一定程度吋,74HC14的I腳為低電平,74HC14的2腳為高電平,多諧振蕩器開始振蕩,這樣做的最大好處是可以延長(zhǎng)草坪燈工作時(shí)間。經(jīng)實(shí)際測(cè)試,該電路可以每天連續(xù)工作10小時(shí)以上,完全可以達(dá)到用戶的使用需求。選用CMOSエ藝制造且靜態(tài)電流極低的VFM開關(guān)型DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl,DC /DC升壓穩(wěn)壓器Dl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。DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl芯片外部只需要一個(gè)電感、一個(gè)輸出電容和一個(gè)肖特基ニ極管就可以提供穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。該 極低啟動(dòng)電壓,輸出電壓精度可達(dá)±2. 5%。其中DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl外圍的電感LI和ニ極管D3會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率,此外,電容C3和電感LI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LI、電容C3和肖特基ニ極管Dl以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的波紋和噪聲。根據(jù)DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的數(shù)據(jù)手冊(cè),本設(shè)計(jì)選擇47 ii H且小于0.5 Q的電感和47 ii F的低ESR的鉭電容C3。用于整流的ニ極管D3對(duì)DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的效率影響很大,雖然普通的ニ極管D3也能夠使DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl工作正常,但是會(huì)降低DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的5% 10%效率,所以D3采用正向?qū)妷狠^低、反應(yīng)時(shí)間較短的肖特基ニ極管1N5817。太陽(yáng)能硅電池Ul是依據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)原理把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件,是超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的核心器件。太陽(yáng)能電池性能的好壞直接決定著能量的轉(zhuǎn)換效率及輸出電壓的穩(wěn)定性,同時(shí)也直接決定了超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的性能。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用性價(jià)比比較好的單晶硅太陽(yáng)能電池。由于地球上各個(gè)地區(qū)的太陽(yáng)年總輻射量與平均峰值日照時(shí)數(shù)不同,太陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)和燈的使用地理位置是有關(guān)系的,太陽(yáng)能電池組件額定輸出功率和燈具的輸入功率之間的關(guān)系大約是2 4 :1,具體比例要根據(jù)燈的每天工作時(shí)間以及對(duì)連續(xù)陰雨天的照明要求決定。本系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的功率為3. 3VX0. 006X8=0. 1584 W,假設(shè)每天工作12個(gè)小時(shí),太陽(yáng)能電池功的效率為40%,每天有效工作時(shí)間為5小時(shí),則可選用3 W / 6 V的太陽(yáng)能電池。本產(chǎn)品中選用電容Cl,超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件。該電容具有法拉級(jí)的超大電容量,超強(qiáng)的荷電保持能力,且漏電流非常小,8小時(shí)電壓下降率小于5%;無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路,充電迅速,而且可以在僅高于其漏電流(典型值約為I mA)的狀態(tài)下充電,因此,即使在陰天,太陽(yáng)能電池也能對(duì)超級(jí)電容器充電;與蓄電池相比,其過充、過放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響,可靠性高、使用壽命長(zhǎng)(充放電循環(huán)壽命在10萬(wàn)次以上);此外還具有優(yōu)良的溫度性能,可在-40°C 75°C的環(huán)境溫度中正常使用;無(wú)污染,是ー種綠色電源;可焊接,而且不存在像蓄電池那樣接觸不牢固等問題。充電電路由防過壓和防反充電路構(gòu)成,ZDl為5. 6V穩(wěn)壓管,當(dāng)電池電壓高于5. 6 V時(shí),三極管Q2導(dǎo)通,硅電池Ul全部電流通過電阻Rl消耗掉,當(dāng)硅電池Ul電壓降到5. 6 V以下時(shí),三極管Q2截至,硅電池Ul給電容Cl充電,并同時(shí)保護(hù)電容Cl。防反充電路可以保證在娃電池Ul輸入電壓低于電容Cl電壓時(shí),電容Cl不會(huì)反向?qū)ν揠姵豒l充電,以免造成不必要的能量損耗。反充電控制可由ニ極管Dl來(lái)完成,這個(gè)ニ極管選用肖特基ニ極管,因?yàn)樾ぬ鼗藰O管的導(dǎo)通壓降比普通ニ極管低。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型采用了超級(jí)電容Cl和DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl因而整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可靠性高,屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。目前,此設(shè)計(jì)已經(jīng)成功應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品之中。
圖I為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為太陽(yáng)能充電電路示意圖。 圖3為述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路示意圖。圖4為光控電路的部分示意圖。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例一如圖1、2、3、4 所示?;?4HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),主要由太陽(yáng)能充電電路、以及與太陽(yáng)能充電電路連接的驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路構(gòu)成,所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路連接,且所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路與LED燈連接;所述光控電路包括六反相器74HC14,所述六反相器74HC14依次連接有串聯(lián)的電阻R和接地電容C,所述六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。所述LED穩(wěn)壓電路包括CMOSエ藝制造且靜態(tài)電流極低的VFM開關(guān)型DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl ;所述DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl包括三個(gè)引腳,DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的3號(hào)引腳連接有電感LI和ニ極管D3,所述ニ極管D3的另一端與DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳連接,且所述電感LI的另一端連接有接地電容Cl,所述DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳還連接有接地電容C3 ;所述太陽(yáng)能充電電路主要由防過壓電路和防反充電路構(gòu)成。所述太陽(yáng)能充電電路主要由負(fù)極接地的硅電池U1、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的ニ極管D1、電容Cl構(gòu)成,所述電容Cl的負(fù)極接地,且所述硅電池Ul、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的ニ極管D1、電容Cl構(gòu)成防反充電路。所述硅電池Ul還并聯(lián)有三極管Q2,所述三極管Q2的3號(hào)引腳與硅電池Ul的正極連接,三極管Q2的2號(hào)引腳與硅電池Ul的負(fù)極連接,且所述三極管Q2的I號(hào)引腳連接有穩(wěn)壓管ZDl和電阻R1,所述穩(wěn)壓管ZDl的另一端與三極管Q2的3號(hào)引腳連接,所述電阻Rl另一端與三極管Q2的2號(hào)引腳連接,所述硅電池U1、三極管Q2、電阻Rl構(gòu)成防過壓電路。所述接地電容Cl為極性電容,其電壓閥值為2. 5V,電容量為225F。所述接地電容C3為極性電容,其電容量為47uF。光控電路中選用帶施密特觸發(fā)器的六反相器74HC14為主芯片,其中六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。這樣,在白天光線變亮?xí)r,太硅電池Ul電壓升高,六反相器74HC14的I腳為高電平,六反相器74HC14的2腳為低電平,LED燈關(guān)斷。而當(dāng)光線變暗時(shí),硅電池Ul電壓降低到一定程度吋,74HC14的I腳為低電平,74HC14的2腳為高電平,多諧振蕩器開始振蕩,這樣做的最大好處是可以延長(zhǎng)草坪燈工作時(shí)間。經(jīng)實(shí)際測(cè)試,該電路可以每天連續(xù)工作10小時(shí)以上,完全可以達(dá)到用戶的使用需求。選用CMOSエ藝制造且靜態(tài)電流極低的VFM開關(guān)型DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl,DC /DC升壓穩(wěn)壓器Dl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。DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl芯片外部只需要一個(gè)電感、一個(gè)輸出電容和一個(gè)肖特基ニ極管就可以提供穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。該穩(wěn)壓器具有8 ii A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%。其中DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl外圍的電感LI和ニ極管D3會(huì)影響轉(zhuǎn)換效率,此外,電容C3和電感LI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LI、電容C3和肖特基ニ極管Dl以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的波紋和噪聲。根據(jù)DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的 數(shù)據(jù)手冊(cè),本設(shè)計(jì)選擇47 ii H且小于0.5 Q的電感和47 ii F的低ESR的鉭電容C3。用于整流的ニ極管D3對(duì)DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的效率影響很大,雖然普通的ニ極管D3也能夠使DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl工作正常,但是會(huì)降低DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的5% 10%效率,所以D3采用正向?qū)妷狠^低、反應(yīng)時(shí)間較短的肖特基ニ極管1N5817。太陽(yáng)能硅電池Ul是依據(jù)半導(dǎo)體PN結(jié)的光伏效應(yīng)原理把太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為電能的半導(dǎo)體器件,是超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的核心器件。太陽(yáng)能電池性能的好壞直接決定著能量的轉(zhuǎn)換效率及輸出電壓的穩(wěn)定性,同時(shí)也直接決定了超級(jí)電容器太陽(yáng)能草坪燈的性能。因此,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用性價(jià)比比較好的單晶硅太陽(yáng)能電池。由于地球上各個(gè)地區(qū)的太陽(yáng)年總輻射量與平均峰值日照時(shí)數(shù)不同,太陽(yáng)能草坪燈的設(shè)計(jì)和燈的使用地理位置是有關(guān)系的,太陽(yáng)能電池組件額定輸出功率和燈具的輸入功率之間的關(guān)系大約是2 4 :1,具體比例要根據(jù)燈的每天工作時(shí)間以及對(duì)連續(xù)陰雨天的照明要求決定。本系統(tǒng)的太陽(yáng)能電池的功率為3. 3VX0. 006X8=0. 1584 W,假設(shè)每天工作12個(gè)小時(shí),太陽(yáng)能電池功的效率為40%,每天有效工作時(shí)間為5小時(shí),則可選用3 W / 6 V的太陽(yáng)能電池。本產(chǎn)品中選用電容Cl,超級(jí)電容作為儲(chǔ)能元件。該電容具有法拉級(jí)的超大電容量,超強(qiáng)的荷電保持能力,且漏電流非常小,8小時(shí)電壓下降率小于5%;無(wú)須特別的充電電路和控制放電電路,充電迅速,而且可以在僅高于其漏電流(典型值約為I mA)的狀態(tài)下充電,因此,即使在陰天,太陽(yáng)能電池也能對(duì)超級(jí)電容器充電;與蓄電池相比,其過充、過放都不對(duì)其壽命構(gòu)成負(fù)面影響,可靠性高、使用壽命長(zhǎng)(充放電循環(huán)壽命在10萬(wàn)次以上);此外還具有優(yōu)良的溫度性能,可在-40°C 75°C的環(huán)境溫度中正常使用;無(wú)污染,是ー種綠色電源;可焊接,而且不存在像蓄電池那樣接觸不牢固等問題。充電電路由防過壓和防反充電路構(gòu)成,ZDl為5. 6V穩(wěn)壓管,當(dāng)電池電壓高于5. 6 V時(shí),三極管Q2導(dǎo)通,硅電池Ul全部電流通過電阻Rl消耗掉,當(dāng)硅電池Ul電壓降到5. 6 V以下時(shí),三極管Q2截至,硅電池Ul給電容Cl充電,并同時(shí)保護(hù)電容Cl。防反充電路可以保證在娃電池Ul輸入電壓低于電容Cl電壓時(shí),電容Cl不會(huì)反向?qū)ν揠姵豒l充電,以免造成不必要的能量損耗。反充電控制可由ニ極管Dl來(lái)完成,這個(gè)ニ極管選用肖特基ニ極 管,因?yàn)樾ぬ鼗藰O管的導(dǎo)通壓降比普通ニ極管低。如上所述,則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于主要由太陽(yáng)能充電電路、以及與太陽(yáng)能充電電路連接的驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路構(gòu)成,所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路連接,且所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路與LED燈連接;所述光控電路包括六反相器74HC14,所述六反相器74HC14依次連接有串聯(lián)的電阻R和接地電容C,所述六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述LED穩(wěn)壓電路包括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Dl ;所述DC /DC升壓穩(wěn)壓器Dl包括三個(gè)引腳,DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的3號(hào)引腳連接有電感LI和二極管D3,所述二極管D3的另一端與DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳連接,且所述電感LI的另一端連接有接地電容Cl,所述DC / DC升壓穩(wěn)壓器Dl的I號(hào)引腳還連接有接地電容C3。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述太陽(yáng)能充電電路主要由防過壓電路和防反充電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述太陽(yáng)能充電電路主要由負(fù)極接地的硅電池Ul、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的二極管Dl、電容Cl構(gòu)成,所述電容Cl的負(fù)極接地,且所述硅電池U1、以及與硅電池Ul正極依次串聯(lián)的二極管D1、電容Cl構(gòu)成防反充電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述硅電池Ul還并聯(lián)有三極管Q2,所述三極管Q2的3號(hào)引腳與硅電池Ul的正極連接,三極管Q2的2號(hào)引腳與硅電池Ul的負(fù)極連接,且所述三極管Q2的I號(hào)引腳連接有穩(wěn)壓管ZDl和電阻R1,所述穩(wěn)壓管ZDl的另一端與三極管Q2的3號(hào)引腳連接,所述電阻Rl另一端與三極管Q2的2號(hào)引腳連接,所述硅電池UI、三極管Q2、電阻Rl構(gòu)成防過壓電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述接地電容Cl為極性電容,其電壓閥值為2. 5V,電容量為225F。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于所述接地電容C3為極性電容,其電容量為47uF。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于74HC14的太陽(yáng)能草坪燈系統(tǒng),其特征在于主要由太陽(yáng)能充電電路、以及與太陽(yáng)能充電電路連接的驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路構(gòu)成,所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路和光控電路連接,且所述驅(qū)動(dòng)LED穩(wěn)壓電路與LED燈連接;所述光控電路包括六反相器74HC14,所述六反相器74HC14依次連接有串聯(lián)的電阻R和接地電容C,所述六反相器74HC14與電阻R和接地電容C構(gòu)成多諧振蕩器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型采用了超級(jí)電容C1和DC/DC升壓穩(wěn)壓器D1因而整個(gè)電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,可靠性高,屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。目前,此設(shè)計(jì)已經(jīng)成功應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品之中。
文檔編號(hào)H05B37/00GK202535576SQ20122021143
公開日2012年11月14日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者林鋒 申請(qǐng)人:四川優(yōu)的科技有限公司