多种太阳能草坪灯电路工作原理图文说明

多种太阳能草坪灯电路工作原理图文说明

太阳能草坪灯具有安全、节能、环保、安装方便等特点。它主要利用太阳能电池的能量为草坪灯供电。当白天太阳光照射在太阳能电池上时，太阳能电池将光能转变为电能并通过控制电路将电量存储在蓄电池中。天黑后，蓄电池中的电能通过控制电路为草坪灯的LED 光源供电。第二天早晨天亮时，蓄电池停止为光源供电，草坪灯熄灭，太阳能电池继续为蓄电池充电二周而复始、循环工作。太阳能草坪灯的控制电路就是通过外界光线的强弱让草坪灯按上述方式进行工作。下面就介绍几款常用控制电路的构成和简要工作原理。

图5-14 太阳能草坪灯控制电路原理图

图5-14是早期的一款太阳能草坪灯控制电路。是通过光敏电阻来检测光线的强弱。当有太阳光时，太阳能电池产生的电能通过VDI为蓄电池DC充电。光敏电阻R2也呈现低电阻值，使VT2基极为低电平而截止。当晚上无光时，太阳能电池停止为蓄电池充电，VD1的设置阻止了蓄电池向太阳能电池反向放电。同时，光敏电阻由低阻变为高阻值，VT2导通，VT1基极为低电平也导通，由VT3、VT4、C2、R5、L等组成的直流升压电路得电工太阳能光伏发电系统设计施工与维护作，LED发光。直流升压电路实际上就是一个互补振荡电路，其工作过程是：当VTI导通时电源通过L、R5、VT2向C2充电，由于C2两端电压不能突变，使VT3基极为高电平，VT3不导通，随着C2的充电其压降越来越高，VT3基极电位越来越低，当低至VT3导通电压时VT3导通，VT4随即导通，C2通过VT4放电，放电完毕VT3、VT4再次截止，电源再次向C2充电，如此周而复始，电路形成振荡。在振荡过程中，VT4导通时电源经L到地，电流经L储能。当VT4截止时，L两端产生感应电动势和电源电压叠加后驱动LED发光。

为防止蓄电池过度放电，电路中增加R4和VT2构成过放保护，当电池电压低至2V时，

由于R4的分压使VT2不能导通，电路停止工作，蓄电池得到保护。当将太阳能电池和蓄电池的电压提高到3.6V时，可将本电路简化，去掉VT3、VT4的互补振荡升压电路，直接驱动LED发光。其原理类似于图5-15电路。

图5-15是一个简单的太阳能草坪灯电路，该电路也可用在太阳能草皮灯及太阳能光控玩具中。与图3-9电路相比，其不再用光兆敏电阻检测光线强弱来控制电路的工作与否，而是用太阳能电池兼做光线强弱的检测，因为太阳能电池本身就是一个很好的光敏传感器件。当有阳光照射时，太阳能电池发出的电能通过二极管VD向蓄电池DC充电，同时太阳能电池的电压也通过R1加到VTI的基极，使VT1导通，VT2、VT3截止，LED不发光。当黑夜来临时，太阳能电池两端电压几乎为零，此时VT1截止，VT2、VT3导通，蓄电池中的电压通过S、R4加到LED两端，LED发光。在本电路中太阳能电池兼做光控元件，调整Rl的阻值，可根据光线强弱调整灯的工作控制点。该电路的不足是没有防止蓄电池过度放电的电路或元件，当灯长时间在黑暗中时，蓄电池中的电能会基本耗尽。开关S就是为了防止草坪灯在存储和运输当中将蓄电池的电能耗尽而设置的。

图5-15太阳能草坪灯控制电路原理图二

图5-16是一款目前运用的较多的草坪灯控制电路图，VT3、VT4、L、C1和R5组成互补振荡升压电路，其工作原理与图3-9电路基本相同，只是电路供电和存储采用了1.2V的蓄电池。VT1、VT2组成光控制开关电路，当太阳能电池上的电压低于0.9V时，VT1截止，VT2导通，VT3、VT4等构成的升压电路工作，LED发光。当天亮时，太阳能电池电压高于0.9V，VTI导通，VT2截止，VT3同时截止，电路停止振荡，LED不发光。调整R2的阻值，可调整开关灯的启控点。当蓄电池电压降到0.7～0.8V时，该电路将停止振荡。有些设计者认为这是这款电路的优点，就是蓄电池电压降到0.7V草坪灯还能工作。而对于1.2V 的蓄电池来说，似乎已经有点过放电了，长期过放电必将影响蓄电池的使用寿命。因此有些厂家在图5-11电路的基硇上，做了一点改进，如图5-12所示。即在VT3的发射极与电源正

之间串入了一个二极管VD2，由于VD2的接入，使VT3进入放大区的电压叠加了0.2V左右，使得整个电路在蓄电池电压降到0.9～1.0V时停止工作。经过改进的电路蓄电池的使用寿命大致可以延长一倍。

图5-16 太阳能草坪灯控制电路原理图三

其内包含有充电电路、驱动电路、光敏控制电路和脉宽调制电路等。该电路具有转换效率高(80%～85%)，工作电压范围宽(0.9~1.4V)：输出电流在5～40mA范围内可调等优点。并具有良好的蓄电池过放电保护功能和低环境亮度开启功能。各引脚功能为：①②③蓄电池过放电保护控制端；④电源地；⑤启动端；⑥电源正；⑦脉宽调节端；⑧输出端。

太阳能草坪灯实际上就是一个独立的太阳能发电系统，因此草坪灯的控制电路与其他控制器一样，除了能控制灯的正常工作外，还应有防过充电、防过放电、防反充电等保护功能。

图5-17 太阳能草坪灯控制电路改进

图5-18太阳能草坪灯控制电路原理图四

防止过充电功能是通过几种方法实现的，一是通过合理的计算，使太阳能电池的发电容量与蓄电池容量及夜间耗电量相匹配，使太阳能电池一天的发电量正好满足蓄电池的存储量，甚至将蓄电池容量设计的有意偏大一点。虽然蓄电池成本偏高了一点，但控制电路不用专门设计防过充电路。二是在控制电路中加上防过充电路，既在输入回路中串联或并联一个晶体管泄放电路，通过电压高低鉴别控制晶体管的开关，将多余的太阳能电池能量通过晶体管泄放掉，保证蓄电池不被过充电。

防止过放电电路的作用是保护蓄电池不因过度放电而损坏或缩短使用寿命。特别是太阳能草坪灯电路属于小倍率放电状态，放电截止电压更不能过低。因此，只要调整电路工作的截止电压，使控制电路在蓄电池达到过放电保护点的时候停止工作，就能起到过放电保护的作用。对采用1.2V供电的电路来讲，一般把供电截止电压调到0.9～1.0V。

在图5-12和图5-14电路中，为什么都采用一节1.2V蓄电池存储和供电，而不用两节或更多的电池串联供电呢？这是因为蓄电池电压低，为蓄电油充电的太阳能电池电压就可以相应地降低。而每片太阳能电池无论面积大小，它的工作电压都只有0.48V左右，太阳能草坪灯用的太阳能电池是用多片太阳能电池片串联而成的太阳能电池组件，在满足功率要求的情况下，电压越低串联的太阳能电池片就越少，这对简化工艺、降低成本十分有利；其次，当多节蓄电池串联时，对每节蓄电池的一致性要求都较高，性能有差异的蓄电池串联在一起构成的电池组，其充放电性能及充放电寿命等都会提早终结，这对系统的可靠性和降低成本方面反而不如采用一节蓄电池更为有利。