電容器太陽能草坪燈的設(shè)計

　　由于所選用的LED燈的額定電壓為3.3 V，而超級電容器的電壓為5.0 V，并且超級電容器在放電過程中電壓會不斷降低，因此需要有穩(wěn)壓電路來驅(qū)動LED。

　　本文選用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，該芯片內(nèi)部包括VFM控制電路、LX開關(guān)驅(qū)動晶體管、基準(zhǔn)電壓單元、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。芯片外部只需要一個電感、一個輸出電容和一個肖特基二極管就可以提供穩(wěn)定的低噪聲輸出電壓。該穩(wěn)壓器具有8μA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的極低啟動電壓，輸出電壓精度可達(dá)±2.5％。該部分電路如圖2所示。

　　其中331C外圍的電感和二極管會影響轉(zhuǎn)換效率，此外，電容和電感也會影響輸出波紋。因此。設(shè)計時應(yīng)選擇合適的電感、電容和肖特基二極管以獲得較高的轉(zhuǎn)換效率和較低的波紋和噪聲。根據(jù)331C的數(shù)據(jù)手冊，本設(shè)計選擇47μH且小于0.5 Ω的電感和47μF的低ESR的鉭電容。用于整流的二極管對DC-DC的效率影響很大，雖然普通的二極管也能夠使DC-DC電路工作正常，但是會降低DC-DC轉(zhuǎn)換器5％～10％的效率，所以D3采用正向?qū)妷狠^低、反應(yīng)時間較短的肖特基二極管lN5817。

　　2.3光控電路

　　超級電容器太陽能草坪燈需要光控開關(guān)電路來控制LED的開關(guān)。以便在周圍環(huán)境光線變暗時點亮LED，并當(dāng)光線變亮?xí)r關(guān)閉LED。有些光控開關(guān)電路采用光敏電阻來開關(guān)LED，也可以直接采用太陽能電池做光敏開關(guān)，因為太陽能電池特性比光敏電阻好。這部分電路如圖3所示。

　　圖3中，U1為帶施密特觸發(fā)器的六反相器74HC14，其中的多諧振蕩器由第二個反相器與R5和C1構(gòu)成。這樣，在白天光線變亮?xí)r，太陽能電池電壓升高，74HC14的1腳為高電平，74HC14的2腳為低電平，8腳同樣輸出低電平，三極管Q1截至，LED關(guān)斷。而當(dāng)光線變暗時，太陽能電池電壓降低到一定程度時，HC14的1腳為低電平，HC14的2腳為高電平，多諧振蕩器開始振蕩，并經(jīng)過Y4輸出高、低電平，Q2時而導(dǎo)通時而截至，此時只要調(diào)節(jié)R6和C1的值，以把閃光頻率調(diào)節(jié)到人眼不能分辨即可，這樣做的最大好處是可以延長草坪燈工作時間。經(jīng)實際測試，該電路可以每天連續(xù)工作10小時以上，完全可以達(dá)到用戶的使用需求。

　　3 結(jié)束語

　　本超級電容器太陽能草坪的設(shè)計采用了超級電容和集成的DC-DC芯片，因而整個電路設(shè)計簡單，可靠性高，屬于綠色環(huán)保產(chǎn)品。目前，此設(shè)計已經(jīng)成功應(yīng)用于實際產(chǎn)品之中。
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