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1 設計選擇
1.1光源的選擇
由于LED技術目前已經實現了關鍵性突破，同時性能價格比也有較大地提高。現在的LED壽命已可達到100 000h以上，而且工作電壓低，非常適合應用于太陽能草坪燈上。另外，LED由低壓直流供電，其光源控制成本低，可以調節明暗，并可頻繁開關，而且不會對LED的性能產生不良影響。因此，從可靠性、性價比、色溫和發光效率等幾個方面綜合考慮，設計時可選擇額定電壓為3.3 V、工作電流為6 mA的超亮LED作為光源。于草坪燈不但要有裝飾作用，還要有一定的照明功能，故可選擇8個LED使用。
1.2太陽能電池的選擇
太陽能電池是依據半導體PN結的光伏效應原理把太陽光能轉化為電能的半導體器件，是超級電容器太陽能草坪燈的核心器件。太陽能電池性能的好壞直接決定著能量的轉換效率及輸出電壓的穩定性，同時也直接決定了超級電容器太陽能草坪燈的性能。因此，設計時應采用性價比比較好的單晶硅太陽能電池。
由于地球上各個地區的太陽年總輻射量與平均峰值裝修'>日照時數不同，太陽能草坪燈的設計和燈的使用地理位置是有關系的，太陽能電池組件額定輸出功率和燈具的輸入功率之間的關系大約是2～4：1，具體比例要根據燈的每天工作時間以及對連續陰雨天的照明要求決定。本系統的太陽能電池的功率為3.3V×0.006×8=0.1584 W，假設每天工作12個小時，太陽能電池功的效率為40％，每天有效工作時間為5小時，則可選用3 W／6 V的太陽能電池。
1.3超級電容的選擇
由于太陽能電池的輸入能量極不穩定，同時草坪燈只是在周圍光線較弱時才發光，因而必需配置蓄電系統才能有效工作。現階段普遍采用鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池或Ni-H蓄電池，但采用蓄電池作為蓄電系統有許多缺陷：首先可充電型蓄電池的充電次數有限(小于1000次)，使用壽命較短；其次，由于其化學結構的影響，它不能進行大電流充電；第三，蓄電池需要有防過充、防過放以及溫度補償等控制電路，而且控制電路比較復雜；第四，可充電型蓄電池主要利用化學反應來進行充放電，電池中的廢物會對環境產生污染，不屬于環保產品。
因此，本產品中選用超級電容做為儲能元件。該電容具有法拉級的超大電容量，超強的荷電保持能力，且漏電流非常小，8小時電壓下降率小于5％；無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1 mA)的狀態下充電，因此，即使在陰天，太陽能電池也能對超級電容器充電；與蓄電池相比，其過充、過放都不對其壽命構成負面影響，可靠性高、使用壽命長(充放電循環壽命在10萬次以上)；此外還具有優良的
溫度性能，可在-40℃～75℃的環境溫度中正常使用；無污染，是一種綠色電源；可焊接，而且不存在象蓄電池那樣
接觸不牢固等問題。
本太陽能草坪燈產品選用錦州凱美能源有限公司生產的6個2.5 V／150 F超級電容器組成的5.0V／225 F電容
器模塊，其單只電容器產品的ESR(DC)只有20mΩ，直徑25 mm，高為48 mm。5 V／225 F超級電容器充電時間為(在
充電電流為450mA的情況下)：
式中：C-電容器額定容量；△U-電容器工作電壓變化；I-電容器充電電流；t-電容器充電時間。
超級電容器放電時間為：
式中：ESR為電容器的直流內阻。5 V／225 F超級電容器可從5 V放電到0.6 V。
2系統控制電路的設計
2.1 充電電路
本系統中的充電電路由防過壓和防反充電路構成，圖1所示為其充電電路，圖中的ZD1為5.6V穩壓二極管，當電池電壓高于5.6 V時，Q2導通，硅電池全部電流通過電阻Q2消耗掉，當硅電池電壓降到5.6 V以下時，Q2截至，硅電池給超級電容充電，并同時保護超級電容。
防止反充電控制電路可以保證在太陽能電池輸入電壓低于超級電容電壓時，超級電容不會反向對太陽能電池充電，以免造成不必要的能量損耗。反充電控制可由圖1中的二極管D1來完成，這個二極管選用肖特基二極管，因為肖特基二極管的導通壓降比普通二極管低。
2.2驅動LED穩壓電路
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，因此需要有穩壓電路來驅動LED。
本文選用CMOS工藝制造且靜態電流極低的VFM開關型DC／DC升壓穩壓器，該芯片內部包括VFM控制電路、LX開關驅動晶體管、基準電壓單元、振蕩器、誤差比較放大器、電壓采樣電阻、LX開關保護電路等。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定的低噪聲輸出電壓。該穩壓器具有8μA的極低輸入電流、低紋波、低噪聲特性，效率可達到80％，并具有0.6 V的極低啟動電壓，輸出電壓精度可達±2.5％。該部分其中331C外圍的電感和二極管會影響轉換效率，此外，電容和電感也會影響輸出波紋。因此。設計時應選擇合適的電感、電容和肖特基二極管以獲得較高的轉換效率和較低的波紋和噪聲。根據331C的數據手冊，本設計選擇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轉換器5％～10％的效率，所以D3采用正向導通電壓較低、反應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電路來控制LED的開關。以便在周圍環境光線變暗時點亮LED，并當光線變亮時關閉LED。有些光控開關電路采用光敏電阻來開關LED，也可以直接采用太陽能電池做光敏開關，因為太陽能電池特性比光敏電阻好。
U1為帶施密特觸發器的六反相器74HC14，其中的多諧振蕩器由第二個反相器與R5和C1構成。這樣，在白天光線變亮時，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關斷。而當光線變暗時，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，并經過Y4輸出高、低電平，Q2時而導通時而截至，此時只要調節R6和C1的值，以把閃光頻率調節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。經實際測試，該電路可以每天連續工作10小時以上，完全可以達到用戶的使用需求。
3 結束語
本超級電容器太陽能草坪的設計采用了超級電容和集成的DC-DC芯片，因而整個電路設計簡單，可靠性高，屬
于綠色環保產品。目前，此設計已經成功應用于實際產品之中。
設計要求
電池板的面積、功率的計算和選用 蓄電池容量、恒流充放電控制
光電控制要求光線較暗、路燈未點亮時草坪燈開始照明草坪、天亮后自動關斷
方案選擇
太陽能草坪燈的控制與路燈的控制電路功能一樣，都是為了完成晚上亮燈，早晨熄燈的作用，還有就是對蓄電池的充電管理。
單獨的光控開關一般采用感光探頭，當晚上光線弱時，自動開啟草坪燈；早上光線強時，自動關閉草坪燈，達到自動控制的作用。為了節省電力，早期的光控開關，使用分立半導體器件，電路復雜，元器件較多，體積也比較大，并且故障率高。隨著半導體技術的發展，出現了時機集成電路，，使光控開關電路簡化。
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小卓卓愛
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太陽能草坪燈是一種當今流行于歐、美、日等國際市場上的新型綠色環保型裝飾性照明燈具，它由太陽能電池吸收陽光產生電能，為燈體內蓄電池充電，白天自
動充電，夜晚自動點亮(光控)照明，且燈體和燈光具多種顏色，燈光采用1－2粒或多粒,黃、白、紅、綠、蘭等超高亮LED蓄電池采用500－700Ah Ni-cdAA(或Ni-H2)電池2－3節,充電一天可連續照明8－12小時,燈體采用高強度ASB塑膠、鑄鋁或優質鋼材旋壓成型,它外型美觀、(具有多種和可設計開發出多種款式)、安裝方便(插在草地花園或安在門外墻上即可)裝飾性強、節能環保、安全省事(太陽能直流4－6V低壓供電,安全可靠,不需另拉電線.)價格便宜,深受國內外人們的喜愛。
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愛兔名人
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創意草坪燈當前多數草坪燈選用led作為光源，led壽命長，可以到達100000小時上面，使用電壓低，應用在太陽能草坪燈上非常得當。特別是led技能已經實現了其要害性突破，并且其特性在已往5年中有很大地提高。同時性價比也有較大地提高。led由低壓直流供電，其光源控制成本低，調治明暗，頻仍開關都是大概的，并且不會對led的性能產生不良影響。控制顏色，變革光的散布，產生動態幻夢都是大概的，因此它特別適合在太陽能草坪燈上應用。它有許多其固有的特性，應用時要是不留意就會造成不良結果。不過當前在市場上販賣led的發光效率僅能到達15lm/w，只能到達三色基色高效節能燈 1/3。從成本上看，當前生產每lm的成本:三子鎮色基色高效節能燈(含電流器)0.022元，2002年f5mm白光led成本為 1.9~3.0元，當前生產每lm的成本高，相差懸殊。從應用壽命上看，三色基色高效節能燈(含電子鎮流器)的壽命可以到達6000小時，led可以到達100000小時上面，從外貌上看，led壽命是三色基色高效節能燈(含電子鎮流器)的幾十倍，不過實際并非云云。 太陽能草坪燈大多數接納超高亮白光led，它在20ma下超高亮白光led光通維持率到達初始強度50%的時間(壽命)不到10000小時，復旦大學電光源所曾經證明白上述論點。這就是說，當前在許多環境下led并非是最好的太陽能草坪燈光源，除非它是低檔，應用年限僅1~2年的太陽能草坪燈，大概是1w以下的太陽能草坪燈。對付1w 上面的太陽能草坪燈，最好應用三色基色高效節能燈。當前有一些太陽能草坪燈用30~40只超高亮白光led，輸入功率2w上面，在這種環境下，要是使要是用三色基色高效節能燈，代價只是led的1/10，光通量為原來的4倍.根據上述分析，大家認為有調治明暗、頻仍開關成果的1w以下的小功率太陽能草坪燈，一樣平常應該應用led作為光源。不過在應用超高亮白光led時特意要留意光通維持率問題，否則容易導致變亂。對付功率較大的太陽能草坪燈，當前應用三色基色高效節能燈比力合理。這里要強調的是，上面結論僅僅是當前地分析，當led技能水平提高以后，代價降落，上面結論必要變革。 對付太陽能草坪燈，從可靠性、性能代價比、色溫，和發光效率幾個方面綜合思量，大家認為理想的光源當前應該是三色基色高效節能燈。
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