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新型环境自适应LED驱动解决方案 　　本文主要针对LED驱动在使用条件(工作环境、LED点亮亮度、转换效率、成本等)的限制下，在满足LED的发光强度、高的转换效率及不增加开发成本的前提下，针对太阳能LED灯相关产品，提出的一种具有环境自适应能力的系统解决方法(根据其外部使用环境，自动调节LED的点亮时间)。 　　太阳能LED灯具的使用有其特殊的要求，如工作环境、转换效率、LED点亮强度及成本等方面。合理的考虑各方面因素对太阳能LED灯的影响，是驱动电路的关键所在。 　　设计挑战 　　在户外照明中，不同地域的环境影响对太阳能LED灯具供电的稳定性、可靠性提出了更高的要求。 　　作为一种新型室外灯具，LED太阳能灯具有很多明显的优势，但其天生受环境影响较大。冬季光照时间短，太阳能电池对充电电池充电不足，但所需照明时间较长，电池长期工作在欠电状态;夏季光照充足，太阳能电池对充电电池充电充足，但所需照明时间较短，电池可能长期工作在满电状态，这就造成了电池无法在平衡状态下工作。因此，对电池进行过充电及过放电保护成为驱动电路设计所要考虑的问题之一。 　　对于超低电压工作的LED太阳能草坪灯而言，过充电保护很难实现。在实际设计中，通常采用加大电池容量的方法防止过充电。但由于无法实现充放电平衡，这种方法只能降低过充电的概率，而无法保证不过充电。并且，这种解决方法提高了成本，同时降低了灯具的可靠性。如何在不增加成本、高转换效率等要求限制下解决过充的问题，成为拓展LED太阳能灯具使用范围、可靠性的重要因素。 　　传统驱动解决方案 　　LED灯具在具体使用时，要注意太阳能电池、驱动电路及充电电池的配套选用。 　　在考虑到应用层面时，设计完善的太阳能LED驱动电路，不仅仅是确保LED的亮度能维持，更重要的是要考虑保护电池的使用寿命以及满足不同的使用需求。尤其是室外的太阳能LED灯具产品，环境因素对其使用效果有直接的影响。在传统的太阳能LED灯驱动电路中，对于过充电的解决方式往往是通过加大电池容量来实现，但这种手段没有从根本上解决过充电的问题，只是降低了过充电的概率。而加大电池容量必然会带来成本方面的问题，这必然限制其大规模的普及使用。 　　LED太阳能照明灯具使用时，首先要考虑的就是不同季节光照对系统的影响(夏季光照时间长，光照充足，但所需照明时间短;冬季光照时间短，光照不足，但所需照明时间长)。要保证不同环境下的照明时间又不增加开发成本，在保证其照明亮度的前提下，通过调整电路的输出电流来实现。这就必然涉及到一个匹配的问题。以夏季和冬季的环境差别为例： 　　其中， 表示夏季和冬季的输出电流差， 表示夏季和冬季照明时间差， 表示夏季和冬季充电电池充电电量差。上式表示，冬季系统为了满足点亮时间的要求而降低输出电流(变暗)的量来弥补由于光照不足使冬季电池电量减少的量。只有满足此动态平衡才能完成电池的过充保护，达到环境自适应的要求。 　　图1 充电电池电量-电压曲线 　　图中，X轴为电池的充电电量(归一化单位%)，Y轴为电池电压(V)。图1给出过充20%以内的曲线。 　　根据图1所示充电电池电量-电压曲线的特点，我们可以很容易知道，系统应该尽量保证电池工作在1.1V~1.35V这个区间段。当电池过充时(1.35V区间)必须加大此区间放电电流，通过此区间临界点1.35V时，系统要检测这个电压，来调整1.1V~1.35V区间的放电电流。由图可知，可分为4个区间段。而传统的太阳能LED驱动电路没有或者没有很好做到这个动态平衡，这也就限制了太阳能LED灯具产品的智能化使用，从而影响到整个系统的工作性能及可靠性。 　　自适应型解决方案 　　针对上述提到的LED太阳能灯具的应用限制，我们设计开发了根据充电电量确定LED放电电流的驱动电路(IV0117)。从而达到了充放电的平衡，实现了夏季LED更亮，冬季点亮时间更长(正常亮度范围以上)的使用需求。 　　该具有环境自适应能力的太阳能LED驱动电路是在公司原有产品电路IV0103的基础上，增加了充电控制开关，充电电量检测及亮度调整DAC，将原先的两档电池电压调整，变为三档调整。原理图如下： 　　图2 驱动电路原理图 　　该驱动电路(IV0117)提供了一种新型光伏LED灯控制方法及其实现，整体包括充电电量检测电路、电流调整电路及LED恒流驱动电路。 　　根据充电电量检测：充电电量=充电电流×充电时间，我们利用光伏电池检测器②、振荡器③、计数器④、及NMOS管M构成了充电电量检测系统，工作方式如下： 　　1)NMOS管M工作在线性区，Vsolar(S-)与GND间电位差与充电电流成正比; 　　2)压控振荡器输出频率与Vsolar(S-)近似成正比，与电流近似成正比; 　　3)当Vsolar(S-)低于GND时，光伏电池检测器