具有调光功能的太阳能矿用灯帽电路设计-论文.pdf

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1、2014年第11期NO．11．2014(总第290期)中f阎高新技：{企H}⋯●l”Ⅲ¨￡¨TE⋯l{E(CumulativetyNO．290)具有调光功能的太阳能矿用灯帽电路设计彭俊泉刘善增曹帅(中国矿业大学机电工程学院，江苏徐州221116)摘要：文章针对现有矿用帽灯使用过程中存在的安全、耗能等问题，提出一种具有调光功能的太阳能矿用灯帽电路设计的新方案。介绍了太阳能电池的几种等效电路模型，太阳能充电电路的参数设计以及驱动调光电路的设计。关键词：矿用帽灯；调光；太阳能；等效电路；参数设计中图分类号：TM564文献标识码：A文章编号：1

2、009—2374(2014)1卜0007—02太阳能作为一种新能源，环保、清洁、经济，在工~kUx：_Zvf1(1．4)．gL业和日常生活中发挥着越来越重要的作用，以太阳能作式中：为供电的产品不断地涌现，而现有的矿用灯帽的照明系I——电池内部产生的电流统通常采用充电电池进行供电，然而充电电池一旦电量I——电池内部产生的暗电流用完之后，对其进行充电需要很长的时间，影响矿灯帽I——电池输出的负载电流的正常使用，而且现有的矿灯帽的亮度无法进行调节，I。——电池内部反向饱和电流(通常为常数)在较亮的环境中使用矿灯帽会导致电池电量的浪费，因u——

3、二极管端部电压此本文提出具有调光功能的太阳能矿用灯帽非常具有现U——电池的开路电压实的意义。R——电池内部等效串联电阻1太阳能电池模型R。——电池内部旁路电阻太阳能电池模型目前主要是以研究复杂的光电转换q——电子电荷，q=16×10C详细过程为主的物理模型和通过分析输出特点确定等效k——玻尔兹曼常数，k=1．38x10erg／K模型的外特性模型为主。电池工作的核心部分便是P—NT——电池环境绝对温度结，通过恒流源与正向的二极管的并联构成电池外特性A——P—N结曲线常数图1(b)模型与图1(a)模型类似，仅仅是电池内模型主要组成部分，列出

4、了其中常见的模型，其中单二部暗电流不同将式1．1，1．2变换为：极管模型和双二极管模型分别如下图1(a)和图1(b)所示。t一，+)一ie(jf一(+)一(‘+)(1．5)Idl4-l~t2=小(矧1_，口6为了便于分析计算，将电池模型进行简化即R0，≥Iz口广R]UR--)．oo，得简化模型如下图2所示：llIl(a)单二极管模型(b)双二极管模型图1太阳能电池等效电路模型由图1(a)单二极管电池模型并且结合P—N结的特性方程得出电路的电流和电压的数学模型为：[exp(](1_1)(1．2)别斗图2太阳能电池简化模型而简化后的数学模型

5、为：I=,opioxp(~／l—I，(1．3)7(『exp(盟Ak~1／J]一[唧(别]7L=Uo／[~-一t1]8式中U。——电池输出端电压；P——电池的输出功率2太阳能充电电路参数设计图4LED调光电路2．1太阳能充电电路设计当按下开关给芯片一个时钟信号，Q0接入，电流经太阳能充电电路如图3所示，充电部分分别由开关过电阻R2、R7、R8、R9、R10~t]达NPNZ极管的基极，最管VT，二极管D1，电感L1和电容c1组成，光照下太阳能后通过集电极输出，此时的LED光源发光，进行照明，电池板产生的电能通过DC／DC变换器对锂离子电池进

6、行当再次按下开关，Q1接入，电流经过电阻R4、R8、R9、充电。R10到达三极管的基极，再次驱动LED光源发光进行照明，第三次按下开关，Q2接入，电流通过R5、R9、R1O键太船离到达三极管基极，驱动LED光源照明，第四次按下开能电子关，Q3接入，此时电流仅仅通过R6、RIO，最终驱动LED池掇电池光源工作。图3太阳能充电电路该电路的设计实现了四级调光，从QO的接入基极通2．2太阳能充电电路参数计算过电流最小，导致集电极的电流也是最小，此时的LED在开关管周期T内电路中通过连续的电流，其中占发光强度最小，可以适合矿下近距离的工作，而Q3

7、接入空比通过基极电流最大，此时LED驱动光源的发光强度达到肚嚣MERGEFORMATEquati。nchapterl最大，适合矿下远距离的工作。Section1(21)4结语式中：当今提倡节能减排，太阳能与LED的结合符合绿色照T。一导通时间明的需求，采用可调的驱动电路大大增加了电路的可靠T。f厂一关断时间性；多级调光使光源可以满足工作的需要，符合矿下的电路中电感L1随着输入电压，最大负载电流，输出工况，在今后发展中值得推广具有很大的发展前景。o的电压以及导通时间的变化发生变化，大小为厶。2L(2．2)参考文献【1]赵争鸣，陈剑，孙晓瑛

8、．太阳能光伏发电最大功率式中：点跟踪技术[M】．北京：电子工业出版社，2012．U——输入电压【2]朱宪忠，许斌，周一航，等．太阳能手机充电器的u。——太阳能电池的输出电压电路设计『J]．电子世界，2012