DIY太阳能庭院灯原理及制作详解.docx

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DIY太阳能庭院灯原理及制作详解

DIY太阳能庭院灯原理及制作详解

随着节能减排的绿色生活观念越来越深入人心，以及太阳能电池板的制造工艺越来越成熟，太阳能灯具逐渐走进了千家万户。

其中最主要的形式就是太阳能庭院灯。

太阳能庭院灯是通过太阳光照射在太阳能电池板上进行发电，不需要外接电源，每到夜晚就能自动亮起，照亮我们的家，所以非常符合现在人们节能减排的低碳生活的观念。

太阳能庭院灯作为新兴产品，因为其节能、环保，安装简单，且工作过程无需人工控制，任何时候都可自动依据光线明暗，自动开启与关闭，一切充电、放电、开启与关闭均可自动控制，因而受到了广大群众的青睐。

太阳能庭院灯体积较小、重量轻，在阳台或庭院的住户、小区道路都可以快速安装使用。

太阳能庭院灯的工作原理是把太阳能转化为电能储存在电池组中，每当夜幕降临便通过太阳能控制器自动点亮LED灯从而达到夜晚照明的效果。

主要是由太阳能电池板、太阳能控制器、锂电池组，LED灯光源、支架几部分组成,下面我们分别介绍各个功能。

太阳能电池板：

是太阳能发电系统中的主要部分，也是太阳能庭院灯中价值最高的部分。

电池板受到阳光照射，把光能转换成电能，实现光电转换，将产生的直流电在蓄电池中存储起来。

太阳能电池板的质量和价格将直接决定整个系统的使用寿命和成本。

太阳能控制器：

白天太阳能电池板将日光转化为电能，通过太阳能控制器将电能储存在蓄电池中，傍晚照度逐渐降低，控制器检测出照度不足时，由蓄电池供电将LED灯点亮，开始工作。

太阳能控制器同时还有保护锂电池过充和过放功能，保证电池可靠的工作，延长使用寿命。

太阳能控制器16拼电路板和单块电路板：

锂电池组：

是将多个锂电池进行串联或并联来满足使用者的电压和容量要求，我们这里小型的照明灯只需要用18650电芯并联组合，电压最高4.2V，视LED灯光源的电流和太阳能电池板的功率来确定组合电芯数量增加容量。

作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到夜晚的时候再释放出来。

根据锂电池容量的大小LED灯照明时间长短不同。

LED灯光源：

LED名称为半导体发光极管，是一种固态的半导体器件，可以直接将电转化为光。

我们要使用的LED灯是高亮度白色发光二极管作为光源，具有电流小、光效高、寿命长，控制电路简单，安全环保等的优点。

广泛应用在LED照明灯内如今已走进千家万户。

我们动手制作的太阳能庭院灯，其最大特点是不需要外接电源，使用非常安全、方更，一次性投入，且不需要支付电费。

每晚天黑后庭院灯会自动点亮，早上天亮后又自动熄灭，不需要人管理，省心、省钱!

整个太阳能庭院灯的制作流程可划分为电路板的制作、外壳的选配、LED灯体的组装、电路的检测与调试几大步骤。

动手制作前先了解一下太阳能控制器工作原理：

太阳能庭院灯的原理如图电路所示，它由锂电池保护芯片IC、功率MOS管Q1-Q5、充电二极管D1-D5以及晶体三极管Q6、Q7,C4-C7延时电路等构成的锂电池充放电保护电路和光控开关电路组成。

电路中引线C+、C-接太阳能电池板，B+、B-接锂电池组，D+、D-接LED灯光源电路板，制作时注意接线的极性。

当白

天太阳光照射到太阳能电池板上，表面即发生光电效应，其两端输出一定功率的电能，通过C+、C-两端的隔离极管D1-D5和MOS管后，给锂电池组充电。

随着充电时间的增加，锂电池组内电芯的电压将越来越高，当电芯电压升高到4.25V时，保护芯片IC将认为电芯已处于过充电状态，会立即断开OC脚输出电压变为低电平，从而Q3、Q4截止，充电回路被切断，电芯就会停止充电。

当电芯对外部的LED灯进行放电时，电芯电压将慢慢降低，同时保护芯片IC的VDD引脚通过R1电阻实时监测电芯电压，当电芯电压下降到约2.8V时，保护芯片IC的OD引脚则会变为低电平从而Q1、Q2截止，放电回路被切断，电芯就会停止放电。

当电芯电压在2.8-4.2V之间时，锂电池保护芯片IC的OC、OD引脚均输出高电平，故功率MOS管Q1-Q4均处于导通状态。

此时锂电池将有电压输出到Q5源极，当光照条件合适时Q5导通对LED灯供电，使灯点亮，在对外放电的过程中还具有锂电池过流和短路保护功能。

光控部分原理是检测太阳能电池板电压大小，因为有光照时电池板有6V的电压，连接在太阳能电池板负极的电阻器R3加在晶体三极管Q6基极，R4两端电压降大于0.6V获得合适偏流Q6处于导通状态，Q7因基极和发射极被Q6导通而处于截止状态，Q5关断不能向LED灯光源供电，LED灯处于熄天状态。

当夜晚降临太阳能电池板输出的电压慢慢降低，通过电阻器R3加在晶体三极管Q6基极和发射极两端电压也越来越低，最后无法获得偏流使Q6截止，Q7基极通过R8、R9获得偏流导通，驱动Q5接通向LED灯光源供电，使LED灯发光实现照明。

电路中，太阳能电池板既作为光电转换器件为锂电池组充电，又作为光感应器控制电子开关电路工作，既简化了电路提高可靠性又降低了成本。

晶体二极管VD1-VD5为隔离二极管，它只允许太阳能电池板对锂电池组充电，防止无光照时锂电池组反过来通过太阳能电池板放电，C2-C7电容器在Q6、Q7导通时起延时作用，防止月光或汽车灯光照射引起LED忽亮忽灭现象。

每天日出日落周而复始以上过程，锂电池白天充电、夜晚自动放电，LED灯光源则白天熄灭、晚上点亮，从而实现了无人控制自动照明。

电路板图及装配：

该太阳能控制器总共用了32个电子元器件。

将元器件对照电路板上字符焊接在相应位置，为方便爱好者备齐元器件，特列出元器件清单，根据太阳能电池板和

蓄电池的容量大小，可以适当删减功率MOS管数量或改小功率的MOS管以降低成本,如制作中有什么问题或需要配件cfz83@可以留言联系。

图所示的为该太阳能庭院灯的印制电路板图。

控制器充、放电电流可以达到8A以上，控制LED点亮的供电电流可达到4A,可以将LED灯做的功率较大。

所以这种控制器也适用太阳能路灯和工矿企业照明使用。

因为工作电流较大故采用铝基线路板配合铝合金外壳，利于控制器的散热。

铜箔及焊接面朝向操作者，元器件在印制电路板的正面。

印制电路板实际尺寸约为51.5mmX25mm,为方便批量生产将16块单板拼接而成（参照前图）。

晶体管Q6、Q7均选用8550（集电极最大允许电流TCM=1.0A，集电极最大允许功耗PCM=625mW）或9012硅型PNP小功率三极管，要求电流放大倍数β≥100。

D6、D7用1N4148硅型开关二极管，D1-D5采用大电流、低压降二极管，MOS管Q1-Q5选用Vgss低于3V、Vdss大于1OV、Id大于40A以上，锂电池保护IC可选用一般的单节锂电池保护芯片，C1-C7采用0805普通陶瓷的X7R贴片电容器，R0-R9全部采用贴片0805电阻器，标称阻值见元器件清单，根据要求的光照度不同需做些参数调整。

下图电路板是小功率的太阳能控制器，功能同上。

采用材质FR-4制作电路板，由于散

热条件不佳，只适用于小功率太阳板和LED光源电流较小的电路中。

下图所示是焊接好元器件的印制电路板实物图。

然后将C+、C-、B+、B-、D+、D-用六根不同颜色引线焊接在对应焊盘上，来代表不同功能。

元器件清单：

外壳的选择和安装：

自制产品不设计外壳自己开模具条件下，制作成太阳能庭院灯的最大的难点在于无法获得既美观、又实用的外壳，尤其是理想的结构配合。

为达到最佳效果，通过网络或某宝查找，找到了一种价格合理，比较满意的铝合金外壳。

将焊接好引线的电路板在铝基板面涂少许导热硅脂装入铝合金外壳内，两个金属面贴合紧密，引线从两端盖引出。

然后灌入密封胶，密封起到防水、防振作用，增加太阳能控制器使用寿命。

LED灯光源电原理图：

两种光源工作方式左边是恒流电路，能够保证LED灯电流稳定，亮度保持比较稳定；右边是电阻限流方式，损耗较大。

电池电压高时亮度较高，随着放电时

间的增加，亮度会慢慢降低。

AMC7135芯片是一款350mA超低压稳流器件，能以350mA恒定电流输出推动1W的LED灯珠，达到稳定亮度、增加电池输出功率的效果。

根据我们的锂电池容量、太阳能电池板的功率大小和照度要求、照明时间长短等情况，可以选择采用多路并联使用。

电路板可根据照明灯外壳自行设计电路板或留言提供外形尺寸帮你设计，下图是-般的照明灯电路板。

LED灯光源选择：

可以选用贴片2835、3014白色发光二极管，其典型正向工作电压为3.0-3.2V，色温从3000K到7000K，照明建议选择5500K以内的色温较佳。

3000K色温看起来

温暖，也就是偏黄的暖色光，色温越高发光越白越偏冷。

灯珠外形和引脚极性识别方法跟普通贴片发光二极管完全一致。

灯体的组装：

首先，将焊接好灯珠的照明灯电路板焊接引出线，注意正负极性。

装入合适的外壳内，并要保证引线的防水和灯罩的密封性、透光度，防止在室外雨淋和水雾侵入损坏灯珠和元器件。

太阳能电池板选择：

选用开路电压6V、短路电流达3-10A、外形尺寸自行选择的太阳能电池板。

太阳能电池板的功率输出大小与其面积大小密切相关。

面积越大，在相同光照条件下的输出功率也越大。

太阳能电池板的优劣主要由开路电压和短路电流这两项指标来衡量。

简单测试方法，将太阳能电池板放在太阳光直射的环境下，用万用表测出两端输出电压，即可认为是开路电压；再将万用表直接短接在太阳能电池板引线两端测出输出电流，即可测量出短路电流。

锂电池组选择：

采用市场常见的18650电池，标称电压3.7V、容量选用1500-2000mAh

的锂电池，根据照明LED功率和照明时间组合成容量合适的电池组。

为方便安装应配上合

适的塑料电池架，方便组合固定。

检测与调试：

按图纸连接锂电池组、太阳能控制器、LED灯光源、太阳能电池板引线。

装配成的太阳能庭院灯，只要元器件质量有保证，焊接无误，电路无需任何调试，便可投入使用。

当白天用纸箱（或黑布等）完全遮挡住太阳能电池板时，LED灯光源的发光二极管自动发光，移开纸箱（或取掉黑布）时即会自动恢复为熄灭状态，可用来判断和检验太阳能庭院灯的工作是否正常。

如果发生天还没有完全黑或阴雨天灯就亮的现象，可通过适当增大电阻器R3的阻值来加以调整;反之，如果天黑了灯还不亮，可通过适当减小电阻器R3的阻值来加以调整。

如果灯始终发光，说明控制器电路板晶体三极管的元器件有错误的地方，如仔细核对无误，则原因可能是所用管子的电流放大系数β值太小，应换用β值大的管子试一试；如果灯始终不发光，再重点检查连线是否错误，LED灯光源是否接反等。

检查合格的太阳能庭院灯，投入实际使用时，测量该发光时工作电流实测结果是否和设计的一致。

根据设计方案，一般晴天充上电后，连续照明一个晚上没有任何问题。

在连续晴天后遇到某天阴雨天，可正常照明不中断；如果遇到数日阴雨天，锂电池组会出现充电不足现象，

当它供电电压下降至2.8V以下时，太阳能庭院灯会自动停止发光，控制器切断电池供电从而避免了锂电池组过放电。

使用时，将太阳能庭院灯放在院子、阳台或花园的草坪上，注意避开遮挡太阳光的物体或花木，做到白天太阳光尽可能长时间地直射到太阳能电池板上即可。

下图所示是网络图片安装在墙壁使用时的效果图。

由于太阳能电池板上落有灰尘等时，会影响光电转换效率，所以还要注意定期做好清洁工作。