王鸿麟1  索海宁2  潘世强3

　　1解放军西安通信学院教授  2陕西迈克科技集团  3西安麟字半导体照明公司

　　概述

　　在大江大海中，为了防止舰船触礁或搁浅，必须设置发出闪光信号的航标灯，为舰船指示航向。在高层楼房、电视塔、通信铁塔等建筑物顶端必须安装发出闪光信号的航空障碍灯，防止空中飞行器与建筑物发生碰撞。过去这类闪光灯都采用光伏电池和蓄电池组成的供电系统，采用白炽灯作光源。白炽灯发生闪光时，瞬态脉冲电流很大。为了满足瞬间大电流脉冲放电的要求，必须选用容量很大的蓄电池，因此系统成本很高。同时，白炽灯经常处于闪光状态，使用寿命大大减小，因此需要经常更换，维修费用增大。

　　近年来，半导体照明灯（LED）生产技术取得突破性发展，单体LED光源的功率可达200W以上，已经成功地应用于路灯、庭院灯、军用强光电筒等，同时，由于LED实现规模化生产，成本大大降低。LED的主要优点有节电效果显著、发光强度高。经国内权威光学研究所测试，与同功率白炽灯相比，LED灯的发光强度为白炽灯的13倍以上，与同功率的节能灯相比，LED灯的发光强度为节能灯的3倍以上。使用寿命特别长，LED的理论寿命可达十万小时，实际使用寿命也超过五万小时，为白炽灯和节能灯的几十倍甚至高达几百倍。此外LED灯点亮速度非常快，几乎没有延迟时间，并且连续闪光对寿命无任何影响。特别适用于要求长寿命、高节能的闪光灯。

　　超级电容器是一种近几年刚发展起来的性能介于蓄电池和普通电容器之间的新型贮能器件。超级电容器的能量密度（Wh/kg）比常规电容器高10倍以上，功率密度（W/kg）是普通蓄电池的几十倍，甚至几百倍，特别适用于需要大电流放电脉冲的电子设备（比如闪光灯）。超级电容器允许快速充电，通常可在1~2分钟内充足电，同时超级电容器的放电循环次数可达105，为普通蓄电池的几百倍甚至几千倍。超级电容和蓄电池并联组成的混合供电系统，既可发挥蓄电池容量大、成本低且可长期供电的优点，还可实现超大电流充放电的要求。

　　主要组成

　　本实用新型的目的在于针对现有闪光灯存在的主要问题，提供一种结构新颖、成本低、使用寿命长、节电效果好的闪光灯组成方案。

　　为达到上述目的而采用的技术解决方案为：该系统主要由光伏电池、超级电容器和蓄电池组成的混合供电系统、蓄电池充电控制器、混合供电系统放电控制器、LED串并联方阵等部分组成，系统框图如图1所示。光伏电池组件为超级电容器和蓄电池组成的混合供电系统提供能源，为了实现光伏电池对混合供电系统快速安全充电，在光伏电池与混合供电系统之间，必须加入充电控制电路。为了防止无光照时，超级电容器和蓄电池向光伏电池放电，在光伏电池和混合供电系统之间必须加入防倒流二极管。

　　超级电容器和蓄电池组成的混合供电系统通过放电控制电路为大功率LED提供恒定的脉冲放电电流。为了节省能量，放电控制电路必须选用高效率开关式恒流控制电路，为了实现大功率LED按设定的固定周期闪光，放电控制电路的使能端必须由外加的方波脉冲发生器加入使能信号。

　　为了保证足够的发光强度，LED光源可由多只芯片通过串并联方式组成阵列。

　　

　　图1  闪光灯系统框图

　　采用该实用新型后，由于LED灯所需功率大大减小，并且超级电容器可提供超大脉冲电流，确保LED闪光灯的发光强度达到国家标准，因此，所需光伏电池和蓄电池的容量可以大幅度下降，系统成本大大降低，同时由于LED闪光灯的点灯延迟时间极短，并且工作在闪光状态时，寿命不受影响，蓄电池与超级电容器并联后，脉冲大电流主要由超级电容器提供，蓄电池的寿命也可大大延长。

　　基于QX5233的小功率太阳能LED驱动控制器

　　3.1 概述

　　QX5233是专为小功率太阳能LED照明装置设计的。它由开关型驱动电路、光控开关电路、蓄电池过充电保护电路、蓄电池过放电保护电路及LED关断电路组成，仅需少量外围元件即可组成太阳能LED照明装置。

　　3.2主要特点

　　● 工作电压：0.9V-6.0V

　　● 输出电流：10mA-300mA可调

　　● 效率：>90%

　　● 升压或降压工作模式

　　● 光控开关：控制电压可调

　　● 蓄电池过充电保护：过充电压可调

　　● 蓄电池过放电保护：过放电压可调

　　● LED关断功能

　　3.3 管脚定义

　　

　　3.4电路工作原理

　　●降压工作模式

　　基于QX5233的太阳能LED照明系统实际电路如图2所示。采用6V铁锂电池组时，QX5233应接成高效率的降压方式，太阳电池给6V蓄电池和超级电容一体电源充电，蓄电池给LED灯供电。二极管D和L组成续流电路，确保LED恒流工作。

　　●光控开关电路

　　光控开关电路由与太阳光检测端SLD连接的比较器组成。比较器的阀值电压为200mV并具有50mV的迟滞。当太阳光检测端SLD直接接到太阳电池负极SBGND端时，太阳能电池电压大于200mV时，LED灯关断，太阳能电池电压小于150mV时LED点亮。

　　　　

　　　　图2  控制电路图

　　　　蓄电池过放电保护电路

　　　　蓄电池过放电保护电路由与过放电检测端UV连接的比较器与外部电路R4、R5组成。比较器的阀值电压为500mV并具有100mV的迟滞。当蓄电池电压小于500mVA×(1+R4/R5)时，LED灯关断；当蓄电池电压大于600mV×（1+R4/R5）时，LED点亮。

　　　　蓄电池过充电保护电路

　　　　蓄电池过充电保护电路由与过充电检测端OV连接的比较器与外部电路（与过充电保护输出端OVSW连接的MOS开关及R6及R7）组成。比较器的阀值电压为500mV并具有100mV的迟滞。当蓄电池电压大于500mV×（1+R6/R7）时，与过充电保护输出端OVSW连接的MOS开关导通，太阳能电池不再为蓄电池和超级电容器组成的一体电源充电；当蓄电池电压小于400mV×（1+R6/R7）时，MOS开关断开，太阳能电池向蓄电池和超级电容器组成的一体电源充电。

　　　　主要技术参数

　　　　工作电压：DC6V或DC12V(20%变化范围内)

　　　　铁锂电池容量：6V/12Ah或12V/6Ah（原灯具用铅酸电池容量：12V/12Ah或12V/24Ah）

　　　　超级电容：2.7V  50F×4

　　　　铁锂电池内阻：<70mΩ

　　　　超级电容内阻：<20mΩ

　　　　混合电源内阻：<35mΩ（原灯具用铅酸电池内阻>200mΩ）

　　　　LED有效光强：2000cd±25%

　　　　闪光频率：60次/分

　　　　光控灵敏度：50—300Lx可调

　　　　工作温度范围：-40℃ — +70℃

　　　　防护等级：IP65

　　　　光源寿命：>15年

　　　　混合电源寿命：>15年（原灯具用铅酸电池寿命<5年）

　　　　地盘尺寸：外径150mm  节圆130mm  均布4孔*Φ10mm

　　　　灯具净重：7kg（原灯具重量11kg）

　　　　连续阴雨天工作时间：15天（原灯具连续工作6天、12V/24Ah电池可连续工作15天）