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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，光伏电池检测器输出控制M打开，开始充电，同时　　计数器开始计数;当Vsolar高于GND时，光伏电池检测器输出控制M关断，停止充电，同时计数器停止计数。计数器的计数与充电电量成正比;
　　4)CE电平控制Vout输出，高电平启动Vout输出。CE下降沿将计数器复位。电流调整电路包括一个两位ADC⑥和一个六位DAC⑤。DAC的高位接ADC的输出，低四位接充电检测电路的输出，简要工作方式如下：
　　1)两位ADC⑥用于检测电池电压。三个电压值0.9V(UVLO)、1.10V、1.35V分为四个区域，对应两位ADC的四个输出。当电池电压低于UVLO时，系统关闭;
　　2)六位DAC⑤用于产生LED恒流驱动所需的参考电压Vref，ADC输出为高两位，计数器输出为低四位。

　　图3 系统控制流程
　　LED恒流驱动电路由同步Boost升压电路转化而来，其输出电流由Vref和采样反馈电阻R确定。LED恒流驱动电路⑦是同步整流升压LED恒流电路，将Vbat电压升高到高于LED正向电压，并保持恒流输出。该系统在集成充电控制开关之后，比利用防反充二极管(压降大)系统的效率提高了10~20%。

　　图4 充电电池放电曲线
　　上图4为电池放电曲线给出1.35V、1.1V时电池放电电量。
　　结合上图可得充电电池的选择：针对实际过充量为40%，所以选择电池容量为正常充电量的2倍，留给电池50%以上的裕量。
　　该型具有环境自适应功能的驱动电路使得同一款LED太阳能灯具设计在不同的使用环境达到充放电平衡成为可能。这也从根本上保证了在不同的区域市场在高效率(85%以上)、高可靠性、低成本下都可以满足三年以上的使用寿命。
　　另外，该电路(IV0117)对板级测试、用户级测试都提供最为简单可靠的方法。
　　结语
　　随着技术的发展，高效率、高可靠性及低成本的驱动电路成为限制LED太阳能灯具产品应用发展的重要因素。一款合适的驱动电路将会对LED太阳能产品的应用发展起到极大的促进作用。该款环境自适应驱动电路(IV0117)的开发完成极大地满足了不同地域、不同使用环境的需求，为LED太阳能产品使用的广泛性及可靠性提供了充足的保障。