太陽能路燈原理

1、本文由wb882123貢獻(xiàn)doc文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT,或下載源文件到本機(jī)查看。太陽能路燈原理太陽能路燈由以下幾部分組成:太陽電池、蓄電池、控制逆變器、光控及計(jì)時(shí)器、發(fā)光體。太陽能路燈是一個(gè)自動控制的工作系統(tǒng),只要設(shè)定該系統(tǒng)的工作模式就會自動控制工作?？刂颇Ｊ揭话惴譃槿N:光控啟動、光控關(guān)閉;計(jì)時(shí)控制啟動和計(jì)時(shí)控制關(guān)閉;光控啟動、計(jì)時(shí)控制關(guān)閉,我們一般選定該模式工作方式,燈在陽光低到設(shè)定值時(shí)傳感控制啟動燈工作,同時(shí)進(jìn)行計(jì)時(shí)開始。當(dāng)計(jì)時(shí)到設(shè)定時(shí)間時(shí)就停止工作。本系統(tǒng)的太陽電池有兩種作用:一、在白天為蓄電池充電;二、做光控傳感器,用RC元件的充電放電。我們一般采用18

2、瓦或36瓦低壓鈉燈做為光源,因?yàn)槠涔庑г诠庠粗凶罡?。太陽能路燈是理想的道路照明燈?隨著人們生活的提高和社會的不斷發(fā)展,它將被廣泛利用,使太陽賜給大地的光明在夜晚為人類照明。太陽能庭院燈(亦稱花園燈是一種新型環(huán)保型照明燈具,它古式造型、精致典雅、極富時(shí)代特色、它安裝使用方便,無需另接電線,它由太陽能電池供電,白天吸收陽光自動為殼體內(nèi)的蓄電池充電,晚上自動(光控點(diǎn)亮照明,無需花銷電費(fèi),因采用低壓直流供電,更具安全可靠,使用壽命長的特點(diǎn)。配多節(jié)組合式燈桿(高強(qiáng)度ABS塑料,可根據(jù)需要調(diào)整燈的高度,安裝十分方便.太陽能庭院燈可廣泛應(yīng)用于:家庭別墅、單位花園、公園綠地、環(huán)保小區(qū)、房前路邊等戶外場所的照

3、明。太陽能路燈采用高效單晶(多晶硅太陽能電池供電,采用免維護(hù)密封型蓄電池貯存電能,用高效節(jié)能燈照明,并采用先進(jìn)的充放電和照明控制電路,具有性質(zhì)可靠、發(fā)光效率高、亮度大、安裝方便、無需鋪設(shè)電纜電線,無需交流電能和電費(fèi),采用直流供電,光敏控制、安全可靠、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保,實(shí)用(根據(jù)配置和型號不同,充電一天可用37天 壽命長(太陽能池可用1520年、蓄電池可用57年,是未來戶外照明的發(fā)展方向和照明燈具中的一枝新秀。太陽能信號警示燈,采用太陽能供電,白天由太陽能電池自動為蓄電池充電蓄電,晚上自動閃爍發(fā)光、警示,無需人工管理和更換電池,且可長期連續(xù)使用(太陽能電池使用壽命1520年,安全省錢。無需增任何

4、費(fèi)用,使用成本低,是取代原干電池警示燈的理想換代產(chǎn)品。主要用于道路交通、高速公路、城市街道、鐵路道口、建筑道路施工等場合作為信號指示的安全警示裝置。該燈具有體積小,重量輕,低能耗,高光強(qiáng),防雷擊,無須其它電源,安全可靠,安裝、維護(hù)方便等特點(diǎn)。廣泛用于航空、航海,通訊鐵塔,廣播電視塔,高層建筑等眾多領(lǐng)域。主要特點(diǎn):采用優(yōu)質(zhì)高效進(jìn)口太陽電池硅片及鋼化玻璃生產(chǎn)的太陽能電池供電,安全、可靠、壽命長達(dá)十五年。優(yōu)化低能耗控制電路、過充、過放保護(hù),自動光照度控制,性能可靠。蓄電池容量大,可在連續(xù)15個(gè)陰雨天正常工作.高強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕的工程塑料燈罩透光率強(qiáng)。優(yōu)質(zhì)不銹鋼結(jié)構(gòu)。美觀、堅(jiān)實(shí)、安裝,維修方便。技

5、術(shù)參數(shù):閃光強(qiáng)度:10cd閃頻率:3060次/分鐘功耗:2W空中有效視距:10k m燈管閃光壽命:4X107108次蓄電池容量:6V/20AH太陽電池板:12W/8.7V使用環(huán)境溫度:-40°C+85°C外型尺寸:415×390×400(mm重量:10公斤陰雨天連續(xù)工作時(shí)間:15天左右太陽能電池儲電池光控開關(guān)LED燈。太陽能路燈由以下幾個(gè)部分組成:太陽能電池板、太陽能控制器、蓄電池組、光源、燈桿及燈具外殼,有的還要配置逆變器。1、太陽能電池板太陽能電池板是太陽能路燈中的核心部分,也是太陽能路燈中價(jià)值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能,或送至蓄

6、電池中存儲起來。太陽能電池主要使用單晶硅為材料。用單晶硅做成類似二極管中的P-N結(jié)。工作原理和二極管類似。只不過在二極管中,推動P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動的是外部電場,而在太陽能電池中推動和影響P-N結(jié)空穴和電子運(yùn)動的是太陽光子和光輻射熱。也就是通常所說的光生伏特效應(yīng)原理。目前光電轉(zhuǎn)換的效率,大約是光伏電池效率大約是單晶硅13%-15%,多晶硅11 %-13%。目前最新的技術(shù)還包括光伏薄膜電池。2、太陽能控制器太陽能燈具系統(tǒng)中最重要的一環(huán)是控制器,其性能直接影響到系統(tǒng)壽命,特別是蓄電池的壽命?？刂破饔霉I(yè)級MCU做主控制器,通過對環(huán)境溫度的測量,對蓄電池和太陽能電池組件電壓、電流等參數(shù)的檢測判斷,

7、控制MOSFET器件的開通和關(guān)斷,達(dá)到各種控制和保護(hù)功能。皇明智能型太陽能燈具控制器能為蓄電池提供全面保護(hù),使蓄電池更能可靠地長久工作。太陽能照明原理、組成及控制系統(tǒng)2010年01月21日作者:胡興軍來源:中國電源博覽第106期編輯:李遠(yuǎn)芳3、蓄電池由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸入能量極不穩(wěn)定,所以一般需要配置蓄電池系統(tǒng)才能工作。一般有鉛酸蓄電池、Ni-Cd蓄電池、Ni-H蓄電池。蓄電池容量的選擇一般要遵循以下原則:首先在能滿足夜晚照明的前提下,把白天太陽能電池組件的能量盡量存儲下來,同時(shí)還要能夠存儲滿足連續(xù)陰雨天夜晚照明需要的電能。蓄電池容量過小不能夠滿足夜晚照明的需要,蓄電池過大,一方面蓄電池

8、始終處在虧電狀態(tài),影響蓄電池壽命,同時(shí)造成浪費(fèi)。蓄電池應(yīng)與太陽能電池、用電負(fù)荷(路燈相匹配。可用一種簡單方法確定它們之間的關(guān)系。太陽能電池功率必須比負(fù)載功率高出4倍以上,系統(tǒng)才能正常工作。太陽能電池的電壓要超過蓄電池的工作電壓2030%,才能保證給蓄電池正常負(fù)電。蓄電池容量必須比負(fù)載日耗量高6倍以上為宜。4、光源太陽能路燈采用何種光源是太陽能燈具是否能正常使用的重要指標(biāo),一般太陽能燈具采用低壓節(jié)能燈、低壓鈉燈、無極燈、LED光源。LED燈光源,壽命長,可達(dá)1000000小時(shí),工作電壓低,不需要逆變器,光效較高,國產(chǎn)50Lm/w,進(jìn)口80Lm/w。隨著技術(shù)進(jìn)步,LED的性能將進(jìn)一步提高。筆者認(rèn)為

9、LED作為太陽能路燈的光源將是一種趨勢。目前多數(shù)草坪燈選用LED作為光源,主要利用太陽能電池的能源來進(jìn)行工作。當(dāng)白天太陽光照射在太陽能電池上,把光能轉(zhuǎn)變成電能存貯在蓄電池中,再由蓄電池在晚間為草坪燈的LED(發(fā)光二極體提供電源。LED節(jié)能、安全、壽命長,工作電壓低,非常適合應(yīng)用在太陽能草坪燈上。特別是LED技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了其關(guān)鍵的突破,并且其特性在過去5年中有很大提高,其性能價(jià)格比也有較大的提高。5、燈桿及燈具外殼燈桿的高度應(yīng)根據(jù)道路的寬度、燈具的間距,道路的照度標(biāo)準(zhǔn)確定。燈具外殼根據(jù)我們收集了許多國外太陽燈資料,在美觀和節(jié)能之間,大多數(shù)都選擇節(jié)能,燈具外觀要求不高,相對實(shí)用就行。二、太陽能路燈

10、照明控制系統(tǒng)1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)太陽能路燈微機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)由微機(jī)主控線路、太陽能電池板、蓄電池充放電器、蓄電池組、LED光源驅(qū)動和LED燈等幾部分組成。系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示:(1微機(jī)主控線路微機(jī)主控線路是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心,控制整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的正常運(yùn)行。微機(jī)主控線路具有測量功能,通過對太陽能電池板電壓、蓄電池電壓等參數(shù)的檢測判斷,控制相應(yīng)線路的開通或關(guān)斷,實(shí)現(xiàn)各種控制和保護(hù)功能。(2充電驅(qū)動線路充電驅(qū)動線路由MOSFET驅(qū)動模塊及MOSFET組成。MOSFET驅(qū)動模塊采用高速光藕隔離,發(fā)射極輸出,有短路保護(hù)和慢速關(guān)斷功能。選用的MOSFET為隔離式、節(jié)能型單片機(jī)開關(guān)電源專用IC,驅(qū)動LED的全電壓輸

11、入范圍為150V20 0V,輸出電流為8A9A。輸入電壓范圍寬,具有良好的電壓調(diào)整率和負(fù)載調(diào)整率,抗干擾能力強(qiáng),低功耗。本系統(tǒng)通過充電驅(qū)動線路完成太陽能電池組向蓄電池的充電,電路中還提供了相應(yīng)的保護(hù)措施。(3LED驅(qū)動線路由IGBT驅(qū)動模塊及MOSF ET組成,實(shí)現(xiàn)對路燈亮度的調(diào)節(jié)及路燈的開關(guān)。(4太陽能電池組太陽能電池組由太陽能電池單體(工作電壓約為0.5V,工作電流約為2025mA/cm2,面積為10cm×1 0cm以串、并方式連接成組件,一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組件包括36片單體,使一個(gè)太陽能電池組件大約能產(chǎn)生17V的電壓,成為一個(gè)額定電壓為12V的蓄電池池組。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)需要更高的電壓和電流組

12、件時(shí),可把多個(gè)組件組成太陽能電池方陣,以獲得所需要的電壓和電流。太陽能電池在整個(gè)系統(tǒng)中的作用有兩個(gè):其一是把太陽光轉(zhuǎn)化為電能,即白天時(shí),太陽能電池給蓄電池充電;其二是太陽能電池作為系統(tǒng)的光控元件,從太陽能電池兩端電壓的大小,即可檢測戶外的光亮程度,也就是從太陽能電池電壓的大小來判斷天黑和天亮及LED照明光源的亮度。(5蓄電池組由于從光伏陣列得到的能量不總是與電子負(fù)載的需求相符,當(dāng)光伏陣列本身不能提供足夠的功率時(shí),蓄電池仍能使負(fù)載工作。如果電子負(fù)載需要在夜間或在多云或陰天時(shí)工作,就需要能量的存儲。蓄電池存儲能量的大小設(shè)計(jì)為自主運(yùn)行期間滿足平均每日電子負(fù)載的需求。一般來說,應(yīng)能儲備57天的夜間照明

13、用電量。蓄電池是整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的關(guān)鍵部分,它是整個(gè)太陽能系統(tǒng)的儲備能源設(shè)備,白天時(shí)太陽電池給蓄電池充電,晚上,系統(tǒng)和負(fù)載所用電全部由蓄電池來提供,其次,陰雨天的供電也要靠蓄電池來完成。在獨(dú)立光伏系統(tǒng)中,由光伏陣列產(chǎn)生的電能不總是在電能產(chǎn)生的同時(shí)加以使用,所以在多數(shù)獨(dú)立光伏系統(tǒng)中需要蓄電池。(6通信裝置由無線數(shù)傳模塊組成。無線數(shù)傳模塊支持GPRS,帶有RS-232接口,通信距離達(dá)100米,抗干擾性強(qiáng),不受廣播電視,移動通信干擾,實(shí)現(xiàn)相鄰路燈終端之間的通信。2.功能控制(1 太陽能路燈控制器的基本要求太陽能路燈由多個(gè)LED燈串聯(lián)而成,路燈照明系統(tǒng)不但消耗大量的電能,而且還需要投入巨額的日常維護(hù)

14、費(fèi)用,給城市帶來電力供應(yīng)和財(cái)政支出的雙重壓力。制定“按需照明”的供電策略可以緩解這一矛盾。通過編程可以實(shí)現(xiàn)對分布在城市繁華路段的路燈機(jī)動靈活的控制,可在任意時(shí)間段內(nèi)通過PWM方式實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制,以達(dá)到既烘托城市燈光氣氛的目的?？刂苹疽笕缦?1對前半夜與后半夜的亮度進(jìn)行控制,控制比例依情況而定;2開啟單邊路燈策略,即蓄電池現(xiàn)有電量只供一路路燈照明,另一路路燈關(guān)閉;3半夜燈策略,即前半夜開燈,后半夜關(guān)燈,蓄電池現(xiàn)有電量只供前半夜照明使用。太陽能路燈都是以自然光線的強(qiáng)弱來控制照明燈具的開關(guān),這些光控太陽能照明系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)長期可靠運(yùn)行的前提。系統(tǒng)容量可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砦恢?、氣象條件和負(fù)載狀況

15、做出最優(yōu)化設(shè)計(jì)。但是由于季節(jié)因素,冬天太陽輻射要比夏天少,太陽電池陣冬天產(chǎn)生的電量比夏天少,可是冬天需要照明的電量卻比夏天多,從而使照明系統(tǒng)的發(fā)電量與需電量形成反差,依然難以平衡月發(fā)電量盈余和耗電量虧損。為了提高照明系統(tǒng)發(fā)電量的利用率,克服系統(tǒng)缺電帶來的不足,在太陽能照明系統(tǒng)的發(fā)展中,人們不斷的對照明系統(tǒng)常用的控制模式進(jìn)行分析,設(shè)計(jì)各種實(shí)際可行的工作模式,同時(shí)光源技術(shù)也在不斷的更新?lián)Q代中,蓄電池的充電模式也在不斷的研究探索中有效利用率越來越高,因此在太陽能各個(gè)組成部分的發(fā)展和協(xié)調(diào)中,太陽能照明系統(tǒng)正在不斷地趨于完善。根據(jù)太陽能路燈系統(tǒng)的特點(diǎn),路燈運(yùn)行要兼顧蓄電池剩余容量的影響。當(dāng)路燈正常開啟時(shí)

16、,根據(jù)蓄電池剩余容量檢測法得到當(dāng)前蓄電池容量,通過查詢后得到蓄電池將要維持的供電時(shí)間,平均使用蓄電池現(xiàn)有電量,同時(shí)根據(jù)當(dāng)晚可使用的蓄電池電量對路燈照明方式靈活控制,合理使用蓄電池現(xiàn)有電量。(2蓄電池充放電控制功能蓄電池充放電控制是整個(gè)系統(tǒng)的重要功能,它影響整個(gè)太陽能路燈系統(tǒng)的運(yùn)行效率,還能防止蓄電池組的過充電和過放電。蓄電池的過充電或過放電對其性能和壽命有嚴(yán)重影響。充放電控制功能,按控制方式可分為開關(guān)控制(含單路和多路開關(guān)控制型和脈寬調(diào)制( PWM控制(含最大功率跟蹤控制型。開關(guān)控制型中的開關(guān)器件,可以是繼電器,也可以是MOS晶體管。脈寬調(diào)制(PWM控制型只能選用MOS晶體管作為其開關(guān)器件。本

17、系統(tǒng)采用脈寬調(diào)制控制器方式,并選用MOS晶體管作為開關(guān)器件。當(dāng)白天晴天的情況下,根據(jù)蓄電池的剩余容量,選擇相應(yīng)的占空比方式向蓄電池充電,力求高效充電;夜間根據(jù)蓄電池的剩余容量及未來的天氣情況,通過調(diào)整占空比方式進(jìn)而調(diào)節(jié)LED燈亮度,以保證均衡合理使用蓄電池。此外系統(tǒng)還具有對蓄電池過充的保護(hù)功能,即充電電壓高于保護(hù)電壓(15V時(shí),自動調(diào)低蓄電池的充電電壓;此后當(dāng)電壓掉至維護(hù)電壓(13.2V時(shí),蓄電池進(jìn)入浮充狀態(tài),當(dāng)?shù)陀诰S護(hù)電壓(13.2V后浮充關(guān)閉,進(jìn)入均充狀態(tài)。當(dāng)蓄電池電壓低于保護(hù)電壓(11V時(shí),控制器自動關(guān)閉負(fù)載開關(guān)以保護(hù)蓄電池不受損壞。通過PWM方式充電,既可使太陽能電池板發(fā)揮最大功效,又

18、提高了系統(tǒng)的充電效率。本設(shè)計(jì)對蓄電池的反接、過充,過放具有相應(yīng)保護(hù)措施。(3 太陽能路燈運(yùn)行方式控制功能高亮度大電流LED燈,由于相同亮度的情況下,比白熾燈省電約90%,得到了廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)已有逐漸替代常規(guī)照明燈的趨勢。太陽能路燈由多個(gè)LED燈串聯(lián)而成,亮度通過PWM方式可調(diào),即通過EN端改變流經(jīng)LED 的電流,從而調(diào)節(jié)LED燈亮度,電流強(qiáng)度可以從幾毫安到1安培,最終使LED燈達(dá)到預(yù)期的亮度。PWM信號可由微控制器產(chǎn)生,也可由其它脈沖信號產(chǎn)生,PWM信號可使通過LED燈的電流從0變到額定電流,即可使LED燈從暗變?yōu)檎Ａ炼?。PWM占空比越小(高電平時(shí)間長,亮度越高。利用PWM控制LED的亮度,

19、非常方便和靈活,是最常用的調(diào)光方法,PWM的頻率可從幾十Hz到幾千KHz。PWM調(diào)光是通過控制MOSFET晶體管實(shí)現(xiàn)的。由于本系統(tǒng)路燈單元采用的電壓是由幾個(gè)蓄電池串聯(lián)產(chǎn)生的,所以選用MOSFET晶體管時(shí),首先要考慮MOSFET的耐壓,本系統(tǒng)要求MOSFET的耐壓要高于40V;其次,根據(jù)驅(qū)動LED燈電流的大小,選擇MOSFET的IDS的最大電流。在直流供電情況下,首先考慮的是IDS最大電流值和RDS值。一般情況下,應(yīng)選用MOSFET的IDS最大電流是LED燈驅(qū)動電流的5倍以上;另外還要選擇MOSFET的內(nèi)阻要小;LED驅(qū)動電流越大,RDS應(yīng)越小,RDS越小,變換效率越高。城市太陽能路燈是和人民生

20、活密切相關(guān)的公共設(shè)施,它在一定程度上反映了城市的繁榮程度及發(fā)展水平。在過去很長一段時(shí)間內(nèi),路燈的更新多是局限于其照明部分,隨著城市及電子技術(shù)的發(fā)展,城市路燈系統(tǒng)經(jīng)歷了手工控制、自動定時(shí)/光電控制、計(jì)算機(jī)程序控制的發(fā)展過程。用計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)城市太陽能路燈系統(tǒng)的自動控制,對于提高城市的現(xiàn)代化管理水平,節(jié)省人力、物力,都具有良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。通過有效的調(diào)節(jié)燈光開關(guān)時(shí)間,能夠極大地提高了路燈系統(tǒng)的工作質(zhì)量和工作效率,為城市照明系統(tǒng)的運(yùn)行、維護(hù)、擴(kuò)展、提供全面的解決方案和強(qiáng)有力的技術(shù)支持,提高了城市照明運(yùn)行管理水平。三、太陽能燈具的構(gòu)成不管是那一種太陽能燈具,它都是由5個(gè)部分組成,第一是太陽能電池,第

21、二是蓄電池,第三是它的控制裝置,第四是LED的驅(qū)動芯片,第五個(gè)是LED本身。通常太陽能電池板掛在高桿上,充放電控制器和鉛蓄電池放在地面的控制箱內(nèi),驅(qū)動芯片和LED都裝在燈頭里。其示意圖如圖3所示。其中充放電控制器只能控制對蓄電池的充電和放電的過程和定時(shí)(或光控向LED供電,而并不能穩(wěn)定其輸出電壓。四、LED燈頭4.1LED的選擇因?yàn)槟壳癓ED的發(fā)光效率還是比較低,大約有85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能。所以發(fā)熱很高。為了能夠分散這些熱量,不宜采用功率過大的LED。以目前的工藝來看,以1W的LED比較成熟。對于100W的LED燈頭,需要采用100個(gè)1W的LED。這時(shí)大約有85W的熱能要散發(fā)掉。LED的性

22、價(jià)比是每美元的流明數(shù)。一方面希望它的發(fā)光效率高,也就是每瓦的流明數(shù)要高,目前,最高可以達(dá)到85-100流明/瓦。另一方面,希望它的價(jià)錢要便宜。1W的LED,批量購買時(shí)的最低價(jià)約為1美元一個(gè)。4.2二次光學(xué)設(shè)計(jì)由于目前所有LED都帶有小型透鏡,而使其光束集中在80度左右的角度范圍內(nèi),為了使得路面的照度能夠?qū)掗熅鶆?通常都要進(jìn)行二次光學(xué)設(shè)計(jì)。二次光學(xué)設(shè)計(jì)可以有很多方法,但是其最終的目的是一樣的,就是要求能夠使得路面的照度均勻。最理想的是三角型的照度曲線,但是實(shí)際上是無法實(shí)現(xiàn)的,因此,對于能夠?qū)崿F(xiàn)的照度曲線通常稱為蝙蝠翼型(如下圖。4.3LED燈頭的散熱LED的效率還是比較低的,大約只有15%左右。

23、也就是有85%的電能都轉(zhuǎn)化為熱能。而這些熱能如果散不出去,就會反過來影響了LED的性能。最嚴(yán)重的是影響到LED的壽命。它的具體表現(xiàn)就是結(jié)溫的上升。在上圖中表明,當(dāng)結(jié)溫從115提高到135,就會使壽命從50,000小時(shí)降低到20,000小時(shí)。而短時(shí)間的溫升還會引起其光輸出的降低(下圖。雖然隨著LED的效率逐年提高,這個(gè)問題會逐漸緩解,但是從目前的情況來說,還是需要盡可能做好散熱措施?？梢赃@樣說,現(xiàn)在LED路燈表現(xiàn)出來的很多問題都是由不完善的散熱所引起的。目前最普通的做法就是采用盡可能大的鋁制散熱器。這雖然可以解決一些問題,但是這個(gè)方法會帶來散熱效果和重量之間的矛盾。為了散熱效果好,就必須采用非常

24、重大的散熱器。而其效果還不盡人意?，F(xiàn)在最新的方法是采用“回路熱管”技術(shù)。這種方法可以在非常好的散熱效果的同時(shí)還能夠保持很輕的重量。采用了回路熱管散熱技術(shù)可以把LED的結(jié)溫降低到65,這就大大地提高了LED燈具的使用壽命。經(jīng)過了3年實(shí)際測試表明,在每天工作12小時(shí),其光衰小于3%。預(yù)計(jì)在工作十年以后,其光衰只有20%。這就基本上解決了壽命的問題。五、LED的恒流驅(qū)動作為一種光源,LED的最大缺點(diǎn)就是它的發(fā)光不穩(wěn)定,很容易受到電壓溫度的影響。而且,它對電壓和溫度的靈敏度還很高。所以一定要采用恒流驅(qū)動,來克服它的發(fā)光不穩(wěn)定。5.1電壓不穩(wěn)所引起的發(fā)光不穩(wěn)在太陽能路燈中,主要采用鉛蓄電池來儲存太陽能。

25、但是,有不少設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中略去了恒流驅(qū)動,以為鉛蓄電池的輸出電壓足夠穩(wěn)定,而不需要再采用恒流驅(qū)動就可以直接驅(qū)動LED,這種想法是錯(cuò)誤的。不論哪一種蓄電池它的輸出電壓都會隨著放電而逐漸降低,在整個(gè)放電過程中,其輸出電壓的變化高達(dá)20%左右。如果將其直接對LED加電,會使LED的亮度產(chǎn)生很大的變化?，F(xiàn)以鉛蓄電池為例,它的放電曲線如下圖所示。從圖中可以看出,在整個(gè)放電過程中,鉛蓄電池的輸出電壓將會下降2V之多,將近20%。而從LED伏安特性可以看出,10%的電壓變化,將會引起極大的正向電流的變化。下圖表明某一廠家所生產(chǎn)的1WLED的伏安特性。假定初始的電壓為3.4V,這時(shí)的正向電流為350mA。假

26、如電壓降低到3.1V(1 0%,這時(shí)的電流就不到100mA,降低了將近3.5倍。而LED的發(fā)光亮度是直接和其正向電流有關(guān)的。同一廠家的同一1瓦LED,其相對發(fā)光強(qiáng)度和正向電流的關(guān)系曲線如下圖所示。由圖中可以看到,如果正向電流從350mA降低一倍到100mA,其相對發(fā)光強(qiáng)度將從1.00降低到0.35。降低將近3倍。這是不能允許的。所以一定要設(shè)法穩(wěn)定其正向電流。5.2LED發(fā)光的溫度不穩(wěn)定一步此外,LED的正向電流還和結(jié)溫有關(guān),圖12就表明LED在不同結(jié)溫時(shí)的伏安特性。LED的溫度系數(shù)通常為負(fù)的,也就是當(dāng)溫度升高時(shí)(T1-T2伏安特性向左移動。,其值大約是-2mV/,那么當(dāng)其結(jié)溫增加50度時(shí)時(shí),其

27、正向電壓就會降低0.1V。而正向電流大約會降低100mA(從350mA降低到250mA,而其發(fā)光強(qiáng)度將會降低到80%。由于散熱不理想,通常功率LED在接通電源以后,結(jié)溫很可能會上升50度,其發(fā)光強(qiáng)度就會降低20%。這就是“短時(shí)光衰”。而且,隨著冬季進(jìn)入夏季,環(huán)境溫度的變化,也會引起結(jié)溫的變化。這就是“長期光衰”。而且當(dāng)溫度變化時(shí),由于正向電流的減少,LED的發(fā)光光譜也會發(fā)生變化。通常是向波長長的方向漂移。大約是每升高10oC時(shí)漂移1nm,升高50oC會產(chǎn)生5nm的變化。所以一定要保持其正向電流恒定。5.3采用恒流驅(qū)動IC來穩(wěn)定LED的正向電流從LED的電壓特性和溫度特性中,可以得出結(jié)論,一定要

28、采用一個(gè)集成電路來控制LED的電流使其不論在電池電壓降低或是環(huán)境溫度升高時(shí)都能保持正向電流恒定。PAM2842就是這樣一種芯片。這顆芯片可以從低到5V高到28V的輸入電源電壓范圍內(nèi),驅(qū)動10顆串聯(lián)的3WLED。它的最高輸出電壓可以達(dá)到40V,而最大輸出電流可以達(dá)到1.75 A。但是總的輸出功率不能大于30W。而且輸入電壓可以任意從5V變到28V,都能保持LED的電流不變。其應(yīng)用電路如下圖所示。LED的電流由串聯(lián)的電流采樣電阻來決定,PAM2842只要求其反饋電壓為0.1 V,串聯(lián)電阻的阻值就可以根據(jù)所要求的正向電流來設(shè)定。假如對3W的LED要求其正向電流為700mA,則其阻值就是0.142?。

29、其損耗為0.07W,對效率的影響基本上可以忽略不計(jì)。另外二極管D1必須采用低壓降、大電流的肖特基二極管,以減小功耗。電感需要采用高飽和電流,低DCR的電感。此外,PAM2842的工作頻率可以有三種選擇:500kHz、1MHz、1.6MHz。為了降低其開關(guān)損耗,建議選擇500kHz開關(guān)頻率。此時(shí)可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性。當(dāng)輸入電壓從12V降低到10V時(shí),LED中的電流只變化不到3%。這樣就可以保證LED的亮度基本上不變。芯片內(nèi)部具有過壓保護(hù)電路(OVP,所以假如有一個(gè)LED開路,芯片的升壓會被限制住不至于過高,保護(hù)芯片本身不至于損壞。但是由于所有LED為串聯(lián),有一顆

30、LED開路,當(dāng)然會導(dǎo)致所有LED不亮。但是,假如有一顆LED短路,這時(shí)候,由于有恒流環(huán)控制,所以芯片會自動降低其輸出電壓,而保持流過LED的電流不變,因此不影響其他LED的工作。因?yàn)镻AM2842在這里是作為升壓芯片來應(yīng)用的,所以在要求的升壓比比較高時(shí),其效率就比較低。舉例來說,假如輸入電壓是24V,升壓至40V,其效率可達(dá)95%以上。而假如輸入電壓為12V,仍然要求升壓至40V,這時(shí)候其效率就只有91%左右。因?yàn)榇蠖鄶?shù)太陽能路燈系統(tǒng)所采用的蓄電池是12V的,為了在12V時(shí)還能得到95%的效率,可以把10顆LED二極管分成兩串,每一串為5顆LED串聯(lián),這樣就只要求升壓至20V以下,可以提高效率

31、至95%。而且如果一個(gè)LED開路,頂多影響一串5個(gè)LED,而不至于影響另一串5個(gè)LED的工作。這時(shí)候,兩串LED共用一個(gè)LED電流采樣電阻,因?yàn)殡娏髟黾右槐?變成1 .4A,所以電流采樣電阻阻值也應(yīng)當(dāng)減小一倍,變成0.07歐姆。或者,只將其中的一串LED的電流進(jìn)行采樣,而另一串的LED就直接接地,這樣就只能對其中一串的LED電流進(jìn)行恒流控制。這兩種做法各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩串并聯(lián)時(shí),所控制的是兩串電流之和。所以,假如兩串的LED伏安特性有所區(qū)別時(shí),這兩串的LED的電流就會有所不同。除了電流采樣電阻以外,限壓電阻R3和R4的值也需要作相應(yīng)的調(diào)整。只要根據(jù)（）的公式加以調(diào)整就可以?，F(xiàn)在還有很多人采用的 ，

32、因?yàn)樗容^成熟，散熱也容易處理。我們也可以利用來驅(qū)動串個(gè) 的?？偟妮敵龉β蚀蠹s是。只是對于的，它的驅(qū)動電流是 ，所以三串并聯(lián)以后的總電流加大到，要比一串個(gè)的大很多 ?？梢杂袃蓚€(gè)辦法解決。一個(gè)是改成兩串個(gè)，這樣其電流是，和串 個(gè)瓦的一樣。采樣電阻仍然是歐姆。還 有一個(gè)辦法，是把串個(gè)瓦的總電流減少為。這樣每一串的電流 仍然可以有，對于其亮度影響不大，總功率也沒有超過。當(dāng)然，也可以連 成四串，每串個(gè)的，總數(shù)為個(gè)，甚至是連成串，每串個(gè) 的。以減少由于某一串中的開路，所引起不亮的個(gè)數(shù)。這時(shí)采樣電阻 就要根據(jù)電流值來調(diào)整。但是不建議使用串個(gè)的架構(gòu)，因?yàn)槠鋵?shí)際的 輸出電流過大，已經(jīng)超過了芯片的允許值。各種不

33、同架構(gòu)時(shí)所相應(yīng)的電流采樣電阻和 輸出限壓電阻的值如下表所示。 不只限于太陽能路燈中。而且也可以用于任何直流電源（）供電 的照明系統(tǒng)，或是采用開關(guān)電源將交流變成直流輸出的系統(tǒng)中。例如在很多應(yīng) 用中，出于安全的考慮，通常都是采用低壓直流電源。例如水下照明，或是用戶有可 能接觸到的地方。一般性的開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常只能提供穩(wěn)壓輸出，而不能保證 恒流。所以，當(dāng)溫度變化時(shí)，的電流就有可能變化。所有這些，都還是需要有 像這樣的專為驅(qū)動用的恒流驅(qū)動芯片，才能保證燈具的性能。 是目前同類內(nèi)置大功率恒流驅(qū)動芯片中，輸出功率最大的。六、太 陽能路燈的總體性能指標(biāo) 現(xiàn)在就來看一下，臺灣光炬科技公司所生產(chǎn)的路燈的總體指

34、標(biāo)。 這個(gè)路燈因?yàn)椴捎昧嘶芈窡峁?，所以很好地解決了散熱問題。可以保證 其工作壽命超過，小時(shí)。而且它的重量很輕，瓦只有公斤；瓦 只有公斤，遠(yuǎn)比采用鋁質(zhì)散熱器為輕。這是一個(gè)可以實(shí)際使用的路燈， 功率為瓦時(shí)，米高桿覆蓋平米。這時(shí)候的效果如下面的照片所示： 太陽能路燈控制器電路圖 工作原理 電路原理見圖所示。該電路由以為核心組成的蓄電池過充電控制電路、 以為核心組成的蓄電池電壓指示電路及顯示電壓按鈕開關(guān)電路、以 組成的蓄電池過放電控制電路、以組成的開燈檢測控制電路、以組成 的開燈及延時(shí)熄燈及二次開燈定時(shí)控制電路，以及以控制三極管驅(qū)動繼電器組成 的輸出控制電路等組成。現(xiàn)分別介紹如下。 （）過充電、過放電

35、檢測保護(hù)部分太陽能電池組件板或陣列由插口的腳 輸入，加至防反充電二極管的正極的負(fù)極接蓄電池的正極，即 的腳。控制器在初始上電時(shí)，由于的作用使腳為低電平，腳輸出高電 平，導(dǎo)通；截止，允許太陽能電池給蓄電池充電。當(dāng)蓄電池所充的電壓小于 時(shí)，由、（十）組成的串聯(lián)分壓電路送至、電壓低 于的供電電壓時(shí)，即小于，電路維持充電狀態(tài)；隨著充電時(shí)間的延長 ，蓄電池電壓逐漸升高，當(dāng)、的電壓高于供電電壓時(shí)，腳 輸出低電平，截止、導(dǎo)通，給太陽能電池板泄放電流，停止對蓄電池充電。 在腳輸出低電平的狀態(tài)下，其腳導(dǎo)通，相當(dāng)于將并入電路中。此時(shí)電 路的分壓比為：（），不難算出，當(dāng)蓄 電池電壓低于設(shè)定值時(shí)電路狀態(tài)再次翻轉(zhuǎn)，腳輸

36、 出高電平，允許蓄電池充電。 （）開燈檢測方法與控制 太陽能電池板是一個(gè)很好的光敏元件，其輸出電流、電壓能隨著接受光的強(qiáng)度 和照度變化而變化，本控制器就是利用這一原理實(shí)現(xiàn)開、關(guān)燈控制的。太陽能電池板 輸入電壓經(jīng)、串聯(lián)分壓后；加至運(yùn)放腳，其腳接于、 的分壓點(diǎn)上。在白天，太陽能電池板在陽光的照射下輸出電壓很高，其經(jīng) 、分壓后使運(yùn)放腳電壓高于腳，腳輸出低電平，截止， 無供電電壓不工作，截止，繼電器不吸合，系統(tǒng)無輸出電壓，路燈不工作 。隨著天色漸黑，太陽能電池板輸出電壓降低。腳的電壓也同步降低，當(dāng) 腳電壓低于腳時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，腳輸出高電平，導(dǎo)通，定時(shí)電 路得電工作，導(dǎo)通、吸合點(diǎn)亮路燈。圖中為路燈開燈時(shí)刻設(shè)置調(diào) 節(jié)電位器，調(diào)節(jié)可設(shè)置不同時(shí)刻點(diǎn)亮路燈。是鉗位二極管，作用是避免白 天太陽能電池板接受的電壓過高導(dǎo)致腳輸入電壓過高而損壞。為儲能電 容，作用是防止腳電壓瞬時(shí)突變誤點(diǎn)亮路燈。為反饋電阻其作用是使 成為一個(gè)遲滯