恒流驅(qū)動源技術在太陽能LED路燈的設計應用

圖10. 用恒壓源對多個并聯(lián)的LED供電時每個LED的電流都不一樣

這時候即使采用大電流的恒流源供電，也不能保證每個LED里的電流一樣，通常需要對每個LED串聯(lián)電阻來得到平衡，但那樣會降低效率。所以并聯(lián)的LED數(shù)過多是不建議的。

四．恒流源的基本工作原理和特性

(一) 升壓型恒流源的基本結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11. 升壓型恒流源的基本原理圖

圖中顯示了一個基本的電感升壓電路，其中控制器（Control）給出了一個PWM開關信號來控制大功率開關管，后者在導通時對電感充電，而在斷開時電感中的能量就對電容充電。經(jīng)過幾次開關以后就可以把輸入電壓泵至更高的電壓，從而完成升壓的任務。改變PWM信號的工作比就可以改變其輸出電壓。為了保持輸出電流的恒定，就要求測量輸出電流值，這是靠一個和LED串聯(lián)的小電阻來測量的。這個電阻上的電壓就和一個參考電壓相比較，比較所得出的誤差信號就送去控制器用以改變PWM信號的工作比，這樣就實現(xiàn)了一個閉環(huán)自動控制，以控制其輸出電流為恒定。

在選用這類升壓型恒流源時，有幾個問題需要注意的。

1. 恒流特性要好

圖12表示一個SLM2842S的恒流特性曲線。檢測電阻放在高端比方在低端更為好點。

圖12. SLM2842S的恒流特性

2. 升壓比要盡可能小，或者說輸入電壓要盡可能高，一般來說，升壓比越小效率越高。下面圖13是當輸出電流為0.7A輸出功率為30瓦時，SLM2842S的效率和輸入電壓的關系。

圖13. 當輸出電流為0.7A輸出功率為30W時，SLM2842S的效率和輸入電壓的關系

由圖中可見，如果采用12V的蓄電池，它的效率就只有90%左右，而如果改用24V的蓄電池，它的效率就可以達到94%。這就可以減少芯片的功耗，降低芯片的溫度，提高芯片的可靠性。

3. 檢測電阻要盡可能小，以免在上面消耗功率。實際上這也就意味著其內(nèi)部的參考電壓要盡可能低。這對于芯片設計者來說有一定的難度。如果這個參考電壓在0.1伏左右，就是一個相當好的一個芯片了，這時，外部的檢測電阻就可以用一個很小值了，也就意味著整個系統(tǒng)具有很高的效率。

(二) 降壓型恒流源

降壓型恒流源的基本工作原理和升壓型是差不多的。其基本原理圖如圖14所示。

圖14. 降壓型恒流源的基本原理圖

通常儲能電感是和LED串聯(lián)，開關導通時，電感儲能；開關斷開時電感通過二極管繼續(xù)有電流流通。由于輸出電壓是輸入電壓減去電感電壓，所以是降壓型。LED中的電流經(jīng)過檢測電阻測量以后反饋回控制器。來控制PWM的工作比，以實現(xiàn)恒流的控制。

降壓型恒流源的缺點是要求輸入電壓高于輸出電壓，而太陽能LED路燈中所采用的蓄電池往往是12V，頂多是24V。而路燈中的LED通常是10個串聯(lián)，其所要求的總輸出電壓往往在33V-36V左右，因此較難采用降壓型的恒流源。而降壓型恒流源的優(yōu)點是效率高。因為輸入電壓高于輸出電壓，所以輸入電流小于輸出電流。電流小有助于減小電阻性損耗。圖15表明一個降壓型恒流源在輸入電壓固定在35V，輸出電流固定在2A時，其效率和輸出電壓的關系曲線。

圖15. 降壓型恒流源的效率和輸出電壓的關系曲線

從圖中可以看出，當輸出電壓為30V時，其效率高達98%。這種恒流源的恒流特性也很好（圖16）。

圖16. SLM2862J的恒流特性

其實，這種降壓型恒流源也可以用在交流電的LED路燈中，只要在前面加一個輸出為36V的恒壓電源，就可以驅(qū)動60瓦（1瓦LED10串6并）的LED，而且效率高達98%。

（三） 帶PWM調(diào)光的恒流源

對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍LED中幾納米波長的變化，特別是在光強也在變化的時候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。而采用改變正向電流的方法來調(diào)光就很容易使人眼感覺到色溫的變化，這是不希望的。所以在大功率LED路燈中，我們往往采用PWM的調(diào)光方法，以避免視在色溫的變化。另一方面，改變正向電流的模擬式調(diào)光也會使輸出電流的設定精度降低，這也是不希望的。

在PWM調(diào)光中，有一個很重要的指標就是調(diào)光頻率。調(diào)光頻率要足夠高，以避免人眼感到閃爍，所以至少在200Hz以上。另一方面，調(diào)光頻率也不能過高，因為輸出電流從0增加到規(guī)定值有一個過程，也就是需要消耗一定時間，希望這個時間占整個周期的比例越小越好，所以周期不能太小。否則會降低所能實現(xiàn)的對比度。

除此之外，還有升降壓型恒流源。但是這種恒流源比較多應用在像汽車這類的輸入電壓會在很大范圍內(nèi)波動的場合，而很少應用在太陽能LED路燈中。就不在這里介紹了。

結(jié)束語

太陽能LED路燈具有極好的市場前景，而且也是開發(fā)可再生能源的一種最佳途徑。然而從目前情況來看，大多數(shù)人都把目光集中在太陽能電池板，以及LED燈具上。而較少有人注意到恒流源和控制器的性能和開發(fā)這方面。而選擇高性能的LED恒流源不但可以提高LED路燈的可靠性，而且具有PWM調(diào)光性能的恒流源和具有PWM調(diào)光輸出的控制器相配合，還可以大大減小所需的太陽能電池板的面積，這對于降低整個燈具的成本，加速普及太陽能LED路燈具有極其重要的意義。希望所有從事太陽能LED路燈的工作者都來重視這方面的工作，把我國的太陽能LED路燈提高到國際的最先進的水平上來！