智能型太陽(yáng)能混合式LED路燈系統(tǒng)

　　這套系統(tǒng)解決方案提供的是智能型太陽(yáng)能混合式發(fā)光二極管(LED)路燈系統(tǒng)。 本系統(tǒng)為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)性項(xiàng)目，對(duì)象為意法半導(dǎo)體園區(qū)停車(chē)場(chǎng)的LED路燈。 它是一種獨(dú)立的太陽(yáng)能系統(tǒng)，有交直流(AC-DC)LED驅(qū)動(dòng)器做為備用電源以防電池不足。 在沒(méi)有電池或電池電量不足的狀況下，它會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)換到恒定電流的交直流LED驅(qū)動(dòng)器。 這種交直流LED驅(qū)動(dòng)器采用準(zhǔn)共振(Quasi-Resonant，QR)模式的功率因子修正(Power Factor Correction，PFC)，使用單級(jí)單切換以及原級(jí)感測(cè)專(zhuān)用控制。 用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的是HVLED001A，這是已經(jīng)商品化的LED驅(qū)動(dòng)器。

　　LED驅(qū)動(dòng)器的主要電源供應(yīng)則是來(lái)自電池這種能量?jī)?chǔ)存組件。 電池利用白天最大功率點(diǎn)(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的方式加以充電。 根據(jù)現(xiàn)有文獻(xiàn)，MPPT在利用太陽(yáng)輻射為電池充電時(shí)相當(dāng)有效率。 MPPT階段功率轉(zhuǎn)換器所測(cè)得的效率超過(guò)97%。 建議使用2-phase boost直直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換器做為直流LED驅(qū)動(dòng)器。 2-phase交直流轉(zhuǎn)換器有助于縮小直流電大容量電容器的體積，且為了達(dá)到濾波的目的建議放在負(fù)載側(cè)。

　　根據(jù)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，功率轉(zhuǎn)換器若因老化而故障將成為一個(gè)弱點(diǎn)。 最后它會(huì)增強(qiáng)LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的壽命。 直直流LED驅(qū)動(dòng)器階段的效率也高于95%。 之所以能提高功率轉(zhuǎn)換效率，是因?yàn)槭褂昧烁咝实慕饘傺趸锇雽?dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和閘極驅(qū)動(dòng)IC。 LED驅(qū)動(dòng)器在恒定電流下運(yùn)作，是另一個(gè)可以增強(qiáng)LED壽命的參數(shù)。 目前已利用高效率的數(shù)字電源轉(zhuǎn)換微控制器(STM32F3)，成功在電路板上完成測(cè)量與決策作業(yè)。

　　所有路燈都透過(guò)6LoWPAN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)相互鏈接，而該網(wǎng)絡(luò)則是利用一款名叫SPIRIT1的商品化Sub-GHz組件建置而成。 路燈節(jié)點(diǎn)會(huì)透過(guò)6LoWPAN網(wǎng)格技術(shù)，利用免費(fèi)的ISM(Industrial, Scientific and Medical;工業(yè)、科學(xué)與醫(yī)學(xué))無(wú)線電頻道(868 MHz)互相溝通。 裝設(shè)了太陽(yáng)能板的路燈節(jié)點(diǎn)，是一種可以和6LoWPAN技術(shù)(網(wǎng)格)上面的數(shù)據(jù)集中器單元交談的照明節(jié)點(diǎn)。

　　照明控制單元(Light Conditioning Unit，LCU)是由電力網(wǎng)和太陽(yáng)能板一起負(fù)責(zé)供電。 只要感測(cè)四周光線與環(huán)境，就能提供燈光自動(dòng)開(kāi)/關(guān)/調(diào)節(jié)功能。 這套系統(tǒng)還附有尚未完全發(fā)展成熟的指令及控制中心，讓終端用戶(hù)可從任何地點(diǎn)，控制單一或成組的照明節(jié)點(diǎn)。

　　圖1為智能太陽(yáng)能混合式照明管理系統(tǒng)。 圖2為裝設(shè)在停車(chē)場(chǎng)的照明設(shè)備，內(nèi)有意法半導(dǎo)體所開(kāi)發(fā)的電路板。 數(shù)據(jù)集中器單元(Data Concentrator Unit，DCU)附有機(jī)載的泛歐式數(shù)字行動(dòng)通訊系統(tǒng)(GSM)模塊，可以和使用通用封包無(wú)線電服務(wù)/第三代/第四代(GPRS/3G/4G)行動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的云端應(yīng)用程序進(jìn)行通訊。 圖3為數(shù)據(jù)集中單元里的照明控制單元。 用戶(hù)可以控制單一照明節(jié)點(diǎn)，或?qū)λ姓彰鞴?jié)點(diǎn)傳播指令。 可根據(jù)天文鐘排定照明節(jié)點(diǎn)開(kāi)/關(guān)/調(diào)節(jié)的時(shí)程。 云端平臺(tái)是在微軟的Azure上進(jìn)行測(cè)試，并利用微軟Azure所提供的工具，針對(duì)數(shù)據(jù)集中單元所接收到的數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。 圖4為云端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。 這款LED驅(qū)動(dòng)器的原型已在意法半導(dǎo)體園區(qū)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及與生產(chǎn)，并部署在100x150平方公尺的區(qū)域里既有的30根電線桿上。 每個(gè)階段的轉(zhuǎn)換效率都超過(guò)90%，電源質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)可靠度也都表現(xiàn)極佳。

　　圖1. 智能型太陽(yáng)能混合式LED路燈系統(tǒng)

　　圖2.停車(chē)場(chǎng)的照明設(shè)備

　　圖3. DCU板

　　圖4.云端網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

　　作者：意法半導(dǎo)體Aman Jha、Jitendra Jain、Prashant Pandey、Indar Prakash Singhal、Kamaldeep Bansal