太陽能大功率LED路燈的設(shè)計(jì)淺析

　　將多個(gè)LED 集中在一起進(jìn)行道路照明設(shè)計(jì)時(shí)、除足夠的光通量和合理的光學(xué)設(shè)計(jì)以保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問題。由于路燈具有戶外夜間使用、散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等有利于空氣自然對(duì)流散熱的優(yōu)點(diǎn)，所以LED 路燈選擇自然對(duì)流散熱方式，同時(shí)，整燈采用高導(dǎo)熱系數(shù)鋁作為散熱主體，解決了LED 的散熱問題。

　　LED 組合及驅(qū)動(dòng)方式

　　常用的LED 組合方式有3 種：并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。

　　并聯(lián)方式：要求LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低。分配在所有LED 兩端電壓相同，當(dāng)LED 的一致性差別較大時(shí)，而通過每顆LED 的電流不一致，LED 的亮度也不同。

　　串聯(lián)方式：要求LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。當(dāng)LED 的一致性差別較大時(shí)，分配在不同的LED 兩端電壓不同，通過每顆LED 的電流相同，LED 的基本亮度一致。

　　混聯(lián)方式：在需要使用比較多LED 時(shí)，如果將所有LED 串聯(lián)，將需要LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED 并聯(lián)，則需要LED 驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED 的使用量，而且并聯(lián)LED 負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增?；炻?lián)方式的LED 數(shù)量平均分配，分配在一串LED 上的電壓相同，通過同一串每顆LED 上的電流也基本相同，LED 亮度一致。同時(shí)通過每串LED 的電流也相近。

　　通過以上分析，大功率LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域，由于LED的電流、電壓參數(shù)具有典型的PN結(jié)伏安特性， 其正向壓降的微小變化會(huì)引起較大的正向電流變化。不穩(wěn)定的工作電流會(huì)影響LED的壽命和光衰。所以大功率LED的亮度完全是由電流控制的， 驅(qū)動(dòng)電路必須提供恒定的電流。

　　在驅(qū)動(dòng)電路中我們選用大功率LED驅(qū)動(dòng)芯片XLT604驅(qū)動(dòng)LED，XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計(jì)的PWM高效LED驅(qū)動(dòng)控制芯片。它在輸入電壓從7VDC到450VDC范圍內(nèi)能有效驅(qū)動(dòng)高亮LED。該芯片能以高達(dá)300KHz的固定頻率驅(qū)動(dòng)外部MOSFET，其頻率可由外部電阻編程決定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強(qiáng)LED的可靠性，其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到1安培。XLT604 驅(qū)動(dòng)的LED可通過外部控制電壓線性調(diào)節(jié)亮度，亦可通過外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度，所以根據(jù)太陽能LED路燈設(shè)計(jì)實(shí)際需要，選擇LED混聯(lián)方式，并選用XLT604驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)對(duì)LED進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

　　太原地區(qū)太陽能LED 路燈設(shè)計(jì)(路燈為30w 系統(tǒng))

　　太原地區(qū)年日照總時(shí)數(shù)為2360 小時(shí)～2796 小時(shí)。年太陽輻射總量為5442.8 兆焦耳/平方米～5652.18 兆焦耳/平方米，峰值日照時(shí)數(shù)4.8320532，屬全國高照率范疇。具有良好的太陽能利用條件。

　　以太原地區(qū)30wLED 路燈系統(tǒng)為例進(jìn)行說明

　　(1)確定當(dāng)?shù)貧庀蟮乩項(xiàng)l件

　　經(jīng)過資料查詢太原地區(qū)：

　　緯度：北緯37°27′-38°25′

　　經(jīng)度：東經(jīng)111°30′-113°09′

　　海拔：800m

　　最長陰雨天：7 天　　(2)負(fù)載日耗量的確定

　　照明路燈功率30w，每天連續(xù)工作時(shí)間10 小時(shí)，因此，每日耗電為：QL=30w×10h=300Wh

　　(3)經(jīng)過資料查詢，太原地區(qū)傾角選38°，最佳傾角：38°+10°=48°，太陽能電池板面向正南。

　　(4)太陽能電池總能量的計(jì)算

　　通過資料查詢，得知太原地區(qū)Kop=1.1

　　從當(dāng)?shù)氐木暥?、?jīng)度和海拔，和當(dāng)?shù)貧庀蟛块T公布的數(shù)據(jù)：太原地區(qū)日平均太陽輻射量為15MJ/m2d，因此水平面年平均日輻射量：HL=15000KJ/m2dP=5618×A×QL/(Kop×HL)=5618×1.1×300/(1.1×15000)=112WP

　　太陽能電池選用組件：

　　工作電壓：17.2V

　　工作電流：3.49A

　　開路電壓：21.6V

　　短路電流：3.9A

　　峰值功率：60Wp，

　　選用峰值功率為60Wp 的太陽能電池板，所用太陽能電池組件共計(jì)為2 塊，太陽能電池設(shè)計(jì)為12V 蓄電池充電。

　　(5)蓄電池的容量Bc 的計(jì)算可用下公式計(jì)算：

　　Bc=(30W*10*7)/(1.1*12)=159 Ah

　　因