CS51221實現(xiàn)太陽能LED路燈能效提升及降低成本

近年來，業(yè)界越來越關注利用可再生的清潔能源太陽能進行街道照明。典型太陽能街道照明系統(tǒng)由太陽能電池板、充電控制器、蓄電池、光源以及燈桿等組成，如圖1所示?！　?/FONT>

　　圖1:典型的太陽能供電街道照明系統(tǒng)示意圖。

相比較而言，發(fā)光二極管(LED)被視作照明光源的第四個重要階段。LED的能效及光輸出性能已大幅提升，公開宣稱的最強白光LED研發(fā)能力已經(jīng)達到132至136流明/瓦(lm/W)，這種能效水平已經(jīng)高于傳統(tǒng)的熒光燈和HID金屬燈。特別是到2008年，白光LED已實現(xiàn)大批量商業(yè)化生產(chǎn)，為LED更大規(guī)模地進軍太陽能街燈應用打開了大門。

采用最大峰值功率追蹤技術提升太陽能板能效

對于太陽能街燈而言，提高太陽能電池板的光電轉換能效(目前僅為約30%)非常重要。太陽能電池板的電壓-電流(V-I)特性曲線呈現(xiàn)非線性和可變性，要從中吸取最大量的電能非常困難。這需要太陽能LED街燈的充電控制器及其它相關電子電路(一般采用微控制器來實現(xiàn))盡可能采用有效的控制方法以提高能效，從而發(fā)揮最大優(yōu)勢。

基本型的充電控制器設計用于保護電池免受過充或欠充影響，并防止反向電流。脈寬調制(PWM)型控制器會控制對電池充電的電量，并可實現(xiàn)細流充電(trickle charge)，從而保護電池并延長使用壽命。而最新支持最大峰值功率追蹤(MPPT)功能的控制器能對太陽能電池不斷變化的V/I特性曲線提供補償，優(yōu)化太陽能電池的功率輸出，提高能效，并使蓄電池充電至優(yōu)化電量。

具體而言，當我們實際上無法改變負載時，MPPT功能使太陽能電池“認為”負載正在發(fā)生變化;通過這種方式，MPPT“欺騙”太陽能板輸出希望所得到的電壓和電流，從而允許更多電能輸入至蓄電池。

安森美半導體針對太陽能板電池充電控制應用解決方案，其核心采用CS51221增強型電壓模式PWM控制器，支持最大峰值功率追蹤，輸入電壓為12至24 V,輸出電流為12 V@2 A,并提供可調節(jié)逐脈沖限流、輸入欠壓鎖定和輸出過壓鎖定等保護特性。該控制器提供輔助輸入端，用于遠程傳輸和監(jiān)控;能夠適應功率高至90 W的太陽能板應用。

　　圖2:安森美半導體CS51221控制器的太陽能板充電控制應用示意圖

在應用電路中，需要針對CS51221選擇合適的拓撲結構。所選擇的拓撲結構要能夠在一個蓄電池的情況下將太陽能板輸出電壓降至12 V,而在有兩個或多個蓄電池情況下，也能輕易修改，支持升壓至24 V. CS51221本身能夠配置為正激、反激或升壓拓撲結構。安森美半導體針對太陽能板充電控制應用所推出的參考設計中，選擇的是反激拓撲結構。

在應用中，通過在ISET引腳動態(tài)地調節(jié)電流限制，從而實現(xiàn)最大峰值功率追蹤功能。一旦輸入電壓逐脈沖下降，電流限制就會被降低，直至輸入電壓恢復。這種方式消除了使用價格昂貴的微控制器(MCU)的需要。這樣實現(xiàn)的充電控制器會發(fā)現(xiàn)峰值功率點并進行動態(tài)調節(jié)，使其符合不斷變化的電源特性。

通過采用最大峰值功率追蹤技術，可以有約30%的額外電荷從太陽能板傳輸至蓄電池，這樣就可以使太陽能街燈系統(tǒng)采用尺寸更小的太陽能板。如在獲得相同電能的情況下，可以采用帶MPPT功能的60 W功率太陽能板來替代采用基本充電控制器的90 W功率太陽能板。按照輸出每瓦電能需要約價值4美元的太陽能板來計算，功率減少30 W所帶來的太陽能板成本節(jié)省就可達到120美元，從而帶來顯著的成本降低收益。

應對LED性能提升的驅動電路設計策略及解決方案

如前所述，在太陽能街道照明系統(tǒng)的光源方面，LED正在取代傳統(tǒng)的熒光燈和高強度氣體放電燈(HID)。HID包括金屬鹵化物燈(簡稱“金鹵燈”)、