恒流驅(qū)動(dòng)源在太陽(yáng)能LED路燈中的應(yīng)用實(shí)例
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太陽(yáng)能的利用固然有很多方法，但是像超大功率的太陽(yáng)能發(fā)電站、家庭屋頂發(fā)電等都不適合中國(guó)的國(guó)情，唯一最簡(jiǎn)單而最輕易實(shí)現(xiàn)的是太陽(yáng)能路燈。我國(guó)的路燈總數(shù)超過(guò)1億盞，只要其中的6000萬(wàn)盞改成太陽(yáng)能路燈，其每年節(jié)省的電量就超過(guò)一個(gè)三峽水電站的發(fā)電量。假如把今后每年新增的2000萬(wàn)盞路燈全部改用太陽(yáng)能路燈，三年下來(lái)又是一個(gè)三峽水電站。其節(jié)能的效果是非?？捎^的，而且完全不需要調(diào)兵遣將地動(dòng)員全國(guó)的氣力來(lái)興建，而這樣發(fā)動(dòng)各級(jí)地方政府的氣力和各個(gè)有關(guān)企業(yè)的氣力就可以完成。
太陽(yáng)能路燈的構(gòu)成十分簡(jiǎn)單（圖1）。
圖1. 太陽(yáng)能路燈的構(gòu)成
從圖1所示的框圖中可見(jiàn)，其中最核心的部件，就是PWM調(diào)光控制器和恒流模塊。過(guò)往很多投資都投向太陽(yáng)能電池、和LED。很少有人關(guān)心到這兩部分，以至于目前市面上的控制器大都沒(méi)有PWM調(diào)光的能力，而目前的恒流模塊盡大多數(shù)都是采用從國(guó)外進(jìn)口的芯片。而國(guó)家也不重視這方面投進(jìn)。這是一個(gè)很大的題目，當(dāng)然也是有很大的機(jī)遇。
二．太陽(yáng)能LED路燈為什么需要恒流驅(qū)動(dòng)
除了發(fā)光效率以外，要使LED能夠成為一個(gè)實(shí)用的燈具還有一系列題目需要解決。其中最重要的就是它的恒流驅(qū)動(dòng)。這是由以下幾個(gè)原因所決定的。
（一） 太陽(yáng)能LED路燈所用的蓄電池輸出電壓不恒定
在太陽(yáng)能路燈中通常是采用鉛蓄電池作為能量?jī)?chǔ)存單元的，而鉛蓄電池的輸出電壓從滿充到滿放，其電壓變化是會(huì)接近20%的（圖2）。所以它所引起的LED電流變化就有可能超過(guò)4倍以上。
圖2. 鉛蓄電池的放電曲線
圖3. 某一公司的 LED的伏安特性
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 LED，其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度和正向電流的關(guān)系曲線如圖4所示。
圖4. 相對(duì)光強(qiáng)和正向電流的關(guān)系
（二） LED發(fā)光的溫度不穩(wěn)定
LED路燈通常在露天工作，其環(huán)境溫度的變化是很大的。而LED的正向電流還和結(jié)溫有關(guān)，圖5就表明LED在不同結(jié)溫時(shí)的伏安特性。
圖5. 在不同環(huán)境溫度時(shí)LED的伏安特性
而且當(dāng)溫度變化時(shí)，LED的發(fā)光光譜也會(huì)發(fā)生變化。通常溫度增加時(shí)光譜的最大值是向波長(zhǎng)長(zhǎng)的方向漂移。大約是每升高10oC時(shí)漂移1nm，升高50度會(huì)產(chǎn)生5nm的變化（見(jiàn)圖6）。
圖6. LED發(fā)光的峰值波長(zhǎng)隨環(huán)境溫度而變化
（三）LED的PWM調(diào)光
在太陽(yáng)能LED路燈中，經(jīng)常需要按照工作時(shí)間來(lái)調(diào)節(jié)路燈的亮度，以減小太陽(yáng)能電池板的面積。
為了改變LED的亮度，最簡(jiǎn)單的方法就是改變其正向電流。但是，正向電流的改變會(huì)引起光譜的改變，對(duì)于白光LED，會(huì)引起其視在色溫的改變，顯然這是不?？吹?圖7)。
圖7. 正向電流的變化引起的發(fā)光光譜的變化
所以，為了實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光也是需要采用恒流驅(qū)動(dòng)源。而調(diào)光功能在太陽(yáng)能LED路燈中是非常重要的。例如可以在午夜以后改為半功率工作，甚至再以后改為1/3功率工作，這樣就可以大大減小太陽(yáng)能電池板的面積，從而降低了整個(gè)燈具的本錢(qián)。
（四）LED的不一致性
即使是同一型號(hào)的LED其伏安特性在各個(gè)個(gè)別的器件之間也是不同的，更何況在不同生產(chǎn)廠家之間就更是不同了(圖8)。
圖8. 同一廠家LED伏安特性離散性(實(shí)線),和不同廠家LED伏安特性的離散性(虛線)
三．各種恒流源的選用
用在太陽(yáng)能LED路燈中的恒流源，可以分為升壓型、降壓型、升降壓型三種：所謂升壓型就是它的輸出電壓比輸進(jìn)電壓高。降壓型就是輸出電壓比輸進(jìn)電壓低。而升降壓型則是可以根據(jù)輸進(jìn)電壓低于或高于輸出電壓的情況自動(dòng)地調(diào)節(jié)其工作模式為升壓或降壓。
在太陽(yáng)能LED路燈中，通常采用鉛蓄電池作為儲(chǔ)能器件，它的電壓通常為12V或24V兩種。而所要求的輸出電壓，則是由所連接的LED的架構(gòu)所決定。為了使得所有LED的正向電流一致，通常采用各個(gè)LED串聯(lián)的方式，這時(shí)，所要求的輸出電壓就是所有串聯(lián)的LED正向電壓的總和。例如，假定用10個(gè)LED串聯(lián)（圖9a），其正向電壓的總和大約為10x3.3V=33V。實(shí)在由于各個(gè)生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的LED各不相同，而且各個(gè)LED之間也有所不同。所以，10個(gè)LED的正向電壓的總合也不盡相同。實(shí)在在恒流源中，所恒定的是電流而不是電壓。所以，并不需要知道正向電壓總和的正確值，而只要知道它比輸進(jìn)電壓高還是低就可以了。在這里，不論采用12V還是24V的蓄電池，它都要求采用升壓型的恒流源。
（a）（b）
圖9. LED的10串3并結(jié)構(gòu)
評(píng)論