太陽(yáng)能LED路燈的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一、引言

太陽(yáng)能是綠色能源中最重要的能源，是取之不盡、用之不竭、廣泛存在的天然能源，其優(yōu)點(diǎn)是極為豐富、潔凈、安全、價(jià)廉，對(duì)生態(tài)平衡沒(méi)有任何影響。太陽(yáng)能LED 路燈不僅能利用清潔免費(fèi)的太陽(yáng)能以及高效環(huán)保的LED 給道路帶來(lái)照明，而且同時(shí)可以減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)綠色照明的目的。利用太陽(yáng)能和LED 光源制成各種新型太陽(yáng)能路燈，相同照度情況下比不用LED 的太陽(yáng)能路燈節(jié)約太陽(yáng)能電池和蓄電池容量40% ，光源壽命增加10 倍，可靠性提高5 倍，系統(tǒng)成本降低40%以上，同時(shí)也解決了常規(guī)太陽(yáng)能路燈系統(tǒng)用交流逆變不可靠、低溫啟動(dòng)難、系統(tǒng)造價(jià)高等缺點(diǎn)。［1］傳統(tǒng)太陽(yáng)能路燈驅(qū)動(dòng)器存在的問(wèn)題是電池壽命短，升壓轉(zhuǎn)換器沒(méi)有任何防止短路出現(xiàn)的保護(hù)裝置，必須加設(shè)輸入保險(xiǎn)絲提供保護(hù)，以免出現(xiàn)短路。采用NI（美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體）公司的LM3423 芯片，設(shè)計(jì)適用用于12/24V 電池輸入的太陽(yáng)能LED 路燈驅(qū)動(dòng)器，能夠有效解決傳統(tǒng)方式所存在的問(wèn)題。提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

二、傳統(tǒng)升壓驅(qū)動(dòng)器存在的問(wèn)題

1.太陽(yáng)能LED路燈的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 太陽(yáng)能路燈電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

太陽(yáng)能LED 路燈的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。太陽(yáng)能電池板在太陽(yáng)光的照射下，其內(nèi)部PN 結(jié)會(huì)形成新的電子空穴對(duì)，在一個(gè)回路里就能產(chǎn)生直流電流，這個(gè)電流流入控制器，會(huì)以某種方式給蓄電池充電。蓄電池在白天的時(shí)候會(huì)接受充電，而在晚上則會(huì)提供能量給LED.

太陽(yáng)能路燈采用升壓工作方式，這樣可以減少系統(tǒng)中LED 驅(qū)動(dòng)器的數(shù)目，節(jié)約系統(tǒng)成本。升壓結(jié)構(gòu)使得LED 串聯(lián)的數(shù)目不再受限于IC的耐壓，而是由MOS 來(lái)決定，因而可以串聯(lián)較多的LED.由于大多數(shù)的太陽(yáng)能電池的輸出電壓都不高，因此太陽(yáng)能路燈較適合使用升壓結(jié)構(gòu)。

而選用電流模式的恒流設(shè)計(jì)，可以讓輸出電流不受輸入電壓變化的影響，在電池滿載以及快沒(méi)電時(shí)，都能讓路燈維持相同的亮度。

2.傳統(tǒng)升壓驅(qū)動(dòng)存在的問(wèn)題

圖2 傳統(tǒng)升壓驅(qū)動(dòng)電路

（1）電池使用壽命短：圖2 中，即使關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器主開(kāi)關(guān)，Vin 與Vout 之間仍會(huì)形成一條電流泄露路徑，如果在輸出端接有任何負(fù)載，其中泄露電流Ileak 接近于Vin/Rload，那么漏電流的存在使的蓄電池一直處于工作狀態(tài)，這樣將會(huì)縮短電池的使用壽命。

（2）無(wú)短路保護(hù)裝置：圖2 中，當(dāng)出現(xiàn)輸出端短路時(shí)，電流經(jīng)過(guò)電感器，整流器和地，僅僅受到印刷電路板跡線電阻、整流器寄生電阻和電感器DCR 電阻的限制，沒(méi)有其他任何保護(hù)措施，即使主開(kāi)關(guān)關(guān)斷，也照樣存在這個(gè)問(wèn)題。因此必須加設(shè)輸入保險(xiǎn)絲提供保護(hù)，以免出現(xiàn)短路。

三、適用于太陽(yáng)能路燈的LM3423 升壓驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

1.LM3423 芯片功能介紹

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體研發(fā)的LM3423 芯片輸入電壓范圍在4.5V 到75V之間，適用于極寬的輸入電壓范圍；50KHZ 的快速PWM調(diào)光；內(nèi)部基準(zhǔn)電壓50mV- 1.25V;工作頻率最大可達(dá)到1MHZ;內(nèi)部驅(qū)動(dòng)能力750mA，超低電流停機(jī)小于2uA.可以用來(lái)配置升壓、浮動(dòng)降壓、浮動(dòng)降壓/ 升壓和SEPIC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中低側(cè)外部MOSFET 的控制器［2］;使用峰值電流模式控制器和預(yù)測(cè)性關(guān)閉時(shí)間設(shè)計(jì)來(lái)調(diào)節(jié)LED 電流，峰值電流模式控制器與預(yù)測(cè)性關(guān)閉時(shí)間設(shè)計(jì)的組合簡(jiǎn)化了回路補(bǔ)償設(shè)計(jì)，同時(shí)提供內(nèi)在的輸入電壓前饋補(bǔ)償；設(shè)有用于控制外部調(diào)光FET 和系統(tǒng)“零電流”關(guān)閉特點(diǎn)的集成驅(qū)動(dòng)器；并且具有LED 狀態(tài)輸出標(biāo)記、故障標(biāo)記、可編程故障計(jì)時(shí)器和邏輯針腳，用于控制調(diào)光驅(qū)動(dòng)器的極性。

2.避免漏電流存在

利用LM3423 設(shè)計(jì)升壓LED 驅(qū)動(dòng)器電路如圖3 所示。圖3 中，當(dāng)EN 引腳命令升壓轉(zhuǎn)換器失效之后，主開(kāi)關(guān)，nDIMFET 引腳和FLT 引腳會(huì)被關(guān)閉，從Vin 流入的電流就會(huì)趨近與零，有效避免任何漏電流流入串聯(lián)一起的LED，因?yàn)榇藭r(shí)的升壓轉(zhuǎn)換器已經(jīng)失效。由于漏電流不再存在，停機(jī)時(shí)蓄電池可以達(dá)到充飽狀態(tài)，這樣可以有效延長(zhǎng)電池使用壽命。

圖3 LM3423 升壓LED 驅(qū)動(dòng)電路

3.提供LED 短路保護(hù)

圖3 中，如果串聯(lián)LED 與接地連接，形成短路，由FLT 引腳負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)的輸入端P- FET（圖3 中的Q1）會(huì)隨即被關(guān)閉，令輸入路徑成為開(kāi)路，這樣不需要外加保險(xiǎn)絲就能夠簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)LED 短路保護(hù)。

四、結(jié)論

基于美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司LM3423 芯片設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能LED 路燈驅(qū)動(dòng)器，能夠有效延長(zhǎng)電池使用壽命，提供可靠的短路保護(hù)措施，經(jīng)測(cè)試，升壓效益也有了很大提高。隨著太陽(yáng)能的普遍應(yīng)用，太陽(yáng)能LED 路燈的不斷完善，性價(jià)比的不斷提高，太陽(yáng)能LED 將會(huì)普遍應(yīng)用于城鄉(xiāng)道路照明系統(tǒng)，為社會(huì)提供環(huán)保經(jīng)濟(jì)的資源。
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