驱动的太阳能LED路灯系统匹配设计
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驱动的太阳能LED路灯系统匹配设计

2022-11-11

         电池板是太阳能路灯系统中的核心部分,它将太阳能转化成电能通过控制器储存在蓄电池中。太阳能电池板一般采用单晶硅或多晶硅为材料。控制器是路灯系统中的重要配件,通过控制器将电池板、蓄电池、灯具联系起来。控制器起着控制负载输出功率、充放电及蓄电池过冲过放保护等其他关系系统正常运行的控制和保护功能。蓄电池是太阳能系统中价值高的配件,起着白天存储电量,晚上通过控制器向路灯供电的作用。一般采用LED灯具,选择合适的灯具才能确保好的照明效果。山东凯创光电所生产的LED灯具使用欧司朗、飞利浦等品牌光源,系能稳定,光效160Lm/w以上,在太阳能路灯系统中发挥显著的效果。阳能LED路灯系统由太阳能电池,蓄电池、LED负载、充电电路、LED驱动电路和路灯控制器组成,在这个系统中,太阳能电池利用光伏效应将太阳能直接转换成电能,并通过充电电路储存到蓄电池中,并在无光照时由蓄电池向LED负载供电。保证系统正常运行的核心是路灯控制器,其工作状态决定着路灯系统的运行状态。LED的电器特性可知,LED灯组在电流恒定的情况下才能保证LED灯组亮度的稳定性,虽然太阳能充电电路一般采用蓄电池作为储能装置,但是,由于体积的限制,LED驱动电源的输入电压往往低于LED灯组的所需电压,现有的LED驱动电路已经不能保证向LED灯组输出恒定的电流,因此,开发设计一种适用于太阳能LED路灯的LED灯组驱动电路是本领域急需解决的问题。目前单晶硅太阳能电池的光电转换效率约为15%,最高达到24%,是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的,技术也最为成熟。使用寿命-般可达15 a,最高可达25 a。多晶硅太阳能电池比单晶硅太阳能电池的光电转换效率要降低不少,其光电转换效率约12%, 同时多晶硅太阳能电池的使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。非晶硅薄膜太阳能电池光电转换效率偏低,目前国际先进水平约为10%, 且不够稳定,随着时间的延长,其转换效率衰减,直接影响了其实际应用。所以目前多采用单晶硅太阳能电池。太阳能路灯采用升压工作方式,这样可以减少系统中LED 驱动器的数目,节约系统成本。升压结构使得LED 串联的数目不再受限于IC的耐压,而是由MOS 来决定,因而可以串联较多的LED.由于大多数的太阳能电池的输出电压都不高,因此太阳能路灯较适合使用升压结构。而选用电流模式的恒流设计,可以让输出电流不受输入电压变化的影响,在电池满载以及快没电时,都能让路灯维持相同的亮度。电池使用寿命短:图2 中,即使关断升压转换器主开关,Vin 与Vout 之间仍会形成一条电流泄露路径,如果在输出端接有任何负载,其中泄露电流Ileak 接近于Vin/Rload,那么漏电流的存在使的蓄电池一直处于工作状态,这样将会缩短电池的使用寿命。无短路保护装置:图2 中,当出现输出端短路时,电流经过电感器,整流器和地,仅仅受到印刷电路板迹线电阻、整流器寄生电阻和电感器DCR 电阻的限制,没有其他任何保护措施,即使主开关关断,也照样存在这个问题。因此必须加设输入保险丝提供保护,以免出现短路。LED的温度系数通常为负的,也就是当温度升高时,那么当环境温度从20度上升到70度时,正向电压就会降低0.1V,正向电流会降低约100mA。当温度变化时,由于正向电流减小,LED的发光光谱也会发生变化。通常是向波长长的方向漂移,必须采用一个集成电路来控制LED的电流,使其无论在电池电压降低或是环境温度升高时都能保持电流恒定。PAM2842就是这样一种芯片,它能够以12V或24V的输入电源电压驱动10颗串联的3W LED。最高输出电压可达40V,最大输出电流可达1.75A,但总输出功率不能大于30W。应用电路如图6所示。 LED的电流由串联的采样电阻决定,PAM2842要求其反馈电压为0.1V,串联电阻的阻值就可以根据所要求的正向电流来设定。假设对3W的LED要求其正向电流为700mA,则其阻值为0.142Ω,损耗为0.07W,对效率的影响基本上可以忽略不计。二极管必须采用低压降、大电流的肖特基二极管,以减小功耗。电感需要采用高饱和电流、低DCR的电感。此外,PAM2842的工作频率可以有三种选择:500kHz、1MHz、1.6MHz。为降低其开关损耗,建议选择500kHz开关频率。此时可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性,当输入电压从12V降至10V时,LED中电流的变化还不到3%,芯片内部具有过压保护电路(OVP),如果出现一个LED开路,芯片的升压会被限制而不至于过高,保护芯片本身不至于损坏。但由于所有LED为串联,如果一颗LED开路,必然会导致所有LED不亮。但是,假如有一颗LED短路,这时候,由于有恒流环控制,所以芯片会自动降低其输出电压,而保持流过LED的电流不变,因此不影响其它LED的工作。



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