太阳能LED路灯的设计与研究

太阳能LED路灯的设计与研究
摘要：太阳能led路灯具有绿色、节能、长寿命等诸多优点，发展前景可观。

选用slm2842s驱动模块为载体，从供电、驱动和led连接构架等方面展开论述，对太阳能led路灯的研究和设计具有一定参考应用价值。

关键词：led路灯 slm2842s模块升压恒流驱动 led连接构架中图分类号：tm923 文献标识码：a 文章编号：1007-3973（2012）012-029-03
1引言
太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源，其优点是极为丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。

目前，led照明技术日趋成熟，led将会在照明行业内得到普及，进而引发人类照明史上的第四次革命。

太阳能led路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的led 给道路带来照明，而且同时可以减少温室气体排放，实现绿色照明的目的。

利用太阳能和led光源制成各种新型太阳能路灯，相同照度情况下比不用led 的太阳能路灯节约太阳能电池和蓄电池容量40%，光源寿命增加10倍，可靠性提高5倍，系统成本降低40%以上，同时也解决了常规太阳能路灯系统用交流逆变不可靠、低温启动难、系统造价高等缺点。

这里想要从供电和驱动器来探讨其总体设计。

2 led的恒流驱动特性
led是一个很热的二极管。

因为输入led的电功率70%都变成热能，所以led很热，必须考虑led的温度特性。

led具有负温系数-2mv/℃，温度升高伏安特性左移。

如图1，如果采用恒压电源就会加大光衰。

随着led温度升高，如果电源电压恒定，电流就会加大。

例如，常温下3.3v时，电流20ma；85度时，电流35—37ma，亮度饱和并不增加。

电流加大温升更高，结温升高的结果就是光衰加大。

如果采用恒流电源供电，即使温度升高，电流不变，不会造成恶性循环。

同时，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。

3 太阳能led路灯的电源系统结构
太阳能led路灯的结构如图2所示。

太阳能电池板在太阳光的照射下，其内部pn结会形成新的电子空穴对，在一个回路里就能产生直流电流，这个电流流入控制器，会以某种方式给蓄电池充电。

蓄电池在白天的时候会接受充电，而在晚上则会提供能量给led。

蓄电池的电压越高越好，蓄电池电压越高，电流越小，效率越高。

功率小于10w的草坪灯、庭院灯，可以采用6v、12v；大于10w 以上，尽可能采用24v；特别高功率（60w以上），建议采用36v。

要特别注意导线的压降。

大多数情况蓄电池放在下面，或埋入
地下，功率越大、灯杆越高，引线越长，电流越大，压降也就越大。

压降过大会超过恒流模块的最低工作电压，而无法工作甚至烧毁。

所以功率越大就应该采用电压越高的蓄电池，以减小电流，当然也应该采用足够粗的引线。

太阳能路灯常用24v。

4 led升压型恒流驱动研究
按照输入输出电压的关系分类，分为升压型恒流驱动和降压型恒流驱动。

如何选择升压还是降压型恒流源。

一般来说，完全由实际情况决定。

由太阳能电池板供电，通常其输出电压较低（12v或24v），需要采用升压型的恒流源。

如果由交流市电供电，建议采用比较高的输出电压（36v）以提高效率，故采用降压型恒流源。

不论升压型还是降压型其效率主要取决于升压和降压的比值，比值较高，效率较低。

所以要尽可能使输入电压接近于输出电压。

假定要求驱动30w，10串3并1w，或10串3w，一般的恒流模块大约只能散热1.5w，这就要求效率高达95%。

假定工作在升压方式，升压比应小于1.38，也就是要求输入电压为24v；假如输入电压为12v，其升压比就高达2.75，效率只有90%。

耗散功率高达3w，就必须外加散热器。

实际上假如是12v蓄电池供电，其最低电压只有10v，其升压比就高达3.3，效率只有88%，即使加散热器也无法实现。

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。

4.1传统升压驱动存在的问题
（1）电池使用寿命短：图3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。

（2）无短路保护装置：图3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。

4.2 slm2842s恒流驱动模块实例
图4为大功率升压型slm2842s实用电路。

其输入电压6-29v，输出功率30w（10?？w），可用于太阳能路灯，可pwm调光。

其输出电流可以在输入电压从8—28v范围内（变化达3.5倍）均保持不变。

当输入电压从28v降低到8v时，led中的电流只变化不到3%，如图5所示。

这样就可以保证led的亮度基本上不变。

5 太阳能led路灯连接架构
led串联个数不能超过10个。

led的亮度正比于正向电流，为了使流过各led的亮度一致，要求各个led串联，一般来说串联个数不能超过10个，因为超过10个以后，输出电压就会超过36v的安全电压。

假如两串led并联，即使采用恒流电源供电，有一串中一个led 开路，所有电流都会流入另一串，使另一串电流加大一倍，很快就会坏掉，而且是所有led都受到大电流的损坏；更多串并联可以减轻这个问题，但不能彻底解决，而且要求恒流源电流加大。

led串并联必须加保护，最简单的保护就是每个led两两并联，但是如果一个开路，和它并联的另一个就会电流加倍，也很快烧坏，只是其他led不会受到电流加倍的损坏。

最简单的保护就是并联稳压管。

到底是几串几并？对于太阳能led路灯，因为输入电压是由蓄电池决定的，而蓄电池的电压是12的整数倍（12v：10.7v-14.7v，24v：21.4-29.4v），在决定几串几并的时候必须考虑输出电压，不要落在输入电压的范围内。

假如落在输入电压的范围内，就必须采用降压型恒流源，这种恒流模块的效率比较低，价格也比较高，应当尽可能避免。

表1给出了slm2842s模组的几种输出架构。

表1 slm2842s模组的几种输出架构
表中加黑字为带散热器时的表面温度（在25℃室温时测试的结果）
6 结语
led光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的
热点。

近年来随着制造工艺的不断发展，大功率高亮度led性能不断提高，价格不断下降，特别是在全球能源短缺的背景下，led光源必将成为2l世纪的主导光源。

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