淺談LED照明和太陽能充電的技術(shù)挑戰(zhàn)及解決方案

作為一種既環(huán)保又節(jié)能的解決方案，LED照明在汽車、家庭、辦公樓、酒店、機場和路燈等廣泛的應(yīng)用場合找到了自己的用武之地。但它的大規(guī)模商用除了還要克服成本障礙以外，還需要解決調(diào)光閃爍、散熱、色彩均勻性等技術(shù)難題。此外，對清潔能源的關(guān)注和太陽能電池板成本的下降，也帶動了當前業(yè)內(nèi)的太陽能商用熱潮。為了幫助讀者更快更好地把握這一商機，本刊特別邀請到了Linear電源專家Tony Armstrong來分享他的獨到見解。

　　問：采用PWM或模擬調(diào)光時，如何消除LED的光閃爍現(xiàn)象？

　　答：面對高功率、高亮度LED普及率的日益提高，電子照明設(shè)計師必須提供高效、準確和簡單的LED驅(qū)動解決方案。由于高功率照明燈（如汽車前照燈或大型LCD顯示器背光源）實現(xiàn)了與商用化串聯(lián)LED陣列的互換性，因而使得此項任務(wù)變得更加困難。

　　傳統(tǒng)上，利用準確的電流來驅(qū)動高功率LED串與實現(xiàn)簡單性和高效率這兩者之間是相抵觸的，通常需要采用某種效率低下的線性穩(wěn)壓器方案或更加精細復(fù)雜的多IC開關(guān)穩(wěn)壓器配置。此外，確保每個LED具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設(shè)計障礙。

　　人們普遍接受的LED亮度控制方法有兩種，即模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光。當采用模擬調(diào)光時，LED 電流的調(diào)節(jié)范圍在某個最大值至該最大值的約10%之間（10:1調(diào)光范圍）。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。然而，PWM 數(shù)字調(diào)光方式則是以某種快至足以掩蓋視覺閃爍的速率（通常高于100kHz）在零電流和最大LED電流之間進行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而實現(xiàn)了高達3000:1的調(diào)光范圍（僅受限于最小占空比）。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免發(fā)生LED色偏的優(yōu)點，而在采用模擬調(diào)光時這種LED色偏現(xiàn)象是很常見的。

　　問：大功率LED照明的散熱問題應(yīng)該如何解決？

　　答：兩種用量最大、功率最高的LED照明應(yīng)用是大屏幕LCD TV顯示器的背面照明和汽車前照燈。您不妨看看Lexus（雷克薩斯）、Audi（奧迪）、甚至GM（通用）公司的Cadillac Escalade所使用的標準LED汽車前照燈。所有這些汽車的總體照明結(jié)構(gòu)均很相似。每個汽車前照燈包括5種專為各種照明要求而優(yōu)化的LED供電光束，包括：近光燈、遠光燈、轉(zhuǎn)彎輔助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號指示燈。

　　標準LED照明光束通常將需要35W至50W的供電功率。這或許看似不是很多的功率；然而，LED 提供的亮度卻達到了HID鹵素?zé)舻?0倍，因此LED的光輸出就相當于500W的鹵素?zé)?。遠光燈所需的功率一般與標準照明光束相同或略為高一點，而轉(zhuǎn)彎輔助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號指示燈所需的功率則較低。不過，該總體汽車前照燈會消耗200W以上的電能，因而有可能產(chǎn)生重大的熱功率耗散問題。這確實不是什么好事，因為隨著工作溫度的升高，LED的光輸出和工作壽命將迅速降低。

　　處理該散熱問題方法有很多種。一種是增加大量的散熱器以把熱量從照明燈移走。然而，這會產(chǎn)生另一組問題，包括因為散熱材料的使用而導(dǎo)致的成本和重量的增加。解決這一問題最有效的方法是采用一個具極高效率的驅(qū)動器（效率》93%） 來最大限度地減少LED驅(qū)動電路的熱耗散。這并不像聽起來那么困難，原因是一個50W的遠光燈通?？捎?4個串聯(lián)的1A LED組成。由于整個溫度范圍內(nèi)的正向電壓降約為每個LED 4V，因此升壓轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)能夠以93%的效率將12V的標稱電池電壓提升至剛好超過56V.這使得僅需耗散3.5W的功率，對于該功率耗散值，在安裝了LED汽車前照燈的印刷電路板內(nèi)布設(shè)低等級的銅散熱器便可輕松地滿足要求。

　　問：用太陽能電池板采集來的電能對蓄電池進行充電時，關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)有哪些？

　　答：作為在商業(yè)和住宅環(huán)境中均具實用性的一種發(fā)電方法而言，太陽能電池板已經(jīng)被人們所廣泛接受。然而，盡管在技術(shù)方面取得了進步，太陽能電池板的造價仍然很昂貴。這種高昂的成本有很大部分來自于電池板本身，這里，電池板的尺寸 （因而也包括其成本） 將隨著所需輸出功率的增加而增加。因此，為了造就外形尺寸最小、成本效益性最佳的解決方案，最大限度地提升電池板性能是很重要的。

　　一般而言，太陽能電池板所獲取的能量用于給電池充電，電池的儲能反過來將在沒有陽光照射的情況下為終端應(yīng)用電路的操作提供支持。如欲實現(xiàn)太陽能電池充電器