太陽能大功率LED路燈的設(shè)計淺析

　　將多個LED 集中在一起進(jìn)行道路照明設(shè)計時、除足夠的光通量和合理的光學(xué)設(shè)計以保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問題。由于路燈具有戶外夜間使用、散熱面位于側(cè)上面以及體型受限制較小等有利于空氣自然對流散熱的優(yōu)點(diǎn)，所以LED 路燈選擇自然對流散熱方式，同時，整燈采用高導(dǎo)熱系數(shù)鋁作為散熱主體，解決了LED 的散熱問題。

　　LED 組合及驅(qū)動方式

　　常用的LED 組合方式有3 種：并聯(lián)、串聯(lián)和混聯(lián)。

　　并聯(lián)方式：要求LED 驅(qū)動器輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低。分配在所有LED 兩端電壓相同，當(dāng)LED 的一致性差別較大時，而通過每顆LED 的電流不一致，LED 的亮度也不同。

　　串聯(lián)方式：要求LED 驅(qū)動器輸出較高的電壓。當(dāng)LED 的一致性差別較大時，分配在不同的LED 兩端電壓不同，通過每顆LED 的電流相同，LED 的基本亮度一致。

　　混聯(lián)方式：在需要使用比較多LED 時，如果將所有LED 串聯(lián)，將需要LED 驅(qū)動器輸出較高的電壓。如果將所有LED 并聯(lián)，則需要LED 驅(qū)動器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED 的使用量，而且并聯(lián)LED 負(fù)載電流較大，驅(qū)動器的成本也會大增?；炻?lián)方式的LED 數(shù)量平均分配，分配在一串LED 上的電壓相同，通過同一串每顆LED 上的電流也基本相同，LED 亮度一致。同時通過每串LED 的電流也相近。

　　通過以上分析，大功率LED應(yīng)用于照明領(lǐng)域，由于LED的電流、電壓參數(shù)具有典型的PN結(jié)伏安特性， 其正向壓降的微小變化會引起較大的正向電流變化。不穩(wěn)定的工作電流會影響LED的壽命和光衰。所以大功率LED的亮度完全是由電流控制的， 驅(qū)動電路必須提供恒定的電流。

　　在驅(qū)動電路中我們選用大功率LED驅(qū)動芯片XLT604驅(qū)動LED，XLT604是采用BICMOS工藝設(shè)計的PWM高效LED驅(qū)動控制芯片。它在輸入電壓從7VDC到450VDC范圍內(nèi)能有效驅(qū)動高亮LED。該芯片能以高達(dá)300KHz的固定頻率驅(qū)動外部MOSFET，其頻率可由外部電阻編程決定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增強(qiáng)LED的可靠性，其恒流值由外部取樣電阻值決定，變化范圍從幾毫安到1安培。XLT604 驅(qū)動的LED可通過外部控制電壓線性調(diào)節(jié)亮度，亦可通過外部低頻PWM方式調(diào)節(jié)LED串的亮度，所以根據(jù)太陽能LED路燈設(shè)計實際需要，選擇LED混聯(lián)方式，并選用XLT604驅(qū)動芯片進(jìn)行驅(qū)動電路設(shè)計對LED進(jìn)行驅(qū)動。

　　太原地區(qū)太陽能LED 路燈設(shè)計(路燈為30w 系統(tǒng))

　　太原地區(qū)年日照總時數(shù)為2360 小時～2796 小時。年太陽輻射總量為5442.8 兆焦耳/平方米～5652.18 兆焦耳/平方米，峰值日照時數(shù)4.8320532，屬全國高照率范疇。具有良好的太陽能利用條件。

　　以太原地區(qū)30wLED 路燈系統(tǒng)為例進(jìn)行說明

　　(1)確定當(dāng)?shù)貧庀蟮乩項l件

　　經(jīng)過資料查詢太原地區(qū)：

　　緯度：北緯37°27′-38°25′

　　經(jīng)度：東經(jīng)111°30′-113°09′

　　海拔：800m

　　最長陰雨天：7 天　　(2)負(fù)載日耗量的確定

　　照明路燈功率30w，每天連續(xù)工作時間10 小時，因此，每日耗電為：QL=30w×10h=300Wh

　　(3)經(jīng)過資料查詢，太原地區(qū)傾角選38°，最佳傾角：38°+10°=48°，太陽能電池板面向正南。

　　(4)太陽能電池總能量的計算

　　通過資料查詢，得知太原地區(qū)Kop=1.1

　　從當(dāng)?shù)氐木暥?、?jīng)度和海拔，和當(dāng)?shù)貧庀蟛块T公布的數(shù)據(jù)：太原地區(qū)日平均太陽輻射量為15MJ/m2d，因此水平面年平均日輻射量：HL=15000KJ/m2dP=5618×A×QL/(Kop×HL)=5618×1.1×300/(1.1×15000)=112WP

　　太陽能電池選用組件：

　　工作電壓：17.2V

　　工作電流：3.49A

　　開路電壓：21.6V

　　短路電流：3.9A

　　峰值功率：60Wp，

　　選用峰值功率為60Wp 的太陽能電池板，所用太陽能電池組件共計為2 塊，太陽能電池設(shè)計為12V 蓄電池充電。

　　(5)蓄電池的容量Bc 的計算可用下公式計算：

　　Bc=(30W*10*7)/(1.1*12)=159 Ah

　　因