恒流驅(qū)動(dòng)源研究及其在太陽能LED路燈中的應(yīng)用分析(圖)

一、 概述
太陽能的利用雖然有很多方法，但是像超大功率的太陽能發(fā)電站、家庭屋頂發(fā)電等都不適合中國的國情，唯一最簡單而最容易實(shí)現(xiàn)的是太陽能路燈。我國的路燈總數(shù)超過1億盞，只要其中的6000萬盞改成太陽能路燈，其每年節(jié)省的電量就超過一個(gè)三峽水電站的發(fā)電量。如果把今后每年新增的2000萬盞路燈全部改用太陽能路燈，三年下來又是一個(gè)三峽水電站。其節(jié)能的效果是非?？捎^的，而且完全不需要興師動(dòng)眾地動(dòng)員全國的力量來興建，而這樣發(fā)動(dòng)各級(jí)地方政府的力量和各個(gè)有關(guān)企業(yè)的力量就可以完成。

太陽能路燈的構(gòu)成十分簡單（圖1）。

圖1：太陽能路燈的構(gòu)成

太陽能路燈的安裝也十分簡單，幾乎就好像種樹一樣，挖一個(gè)坑，埋進(jìn)去就可以了。不像采用交流電的路燈，需要鋪電纜、建造變壓器房、挖維修井…。雖然單個(gè)太陽能路燈的造價(jià)要比普通的高壓鈉燈的造價(jià)貴，但是，如果考慮鋪設(shè)電纜等的總體造價(jià)，二者就相差不多。再加上以后每年所節(jié)省的可觀的電費(fèi)，可以說，太陽能路燈在一兩年之內(nèi)所節(jié)省的電費(fèi)就可以彌補(bǔ)其差價(jià)，以后所節(jié)省的電費(fèi)就是純收益了。

從圖1所示的框圖中可見，其中最核心的部件，就是PWM調(diào)光控制器和恒流模塊。過去很多投資都投向太陽能電池、和LED。很少有人關(guān)心到這兩部分，以至于目前市面上的控制器大都沒有PWM調(diào)光的能力，而目前的恒流模塊絕大多數(shù)都是采用從國外進(jìn)口的芯片。而國家也不重視這方面投入。這是一個(gè)很大的問題，當(dāng)然也是有很大的機(jī)遇。

二、太陽能LED路燈為什么需要恒流驅(qū)動(dòng)

除了發(fā)光效率以外，要使LED能夠成為一個(gè)實(shí)用的燈具還有一系列問題需要解決。其中最重要的就是它的恒流驅(qū)動(dòng)。這是由以下幾個(gè)原因所決定的。

（一）太陽能LED路燈所用的蓄電池輸出電壓不恒定

在太陽能路燈中通常是采用鉛蓄電池作為能量儲(chǔ)存單元的，而鉛蓄電池的輸出電壓從滿充到滿放，其電壓變化是會(huì)接近20%的（圖2）。所以它所引起的LED電流變化就有可能超過4倍以上。

圖2：鉛蓄電池的放電曲線

某一公司的LED的伏安特性如圖3所示。

圖3：LED的伏安特性

假定初始的電壓為3.25V，這時(shí)的正向電流為350mA。假如供電電壓降低到2.6V（20％），這時(shí)的電流就不到40mA,降低了將近8.75倍。

而LED的發(fā)光亮度是直接和其正向電流有關(guān)的。同一廠家的同一 LED，其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度和正向電流的關(guān)系曲線如圖4所示。

圖4：相對(duì)光強(qiáng)和正向電流的關(guān)系

由圖中可以看到，如果正向電流從350mA降低8.75倍到40mA，其相對(duì)發(fā)光強(qiáng)度將從100降低到20。降低將近5倍。顯然這是完全不能允許的。所以一定要把電流恒定。

（二） LED發(fā)光的溫度不穩(wěn)定

LED路燈通常在露天工作，其環(huán)境溫度的變化是很大的。
而LED的正向電流還和結(jié)溫有關(guān)，圖5就表明LED在不同結(jié)溫時(shí)的伏安特性。

圖5：在不同環(huán)境溫度時(shí)LED的伏安特性

LED的溫度系數(shù)通常為負(fù)的，也就是當(dāng)溫度升高時(shí)（T1－>T2），伏安特性向左移動(dòng)。其值大約是-2mV/℃，那么當(dāng)其結(jié)溫增加50度時(shí)，其正向電壓就會(huì)降低0.1V，假如用恒壓電源供電時(shí)，其正向電流就會(huì)增加。比如，常溫25℃時(shí)LED最佳工作電流20mA，當(dāng)環(huán)境溫度升高到85℃時(shí)，PN結(jié)電壓VF下降,工作電流急劇增加到35mA～37mA，但此時(shí)電流的增加并不會(huì)產(chǎn)生亮度的增加，稱為亮度飽和。同樣，當(dāng)環(huán)境溫度下降至-40℃時(shí)，結(jié)電壓VF上升，最佳工作電流將從20mA減小到8mA~10mA，發(fā)光亮度也隨電流的減少而降低，達(dá)不到應(yīng)用場(chǎng)所所需的照度。

而且當(dāng)溫度變化時(shí)，LED的發(fā)光光譜也會(huì)發(fā)生變化。通常溫度增加時(shí)光譜的最大值是向波長長的方向漂移。大約是每升高10oC時(shí)漂移1nm，升高50度會(huì)產(chǎn)生5nm的變化（見圖6）。

圖6：LED發(fā)光的峰值波長隨環(huán)境溫度而變化

實(shí)際上，LED的光譜也是隨其正向電流改變而改變。這也是不希望的，所以一定要保持其正向電流恒定。采用恒流源供電以后，這種溫度變化所引起的電流變化就會(huì)轉(zhuǎn)化為其正向電壓的變化，從而不會(huì)引起亮度和光譜的變化。