智能型太陽(yáng)能混合式LED路燈系統

　　這套系統解決方案提供的是智能型太陽(yáng)能混合式發(fā)光二極管(LED)路燈系統。 本系統為一項實(shí)驗性項目，對象為意法半導體園區停車(chē)場(chǎng)的LED路燈。 它是一種獨立的太陽(yáng)能系統，有交直流(AC-DC)LED驅動(dòng)器做為備用電源以防電池不足。 在沒(méi)有電池或電池電量不足的狀況下，它會(huì )自動(dòng)轉換到恒定電流的交直流LED驅動(dòng)器。 這種交直流LED驅動(dòng)器采用準共振(Quasi-Resonant，QR)模式的功率因子修正(Power Factor Correction，PFC)，使用單級單切換以及原級感測專(zhuān)用控制。 用來(lái)驅動(dòng)LED的是HVLED001A，這是已經(jīng)商品化的LED驅動(dòng)器。

　　LED驅動(dòng)器的主要電源供應則是來(lái)自電池這種能量?jì)Υ娼M件。 電池利用白天最大功率點(diǎn)(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的方式加以充電。 根據現有文獻，MPPT在利用太陽(yáng)輻射為電池充電時(shí)相當有效率。 MPPT階段功率轉換器所測得的效率超過(guò)97%。 建議使用2-phase boost直直流(DC-DC)轉換器做為直流LED驅動(dòng)器。 2-phase交直流轉換器有助于縮小直流電大容量電容器的體積，且為了達到濾波的目的建議放在負載側。

　　根據文獻數據，功率轉換器若因老化而故障將成為一個(gè)弱點(diǎn)。 最后它會(huì )增強LED驅動(dòng)系統的壽命。 直直流LED驅動(dòng)器階段的效率也高于95%。 之所以能提高功率轉換效率，是因為使用了高效率的金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管(MOSFET)和閘極驅動(dòng)IC。 LED驅動(dòng)器在恒定電流下運作，是另一個(gè)可以增強LED壽命的參數。 目前已利用高效率的數字電源轉換微控制器(STM32F3)，成功在電路板上完成測量與決策作業(yè)。

　　所有路燈都透過(guò)6LoWPAN網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )相互鏈接，而該網(wǎng)絡(luò )則是利用一款名叫SPIRIT1的商品化Sub-GHz組件建置而成。 路燈節點(diǎn)會(huì )透過(guò)6LoWPAN網(wǎng)格技術(shù)，利用免費的ISM(Industrial, Scientific and Medical;工業(yè)、科學(xué)與醫學(xué))無(wú)線(xiàn)電頻道(868 MHz)互相溝通。 裝設了太陽(yáng)能板的路燈節點(diǎn)，是一種可以和6LoWPAN技術(shù)(網(wǎng)格)上面的數據集中器單元交談的照明節點(diǎn)。

　　照明控制單元(Light Conditioning Unit，LCU)是由電力網(wǎng)和太陽(yáng)能板一起負責供電。 只要感測四周光線(xiàn)與環(huán)境，就能提供燈光自動(dòng)開(kāi)/關(guān)/調節功能。 這套系統還附有尚未完全發(fā)展成熟的指令及控制中心，讓終端用戶(hù)可從任何地點(diǎn)，控制單一或成組的照明節點(diǎn)。

　　圖1為智能太陽(yáng)能混合式照明管理系統。 圖2為裝設在停車(chē)場(chǎng)的照明設備，內有意法半導體所開(kāi)發(fā)的電路板。 數據集中器單元(Data Concentrator Unit，DCU)附有機載的泛歐式數字行動(dòng)通訊系統(GSM)模塊，可以和使用通用封包無(wú)線(xiàn)電服務(wù)/第三代/第四代(GPRS/3G/4G)行動(dòng)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的云端應用程序進(jìn)行通訊。 圖3為數據集中單元里的照明控制單元。 用戶(hù)可以控制單一照明節點(diǎn)，或對所有照明節點(diǎn)傳播指令。 可根據天文鐘排定照明節點(diǎn)開(kāi)/關(guān)/調節的時(shí)程。 云端平臺是在微軟的Azure上進(jìn)行測試，并利用微軟Azure所提供的工具，針對數據集中單元所接收到的數據來(lái)進(jìn)行數據分析。 圖4為云端網(wǎng)絡(luò )應用。 這款LED驅動(dòng)器的原型已在意法半導體園區進(jìn)行實(shí)驗驗證及與生產(chǎn)，并部署在100x150平方公尺的區域里既有的30根電線(xiàn)桿上。 每個(gè)階段的轉換效率都超過(guò)90%，電源質(zhì)量和運轉可靠度也都表現極佳。

　　圖1. 智能型太陽(yáng)能混合式LED路燈系統

　　圖2.停車(chē)場(chǎng)的照明設備

　　圖3. DCU板

　　圖4.云端網(wǎng)絡(luò )應用

　　作者：意法半導體Aman Jha、Jitendra Jain、Prashant Pandey、Indar Prakash Singhal、Kamaldeep Bansal