太陽(yáng)能大功率LED路燈的設計淺析

　　將多個(gè)LED 集中在一起進(jìn)行道路照明設計時(shí)、除足夠的光通量和合理的光學(xué)設計以保證合理的光分布外，更為重要的是散熱問(wèn)題。由于路燈具有戶(hù)外夜間使用、散熱面位于側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L(fǎng)ED 路燈選擇自然對流散熱方式，同時(shí)，整燈采用高導熱系數鋁作為散熱主體，解決了LED 的散熱問(wèn)題。

　　LED 組合及驅動(dòng)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 驅動(dòng)器輸出較大的電流，負載電壓較低。分配在所有LED 兩端電壓相同，當LED 的一致性差別較大時(shí)，而通過(guò)每顆LED 的電流不一致，LED 的亮度也不同。

　　串聯(lián)方式：要求LED 驅動(dòng)器輸出較高的電壓。當LED 的一致性差別較大時(shí)，分配在不同的LED 兩端電壓不同，通過(guò)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(shí)，如果將所有LED 串聯(lián)，將需要LED 驅動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED 并聯(lián)，則需要LED 驅動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著(zhù)LED 的使用量，而且并聯(lián)LED 負載電流較大，驅動(dòng)器的成本也會(huì )大增?；炻?lián)方式的LED 數量平均分配，分配在一串LED 上的電壓相同，通過(guò)同一串每顆LED 上的電流也基本相同，LED 亮度一致。同時(shí)通過(guò)每串LED 的電流也相近。

　　通過(guò)以上分析，大功率LED應用于照明領(lǐng)域，由于LED的電流、電壓參數具有典型的PN結伏安特性， 其正向壓降的微小變化會(huì )引起較大的正向電流變化。不穩定的工作電流會(huì )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， 驅動(dòng)電路必須提供恒定的電流。

　　在驅動(dòng)電路中我們選用大功率LED驅動(dòng)芯片XLT604驅動(dòng)LED，XLT604是采用BICMOS工藝設計的PWM高效LED驅動(dòng)控制芯片。它在輸入電壓從7VDC到450VDC范圍內能有效驅動(dòng)高亮LED。該芯片能以高達300KHz的固定頻率驅動(dòng)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 驅動(dòng)的LED可通過(guò)外部控制電壓線(xiàn)性調節亮度，亦可通過(guò)外部低頻PWM方式調節LED串的亮度，所以根據太陽(yáng)能LED路燈設計實(shí)際需要，選擇LED混聯(lián)方式，并選用XLT604驅動(dòng)芯片進(jìn)行驅動(dòng)電路設計對LED進(jìn)行驅動(dòng)。

　　太原地區太陽(yáng)能LED 路燈設計(路燈為30w 系統)

　　太原地區年日照總時(shí)數為2360 小時(shí)～2796 小時(shí)。年太陽(yáng)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(shí)數4.8320532，屬全國高照率范疇。具有良好的太陽(yáng)能利用條件。

　　以太原地區30wLED 路燈系統為例進(jìn)行說(shuō)明

　　(1)確定當地氣象地理條件

　　經(jīng)過(guò)資料查詢(xún)太原地區：

　　緯度：北緯37°27′-38°25′

　　經(jīng)度：東經(jīng)111°30′-113°09′

　　海拔：800m

　　最長(cháng)陰雨天：7 天　　(2)負載日耗量的確定

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

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

　　(4)太陽(yáng)能電池總能量的計算

　　通過(guò)資料查詢(xún)，得知太原地區Kop=1.1

　　從當地的緯度、經(jīng)度和海拔，和當地氣象部門(mén)公布的數據：太原地區日平均太陽(yáng)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(yáng)能電池選用組件：

　　工作電壓：17.2V

　　工作電流：3.49A

　　開(kāi)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(yáng)能電池板，所用太陽(yáng)能電池組件共計為2 塊，太陽(yáng)能電池設計為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