CS51221實(shí)現太陽(yáng)能LED路燈能效提升及降低成本

近年來(lái)，業(yè)界越來(lái)越關(guān)注利用可再生的清潔能源太陽(yáng)能進(jìn)行街道照明。典型太陽(yáng)能街道照明系統由太陽(yáng)能電池板、充電控制器、蓄電池、光源以及燈桿等組成，如圖1所示?！　?/FONT>

　　圖1:典型的太陽(yáng)能供電街道照明系統示意圖。

相比較而言，發(fā)光二極管(LED)被視作照明光源的第四個(gè)重要階段。LED的能效及光輸出性能已大幅提升，公開(kāi)宣稱(chēng)的最強白光LED研發(fā)能力已經(jīng)達到132至136流明/瓦(lm/W)，這種能效水平已經(jīng)高于傳統的熒光燈和HID金屬燈。特別是到2008年，白光LED已實(shí)現大批量商業(yè)化生產(chǎn)，為L(cháng)ED更大規模地進(jìn)軍太陽(yáng)能街燈應用打開(kāi)了大門(mén)。

采用最大峰值功率追蹤技術(shù)提升太陽(yáng)能板能效

對于太陽(yáng)能街燈而言，提高太陽(yáng)能電池板的光電轉換能效(目前僅為約30%)非常重要。太陽(yáng)能電池板的電壓-電流(V-I)特性曲線(xiàn)呈現非線(xiàn)性和可變性，要從中吸取最大量的電能非常困難。這需要太陽(yáng)能LED街燈的充電控制器及其它相關(guān)電子電路(一般采用微控制器來(lái)實(shí)現)盡可能采用有效的控制方法以提高能效，從而發(fā)揮最大優(yōu)勢。

基本型的充電控制器設計用于保護電池免受過(guò)充或欠充影響，并防止反向電流。脈寬調制(PWM)型控制器會(huì )控制對電池充電的電量，并可實(shí)現細流充電(trickle charge)，從而保護電池并延長(cháng)使用壽命。而最新支持最大峰值功率追蹤(MPPT)功能的控制器能對太陽(yáng)能電池不斷變化的V/I特性曲線(xiàn)提供補償，優(yōu)化太陽(yáng)能電池的功率輸出，提高能效，并使蓄電池充電至優(yōu)化電量。

具體而言，當我們實(shí)際上無(wú)法改變負載時(shí)，MPPT功能使太陽(yáng)能電池“認為”負載正在發(fā)生變化;通過(guò)這種方式，MPPT“欺騙”太陽(yáng)能板輸出希望所得到的電壓和電流，從而允許更多電能輸入至蓄電池。

安森美半導體針對太陽(yáng)能板電池充電控制應用解決方案，其核心采用CS51221增強型電壓模式PWM控制器，支持最大峰值功率追蹤，輸入電壓為12至24 V,輸出電流為12 V@2 A,并提供可調節逐脈沖限流、輸入欠壓鎖定和輸出過(guò)壓鎖定等保護特性。該控制器提供輔助輸入端，用于遠程傳輸和監控;能夠適應功率高至90 W的太陽(yáng)能板應用。

　　圖2:安森美半導體CS51221控制器的太陽(yáng)能板充電控制應用示意圖

在應用電路中，需要針對CS51221選擇合適的拓撲結構。所選擇的拓撲結構要能夠在一個(gè)蓄電池的情況下將太陽(yáng)能板輸出電壓降至12 V,而在有兩個(gè)或多個(gè)蓄電池情況下，也能輕易修改，支持升壓至24 V. CS51221本身能夠配置為正激、反激或升壓拓撲結構。安森美半導體針對太陽(yáng)能板充電控制應用所推出的參考設計中，選擇的是反激拓撲結構。

在應用中，通過(guò)在ISET引腳動(dòng)態(tài)地調節電流限制，從而實(shí)現最大峰值功率追蹤功能。一旦輸入電壓逐脈沖下降，電流限制就會(huì )被降低，直至輸入電壓恢復。這種方式消除了使用價(jià)格昂貴的微控制器(MCU)的需要。這樣實(shí)現的充電控制器會(huì )發(fā)現峰值功率點(diǎn)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，使其符合不斷變化的電源特性。

通過(guò)采用最大峰值功率追蹤技術(shù)，可以有約30%的額外電荷從太陽(yáng)能板傳輸至蓄電池，這樣就可以使太陽(yáng)能街燈系統采用尺寸更小的太陽(yáng)能板。如在獲得相同電能的情況下，可以采用帶MPPT功能的60 W功率太陽(yáng)能板來(lái)替代采用基本充電控制器的90 W功率太陽(yáng)能板。按照輸出每瓦電能需要約價(jià)值4美元的太陽(yáng)能板來(lái)計算，功率減少30 W所帶來(lái)的太陽(yáng)能板成本節省就可達到120美元，從而帶來(lái)顯著(zhù)的成本降低收益。

應對LED性能提升的驅動(dòng)電路設計策略及解決方案

如前所述，在太陽(yáng)能街道照明系統的光源方面，LED正在取代傳統的熒光燈和高強度氣體放電燈(HID)。HID包括金屬鹵化物燈(簡(jiǎn)稱(chēng)“金鹵燈”)、