CS51221實(shí)現太陽(yáng)能LED路燈能效提升及降低成本

如今，隨著(zhù)LED性能的快速提升，它在替代金鹵燈方面顯示出了更大潛力，要提供同等的光輸出，所使用的LED數量將會(huì )更少，從而提供LED的經(jīng)濟適用性。以100 W金鹵燈為例，其平均光輸出流明數為3,500流明(lm)，這功率等級所需要采用的LED數量在2007年是30個(gè);預計到2012年，數量會(huì )減少到20個(gè)!所以L(fǎng)ED將具有越來(lái)越大的經(jīng)濟適用優(yōu)勢。

為了因應LED性能快速提升的趨勢，并維持設計在較長(cháng)時(shí)期內的適用性，必須采用一些實(shí)用的設計策略，如模塊化替代、使用壽命周期分析和物料清單(BOM)成本降低等。

　　圖3:通過(guò)模塊化LED途徑替代金鹵燈

首先，在模塊化途徑替代金鹵燈光源方面，可使每個(gè)LED光條采用固定數量的LED.隨著(zhù)LED在光輸出等方面性能的持續提升，要提供相同的總光能輸出，就可以使用更少的LED光條，從而降低需要使用的LED的成本，參見(jiàn)圖3.

其次，在設計過(guò)程中，要有效地利用LED使用壽命周期分析，從而提前預知可能的后果。例如，在采用目前市場(chǎng)上性能最高的LED進(jìn)行原型設計方面，雖然相關(guān)的成本較為高昂，但隨著(zhù)LED性能的提升及價(jià)格的下降，這種方式能夠締造出在未來(lái)較長(cháng)時(shí)期內具有更高競爭力和更長(cháng)使用壽命的產(chǎn)品。此外，隨著(zhù)LED性能的提升及由此帶來(lái)的單個(gè)設計用量減少，在LED驅動(dòng)器設計方面也需要更好地規劃相關(guān)的靈活性，做到相應的BOM成本降低。

以一個(gè)典型的太陽(yáng)能街燈LED驅動(dòng)設計為例，我們可以定出這樣的目標：初始光輸出為4,200 lm;光能效適用，采用單層光學(xué)器件;采用+12 V電池工作。

與此相應，假定所使用的LED規范如下：

　　輸出：典型100 lm @ 350 mA @ 結溫度(Tj)=25℃

　　驅動(dòng)電流：350 mA

　　光電器件：?jiǎn)螌?，且耦合良好，光學(xué)損耗僅為12%

　　最高環(huán)境溫度：40℃

　　驅動(dòng)器損耗：10% (目標能效90%)

這樣一來(lái)，我們就首先需要估計LED數量及總功率。由于Tj=25℃時(shí)LED光輸出為100 lm,而Tj升高時(shí)LED光輸出會(huì )降低;Tj為90℃時(shí)，LED光輸出會(huì )下降20%,即輸出降為80 lm.由于光器件的光學(xué)損耗為12%,所以每個(gè)LED的光輸出就為約71 lm.由于需要的總光能輸出為4,200 lm,所以計算出的所需LED數量為約60個(gè)。相應的，總輸出功率為：3.6 V(LED工作電壓)×0.350 A(輸出電流)×60(LED數量)=76 W.由于驅動(dòng)器的員耗約為15%,所以燈具總功率約為89 W.

而在拓撲結構方面，需要采用恒流架構來(lái)進(jìn)行驅動(dòng)。此外，需要能夠根據不同LED數量來(lái)調節LED輸出電流、滿(mǎn)足較高能效要求、系統途徑具有高性?xún)r(jià)比及易于實(shí)現。

針對上述設計要求，可以采用安森美半導體的穩壓器NCP3066來(lái)實(shí)現驅動(dòng)解決方案。NCP3066是一款高亮度LED恒流降壓穩壓器，帶專(zhuān)用“啟用”引腳用于實(shí)現低待機能耗，具有平均電流感測功能(電流精度與LED正向電壓無(wú)關(guān))，提供0.2 V電壓參考，適合小尺寸/低成本感測電阻。該器件采用滯環(huán)控制，不需要環(huán)路補償，易于設計。需要指出的是，NCP3066也可用作PWM控制器，如可采用100 V外部N溝道FET來(lái)進(jìn)行升壓。針對4至30 W功率的不同應用，可提供不同MOSFET選擇。

在設計途徑上，我們進(jìn)行模塊化設計，即采用8個(gè)LED光條，每個(gè)光條含1個(gè)驅動(dòng)器電路及8個(gè)LED.這樣LED總數即為64個(gè)，接近所要求的60個(gè)LED數量，可以提供所要求的功率及光輸出，并具有極高的能效，參見(jiàn)圖4。

　　圖4:NCP3066驅動(dòng)8個(gè)CREE XRE LED時(shí)的輸出電流與輸入電壓曲線(xiàn)圖。

　　總結：

本文探討了如何利用安森美半導體的CS51221充電控制器，并結合最大峰值功率追蹤(