基于LM3423的太陽能LED路燈驅(qū)動器的設(shè)計

　一、引言

　　太陽能是綠色能源中最重要的能源，是取之不盡、用之不竭、廣泛存在的天然能源，其優(yōu)點是極為豐富、潔凈、安全、價廉，對生態(tài)平衡沒有任何影響。太陽能LED 路燈不僅能利用清潔免費的太陽能以及高效環(huán)保的LED 給道路帶來照明，而且同時可以減少溫室氣體排放，實現(xiàn)綠色照明的目的。利用太陽能和LED 光源制成各種新型太陽能路燈，相同照度情況下比不用LED 的太陽能路燈節(jié)約太陽能電池和蓄電池容量40% ,光源壽命增加10 倍，可靠性提高5 倍，系統(tǒng)成本降低40%以上，同時也解決了常規(guī)太陽能路燈系統(tǒng)用交流逆變不可靠、低溫啟動難、系統(tǒng)造價高等缺點。[1]傳統(tǒng)太陽能路燈驅(qū)動器存在的問題是電池壽命短，升壓轉(zhuǎn)換器沒有任何防止短路出現(xiàn)的保護裝置，必須加設(shè)輸入保險絲提供保護，以免出現(xiàn)短路。采用NI（美國國家半導體）公司的LM3423芯片，設(shè)計適用用于12/24V 電池輸入的太陽能LED 路燈驅(qū)動器，能夠有效解決傳統(tǒng)方式所存在的問題。提高社會經(jīng)濟效益。

　　二、傳統(tǒng)升壓驅(qū)動器存在的問題

　　1.太陽能LED 路燈的電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 太陽能路燈電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　太陽能LED 路燈的結(jié)構(gòu)如圖1 所示。太陽能電池板在太陽光的照射下，其內(nèi)部PN 結(jié)會形成新的電子空穴對，在一個回路里就能產(chǎn)生直流電流，這個電流流入控制器，會以某種方式給蓄電池充電。蓄電池在白天的時候會接受充電，而在晚上則會提供能量給LED.

　　太陽能路燈采用升壓工作方式，這樣可以減少系統(tǒng)中LED 驅(qū)動器的數(shù)目，節(jié)約系統(tǒng)成本。升壓結(jié)構(gòu)使得LED 串聯(lián)的數(shù)目不再受限于IC的耐壓，而是由MOS 來決定，因而可以串聯(lián)較多的LED.由于大多數(shù)的太陽能電池的輸出電壓都不高，因此太陽能路燈較適合使用升壓結(jié)構(gòu)。

　　而選用電流模式的恒流設(shè)計，可以讓輸出電流不受輸入電壓變化的影響，在電池滿載以及快沒電時，都能讓路燈維持相同的亮度。

　　2.傳統(tǒng)升壓驅(qū)動存在的問題

圖2 傳統(tǒng)升壓驅(qū)動電路

　?。?）電池使用壽命短：圖2 中，即使關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器主開關(guān)，Vin 與Vout 之間仍會形成一條電流泄露路徑，如果在輸出端接有任何負載，其中泄露電流Ileak 接近于Vin/Rload,那么漏電流的存在使的蓄電池一直處于工作狀態(tài)，這樣將會縮短電池的使用壽命。

　　（2）無短路保護裝置：圖2 中，當出現(xiàn)輸出端短路時，電流經(jīng)過電感器，整流器和地，僅僅受到印刷電路板跡線電阻、整流器寄生電阻和電感器DCR 電阻的限制，沒有其他任何保護措施，即使主開關(guān)關(guān)斷，也照樣存在這個問題。因此必須加設(shè)輸入保險絲提供保護，以免出現(xiàn)短路。

　　三、適用于太陽能路燈的LM3423 升壓驅(qū)動電路的設(shè)計

　　1.LM3423 芯片功能介紹

　　美國國家半導體研發(fā)的LM3423 芯片輸入電壓范圍在4.5V 到75V之間，適用于極寬的輸入電壓范圍；50KHZ 的快速PWM調(diào)光；內(nèi)部基準電壓50mV- 1.25V;工作頻率最大可達到1MHZ;內(nèi)部驅(qū)動能力750mA,超低電流停機小于2uA.可以用來配置升壓、浮動降壓、浮動降壓/ 升壓和SEPIC 拓撲結(jié)構(gòu)中低側(cè)外部MOSFET 的控制器[2];使用峰值電流模式控制器和預測性關(guān)閉時間設(shè)計來調(diào)節(jié)LED 電流，峰值電流模式控制器與預測性關(guān)閉時間設(shè)計的組合簡化了回路補償設(shè)計，同時提供內(nèi)在的輸入電壓前饋補償；設(shè)有用于控制外部調(diào)光FET 和系統(tǒng)零電流關(guān)閉特點的集成驅(qū)動器；并且具有LED 狀態(tài)輸出標記、故障標記、可編程故障計時器和邏輯針腳，用于控制調(diào)光驅(qū)動器的極性。

　　2.避免漏電流存在

　　利用LM3423 設(shè)計升壓LED 驅(qū)動器電路如圖3 所示。圖3 中，當EN 引腳命令升壓轉(zhuǎn)換器失效之后，主開關(guān)，nDIMFET 引腳和FLT 引腳會被關(guān)閉，從Vin 流入的電流就會趨近與零，有效避免任何漏電流流入串聯(lián)一起的LED,因為此時的升壓轉(zhuǎn)換器已經(jīng)失效。由于漏電流不再存在，停機時蓄電池可以達到充飽狀態(tài)，這樣可以有效延長電池使用壽命。

圖3 LM3423 升壓LED 驅(qū)動電路

　　3.提供LED 短路保護

　　圖3 中，如果串聯(lián)LED 與接地連接，形成短路，由FLT 引腳負責驅(qū)動的輸入端P- FET（圖3 中的Q1）會隨即被關(guān)閉，令輸入路徑成為開路，這樣不需要外加保險絲就能夠簡單實現(xiàn)LED 短路保護。

　　四、結(jié)論

　　基于美國國家半導體公司LM3423 芯片設(shè)計的太陽能LED 路燈驅(qū)動器，能夠有效延長電池使用壽命，提供可靠的短路保護措施，經(jīng)測試，升壓效益也有了很大提高。隨著太陽能的普遍應用，太陽能LED 路燈的不斷完善，性價比的不斷提高，太陽能LED 將會普遍應用于城鄉(xiāng)道路照明系統(tǒng)，為社會提供環(huán)保經(jīng)濟的資源。