恒流驅(qū)動源技術(shù)在太陽能LED路燈的設(shè)計應(yīng)用

圖10. 用恒壓源對多個并聯(lián)的LED供電時每個LED的電流都不一樣

這時候即使采用大電流的恒流源供電，也不能保證每個LED里的電流一樣，通常需要對每個LED串聯(lián)電阻來得到平衡，但那樣會降低效率。所以并聯(lián)的LED數(shù)過多是不建議的。

四．恒流源的基本工作原理和特性

(一) 升壓型恒流源的基本結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11. 升壓型恒流源的基本原理圖

圖中顯示了一個基本的電感升壓電路，其中控制器（Control）給出了一個PWM開關(guān)信號來控制大功率開關(guān)管，后者在導(dǎo)通時對電感充電，而在斷開時電感中的能量就對電容充電。經(jīng)過幾次開關(guān)以后就可以把輸入電壓泵至更高的電壓，從而完成升壓的任務(wù)。改變PWM信號的工作比就可以改變其輸出電壓。為了保持輸出電流的恒定，就要求測量輸出電流值，這是靠一個和LED串聯(lián)的小電阻來測量的。這個電阻上的電壓就和一個參考電壓相比較，比較所得出的誤差信號就送去控制器用以改變PWM信號的工作比，這樣就實現(xiàn)了一個閉環(huán)自動控制，以控制其輸出電流為恒定。

在選用這類升壓型恒流源時，有幾個問題需要注意的。

1. 恒流特性要好

圖12表示一個SLM2842S的恒流特性曲線。檢測電阻放在高端比方在低端更為好點。

圖12. SLM2842S的恒流特性

2. 升壓比要盡可能小，或者說輸入電壓要盡可能高，一般來說，升壓比越小效率越高。下面圖13是當(dāng)輸出電流為0.7A輸出功率為30瓦時，SLM2842S的效率和輸入電壓的關(guān)系。

圖13. 當(dāng)輸出電流為0.7A輸出功率為30W時，SLM2842S的效率和輸入電壓的關(guān)系

由圖中可見，如果采用12V的蓄電池，它的效率就只有90%左右，而如果改用24V的蓄電池，它的效率就可以達(dá)到94%。這就可以減少芯片的功耗，降低芯片的溫度，提高芯片的可靠性。

3. 檢測電阻要盡可能小，以免在上面消耗功率。實際上這也就意味著其內(nèi)部的參考電壓要盡可能低。這對于芯片設(shè)計者來說有一定的難度。如果這個參考電壓在0.1伏左右，就是一個相當(dāng)好的一個芯片了，這時，外部的檢測電阻就可以用一個很小值了，也就意味著整個系統(tǒng)具有很高的效率。

(二) 降壓型恒流源

降壓型恒流源的基本工作原理和升壓型是差不多的。其基本原理圖如圖14所示。

圖14. 降壓型恒流源的基本原理圖

通常儲能電感是和LED串聯(lián)，開關(guān)導(dǎo)通時，電感儲能；開關(guān)斷開時電感通過二極管繼續(xù)有電流流通。由于輸出電壓是輸入電壓減去電感電壓，所以是降壓型。LED中的電流經(jīng)過檢測電阻測量以后反饋回控制器。來控制PWM的工作比，以實現(xiàn)恒流的控制。

降壓型恒流源的缺點是要求輸入電壓高于輸出電壓，而太陽能LED路燈中所采用的蓄電池往往是12V，頂多是24V。而路燈中的LED通常是10個串聯(lián)，其所要求的總輸出電壓往往在33V-36V左右，因此較難采用降壓型的恒流源。而降壓型恒流源的優(yōu)點是效率高。因為輸入電壓高于輸出電壓，所以輸入電流小于輸出電流。電流小有助于減小電阻性損耗。圖15表明一個降壓型恒流源在輸入電壓固定在35V，輸出電流固定在2A時，其效率和輸出電壓的關(guān)系曲線。

圖15. 降壓型恒流源的效率和輸出電壓的關(guān)系曲線

從圖中可以看出，當(dāng)輸出電壓為30V時，其效率高達(dá)98%。這種恒流源的恒流特性也很好（圖16）。

圖16. SLM2862J的恒流特性

其實，這種降壓型恒流源也可以用在交流電的LED路燈中，只要在前面加一個輸出為36V的恒壓電源，就可以驅(qū)動60瓦（1瓦LED10串6并）的LED，而且效率高達(dá)98%。

（三） 帶PWM調(diào)光的恒流源

對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍(lán)LED中幾納米波長的變化，特別是在光強(qiáng)也在變化的時候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。而采用改變正向電流的方法來調(diào)光就很容易使人眼感覺到色溫的變化，這是不希望的。所以在大功率LED路燈中，我們往往采用PWM的調(diào)光方法，以避免視在色溫的變化。另一方面，改變正向電流的模擬式調(diào)光也會使輸出電流的設(shè)定精度降低，這也是不希望的。

在PWM調(diào)光中，有一個很重要的指標(biāo)就是調(diào)光頻率。調(diào)光頻率要足夠高，以避免人眼感到閃爍，所以至少在200Hz以上。另一方面，調(diào)光頻率也不能過高，因為輸出電流從0增加到規(guī)定值有一個過程，也就是需要消耗一定時間，希望這個時間占整個周期的比例越小越好，所以周期不能太小。否則會降低所能實現(xiàn)的對比度。

除此之外，還有升降壓型恒流源。但是這種恒流源比較多應(yīng)用在像汽車這類的輸入電壓會在很大范圍內(nèi)波動的場合，而很少應(yīng)用在太陽能LED路燈中。就不在這里介紹了。

結(jié)束語

太陽能LED路燈具有極好的市場前景，而且也是開發(fā)可再生能源的一種最佳途徑。然而從目前情況來看，大多數(shù)人都把目光集中在太陽能電池板，以及LED燈具上。而較少有人注意到恒流源和控制器的性能和開發(fā)這方面。而選擇高性能的LED恒流源不但可以提高LED路燈的可靠性，而且具有PWM調(diào)光性能的恒流源和具有PWM調(diào)光輸出的控制器相配合，還可以大大減小所需的太陽能電池板的面積，這對于降低整個燈具的成本，加速普及太陽能LED路燈具有極其重要的意義。希望所有從事太陽能LED路燈的工作者都來重視這方面的工作，把我國的太陽能LED路燈提高到國際的最先進(jìn)的水平上來！