CS51221實(shí)現(xiàn)太陽能LED路燈能效提升及降低成本

如今，隨著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(shù)量將會(huì)更少，從而提供LED的經(jīng)濟(jì)適用性。以100 W金鹵燈為例，其平均光輸出流明數(shù)為3,500流明(lm)，這功率等級(jí)所需要采用的LED數(shù)量在2007年是30個(gè);預(yù)計(jì)到2012年，數(shù)量會(huì)減少到20個(gè)!所以LED將具有越來越大的經(jīng)濟(jì)適用優(yōu)勢(shì)。

為了因應(yīng)LED性能快速提升的趨勢(shì)，并維持設(shè)計(jì)在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)的適用性，必須采用一些實(shí)用的設(shè)計(jì)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(shù)量的LED.隨著LED在光輸出等方面性能的持續(xù)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，參見圖3.

其次，在設(shè)計(jì)過程中，要有效地利用LED使用壽命周期分析，從而提前預(yù)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(shè)計(jì)方面，雖然相關(guān)的成本較為高昂，但隨著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較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)具有更高競(jìng)爭(zhēng)力和更長(zhǎng)使用壽命的產(chǎn)品。此外，隨著LED性能的提升及由此帶來的單個(gè)設(shè)計(jì)用量減少，在LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)方面也需要更好地規(guī)劃相關(guān)的靈活性，做到相應(yīng)的BOM成本降低。

以一個(gè)典型的太陽能街燈LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)為例，我們可以定出這樣的目標(biāo)：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(yīng)，假定所使用的LED規(guī)范如下：

　　輸出：典型100 lm @ 350 mA @ 結(jié)溫度(Tj)=25℃

　　驅(qū)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(qū)動(dòng)器損耗：10% (目標(biāo)能效90%)

這樣一來，我們就首先需要估計(jì)LED數(shù)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(jì)算出的所需LED數(shù)量為約60個(gè)。相應(yīng)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(shù)量)=76 W.由于驅(qū)動(dòng)器的員耗約為15%,所以燈具總功率約為89 W.

而在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面，需要采用恒流架構(gòu)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。此外，需要能夠根據(jù)不同LED數(shù)量來調(diào)節(jié)LED輸出電流、滿足較高能效要求、系統(tǒng)途徑具有高性價(jià)比及易于實(shí)現(xiàn)。

針對(duì)上述設(shè)計(jì)要求，可以采用安森美半導(dǎo)體的穩(wěn)壓器NCP3066來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)解決方案。NCP3066是一款高亮度LED恒流降壓穩(wěn)壓器，帶專用“啟用”引腳用于實(shí)現(xiàn)低待機(jī)能耗，具有平均電流感測(cè)功能(電流精度與LED正向電壓無關(guān))，提供0.2 V電壓參考，適合小尺寸/低成本感測(cè)電阻。該器件采用滯環(huán)控制，不需要環(huán)路補(bǔ)償，易于設(shè)計(jì)。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來進(jìn)行升壓。針對(duì)4至30 W功率的不同應(yīng)用，可提供不同MOSFET選擇。

在設(shè)計(jì)途徑上，我們進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，即采用8個(gè)LED光條，每個(gè)光條含1個(gè)驅(qū)動(dòng)器電路及8個(gè)LED.這樣LED總數(shù)即為64個(gè)，接近所要求的60個(gè)LED數(shù)量，可以提供所要求的功率及光輸出，并具有極高的能效，參見圖4。

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

　　總結(jié)：

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