太阳能大功率LED路灯的设计浅析[2]

　　4. LED 组合及驱动方式

　　常用的LED 组合方式有3 种:并联、串联和混联。

　　并联方式：要求LED 驱动器输出较大的电流，负载电压较低。分配在所有LED 两端电压相同，当LED 的一致性差别较大时，而通过每颗LED 的电流不一致，LED 的亮度也不同。

　　串联方式：要求LED 驱动器输出较高的电压。当LED 的一致性差别较大时，分配在不同的LED 两端电压不同，通过每颗LED 的电流相同，LED 的基本亮度一致。

　　混联方式：在需要使用比较多LED 时，如果将所有LED 串联，将需要LED 驱动器输出较高的电压。如果将所有LED 并联，则需要LED 驱动器输出较大的电流。将所有LED串联或并联，不但限制着LED 的使用量，而且并联LED 负载电流较大，驱动器的成本也会大增。混联方式的LED 数量平均分配，分配在一串LED 上的电压相同，通过同一串每颗LED 上的电流也基本相同，LED 亮度一致。同时通过每串LED 的电流也相近。

　　通过以上分析，大功率LED应用于照明领域，由于LED的电流、电压参数具有典型的PN结伏安特性, 其正向压降的微小变化会引起较大的正向电流变化。不稳定的工作电流会影响LED的寿命和光衰。所以大功率LED的亮度完全是由电流控制的, 驱动电路必须提供恒定的电流。

　　在驱动电路中我们选用大功率LED驱动芯片XLT604驱动LED，XLT604是采用BICMOS工艺设计的PWM高效LED驱动控制芯片。它在输入电压从7VDC到450VDC范围内能有效驱动高亮LED。该芯片能以高达300KHz的固定频率驱动外部MOSFET，其频率可由外部电阻编程决定。外部高亮LED串可采用恒流方式控制，以保持恒定亮度并增强LED的可靠性，其恒流值由外部取样电阻值决定，变化范围从几毫安到1安培。XLT604 驱动的LED可通过外部控制电压线性调节亮度，亦可通过外部低频PWM方式调节LED串的亮度，所以根据太阳能LED路灯设计实际需要，选择LED混联方式，并选用XLT604驱动芯片进行驱动电路设计对LED进行驱动。

　　5 太原地区太阳能LED 路灯设计(路灯为30w 系统)

　　太原地区年日照总时数为2360 小时～2796 小时。年太阳辐射总量为5442.8 兆焦耳/平方米～5652.18 兆焦耳/平方米，峰值日照时数4.8320532，属全国高照率范畴。具有良好的太阳能利用条件。

　　以太原地区30wLED 路灯系统为例进行说明

　　(1)确定当地气象地理条件

　　经过资料查询太原地区：

　　纬度:北纬37°27′-38°25′

　　经度:东经111°30′-113°09′

　　海拔:800m

　　最长阴雨天:7 天

　　(2)负载日耗量的确定

　　照明路灯功率30w，每天连续工作时间10 小时，因此，每日耗电为：QL=30w×10h=300Wh

　　(3)经过资料查询，太原地区倾角选38°，最佳倾角：38°+10°=48°，太阳能电池板面向正南。

　　(4)太阳能电池总能量的计算

　　通过资料查询,得知太原地区Kop=1.1

　　从当地的纬度、经度和海拔，和当地气象部门公布的数据：太原地区日平均太阳辐射量为15MJ/m2d，因此水平面年平均日辐射量：HL=15000KJ/m2dP=5618×A×QL/(Kop×HL)=5618×1.1×300/(1.1×15000)=112WP

　　太阳能电池选用组件:

　　工作电压：17.2V

　　工作电流：3.49A

　　开路电压：21.6V

　　短路电流：3.9A

　　峰值功率：60Wp,

　　选用峰值功率为60Wp 的太阳能电池板，所用太阳能电池组件共计为2 块,太阳能电池设计为12V 蓄电池充电。

　　(5)蓄电池的容量Bc 的计算可用下公式计算：

　　Bc=(30W*10*7)/(1.1*12)=159 Ah

　　因此选用两组12V100Ah 阀控密封式铅酸蓄电池即可。

　　(6)目前大功率LED 路灯基本上是采用5000K 左右所在色温的白光。作为道路照明光源，视觉感过分阴冷，同时远视时观察能力会下降，选用3000K 左右的暖白光是比较适合道路照明的。同时还要考虑到电池组件支架的抗风设计和灯杆的抗风设计，LED 路灯的工作电压一般为12V 或24V，属于安全电压，不做电气保护接地。但LED 路灯金属灯杆应做防雷接地，接地电阻不大于10 欧姆。

　　6 结论

　　本文对太原地区的太阳能大功率LED 路灯的实现和应用进行了简要的介绍和分析。太阳能LED 路灯在实际的应用中还存在很多问题，包括：第一，集中管理的问题，如果不使用电气线路，就很难实现对路灯来说比较重要的集中管理和远程监控，第二，太阳能电池寿命、蓄电池寿命以及其他的控制元器件寿命往往都低于LED 寿命的问题，要实现整个系统长寿命的工作还需要解决很多问题，同样也会产生比较高的维护成本;第三，一般安装高度比较高的太阳能电池的重量问题带来对灯杆设计的防风能力提高也会带来成本的提高，等等这些问题都是太阳能LED 路灯照明目前从根本上无法解决的问题。所以，太阳能大功率LED路灯的应用还有很长的路要走。

编辑：Cedar