基于PAM2842的LED照明系统 [1]

　　中国光电子产业近年来的发展速度很快，每年以30～40％的速度增长。但目前还仅仅占到全球市场的5％，预计到2010年将占全球市场的10％。此外，中国的LED产业也发展极其迅速，高亮度白光GaN类的LED产量年增长率达到59％，2006年产量为72亿个，市场规模为90亿元。预计2010年产量将达到200亿个，从而将超过日本成为世界上第二大生产国。

　　太阳能最简单的应用是产生热水，其次是发电，发电的一个重要应用就是照明。中国的照明用电占全部电能耗费的12％，由于大型太阳能发电厂的建厂成本很高，而且大功率太阳能电池板要占用很大的面积，所以太阳能照明最好的实现方法是和发光器件结合在一起，构成独立的照明装置。目前，最具前景的是太阳能路灯、太阳能庭院灯、太阳能草坪灯、太阳能信号灯和太阳能航标灯等。其中尤以太阳能LED路灯的经济价值最高。这是因为普通路灯需要铺设很长的输电线路，电源线路的铺设要投入很高的费用，并且随着距离的增加，电压会逐渐降低，经过一定距离还要用变压器升压。太阳能路灯则不然，由于每一根路灯杆都是独立的，不需要铺设输电线路，这就大大降低了架设的费用。另一方面，LED的发光效率远高于白炽灯，虽然在数字上比高压钠灯要低(高压钠灯的发光效率为132流明/瓦，而LED只有70流明/瓦)，但高压钠灯的光谱分散，其中很大一部分处于黄光、红光和红外，对于实际照明并没有作用，而且还有很大一部分光线是散射到所有方向。因此，从实际路面发光效果(照度)来看，150瓦的LED就相当于400瓦的高压钠灯。假定路灯每天工作10小时，那么2年下来，400瓦高压钠灯耗电2920度电，而150瓦LED只耗电1095度电，节省2.66倍。此外，LED的寿命长，不需要经常更换。高压钠灯的寿命为4000小时，假定每天工作10小时，则只能工作400天，一年多就要更换；而大功率LED的寿命为50,000小时，假定每天工作10小时，13.7年才需要更换。从而大大节省了维护费用。

　　以5公里路程架设250盏路灯为例，普通路灯的电缆埋设、配电设备、检查井等费用就需要153万元。而太阳能路灯可以省去这笔费用；普通路灯的电费也是非常可观的，在以上例子中，普通路灯15年需耗电547.5万元，太阳能路灯仅需要更换一次蓄电池，约37.5万元。而且太阳能路灯的工作电压低，绝对不会发生触电事故。LED的寿命长，15年几乎不需要更换，一方面减少了维护费用，另一方面也降低了安全风险。因而是一种性价比极高的路灯。太阳能庭院灯和草坪灯虽然也有类似的优点，但是因为距离近、数量少，其优点不那么显著。美国在2008年的LED路灯市场达到2000千万个，中国在2006年具有1,500万个路灯，并以每年20％的速度增长。中国路灯的每年电费达到60亿人民币，改成太阳能路灯以后就可以全部节省下来。

　　太阳能灯具均由5个部分组成：太阳能电池、蓄电池、控制装置、LED的驱动芯片以及LED本身。通常太阳能电池板挂在高杆上，充放电控制器和铅蓄电池放在地面的控制箱内，驱动芯片和LED都装在灯头里(如图1所示)。其中充放电控制器只能控制对蓄电池的充电和放电过程以及定时向LED供电，并不能稳定其输出电压。但是，有不少设计人员在设计中略去了恒流驱动，他们以为铅蓄电池的输出电压足够稳定，不需要再采用恒流驱动就可以直接驱动LED，这种想法是错误的。

图1：太阳能灯具的由5个部分构成。

　　蓄电池的输出电压会随着放电而逐渐降低，在整个放电过程中，其输出电压的变化高达20％左右。如果用它直接对LED供电，会使得LED的亮度产生很大的变化。以铅蓄电池为例，它的放电曲线如图2所示。

图2：铅蓄电池的放电曲线。

　　从图中可以看出，在整个放电过程中，铅蓄电池的输出电压将会下降达2V(将近20％)。而从LED伏安特性可知，20％的电压变化将会引起极大的正向电流变化。图3所示为某种3W LED的伏安特性，其中蓝色为白光LED。

图3：某款3W LED的伏安特性。