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采用PAM2842的太阳能LED路灯系统

发布时间:2020-07-21 18:10:18 阅读: 来源:无机防火隔板厂家

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。

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。

假设初始电压为4.2V,此时正向电流为700mA。如果电压降到3.5V(20%),这时的电流低于180mA,降低了将近4倍。而LED的发光亮度是直接与其正向电流相关的。对于同一款3W LED,其相对发光强度和正向电流的关系曲线如图4所示。

图4:相对光强和正向电流的关系。

由图中可以看到,如果正向电流从700mA降低到350mA,其发光强度从1.75降低到1.0。如果正向电流降低到180mA,其发光强度将降低到0.6(降低将近3倍),这是不允许出现的。LED的温度系数通常为负的,也就是当温度升高时,伏安特性向左移动,该值约为-2mV/℃,那么当环境温度从20度上升到70度时,正向电压就会降低0.1V,正向电流会降低约100mA。当温度变化时,由于正向电流减小,LED的发光光谱也会发生变化。通常是向波长长的方向漂移,大约每升高10oC漂移1nm。因此,一定要保持正向电流恒定。

必须采用一个集成电路来控制LED的电流,使其无论在电池电压降低或是环境温度升高时都能保持电流恒定。PAM2842就是这样一种芯片,它能够以12V或24V的输入电源电压驱动10颗串联的3W LED。最高输出电压可达40V,最大输出电流可达1.75A,但总输出功率不能大于30W。应用电路如图6所示。

LED的电流由串联的采样电阻决定,PAM2842要求其反馈电压为0.1V,串联电阻的阻值就可以根据所要求的正向电流来设定。假设对3W的LED要求其正向电流为700mA,则其阻值为0.142Ω,损耗为0.07W,对效率的影响基本上可以忽略不计。二极管必须采用低压降、大电流的肖特基二极管,以减小功耗。电感需要采用高饱和电流、低DCR的电感。此外,PAM2842的工作频率可以有三种选择:500kHz、1MHz、1.6MHz。为降低其开关损耗,建议选择500kHz开关频率。此时可以把Fsel端接地。PAM2842具有很好的恒流特性,当输入电压从12V降至10V时,LED中电流的变化还不到3%,这样就可以保证LED的亮度基本不变。芯片内部具有过压保护电路(OVP),如果出现一个LED开路,芯片的升压会被限制而不至于过高,保护芯片本身不至于损坏。但由于所有LED为串联,如果一颗LED开路,必然会导致所有LED不亮。但是,假如有一颗LED短路,这时候,由于有恒流环控制,所以芯片会自动降低其输出电压,而保持流过LED的电流不变,因此不影响其它LED的工作。

图6:PAM2842的实际应用电路。

由于PAM2842是作为升压芯片来使用的,因此在要求的升压比较高时,它的效率较低。例如,假设输入电压为24V,升压至40V,其效率可达95%以上。而如果输入电压为12V,仍然要求升压至40V,这时其效率就只有91%左右。因为大多数太阳能路灯系统所采用的蓄电池是12V的,为了在12V时还能获得95%的效率,可以把10颗LED二极管分成两串,每串为5颗LED串联,这样就只要求升压至不到20V,可以将效率提高至95%。而且如果一个LED开路,至多影响一串5个LED,而不会影响另一串5个LED的工作。这时,两串LED共用一个LED电流采样电阻,由于电流增加一倍变成1.4A,所以电流采样电阻阻值也应当减小一倍,变成0.07欧姆。或者只将其中一串LED的电流进行采样,而另一串LED直接接地,这样就只能对其中一串的LED电流进行恒流控制。上述两种方法各有优缺点。两串并联时,所控制的是两串电流之和。因此,如果两串的LED伏安特性有区别时,这两串LED的电流就会有所不同。除了电流采样电阻,限压电阻R3和R4的值也需要作相应的调整。只 led灯相关文章:led灯原理

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