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太陽能高亮度LED照明系統的設計

時間:2019-02-14 10:40:52來源:網絡 作者:admin 點擊:
隨著高亮度(HB)LED的出現,專為最大化太陽能電池陣列輸出而設計的IC的可用性已經引起了對太陽能路燈的日益重視。事實上,太陽能照明一度主要限于偏遠地區,現在已成為市政

隨著高亮度(HB)LED的出現,專為最大化太陽能電池陣列輸出而設計的IC的可用性已經引起了對太陽能路燈的日益重視。事實上,太陽能照明一度主要限于偏遠地區,現在已成為市政街道照明的主流(它們在白天從太陽光和夜晚的街道照亮)。對于工程師來說,由于Allegro Microsystems,Cree,賽普拉斯半導體,凌力爾特,恩智浦半導體,安森美半導體,意法半導體德州儀器等制造商提供的太陽能管理和LED驅動IC,高效太陽能LED照明系統的設計變得更加簡單。

太陽能照明系統包括太陽能電池板,控制器和光源。 HB LED具有非常適合太陽能應用的性能特性。與傳統光源相比,這些器件需要更低的電壓,提供更長的壽命,并在照明配置中提供更大的靈活性。

HB LED現在使用更少的能量來生產相同數量的光,制造商正在不斷提高其功效。隨時可用的設備,如Cree XLamp XM-L LED,能夠達到1,000流明,100流明/W的功效。全行業的HB LED正在推動效率超過100流明/瓦,美國能源部的調查顯示產量持續快速增長(圖1)。

太陽能高亮度LED照明系統的設計

圖1:根據美國能源部的預測,預計HB LED效率將迅速增長。

HB-LED驅動器

HB LED在光源中是獨一無二的,需要恒定的直流電流而不是恒定的電壓。與所有這些設備一樣,Cree的HB LED需要恒定電流源,可以明顯改變亮度(圖2a),甚至顏色(圖2b)也可以改變正向電流。

太陽能高亮度LED照明系統的設計

(a)

太陽能高亮度LED照明系統的設計

(b)

圖2:在典型的HB LED中,正向電流的相對較小的變化導致亮度(a)和顏色(b)的可察覺的變化。

通常,開關穩壓器用于有效調節HB-LED負載的電流。 Allegro Microsystems A6210,安森美半導體NCP3066和TI LM3464/LM3464A等LED驅動開關穩壓器專門設計用于為單個LED或多個LED串提供恒定電流輸出。

雖然此類器件通常包含片上LED驅動器,但TI LM3464/64A的設計允許工程師使用外部MOSFET和檢測電阻來實現更高,更精確的LED電流。對于其四個通道中的每一個,LM3464/64A驅動器級(圖3)包括單獨的LED電流調節器,包括外部MOSFET,電流檢測電阻和片上放大器,用于監視電流檢測電阻兩端的電壓。片上放大器將此電壓與200 mV參考電壓進行比較,并根據需要修改MOSFET的柵極電壓,以維持電流調節。

太陽能高亮度LED照明系統的設計

圖3:TI LM3464/64A結合使用內部和外部電路來調節LED驅動電流 - 監控檢測電阻兩端的電壓,根據需要調整外部驅動MOSFET的柵極電壓(德州儀器提供)。

賽普拉斯CY8CLED04G01 PowerPSoC將賽普拉斯可編程SoC(PSoC)與片上功率電子器件相結合,為7至32 V范圍內的太陽能照明提供單封裝解決方案。對于LED驅動,CY8CLED04系列包括多達四個恒流驅動器通道,每個通道可使用內部MOSFET驅動高達1 A的電流。 CY8CLED04G01等獨立系列產品支持使用外部MOSFET來支持每通道1 A以上的驅動電流。

太陽能管理

在太陽能照明系統中,電源和充電管理功能對于維持太陽能電池陣列的最佳輸出效率和維持電池陣列的正常充電狀態至關重要。太陽能輸出效率取決于將太陽能電池板維持在其最大功率點的能力。隨著負載,照明甚至太陽能電池特性的變化發生,系統必須能夠通過最大功率點跟蹤(MPPT)將太陽能電池陣列恢復到最大輸出。有關更多信息,請參閱TechZone文章“設計高效太陽能電池充電器”。除了具有片上LED驅動器功能外,賽普拉斯CY8CLED04G01 PowerPSoC還通過基于軟件的PSoC內核方法支持MPPT。該設備的內部控制器運行MPPT,負載和充電控制以及系統保護的算法。當太陽能電池板電壓降至預設電壓以下時,其自動黃昏至黎明選項將關閉負載,因此HB LED從電池獲取電力以照亮。當面板電壓達到閾值電壓(指示晴天條件)時,設備將關閉負載并開始為電池充電。對于電池充電,PowerPSoC算法支持四種鉛酸電池充電模式:完全充電,恒壓充電,涓流充電和過壓充電,以均衡充電電池。

同樣,恩智浦MPT612采用基于ARM7TDMI-S RISC處理器的基于軟件的方法。工程師可以通過包含可選軟件模塊來創建自定義解決方案,以實現電池管理,負載管理等功能。 MPT612提供專用硬件功能,包括使用適當的電壓和電流傳感器進行電壓和電流測量。對于MPPT和其他管理操作,器件使用這些片上測量功能自動計算所需參數。容-源-電-子-網-為你提供技術支持

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