智能型太阳能混合式LED路灯系统

　　这套系统解决方案提供的是智能型太阳能混合式发光二极管(LED)路灯系统。 本系统为一项实验性项目，对象为意法半导体园区停车场的LED路灯。 它是一种独立的太阳能系统，有交直流(AC-DC)LED驱动器做为备用电源以防电池不足。 在没有电池或电池电量不足的状况下，它会自动转换到恒定电流的交直流LED驱动器。 这种交直流LED驱动器采用准共振(Quasi-Resonant，QR)模式的功率因子修正(Power Factor Correction，PFC)，使用单级单切换以及原级感测专用控制。 用来驱动LED的是HVLED001A，这是已经商品化的LED驱动器。

　　LED驱动器的主要电源供应则是来自电池这种能量储存组件。 电池利用白天最大功率点(Maximum Power Point Tracking，MPPT)的方式加以充电。 根据现有文献，MPPT在利用太阳辐射为电池充电时相当有效率。 MPPT阶段功率转换器所测得的效率超过97%。 建议使用2-phase boost直直流(DC-DC)转换器做为直流LED驱动器。 2-phase交直流转换器有助于缩小直流电大容量电容器的体积，且为了达到滤波的目的建议放在负载侧。

　　根据文献数据，功率转换器若因老化而故障将成为一个弱点。 最后它会增强LED驱动系统的寿命。 直直流LED驱动器阶段的效率也高于95%。 之所以能提高功率转换效率，是因为使用了高效率的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和闸极驱动IC。 LED驱动器在恒定电流下运作，是另一个可以增强LED寿命的参数。 目前已利用高效率的数字电源转换微控制器(STM32F3)，成功在电路板上完成测量与决策作业。

　　所有路灯都透过6LoWPAN网状网络相互链接，而该网络则是利用一款名叫SPIRIT1的商品化Sub-GHz组件建置而成。 路灯节点会透过6LoWPAN网格技术，利用免费的ISM(Industrial, Scientific and Medical;工业、科学与医学)无线电频道(868 MHz)互相沟通。 装设了太阳能板的路灯节点，是一种可以和6LoWPAN技术(网格)上面的数据集中器单元交谈的照明节点。

　　照明控制单元(Light Conditioning Unit，LCU)是由电力网和太阳能板一起负责供电。 只要感测四周光线与环境，就能提供灯光自动开/关/调节功能。 这套系统还附有尚未完全发展成熟的指令及控制中心，让终端用户可从任何地点，控制单一或成组的照明节点。

　　图1为智能太阳能混合式照明管理系统。 图2为装设在停车场的照明设备，内有意法半导体所开发的电路板。 数据集中器单元(Data Concentrator Unit，DCU)附有机载的泛欧式数字行动通讯系统(GSM)模块，可以和使用通用封包无线电服务/第三代/第四代(GPRS/3G/4G)行动网络技术的云端应用程序进行通讯。 图3为数据集中单元里的照明控制单元。 用户可以控制单一照明节点，或对所有照明节点传播指令。 可根据天文钟排定照明节点开/关/调节的时程。 云端平台是在微软的Azure上进行测试，并利用微软Azure所提供的工具，针对数据集中单元所接收到的数据来进行数据分析。 图4为云端网络应用。 这款LED驱动器的原型已在意法半导体园区进行实验验证及与生产，并部署在100x150平方公尺的区域里既有的30根电线杆上。 每个阶段的转换效率都超过90%，电源质量和运转可靠度也都表现极佳。

　　图1. 智能型太阳能混合式LED路灯系统

　　图2.停车场的照明设备

　　图3. DCU板

　　图4.云端网络应用

　　作者：意法半导体Aman Jha、Jitendra Jain、Prashant Pandey、Indar Prakash Singhal、Kamaldeep Bansal