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太阳能大功率LED路灯的设计浅析

作者:时间:2013-12-12来源:网络收藏
增加发光量。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/221932.htm

  将多个LED 集中在一起进行道路照明设计时、除足够的光通量和合理的光学设计以保证合理的光分布外,更为重要的是散热问题。由于路灯具有户外夜间使用、散热面位于侧上面以及体型受限制较小等有利于空气自然对流散热的优点,所以LED 路灯选择自然对流散热方式,同时,整灯采用高导热系数铝作为散热主体,解决了LED 的散热问题。

  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,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。

  太原地区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

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