从恒流电源及控制器看LED路灯的总体设计.docVIP

1? 前言LED路灯先要根据路况确定其总体指标，包括： 供电方式（太阳能、市电）； 总瓦数；重量；杆高；杆距等等。这些指标确定以后再进行结构和供电设计。其中结构设计基本上是散热设计（从略）。本文从供电和控制器方面对总体设计进行探讨。2? LED的电特性(1) LED是一个很热的二极管因为输入LED的电功率70％都变成热能，所以LED很热，必须考虑LED的温度特性。LED具有负温度系数-2mV/，当通过LED的电流增加，其温度升高时，伏安特性向左移动，如图 1所示。(2) 采用恒压电源会加大光亮度衰减随着LED温度升高，如果电源电压恒定，电流就会加大（见图 1）。例如，常温下电压为3.3V时，电流20mA；当温度上升到85时，电流高达35mA-37mA，而亮度饱和并不增加。假如增加电流将使温升更高，其结果导致光亮度衰减更加严重。如果采用恒流电源供电，即使温度升高，电流不变，不会造成恶性循环。3? 两种LED(1) 单颗式单颗式是指LED芯片按大功率设计而成。目前常用的LED芯片功率是1W或3W。对于几十W和上百W的路灯就需要几十颗到上百颗LED。单颗式的缺点是连接复杂。其优点是发热分散，易于散热；二次配光可以采用小透镜，容易加工和安装；连接灵活，可以连接成各种串并结构，易于和恒流源配合(2) 集成式集成的单颗LED功率可 达到几W到几十W。该种结构的优点是连接简单。其缺点是：发热集中，不易散热，必须采用热管散热；发光效率也不如单颗式高；连接不够灵活。由以上分析可知，路灯还是尽量采用单颗式LED。4? LED连接架构(1) LED串联个数不能超过10个由于LED的亮度正比于其正向电流，为了使流过各LED的亮度一致，要求各个LED串联连接。一般来说串联个数不能超过10个，因为超过10个以后，输出电压就会超过36V的安全电压。按照欧盟IEC 61347-2-13 (5/2006)标准对采用直流或交流供电的LED模块的要求，需要在 最大安全特低电压(SELV)下工作，输出电压≤25Vrms (35.3 Vdc)；在不同故障条件下可“恰当”/安全的工作；故障时不冒烟或易燃。(2) LED的串并联假如两串LED并联，即使采用恒流电源供电，若其中一串的一个LED开路，所有电流都会流入另一串，电流将加大一倍，很快就会损坏。该串所有LED都会因大电流而损坏。更多的LED串并联可以使损坏减轻，但不能彻底解决，而且还要求 恒流源电流加大。LED串并联时必须加保护。在每一颗LED上并联一个稳压管，以保证LED的可靠工作。如图3所示。(3) 各种架构的比较?LED不同连接方式的优缺点列于表1。(4) 如何确定LED串并联的数量对于交流供电的LED路灯，因为输入电压没有什么限制，因而串并联数量有较大的自由度。对于太阳能LED路灯，因为输入电压是由蓄电池决定的，而蓄电池的电压是12的整数倍(12V：10.7V-14.7V；24V：21.4V-29.4V)，所以在决定几串几并的时候必须考虑输出电压，不要落在输入电压的范围内，因该电压不稳定。假如落在输入电压的范围内，就必须采用升降压型恒流源，不过这种恒流模块的效率比较低，价格也比较高，应当尽可能避免5? 太阳能路灯用蓄电池(1) 蓄电池的选择普通汽车铅蓄电池寿命太短，应当采用胶体电池，其寿命长一倍，比功率大20％，或者采用卷绕铅蓄电池。卷绕式和普通铅蓄电池的比较列于表2。蓄电池的电压越高越好，蓄电池电压越高，电流越小，效率越高。功率小于10W的草坪灯、庭院灯，可以用6V、12V的蓄电池；大于10W以上，尽可能采用24V；特别高功率（60W以上），建议采用36V的蓄电池。(2) 要特别注意导线的压降之所以需要特别注意导线的压降，是由于大多数情况蓄电池放在下面，或埋入地下；功率越大、灯杆越高，引线越长，电流越大，压降也就越大；压降过大会超过恒流模块的最低工作电压，而无法工作甚至烧毁。因而，功率越大时就应该采用电压越高的蓄电池，以减小电流，当然也应该采用足够粗的引线。(3) 各种应用场合 太阳能庭院灯：12V。 太阳能路灯：24V。 汽车LED车灯：12V，24V，48V。 电动自行车LED车灯：24V，36V。 一组共用AC/DC恒压开关电源供给几组恒流源。6? 恒流驱动源的类型和应用(1) 按照输入输出电压关系分类 升压型恒流驱动：电容式（电荷泵）升压型，电感式升压型； 降压型恒流驱动：电感式降压型； 升降压型恒流驱动：电荷泵升降压型；电感式升降压型：a. 单电感式；b. 双电感式。(2) 如何选择升压还是降压型恒流源一般来说，完全由实际情况决定。太阳能电池板供电时，通常其输出电压较低（12V或24V），需要采