解析LED照明和太陽能充電的技術(shù)挑戰(zhàn)

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2013-10-23

瀏覽次數(shù):次

 作為一種既環(huán)保又節(jié)能的解決方案，led照明在汽車、家庭、辦公樓、酒店、機(jī)場(chǎng)和路燈等廣泛的應(yīng)用場(chǎng)合找到了自己的用武之地。但它的大規(guī)模商用除了還要克服成本障礙以外，還需要解決調(diào)光閃爍、散熱、色彩均勻性等技術(shù)難題。此外，對(duì)清潔能源的關(guān)注和太陽能電池板成本的下降，也帶動(dòng)了當(dāng)前業(yè)內(nèi)的太陽能商用熱潮。為了幫助讀者更快更好地把握這一商機(jī)，

采用PWM或模擬調(diào)光時(shí)，如何消除LED的光閃爍現(xiàn)象

面對(duì)高功率、高亮度LED普及率的日益提高，照明產(chǎn)品，電子照明設(shè)計(jì)師必須提供高效、準(zhǔn)確和簡(jiǎn)單的led驅(qū)動(dòng)解決方案。由于高功率照明燈(如汽車前照燈或大型LCD顯示器背光源)實(shí)現(xiàn)了與商用化串聯(lián)LED陣列的互換性，因而使得此項(xiàng)任務(wù)變得更加困難。

傳統(tǒng)上，恒光電器,照亮您的生活，利用準(zhǔn)確的電流來驅(qū)動(dòng)高功率LED串與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單性和高效率這兩者之間是相抵觸的，通常需要采用某種效率低下的線性穩(wěn)壓器方案或更加精細(xì)復(fù)雜的多ic開關(guān)穩(wěn)壓器配置。此外，確保每個(gè)LED具有均勻的亮度且不產(chǎn)生任何閃爍也成為了主要的設(shè)計(jì)障礙。

人們普遍接受的LED亮度控制方法有兩種，即模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光。當(dāng)采用模擬調(diào)光時(shí)，LED電流的調(diào)節(jié)范圍在某個(gè)最大值至該最大值的約10%之間(10:1調(diào)光范圍)。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。然而，PWM數(shù)字調(diào)光方式則是以某種快至足以掩蓋視覺閃爍的速率(通常高于100kHz)在零電流和最大LED電流之間進(jìn)行切換。該占空比改變了有效平均電流，從而實(shí)現(xiàn)了高達(dá)3000:1的調(diào)光范圍(僅受限于最小占空比)。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避免發(fā)生LED色偏的優(yōu)點(diǎn)，而在采用模擬調(diào)光時(shí)這種LED色偏現(xiàn)象是很常見的。

大功率led照明的散熱問題應(yīng)該如何解決

兩種用量最大、功率最高的LED照明應(yīng)用是大屏幕LCD TV顯示器的背面照明和汽車前照燈。您不妨看看Lexus(雷克薩斯)、Audi(奧迪)、甚至GM(通用)公司的Cadillac Escalade所使用的標(biāo)準(zhǔn)LED汽車前照燈。所有這些汽車的總體照明結(jié)構(gòu)均很相似。每個(gè)汽車前照燈包括5種專為各種照明要求而優(yōu)化的LED供電光束，包括：近光燈、遠(yuǎn)光燈、轉(zhuǎn)彎輔助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號(hào)指示燈。

標(biāo)準(zhǔn)LED照明光束通常將需要35W至50W的供電功率。這或許看似不是很多的功率;然而，LED提供的亮度卻達(dá)到了HID鹵素?zé)舻?0倍，因此LED的光輸出就相當(dāng)于500W的鹵素?zé)簟＿h(yuǎn)光燈所需的功率一般與標(biāo)準(zhǔn)照明光束相同或略為高一點(diǎn)，而轉(zhuǎn)彎輔助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號(hào)指示燈所需的功率則較低。不過，該總體汽車前照燈會(huì)消耗200W以上的電能，因而有可能產(chǎn)生重大的熱功率耗散問題。這確實(shí)不是什么好事，因?yàn)殡S著工作溫度的升高，LED的光輸出和工作壽命將迅速降低。

處理該散熱問題方法有很多種。一種是增加大量的散熱器以把熱量從照明燈移走。然而，恒光，這會(huì)產(chǎn)生另一組問題，照明方案，包括因?yàn)樯�熱材料的使用而�?dǎo)致的成本和重量的增加。解決這一問題最有效的方法是采用一個(gè)具極高效率的驅(qū)動(dòng)器(效率>93%) 來最大限度地減少LED驅(qū)動(dòng)電路的熱耗散。這并不像聽起來那么困難，原因是一個(gè)50W的遠(yuǎn)光燈通常可由14個(gè)串聯(lián)的1A LED組成。由于整個(gè)溫度范圍內(nèi)的正向電壓降約為每個(gè)LED 4V,因此升壓轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠以93%的效率將12V的標(biāo)稱電池電壓提升至剛好超過56V.這使得僅需耗散3.5W的功率，照明產(chǎn)品，對(duì)于該功率耗散值，在安裝了LED汽車前照燈的印刷電路板內(nèi)布設(shè)低等級(jí)的銅散熱器便可輕松地滿足要求。

用太陽能電池板采集來的電能對(duì)蓄電池進(jìn)行充電時(shí)，關(guān)鍵的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)有哪些?

作為在商業(yè)和住宅環(huán)境中均具實(shí)用性的一種發(fā)電方法而言，太陽能電池板已經(jīng)被人們所廣泛接受。然而，盡管在技術(shù)方面取得了進(jìn)步，太陽能電池板的造價(jià)仍然很昂貴。這種高昂的成本有很大部分來自于電池板本身，這里，恒光電器,照亮您的生活，LED照明品牌，電池板的尺寸 (因而也包括其成本) 將隨著所需輸出功率的增加而增加。因此，為了造就外形尺寸最小、成本效益性最佳的解決方案，LED照明品牌，最大限度地提升電池板性能是很重要的。

一般而言，太陽能電池板所獲取的能量用于給電池充電，電池的儲(chǔ)能反過來將在沒有陽光照射的情況下為終端應(yīng)用電路的操作提供支持。如欲實(shí)現(xiàn)太陽能電池充電器的最佳設(shè)計(jì)，則必需對(duì)太陽能電池板的特性有所了解。首先，由于具有很大的結(jié)合區(qū)，因此太陽能電池板會(huì)發(fā)生泄漏，在黑暗條件下電池將通過電池板放電。而且，恒光，每塊太陽能電池板都擁有一個(gè)具最大功率點(diǎn)的特征IV曲線，所以，當(dāng)負(fù)載特性與電池板特性不相匹配時(shí)，能量提取將有所減少。理想的情況是：電池板將在最大功率點(diǎn)上被持續(xù)加載，以充分地利用可用的太陽能，并由此最大限度地縮減電池板成本。

一般情況下，可以采用一個(gè)與電池板相串聯(lián)的肖特基二極管來解決電池板的泄漏問題。反向泄漏被減小至一個(gè)很低的數(shù)值;然而，肖特基二極管的正向電壓降 (它在高電流條件下會(huì)消耗大量的功率) 仍然會(huì)造成能量損失。因此，需要采用昂貴的散熱器和精細(xì)的布局來把肖特基二極管保持于低溫狀態(tài)。解決該功率耗散問題的一種更加有效方法是用一個(gè)基于MOSFET的理想二極管來替代肖特基二極管。這將把正向電壓降減小到低至20mV，從而顯著地減少功耗，同時(shí)降低散熱布局的復(fù)雜性、外形尺寸和成本。幸運(yùn)的是，由于已經(jīng)有一些IC供應(yīng)商制造出了具有這種規(guī)格的理想二極管 (比如：由凌力爾特公司提供的LTC4412)，因此上述目標(biāo)得以輕松實(shí)現(xiàn)。

不過，有兩個(gè)問題依然存在，即：“至滿充電電池的浮動(dòng)電壓控制”和“在最佳發(fā)電點(diǎn)給電池板加載”.這些問題常常可以通過采用一個(gè)開關(guān)模式充電器和一個(gè)高效率降壓型穩(wěn)壓器來加以解決。

凌力爾特已經(jīng)開發(fā)出了這樣一款電路，它由LTC1625 No RESNSE(無檢測(cè)電阻器)同步降壓型控制器、LTC1541微功率運(yùn)算放大器、比較器和基準(zhǔn)、以及LTC4412理想二極管組成。下面給出了該電路以供參考：

圖1中的電路被置于太陽能電池板和電池之間，用于調(diào)節(jié)電池浮動(dòng)電壓。基于LTC1541的附加控制環(huán)路強(qiáng)制充電器在最大電池板功率點(diǎn)上運(yùn)作。這種效率的提升縮減了所需的電池板尺寸，因而降低了總體解決方案的成本。當(dāng)電池板峰值電源電壓和電池電壓之間存在失配時(shí)，這款電路的重要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)得尤為突出。

圖1:峰值功率跟蹤降壓充電器最大限度地提高了效率

為了滿足LED驅(qū)動(dòng)以及太陽能電池板電池充電器的設(shè)計(jì)需要，凌力爾特提供了各種各樣的產(chǎn)品。LT3595、LT3518和LT3755便是其中一些產(chǎn)品。

此類產(chǎn)品和LED驅(qū)動(dòng)器IC的一個(gè)實(shí)例是凌力爾特的LT3595降壓模式LED驅(qū)動(dòng)器，它具有16個(gè)單獨(dú)的通道，恒光，每個(gè)通道能夠從高達(dá)45V的輸入來驅(qū)動(dòng)一個(gè)由多達(dá)10個(gè)50mA LED所組成的LED串。每個(gè)通道可用于驅(qū)動(dòng)10個(gè)串聯(lián)LED以提供局部調(diào)光。于是，每個(gè)LT3595都能夠驅(qū)動(dòng)多達(dá)160個(gè)50mA白光LED.一臺(tái)46英寸LCD TV將需要為每部HDTV配用約10個(gè)LT3595.它的16個(gè)通道均可以獨(dú)立控制，恒光，并具有一個(gè)能夠提供高達(dá)5000:1 PWM調(diào)光比的單獨(dú)PWM輸入。

 «   1   2   »