è¿‘å¹´æ¥,业界越æ¥è¶Šå…³æ³¨åˆ©ç”¨å¯å†ç”Ÿçš„清æ´èƒ½æº 太阳能进行街é“照明。典型太阳能街é“ç…§æ˜Žç³»ç»Ÿç”±å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± æ¿ã€å……电控制器ã€è“„ç”µæ± ã€å…‰æºä»¥åŠç¯æ†ç‰ç»„æˆ,如图1所示。而在照明光æºæ–¹é¢,ç»åŽ†äº†ä»Žç™½ç‚½ç¯ 到è§å…‰ç¯å’Œé«˜å¼ºåº¦æ°”体放电ç¯(HID)ç‰ä¸‰ä¸ªé‡è¦é˜¶æ®µ,如æ¤å‰è§å…‰ç¯å’ŒHIDå‡å·²è¢«ç”¨äºŽå¤ªé˜³èƒ½è¡—ç¯ã€‚
相比较而言,å‘光二æžç®¡(LED )被视作照明光æºçš„第四个é‡è¦é˜¶æ®µã€‚LED具有ç€é«˜èƒ½æ•ˆã€è¶…长工作寿命ã€ä½Žç›´æµç”µåŽ‹å·¥ä½œã€å‘出指å‘å…‰ã€èƒ½å¤Ÿæ供多ç§è‰²å½©åŠç™½å…‰ã€å°å·§ã€å…·æœ‰å›ºæ€å™¨ä»¶çš„强固性ã€ä¸å«æ±žç‰ä¼—多优势,å› æ¤,业界越æ¥è¶Šå¤šåœ°å°†LED用于太阳能街é“照明。且LED的能效åŠå…‰è¾“出性能已大幅æå‡,公开宣称的最强白光LEDç ”å‘能力已ç»è¾¾åˆ°132至136æµæ˜Ž/瓦(lm/W),è¿™ç§èƒ½æ•ˆæ°´å¹³å·²ç»é«˜äºŽä¼ 统的è§å…‰ç¯å’ŒHID金属ç¯ã€‚特别是到2008å¹´,白光LED已实现大批é‡å•†ä¸šåŒ–生产,为LED更大规模地进军太阳能街ç¯åº”用打开了大门。
采用最大峰值功率追踪技术æå‡å¤ªé˜³èƒ½æ¿èƒ½æ•ˆ
对于太阳能街ç¯è€Œè¨€,æé«˜å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± æ¿çš„光电转æ¢èƒ½æ•ˆ(ç›®å‰ä»…为约30%)éžå¸¸é‡è¦ã€‚å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± æ¿çš„电压-电æµ(V-I)特性曲线呈现éžçº¿æ€§å’Œå¯å˜æ€§,è¦ä»Žä¸å¸å–最大é‡çš„电能éžå¸¸å›°éš¾ã€‚这需è¦å¤ªé˜³èƒ½LEDè¡—ç¯çš„充电控制器åŠå…¶å®ƒç›¸å…³ç”µå 电路(一般采用微控制器æ¥å®žçŽ°)å°½å¯èƒ½é‡‡ç”¨æœ‰æ•ˆçš„控制方法以æ高能效,从而å‘挥最大优势。
基本型的充电控制器设计用于ä¿æŠ¤ç”µæ± å…å—è¿‡å……æˆ–æ¬ å……å½±å“,并防æ¢åå‘电æµã€‚脉宽调制(PWM)åž‹æŽ§åˆ¶å™¨ä¼šæŽ§åˆ¶å¯¹ç”µæ± å……ç”µçš„ç”µé‡,并å¯å®žçŽ°ç»†æµå……电(tricklecharge),从而ä¿æŠ¤ç”µæ± 并延长使用寿命。而最新支æŒæœ€å¤§å³°å€¼åŠŸçŽ‡è¿½è¸ª(MPPT)åŠŸèƒ½çš„æŽ§åˆ¶å™¨èƒ½å¯¹å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± ä¸æ–å˜åŒ–çš„V/I特性曲线æ供补å¿,ä¼˜åŒ–å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± çš„åŠŸçŽ‡è¾“å‡º,æ高能效,å¹¶ä½¿è“„ç”µæ± å……ç”µè‡³ä¼˜åŒ–ç”µé‡ã€‚
具体而言,å½“æˆ‘ä»¬å®žé™…ä¸Šæ— æ³•æ”¹å˜è´Ÿè½½æ—¶,MPPTåŠŸèƒ½ä½¿å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± â€œè®¤ä¸ºâ€è´Ÿè½½æ£åœ¨å‘生å˜åŒ–;通过这ç§æ–¹å¼,MPPT“欺骗â€å¤ªé˜³èƒ½æ¿è¾“出希望所得到的电压和电æµ,从而å…è®¸æ›´å¤šç”µèƒ½è¾“å…¥è‡³è“„ç”µæ± ã€‚
安森美åŠå¯¼ä½“针对太阳能æ¿ç”µæ± 充电控制应用解决方案,å…¶æ ¸å¿ƒé‡‡ç”¨CS51221增强型电压模å¼PWM控制器,支æŒæœ€å¤§å³°å€¼åŠŸçŽ‡è¿½è¸ª,输入电压为12至24V,输出电æµä¸º12V@2A,并æä¾›å¯è°ƒèŠ‚é€è„‰å†²é™æµã€è¾“å…¥æ¬ åŽ‹é”定和输出过压é”定ç‰ä¿æŠ¤ç‰¹æ€§ã€‚该控制器æ供辅助输入端,ç”¨äºŽè¿œç¨‹ä¼ è¾“å’Œç›‘æŽ§ï¼›èƒ½å¤Ÿé€‚åº”åŠŸçŽ‡é«˜è‡³90W的太阳能æ¿åº”用。
在应用电路ä¸,需è¦é’ˆå¯¹CS51221选择åˆé€‚的拓扑结构。所选择的拓扑结构è¦èƒ½å¤Ÿåœ¨ä¸€ä¸ªè“„ç”µæ± çš„æƒ…å†µä¸‹å°†å¤ªé˜³èƒ½æ¿è¾“出电压é™è‡³12V,è€Œåœ¨æœ‰ä¸¤ä¸ªæˆ–å¤šä¸ªè“„ç”µæ± æƒ…å†µä¸‹,也能轻易修改,支æŒå‡åŽ‹è‡³24V。CS51221本身能够é…置为æ£æ¿€ã€å激或å‡åŽ‹æ‹“扑结构。安森美åŠå¯¼ä½“针对太阳能æ¿å……电控制应用所推出的å‚考设计ä¸,选择的是å激拓扑结构。
在应用ä¸,通过在ISET引脚动æ€åœ°è°ƒèŠ‚电æµé™åˆ¶,从而实现最大峰值功率追踪功能。一旦输入电压é€è„‰å†²ä¸‹é™,电æµé™åˆ¶å°±ä¼šè¢«é™ä½Ž,直至输入电压æ¢å¤ã€‚è¿™ç§æ–¹å¼æ¶ˆé™¤äº†ä½¿ç”¨ä»·æ ¼æ˜‚贵的微控制器(MCU)的需è¦ã€‚è¿™æ ·å®žçŽ°çš„å……ç”µæŽ§åˆ¶å™¨ä¼šå‘现峰值功率点并进行动æ€è°ƒèŠ‚,使其符åˆä¸æ–å˜åŒ–çš„ç”µæº ç‰¹æ€§ã€‚
通过采用最大峰值功率追踪技术,å¯ä»¥æœ‰çº¦30%çš„é¢å¤–电è·ä»Žå¤ªé˜³èƒ½æ¿ä¼ è¾“è‡³è“„ç”µæ± ,è¿™æ ·å°±å¯ä»¥ä½¿å¤ªé˜³èƒ½è¡—ç¯ç³»ç»Ÿé‡‡ç”¨å°ºå¯¸æ›´å°çš„太阳能æ¿ã€‚如在获得相åŒç”µèƒ½çš„情况下,å¯ä»¥é‡‡ç”¨å¸¦MPPT功能的60W功率太阳能æ¿æ¥æ›¿ä»£é‡‡ç”¨åŸºæœ¬å……电控制器的90W功率太阳能æ¿ã€‚按照输出æ¯ç“¦ç”µèƒ½éœ€è¦çº¦ä»·å€¼4美元的太阳能æ¿æ¥è®¡ç®—,功率å‡å°‘30W所带æ¥çš„太阳能æ¿æˆæœ¬èŠ‚çœå°±å¯è¾¾åˆ°120美元,从而带æ¥æ˜¾è‘—çš„æˆæœ¬é™ä½Žæ”¶ç›Šã€‚
应对LED性能æå‡çš„驱动电路设计ç–ç•¥åŠè§£å†³æ–¹æ¡ˆ
如å‰æ‰€è¿°,在太阳能街é“照明系统的光æºæ–¹é¢,LEDæ£åœ¨å–ä»£ä¼ ç»Ÿçš„è§å…‰ç¯å’Œé«˜å¼ºåº¦æ°”体放电ç¯(HID)。HID包括金属å¤åŒ–物ç¯(简称“金å¤ç¯ â€)ã€é«˜/ä½ŽåŽ‹é’ ç¯å’Œæ°´é“¶è’¸æ°”ç¯ç‰å¤šç§ç±»åž‹,å…¶ä¸,å‡å€Ÿç€ç›¸å¯¹è¾ƒé«˜çš„å‘光效率,金属å¤åŒ–物ç¯åº”用得更为普é。
如今,éšç€LED性能的快速æå‡,它在替代金å¤ç¯æ–¹é¢æ˜¾ç¤ºå‡ºäº†æ›´å¤§æ½œåŠ›,è¦æä¾›åŒç‰çš„光输出,所使用的LEDæ•°é‡å°†ä¼šæ›´å°‘,从而æä¾›LEDçš„ç»æµŽé€‚用性。以100W金å¤ç¯ä¸ºä¾‹,其平å‡å…‰è¾“出æµæ˜Žæ•°ä¸º3,500æµæ˜Ž(lm),这功率ç‰çº§æ‰€éœ€è¦é‡‡ç”¨çš„LEDæ•°é‡åœ¨2007年是30个;预计到2012å¹´,æ•°é‡ä¼šå‡å°‘到20个ï¼æ‰€ä»¥LED将具有越æ¥è¶Šå¤§çš„ç»æµŽé€‚用优势。
ä¸ºäº†å› åº”LED性能快速æå‡çš„趋势,并维æŒè®¾è®¡åœ¨è¾ƒé•¿æ—¶æœŸå†…的适用性,必须采用一些实用的设计ç–ç•¥,如模å—化替代ã€ä½¿ç”¨å¯¿å‘½å‘¨æœŸåˆ†æžå’Œç‰©æ–™æ¸…å•(BOM)æˆæœ¬é™ä½Žç‰ã€‚
首先,在模å—化途径替代金å¤ç¯å…‰æºæ–¹é¢,å¯ä½¿æ¯ä¸ªLEDå…‰æ¡é‡‡ç”¨å›ºå®šæ•°é‡çš„LED。éšç€LED在光输出ç‰æ–¹é¢æ€§èƒ½çš„æŒç»æå‡,è¦æ供相åŒçš„总光能输出,å°±å¯ä»¥ä½¿ç”¨æ›´å°‘çš„LEDå…‰æ¡,从而é™ä½Žéœ€è¦ä½¿ç”¨çš„LEDçš„æˆæœ¬ã€‚
其次,在设计过程ä¸,è¦æœ‰æ•ˆåœ°åˆ©ç”¨LED使用寿命周期分æž,从而æå‰é¢„知å¯èƒ½çš„åŽæžœã€‚例如,在采用目å‰å¸‚场上性能最高的LED进行原型设计方é¢,虽然相关的æˆæœ¬è¾ƒä¸ºé«˜æ˜‚,但éšç€LED性能的æå‡åŠä»·æ ¼çš„下é™,è¿™ç§æ–¹å¼èƒ½å¤Ÿç¼”é€ å‡ºåœ¨æœªæ¥è¾ƒé•¿æ—¶æœŸå†…具有更高竞争力和更长使用寿命的产å“。æ¤å¤–,éšç€LED性能的æå‡åŠç”±æ¤å¸¦æ¥çš„å•ä¸ªè®¾è®¡ç”¨é‡å‡å°‘,在LED驱动器设计方é¢ä¹Ÿéœ€è¦æ›´å¥½åœ°è§„划相关的çµæ´»æ€§,åšåˆ°ç›¸åº”çš„BOMæˆæœ¬é™ä½Žã€‚
以一个典型的太阳能街ç¯LED驱动设计为例,我们å¯ä»¥å®šå‡ºè¿™æ ·çš„ç›®æ ‡ï¼šåˆå§‹å…‰è¾“出为4,200lm;光能效适用,采用å•å±‚å…‰å¦å™¨ä»¶ï¼›é‡‡ç”¨+12Vç”µæ± å·¥ä½œã€‚
与æ¤ç›¸åº”,å‡å®šæ‰€ä½¿ç”¨çš„LED规范如下:
输出:典型100lm@350mA@结温度(Tj)=25℃
驱动电æµï¼š350mA
光电器件:å•å±‚,且耦åˆè‰¯å¥½,å…‰å¦æŸè€—仅为12%
最高环境温度:40℃
驱动器æŸè€—:10%(ç›®æ ‡èƒ½æ•ˆ90%)
è¿™æ ·ä¸€æ¥,我们就首先需è¦ä¼°è®¡LEDæ•°é‡åŠæ€»åŠŸçŽ‡ã€‚由于Tj=25℃时LED光输出为100lm,而Tjå‡é«˜æ—¶LED光输出会é™ä½Žï¼›Tj为90℃时,LED光输出会下é™20%,å³è¾“出é™ä¸º80lm。由于光器件的光å¦æŸè€—为12%,所以æ¯ä¸ªLED的光输出就为约71lm。由于需è¦çš„总光能输出为4,200lm,所以计算出的所需LEDæ•°é‡ä¸ºçº¦60个。相应的,总输出功率为:3.6V(LED工作电压)???0.350A(输出电æµ)???60(LEDæ•°é‡)=76W。由于驱动器的员耗约为15%,所以ç¯å…· 总功率约为89W。
而在拓扑结构方é¢,需è¦é‡‡ç”¨æ’æµæž¶æž„æ¥è¿›è¡Œé©±åŠ¨ã€‚æ¤å¤–,需è¦èƒ½å¤Ÿæ ¹æ®ä¸åŒLEDæ•°é‡æ¥è°ƒèŠ‚LED输出电æµã€æ»¡è¶³è¾ƒé«˜èƒ½æ•ˆè¦æ±‚ã€ç³»ç»Ÿé€”径具有高性价比åŠæ˜“于实现。
针对上述设计è¦æ±‚,å¯ä»¥é‡‡ç”¨å®‰æ£®ç¾ŽåŠå¯¼ä½“的稳压器 NCP3066æ¥å®žçŽ°é©±åŠ¨è§£å†³æ–¹æ¡ˆã€‚NCP3066是一款高亮度LEDæ’æµé™åŽ‹ç¨³åŽ‹å™¨,带专用“å¯ç”¨â€å¼•è„šç”¨äºŽå®žçŽ°ä½Žå¾…机能耗,具有平å‡ç”µæµæ„Ÿæµ‹åŠŸèƒ½(电æµç²¾åº¦ä¸ŽLEDæ£å‘ç”µåŽ‹æ— å…³),æä¾›0.2V电压å‚考,适åˆå°å°ºå¯¸/低æˆæœ¬æ„Ÿæµ‹ç”µé˜»ã€‚该器件采用滞环控制,ä¸éœ€è¦çŽ¯è·¯è¡¥å¿,易于设计。需è¦æŒ‡å‡ºçš„是,NCP3066也å¯ç”¨ä½œPWM控制器,如å¯é‡‡ç”¨100V外部N沟é“FETæ¥è¿›è¡Œå‡åŽ‹ã€‚针对4至30W功率的ä¸åŒåº”用,å¯æä¾›ä¸åŒMOSFET选择。
在设计途径上,我们进行模å—化设计,å³é‡‡ç”¨8个LEDå…‰æ¡,æ¯ä¸ªå…‰æ¡å«1个驱动器电路åŠ8个LEDã€‚è¿™æ ·LED总数å³ä¸º64个,接近所è¦æ±‚çš„60个LEDæ•°é‡,å¯ä»¥æ供所è¦æ±‚的功率åŠå…‰è¾“出,并具有æžé«˜çš„能效。
总结:
本文探讨了如何利用安森美åŠå¯¼ä½“çš„CS51221充电控制器,并结åˆæœ€å¤§å³°å€¼åŠŸçŽ‡è¿½è¸ª(MPPT)功能æ¥æœ€å¤§é™åº¦æå‡å¤ªé˜³èƒ½ç”µæ± æ¿ä¸ºLEDè¡—ç¯ä¾›ç”µçš„能效åŠé™ä½Žç›¸å…³æˆæœ¬,以åŠå¦‚何利用安森美åŠå¯¼ä½“çµæ´»çš„NCP3066控制器æ¥é©±åŠ¨ç”µæ± 供电的LEDè¡—ç¯åŠç›¸å…³çš„设计ç–ç•¥,帮助客户缩çŸå¤ªé˜³èƒ½LEDè¡—ç¯çš„设计过程,åŠ å¿«äº§å“上市。
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