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LED路灯设计时如何挑选恒流模块

2014-11-13 11:19:02

  LED太阳能路灯

  LED太阳能路灯的最大特点就是它一般是由蓄电池供电的,而蓄电池有一些特点是需要思考的:

  1、电池只有几种规定的电压,12V是最常使用的,由于它是汽车电池的规范电压。24V就需要用两个串联。36V就更少见了。为此,在太阳能LED路灯中经常需要选用升压型的恒流驱动模块。这就影响了恒流模块的功率。

  2、太阳能路灯中另一个需要思考的问题是输入电压的改变。

  关于恒流源的输出功率和功率来说,要得到最高的功率就要保持输入和输出电压的比值越挨近1越好。可是如果输入电压不稳。那么就很难保持在最高功率的最佳状况。太阳能LED路灯系统一般选用蓄电池作为能量储存单元。而蓄电池在刚充满电和快放完电的时分电压会有较大的改变。一般这种改变超过30%以上。例如关于12V的蓄电池,其输出电压能够在14.8V改变到10.8V。当然关于恒流模块来说,这样的改变是完全能够承受的。也就是完全能够在这样大的改变范围内保持其输出电流的恒定。可是这也是有代价的,那就是不能工作于最佳状况。所谓最佳状况就是指功率最高的状况。或是输出功率最高的状况。

  关于恒流模块来说,不管是升压型还是降压型,只有当输出电压最挨近输入电压的时分,功率最高。一般输出电压是由负载决定的,是很少改变的。所以当输入电压在一个范围内改变时,它的功率也跟着改变。为了保证在最坏情况下也能工作,就不能工作在最佳状况了!

  关于SLM2842S升压型恒流模块,假设输出功率为27瓦,那么升压比越挨近1,功率就越高!芯片的温升就越低!寿命和可靠性也就越高(见图1)。


图1. SLM2842S在输出功率为27.5W时,芯片表面温度和升压比的关系

  从图中能够看出,芯片封装也是很重要的,选用QFN的芯片封装显然好于选用TSSOP的芯片封装,由于它的热阻要低很多。所以在购买模块时也要了解所选用芯片的封装(尽可能选用QFN封装的,尽量不要选用TSSOP封装的)。

  除了要思考外壳温度以外,还要思考最大输入电流。由于SLM2842的最大输入电流为3A。在核算最大输入电流时,要思考恒流模块本身的功率。现在假定是90%,同时假定输出功率是32W,除以0.9就是35.5W,而当输入电压为14.8V时,输入电流为2.4A,没有超出允许的3A;可是当蓄电池电压下降至10.8V时,输入电流就到达3.28A,这就超出了3A,芯片就会自动停止工作。所以假设不思考蓄电池的电压改变是很危险的设计!

  那么是不是能够选用2个蓄电池串联呢?在这里也是不行的,由于这样的话,输入电压刚好和输出电压一样,都是在24V左右。这时分就必须选用升降压型的SLM2842SJ。

  升降压型的恒流模块的特点是不管输入电压如何改变,使得其低于或高于输出电压时,其输出电流都不变。也就是说它能够自动地根据输入电压和输出电压之间的关系自动地从升压变为降压。例如,升降压恒流模块SLM2842SJ能够在输出电流为1A,输出电压为13V时,输入电压从7.5V一直升至25V都能保持输出电流为恒定的1A。那么是不是所有情况下都尽可能选用升降压型呢?不是这样的,由于升降压型的输出功率比较小,而且它的功率低,代价贵,不是必要情况下尽量少用。

  那能不能用三个蓄电池串联,而选用降压型的恒流模块呢?理论上是能够的,这时分还能够得到更高的功率,可是由于三个蓄电池串联有可能会用了过大的容量(安时),而且增加了成本,增加了维护时更换蓄电池的几率。总体上是不合算的。

  所以关于太阳能LED路灯的设计,能够归纳如下:

  如上所述,3个蓄电池串联是不建议使用的,所以假设总功率大于60W,那时分太阳能电池板的尺寸也会过大而抗风力下降,所以建议选用可调光控制器,以尽量减少亮灯时间和亮度。这样能够节约大约40-50%的容量。这样,仍然能够选用2个12V蓄电池串联的计划。

  市电LED路灯

  在市电的情况下最佳先用恒压电源稳压然后再选用多个恒流模块恒流。这样做的最大好处就是能够在各种不同的LED连接架构下得到最高的功率。由于能够任意挑选恒压源的输出电压而到达最佳的匹配。而且灵活性高,很简单改变其组合。

  市电的恒压源是一种非常老练的商品,它一般具有如下的优点:

  1. 输入电压范围宽,能够适用于各国不同的电压标准。

  2. 功率高,一般能够做到90%以上。

  3. 功率因素高,一般能够做到0.99以上

  4. 具有防浪涌措施,可抗雷击4kv以上,能够保护后面的电路。

  5. 具备完善的过流,过压,短路,过功率保护功能

  6. 成本低

  7. 最大的优点是很简单挑选其输出电压以便和负载电压挨近从而得到最高的功率

  下面就来举一个例子:

  这是一个LED功率为112W的路灯,LED模块分为4组,每组为7串4并,28W。

  我们选用了香港炜达电子公司的150W,输出28V的市电稳压电源VP28SA150U,其总体框图如图2所示:


图2. 市电LED路灯的通用结构


  由于负载是7串4并。其电压为23-24V左右,所以选用了输出为28V的开关电源,这样就能够选用降压型的恒流源。而且由于其输出电压十分挨近输入电压,从而能够实现很高的功率。实测的结果为从输入到输出的总功率为90.9%,功率因素为0.996。

  这种恒压和恒流分开的计划的最大优点是能够插入程序调光系统。这样能够进一步节约电能40%以上,这是任何直接恒流输出计划所无法实现的。

  而且这种计划又能够配合各种不同的LED连接架构。例如假定LED为10串3并。那么只要把上面图中的稳压源的输出改为36V,其他一切都不变就能够了。这时恒流源本身的功率能够高达98%。