恒流驅動源研究及其在太陽能LED路燈中的應用分析(圖)

一、 概述
太陽能的利用雖然有很多方法，但是像超大功率的太陽能發電站、家庭屋頂發電等都不適合中國的國情，唯一最簡單而最容易實現的是太陽能路燈。我國的路燈總數超過1億盞，只要其中的6000萬盞改成太陽能路燈，其每年節省的電量就超過一個三峽水電站的發電量。如果把今后每年新增的2000萬盞路燈全部改用太陽能路燈，三年下來又是一個三峽水電站。其節能的效果是非常可觀的，而且完全不需要興師動眾地動員全國的力量來興建，而這樣發動各級地方政府的力量和各個有關企業的力量就可以完成。

太陽能路燈的構成十分簡單（圖1）。

圖1：太陽能路燈的構成

太陽能路燈的安裝也十分簡單，幾乎就好像種樹一樣，挖一個坑，埋進去就可以了。不像采用交流電的路燈，需要鋪電纜、建造變壓器房、挖維修井…。雖然單個太陽能路燈的造價要比普通的高壓鈉燈的造價貴，但是，如果考慮鋪設電纜等的總體造價，二者就相差不多。再加上以后每年所節省的可觀的電費，可以說，太陽能路燈在一兩年之內所節省的電費就可以彌補其差價，以后所節省的電費就是純收益了。

從圖1所示的框圖中可見，其中最核心的部件，就是PWM調光控制器和恒流模塊。過去很多投資都投向太陽能電池、和LED。很少有人關心到這兩部分，以至于目前市面上的控制器大都沒有PWM調光的能力，而目前的恒流模塊絕大多數都是采用從國外進口的芯片。而國家也不重視這方面投入。這是一個很大的問題，當然也是有很大的機遇。

二、太陽能LED路燈為什么需要恒流驅動

除了發光效率以外，要使LED能夠成為一個實用的燈具還有一系列問題需要解決。其中最重要的就是它的恒流驅動。這是由以下幾個原因所決定的。

（一）太陽能LED路燈所用的蓄電池輸出電壓不恒定

在太陽能路燈中通常是采用鉛蓄電池作為能量儲存單元的，而鉛蓄電池的輸出電壓從滿充到滿放，其電壓變化是會接近20%的（圖2）。所以它所引起的LED電流變化就有可能超過4倍以上。

圖2：鉛蓄電池的放電曲線

某一公司的LED的伏安特性如圖3所示。

圖3：LED的伏安特性

假定初始的電壓為3.25V，這時的正向電流為350mA。假如供電電壓降低到2.6V（20％），這時的電流就不到40mA,降低了將近8.75倍。

而LED的發光亮度是直接和其正向電流有關的。同一廠家的同一 LED，其相對發光強度和正向電流的關系曲線如圖4所示。

圖4：相對光強和正向電流的關系

由圖中可以看到，如果正向電流從350mA降低8.75倍到40mA，其相對發光強度將從100降低到20。降低將近5倍。顯然這是完全不能允許的。所以一定要把電流恒定。

（二） LED發光的溫度不穩定

LED路燈通常在露天工作，其環境溫度的變化是很大的。
而LED的正向電流還和結溫有關，圖5就表明LED在不同結溫時的伏安特性。

圖5：在不同環境溫度時LED的伏安特性

LED的溫度系數通常為負的，也就是當溫度升高時（T1－>T2），伏安特性向左移動。其值大約是-2mV/℃，那么當其結溫增加50度時，其正向電壓就會降低0.1V，假如用恒壓電源供電時，其正向電流就會增加。比如，常溫25℃時LED最佳工作電流20mA，當環境溫度升高到85℃時，PN結電壓VF下降,工作電流急劇增加到35mA～37mA，但此時電流的增加并不會產生亮度的增加，稱為亮度飽和。同樣，當環境溫度下降至-40℃時，結電壓VF上升，最佳工作電流將從20mA減小到8mA~10mA，發光亮度也隨電流的減少而降低，達不到應用場所所需的照度。

而且當溫度變化時，LED的發光光譜也會發生變化。通常溫度增加時光譜的最大值是向波長長的方向漂移。大約是每升高10oC時漂移1nm，升高50度會產生5nm的變化（見圖6）。

圖6：LED發光的峰值波長隨環境溫度而變化

實際上，LED的光譜也是隨其正向電流改變而改變。這也是不希望的，所以一定要保持其正向電流恒定。采用恒流源供電以后，這種溫度變化所引起的電流變化就會轉化為其正向電壓的變化，從而不會引起亮度和光譜的變化。