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详解:太阳能LED草坪灯照明设计

上传人:未知

上传时间: 2011-07-04

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  DC升压电路其核心就是一个互补管振荡电路,其工作过程为:VQ2导通时电源通过L1、R6、VQ4向C2充电,由于C2两端电压不能突变,VQ3 b极为高电平,VQ3不导通,随着C2的充电其压降越来越高,VQ3 b极电位越来越低,当低至VQ3导通电压时VQ3导通,VQ5相继导通,C2通过VQ5 ce结、电源、VQ3 eb结(由于VQ2导通,我们假设其ec结短路,VQ3 e极直接电源正极)放电。

  当放完电后VQ3截止,VQ5截止,电源再次向C2充电,之后VQ3导通,VQ5导通,C2放电,如此反复,电路形成振荡,在振荡过程中,VQ5导通时电源经L1和VQ5 ce结到地,电流经L1储能,VQ5截止时L1产生感应电动势,和电源叠加后驱动LED,LED发光。本可以提高电池电压直接驱动LED,以提高效率,但电池电压提高,相应的太阳能电池价格也大幅提高,只要电路元件设置合适,其效率还是可以接受的。当白天充电不够时(如遇上阴雨天等),BT2可能发生过放电,这样会损坏电池,为此特加R5构成过放保护:当电池电压降至2V时,由于R5的分压使VQ4基极电位不足以使VQ4导通,从而保护电池。增加R5会影响VQ4的导通深度。

  4、光源优势及选择

  目前多数草坪灯选用LED作为光源,LED寿命长,可以达到100000小时以上,工作电压低,非常适合应用在太阳能草坪灯上。特别是LED技术已经经历了其关键的突破,并且其特性在过去5年中有很大提高,其性能价格比也有较大的提高。另外,LED由低压直流供电,其光源控制成本低,使调节明暗,频繁开关都成为可能,并且不会对LED的性能产生不良影响。还可以方便地控制颜色,改变光的分布,产生动态幻景,所以它特别适用在太阳能草坪灯上。

  但是LED有它许多固有的特性,使用时如果不注意就会造成不良后果。LED目前市场上销售的发光效率仅能达到15lmW,只能达到三色基色高效节能灯 1/3,三色基色高效节能灯的发光效率可以达到50-60lmW,从价格上看,目前生产每1m的成本:三色基色高效节能灯(含电子镇流器)0.022 元,2002年φ5mm白光LED价格为1.9-3.0元,目前生产每1m的成本价格相差悬殊。从使用寿命上看,三色基色高效节能灯(含电子镇流器)的寿命可以达到6000h,LED可以达到100000h以上,从表面上看LED寿命是三色基色高节能灯(含电子镇流器)的几十倍,但是事实并非如此。

  目前太阳能草坪灯大多数采用超高亮白光LED,它在20mA下超高亮白光LED光通维持率达到初始强度50%的时间(寿命)不到10000h,复旦大学电光源所曾经证明上述论点。这就是说,目前在许多情况下LED并非最好的太阳能草坪灯光源,除非它是低档的使用年限仅1-2年的太阳能草坪灯,或者是1W以下的太阳能草坪灯。对于1W以上的太阳能草坪灯,最好使用三色基色高效节能灯。目前有一些太阳能草坪灯用30-40只超高亮白光LED,输入功率2W以上,在这种情况下如果用三色基色高效节能灯,价格只有LED的1/10,光通量是原来的4倍,可喜的是现在已经研制成功2-10W的低压直流三色基色高效节能灯,寿命可以达到6000h。

  根据上面分析,我们认为1W以下的小功率太阳能草坪灯,有调节明暗,频繁开关的功能,一般应该使用LED作为光源。但是在使用超高亮白光LED时特别要注意光通维持率问题,否则容易引起质量事故。对于功率较大的太阳能草坪灯,目前使用三色基色高效节能灯比较合理。这里要强调的是,以上结论仅仅是目前的分析,当LED技术水平提高以后,价格下降,以上结论需要调整。

  5、遇到的问题

  5.1 光敏传感器

  太阳能草坪灯需要光控开关,设计者往往会用光敏电阻来自动开关灯,实际上太阳能电池本身就是一个极好的光敏传感器,用它做光敏开关,特性比光敏电阻好。对于仅仅使用一只1.2VNi-Cd电池的太阳能草坪灯来说,太阳能电池组件由四片太阳能电池串联组成,电压低,弱光下电压更低,以至天没有黑电压已经低于0.7V,造成光控开关失灵。在这种情况下,只要加一只晶体管直接耦合放大,即可解决问题。

  5.2 按蓄电池电压高低控制负载大小

  太阳能草坪灯往往对连续阴雨可维持时间要求很高,这就增加系统成本。我们在连续阴雨蓄电池电压降低时减少LED接入个数,或者减少太阳能草坪灯每天的发光时间,这样就能减少系统成本。

  5.3 太阳能电池封装形式

  目前太阳能电池的封装形式主要有两种,层压和滴胶。层压工艺可以保证太阳能电池工作寿命25年以上,滴胶虽然当时美观,但是太阳能电池工作寿命仅仅 1-2年。因此,1W以下的小功率太阳能草坪灯,在没有过高寿命要求的情况下,可以使用滴胶封装形式,对于使用年限有规定的太阳能草坪灯,建议使用层压的封装形式。

  5.4 闪烁变光

  渐亮渐暗是节能的好办法,它一方面可以增加太阳能草坪照射效果,另一方面可以通过改变闪烁占空比控制蓄电池平均输出电流,延长系统工作时间,或者在同等条件下,可减小太阳能电池的功率,成本将大幅度下降。

  5.5 三色基色高效节能灯的开关速度

  这个问题非常重要,它甚至决定着太阳能草坪灯的使用寿命,三色基色高效节能灯启动时有高达10-20倍的启动电流,系统在承受这样大的电流情况下可能电压有大幅度下降,太阳能草坪灯无法启动或者反复启动,直至损坏。

  5.6 升压电路效率的提高及对LED灯的影响

  小功率太阳能草坪灯一般都有升压电路,如果采用振荡电路,电感升压。电感采用标准色码电感器,标准色码电感器中使用开放磁路,磁通损失大,所以电路效率低。如果采用闭合磁路制造电感升压,如磁环,升压电路效率将有很大提高。LED的特性接近稳压二极管,工作电压变化0.1V,工作电流可能变化20mA左右。为了安全,普通情况下使用串联限流电阻,极大的能量损失显然不适合太阳能草坪灯,并且LED亮度随工作电压变化,而且一定要自动限流,否则将损坏 LED。一般LED的峰值电流50-100mA,反高能电池反接或者蓄电池空载,升压电路峰值电压过高时很可能超过这个极限,损坏LED。

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