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摘 要：太阳能LED路灯具有绿色、节能、长寿命等诸多优点，发展前景可观。选用SLM2842S驱动模块为载体，从供电、驱动和LED连接构架等方面展开论述，对太阳能LED路灯的研究和设计具有一定参考应用价值。
关键词：LED路灯 SLM2842S模块 升压恒流驱动 LED连接构架
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-029-03
1引言
太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源，其优点是极为丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。目前，LED照明技术日趋成熟，LED将会在照明行业内得到普及，进而引发人类照明史上的第四次革命。太阳能LED路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的LED 给道路带来照明，而且同时可以减少温室气体排放，实现绿色照明的目的。利用太阳能和LED光源制成各种新型太阳能路灯，相同照度情况下比不用LED 的太阳能路灯节约太阳能电池和蓄电池容量40%，光源寿命增加10倍，可靠性提高5倍，系统成本降低40%以上，同时也解决了常规太阳能路灯系统用交流逆变不可靠、低温启动难、系统造价高等缺点。这里想要从供电和驱动器来探讨其总体设计。
2 LED的恒流驱动特性
LED是一个很热的二极管。因为输入LED的电功率70%都变成热能，所以LED很热，必须考虑LED的温度特性。LED具有负温系数-2mV/℃，温度升高伏安特性左移。如图1，如果采用恒压电源就会加大光衰。随着LED温度升高，如果电源电压恒定，电流就会加大。例如，常温下3.3V时，电流20mA；85度时，电流35—37mA，亮度饱和并不增加。电流加大温升更高，结温升高的结果就是光衰加大。如果采用恒流电源供电，即使温度升高，电流不变，不会造成恶性循环。
同时，选用电流模式的恒流设计，可以让输出电流不受输入电压变化的影响，在电池满载以及快没电时，都能让路灯维持相同的亮度。
3 太阳能LED路灯的电源系统结构
太阳能LED路灯的结构如图2所示。太阳能电池板在太阳光的照射下，其内部PN结会形成新的电子空穴对，在一个回路里就能产生直流电流，这个电流流入控制器，会以某种方式给蓄电池充电。蓄电池在白天的时候会接受充电，而在晚上则会提供能量给LED。
蓄电池的电压越高越好，蓄电池电压越高，电流越小，效率越高。功率小于10W的草坪灯、庭院灯，可以采用6V、12V；大于10W以上，尽可能采用24V；特别高功率（60W以上），建议采用36V。
要特别注意导线的压降。大多数情况蓄电池放在下面，或埋入地下，功率越大、灯杆越高，引线越长，电流越大，压降也就越大。压降过大会超过恒流模块的最低工作电压，而无法工作甚至烧毁。所以功率越大就应该采用电压越高的蓄电池，以减小电流，当然也应该采用足够粗的引线。太阳能路灯常用24V。
4 LED升压型恒流驱动研究
按照输入输出电压的关系分类，分为升压型恒流驱动和降压型恒流驱动。如何选择升压还是降压型恒流源。一般来说，完全由实际情况决定。由太阳能电池板供电，通常其输出电压较低（12V或24V），需要采用升压型的恒流源。如果由交流市电供电，建议采用比较高的输出电压（36V）以提高效率，故采用降压型恒流源。
不论升压型还是降压型其效率主要取决于升压和降压的比值，比值较高，效率较低。所以要尽可能使输入电压接近于输出电压。假定要求驱动30W，10串3并1W，或10串3W，一般的恒流模块大约只能散热1.5W，这就要求效率高达95%。假定工作在升压方式，升压比应小于1.38，也就是要求输入电压为24V；假如输入电压为12V，其升压比就高达2.75，效率只有90%。耗散功率高达3W，就必须外加散热器。实际上假如是12V蓄电池供电，其最低电压只有10V，其升压比就高达3.3，效率只有88%，即使加散热器也无法实现。
太阳能路灯采用升压工作方式，这样可以减少系统中LED驱动器的数目，节约系统成本。
4.1传统升压驱动存在的问题
（1）电池使用寿命短：图3中，即使关断升压转换器主开关，Vin与Vout之间仍会形成一条电流泄露路径，如果在输出端接有任何负载，其中泄露电流Ileak接近于Vin/Rload，那么漏电流的存在使的蓄电池一直处于工作状态，这样将会缩短电池的使用寿命。
（2）无短路保护装置：图3中，当出现输出端短路时，电流经过电感器，整流器和地，仅仅受到印刷电路板迹线电阻、整流器寄生电阻和电感器DCR电阻的限制，没有其他任何保护措施，即使主开关关断，也照样存在这个问题。因此必须加设输入保险丝提供保护，以免出现短路。
4.2 SLM2842S恒流驱动模块实例
图4为大功率升压型SLM2842S实用电路。其输入电压6-29V，输出功率30W（10€？W），可用于太阳能路灯，可PWM调光。其输出电流可以在输入电压从8—28V范围内（变化达3.5倍）均保持不变。当输入电压从28V降低到8V时，LED中的电流只变化不到3%，如图5所示。这样就可以保证LED的亮度基本上不变。
5 太阳能LED路灯连接架构
LED串联个数不能超过10个。LED的亮度正比于正向电流，为了使流过各LED的亮度一致，要求各个LED串联，一般来说串联个数不能超过10个，因为超过10个以后，输出电压就会超过36V的安全电压。
假如两串LED并联，即使采用恒流电源供电，有一串中一个LED开路，所有电流都会流入另一串，使另一串电流加大一倍，很快就会坏掉，而且是所有LED都受到大电流的损坏；更多串并联可以减轻这个问题，但不能彻底解决，而且要求恒流源电流加大。LED串并联必须加保护，最简单的保护就是每个LED两两并联，但是如果一个开路，和它并联的另一个就会电流加倍，也很快烧坏，只是其他LED不会受到电流加倍的损坏。最简单的保护就是并联稳压管。
到底是几串几并？对于太阳能LED路灯，因为输入电压是由蓄电池决定的，而蓄电池的电压是12的整数倍（12V：10.7V-14.7V，24V：21.4-29.4V），在决定几串几并的时候必须考虑输出电压，不要落在输入电压的范围内。假如落在输入电压的范围内，就必须采用降压型恒流源，这种恒流模块的效率比较低，价格也比较高，应当尽可能避免。表1给出了SLM2842S模组的几种输出架构。
表1 SLM2842S模组的几种输出架构
表中加黑字为带散热器时的表面温度（在25℃室温时测试的结果）
6 结语
LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。近年来随着制造工艺的不断发展，大功率高亮度LED性能不断提高，价格不断下降，特别是在全球能源短缺的背景下，LED光源必将成为2l世纪的主导光源。
参考文献：
[1] 吕慧敏，蔡永泉.节能高手——LED的应用[J].现代显示，2006（12）：50-51.
[2] 孙晓娟.基于LM3423的太阳能LED路灯驱动器的设计[J].科技信息，2008（11）：85.
[3] 周志敏，纪爱华.白光LED驱动电路设计与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2009：207-212.
[4] Jen-Hau Cheng，Chun-Kal Liu，cooling Performance of Silicon-Based Thermoelectric Device on High Power LED，IEEE，2005，V01.19，No.23：53-55.
[5] 孙晓娟.基于LM3423的太阳能LED路灯驱动器的设计[J].科技信息，2008（11）：85.
[6] Eric Hoyt.汽车电子系统应用的LED驱动解决方案[J].世界电子元器件，2010（5）：46-47.
[7] 吴淑梅，霍彦明，徐梅.LED光源在照明中的应用[J].中国高新技术企业，2008（9）：43.
关键词：LED路灯 SLM2842S模块 升压恒流驱动 LED连接构架
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）012-029-03
1引言
太阳能是绿色能源中最重要的能源，是取之不尽、用之不竭、广泛存在的天然能源，其优点是极为丰富、洁净、安全、价廉，对生态平衡没有任何影响。目前，LED照明技术日趋成熟，LED将会在照明行业内得到普及，进而引发人类照明史上的第四次革命。太阳能LED路灯不仅能利用清洁免费的太阳能以及高效环保的LED 给道路带来照明，而且同时可以减少温室气体排放，实现绿色照明的目的。利用太阳能和LED光源制成各种新型太阳能路灯，相同照度情况下比不用LED 的太阳能路灯节约太阳能电池和蓄电池容量40%，光源寿命增加10倍，可靠性提高5倍，系统成本降低40%以上，同时也解决了常规太阳能路灯系统用交流逆变不可靠、低温启动难、系统造价高等缺点。这里想要从供电和驱动器来探讨其总体设计。
2 LED的恒流驱动特性
LED是一个很热的二极管。因为输入LED的电功率70%都变成热能，所以LED很热，必须考虑LED的温度特性。LED具有负温系数-2mV/℃，温度升高伏安特性左移。如图1，如果采用恒压电源就会加大光衰。随着LED温度升高，如果电源电压恒定，电流就会加大。例如，常温下3.3V时，电流20mA；85度时，电流35—37mA，亮度饱和并不增加。电流加大温升更高，结温升高的结果就是光衰加大。如果采用恒流电源供电，即使温度升高，电流不变，不会造成恶性循环。
同时，选用电流模式的恒流设计，可以让输出电流不受输入电压变化的影响，在电池满载以及快没电时，都能让路灯维持相同的亮度。
3 太阳能LED路灯的电源系统结构
太阳能LED路灯的结构如图2所示。太阳能电池板在太阳光的照射下，其内部PN结会形成新的电子空穴对，在一个回路里就能产生直流电流，这个电流流入控制器，会以某种方式给蓄电池充电。蓄电池在白天的时候会接受充电，而在晚上则会提供能量给LED。
蓄电池的电压越高越好，蓄电池电压越高，电流越小，效率越高。功率小于10W的草坪灯、庭院灯，可以采用6V、12V；大于10W以上，尽可能采用24V；特别高功率（60W以上），建议采用36V。
要特别注意导线的压降。大多数情况蓄电池放在下面，或埋入地下，功率越大、灯杆越高，引线越长，电流越大，压降也就越大。压降过大会超过恒流模块的最低工作电压，而无法工作甚至烧毁。所以功率越大就应该采用电压越高的蓄电池，以减小电流，当然也应该采用足够粗的引线。太阳能路灯常用24V。
4 LED升压型恒流驱动研究
按照输入输出电压的关系分类，分为升压型恒流驱动和降压型恒流驱动。如何选择升压还是降压型恒流源。一般来说，完全由实际情况决定。由太阳能电池板供电，通常其输出电压较低（12V或24V），需要采用升压型的恒流源。如果由交流市电供电，建议采用比较高的输出电压（36V）以提高效率，故采用降压型恒流源。
不论升压型还是降压型其效率主要取决于升压和降压的比值，比值较高，效率较低。所以要尽可能使输入电压接近于输出电压。假定要求驱动30W，10串3并1W，或10串3W，一般的恒流模块大约只能散热1.5W，这就要求效率高达95%。假定工作在升压方式，升压比应小于1.38，也就是要求输入电压为24V；假如输入电压为12V，其升压比就高达2.75，效率只有90%。耗散功率高达3W，就必须外加散热器。实际上假如是12V蓄电池供电，其最低电压只有10V，其升压比就高达3.3，效率只有88%，即使加散热器也无法实现。
太阳能路灯采用升压工作方式，这样可以减少系统中LED驱动器的数目，节约系统成本。
4.1传统升压驱动存在的问题
（1）电池使用寿命短：图3中，即使关断升压转换器主开关，Vin与Vout之间仍会形成一条电流泄露路径，如果在输出端接有任何负载，其中泄露电流Ileak接近于Vin/Rload，那么漏电流的存在使的蓄电池一直处于工作状态，这样将会缩短电池的使用寿命。
（2）无短路保护装置：图3中，当出现输出端短路时，电流经过电感器，整流器和地，仅仅受到印刷电路板迹线电阻、整流器寄生电阻和电感器DCR电阻的限制，没有其他任何保护措施，即使主开关关断，也照样存在这个问题。因此必须加设输入保险丝提供保护，以免出现短路。
4.2 SLM2842S恒流驱动模块实例
图4为大功率升压型SLM2842S实用电路。其输入电压6-29V，输出功率30W（10€？W），可用于太阳能路灯，可PWM调光。其输出电流可以在输入电压从8—28V范围内（变化达3.5倍）均保持不变。当输入电压从28V降低到8V时，LED中的电流只变化不到3%，如图5所示。这样就可以保证LED的亮度基本上不变。
5 太阳能LED路灯连接架构
LED串联个数不能超过10个。LED的亮度正比于正向电流，为了使流过各LED的亮度一致，要求各个LED串联，一般来说串联个数不能超过10个，因为超过10个以后，输出电压就会超过36V的安全电压。
假如两串LED并联，即使采用恒流电源供电，有一串中一个LED开路，所有电流都会流入另一串，使另一串电流加大一倍，很快就会坏掉，而且是所有LED都受到大电流的损坏；更多串并联可以减轻这个问题，但不能彻底解决，而且要求恒流源电流加大。LED串并联必须加保护，最简单的保护就是每个LED两两并联，但是如果一个开路，和它并联的另一个就会电流加倍，也很快烧坏，只是其他LED不会受到电流加倍的损坏。最简单的保护就是并联稳压管。
到底是几串几并？对于太阳能LED路灯，因为输入电压是由蓄电池决定的，而蓄电池的电压是12的整数倍（12V：10.7V-14.7V，24V：21.4-29.4V），在决定几串几并的时候必须考虑输出电压，不要落在输入电压的范围内。假如落在输入电压的范围内，就必须采用降压型恒流源，这种恒流模块的效率比较低，价格也比较高，应当尽可能避免。表1给出了SLM2842S模组的几种输出架构。
表1 SLM2842S模组的几种输出架构
表中加黑字为带散热器时的表面温度（在25℃室温时测试的结果）
6 结语
LED光源在道路照明中的应用已成为近年来半导体照明行业的热点。近年来随着制造工艺的不断发展，大功率高亮度LED性能不断提高，价格不断下降，特别是在全球能源短缺的背景下，LED光源必将成为2l世纪的主导光源。
参考文献：
[1] 吕慧敏，蔡永泉.节能高手——LED的应用[J].现代显示，2006（12）：50-51.
[2] 孙晓娟.基于LM3423的太阳能LED路灯驱动器的设计[J].科技信息，2008（11）：85.
[3] 周志敏，纪爱华.白光LED驱动电路设计与应用实例[M].北京：人民邮电出版社，2009：207-212.
[4] Jen-Hau Cheng，Chun-Kal Liu，cooling Performance of Silicon-Based Thermoelectric Device on High Power LED，IEEE，2005，V01.19，No.23：53-55.
[5] 孙晓娟.基于LM3423的太阳能LED路灯驱动器的设计[J].科技信息，2008（11）：85.
[6] Eric Hoyt.汽车电子系统应用的LED驱动解决方案[J].世界电子元器件，2010（5）：46-47.
[7] 吴淑梅，霍彦明，徐梅.LED光源在照明中的应用[J].中国高新技术企业，2008（9）：43.