發(fā)布時(shí)間:2018/9/20 10:16:47 來(lái)源:本站
在我們的日常生活中,路燈是必不可少的。然而,傳統(tǒng)燈泡的功耗很大,壽命短、存在汞污染,路燈的低壓輸電線路長(zhǎng)使得線損也大等缺點(diǎn)。在提倡新能源的今天,利用太陽(yáng)能供電路燈,發(fā)展獨(dú)立的城市路燈,無(wú)需鋪設(shè)線纜、無(wú)需產(chǎn)生電費(fèi)、而且節(jié)能環(huán)保[1]。大功率白光LED照明的高效、節(jié)能、環(huán)保,壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為新一代光源,所以太陽(yáng)能LED路是目前很多城市新架路燈的選擇。
太陽(yáng)能LED路燈以太陽(yáng)輻射作為能源,白天利用太陽(yáng)能電池板轉(zhuǎn)化太陽(yáng)能給蓄電池進(jìn)行充電,晚上蓄電池給LED光源供電照明使用,其系統(tǒng)由一下幾部分組成:太陽(yáng)能電池板,太陽(yáng)能控制器,蓄電池,LED路燈,LED驅(qū)動(dòng)電源、其功能框圖如圖1所示。從圖中可以看出,太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生電能,控制器把產(chǎn)生的電能進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整后的能量按蓄電池的特性曲線對(duì)蓄電池組進(jìn)行充電。在需要時(shí),控制器把蓄電池的電能送往LED供電,在輸送過(guò)程中,LED驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)蓄電池的電壓進(jìn)行合適的電壓變換供給LED,使LED正常工作。
圖1 太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)框圖
本文設(shè)計(jì)的一架路燈由2個(gè)LED光源,每個(gè)LED光源功率12W。根據(jù)負(fù)載日耗電量確定太陽(yáng)能電池板方陣總?cè)萘。一般太?yáng)能發(fā)電時(shí),太陽(yáng)能電池板總?cè)萘?負(fù)載日耗電量×太陽(yáng)能電池板有效功率系數(shù)×蓄電池有效充電系數(shù)×陰雨天系數(shù)×逆變效率系數(shù)/每天的有效日照時(shí)間。根據(jù)計(jì)算,并留有一定余量,所設(shè)路燈的太陽(yáng)能電池板選用100W。根據(jù)公式,蓄電量容量=日耗電量×放電深度系數(shù)×陰雨天數(shù)×逆變效率系數(shù)/系統(tǒng)電壓,確定所涉及路燈的蓄電池容量為24V 250AH。選用市場(chǎng)中常用的鉛蓄電池12V 250AH,因?yàn)閱蝹(gè)電池不能滿足,故需要2個(gè)鉛蓄電池串聯(lián).。在太陽(yáng)能控制器的作用下,就把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為24V的直流電,并存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)。
LED的光通量和其正向電流成正比的關(guān)系,因此可以通過(guò)控制LED的正向電流來(lái)控制其發(fā)光亮度。LED驅(qū)動(dòng)電路有恒壓源驅(qū)動(dòng)、恒流源驅(qū)動(dòng)。恒壓源驅(qū)動(dòng),較小的電壓變化會(huì)引起較大的電流變化,所以只適用于要求不高的小功率場(chǎng)合下,在要求較高的場(chǎng)合或大功率的場(chǎng)合下LED都采用恒流驅(qū)動(dòng)。傳統(tǒng)LED的調(diào)光方式有模擬線性調(diào)光,可控硅LED調(diào)光。模擬線性調(diào)光是通過(guò)改變驅(qū)動(dòng)LED恒流源的電流達(dá)到改變LED亮度的,是調(diào)控亮度最簡(jiǎn)單的方法,但會(huì)產(chǎn)生LED閃爍和嚴(yán)重的顏色偏移,只能用在對(duì)顏色保真度要求很低的場(chǎng)合。可控硅LED調(diào)光是通過(guò)改變導(dǎo)通角以調(diào)節(jié)輸入電壓有效值來(lái)調(diào)光的,是白熾燈和LED節(jié)能燈中普遍采用的一種調(diào)光方式,其優(yōu)點(diǎn)在于工作效率高,性能穩(wěn)定,缺點(diǎn)是可控硅導(dǎo)通后需要一個(gè)維持電流來(lái)維持導(dǎo)通,功率因數(shù)一般低于0.5(而且導(dǎo)通角越小,功率因數(shù)月低),而且電路中還會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的電磁干擾。新型PWM調(diào)光是保持驅(qū)動(dòng)電流不變,通過(guò)開(kāi)關(guān)模式控制LED的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間,調(diào)節(jié)輸出電流的占空比,改變輸出電流的有效值,從而改變LED 的光通量進(jìn)行調(diào)光的。文中基于PWM調(diào)光技術(shù),采用CMOS型7555定時(shí)芯片,設(shè)計(jì)一款實(shí)用的發(fā)光亮度高,功耗低的LED驅(qū)動(dòng)電路。
3.1 雙極型NE555簡(jiǎn)介
雙極型NE7555定時(shí)器是一種模擬、數(shù)字混合式集成電路,在信號(hào)產(chǎn)生與變換、自動(dòng)控制領(lǐng)域等許多方面有著廣泛的應(yīng)用,可在很寬的電源電壓范圍內(nèi)工作,并可承受較大的負(fù)載電流,其工作電壓范圍5~16V,最大負(fù)載電流達(dá)200mA。它的8個(gè)引腳如圖2所示,1引腳是接地端,2引腳地處發(fā)端,3引腳輸出端,4引腳復(fù)位端,5引腳電壓控制端,6引腳高出發(fā)端,7引腳放電端,8引腳電源端。
3.2 電源總體設(shè)計(jì)
通過(guò)分析NE555的數(shù)據(jù)手冊(cè),本論文設(shè)計(jì)了如圖2所示的驅(qū)動(dòng)電路原理圖。太陽(yáng)能蓄電池提供的是24V直流電,而NE555電源電壓為5~16V,所以加裝了一個(gè)W7815穩(wěn)壓電路,將24V直流電降壓到15V以供PWM調(diào)光電路使用。為了不被人眼感覺(jué)亮度差異,設(shè)定NE555輸出震蕩頻率在400HZ,根據(jù)公式,占空比,確定R1和R2的比值。每顆LED導(dǎo)通壓降3.3V,導(dǎo)通電流0.37mA,利用串并聯(lián)結(jié)構(gòu),電路正常工作時(shí),LED負(fù)載功率為12W。為了克服電流不穩(wěn)導(dǎo)致的LED閃爍現(xiàn)象,并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)光,在LM358的同相輸入端加入分壓電阻R3和R4,由于PROTEUS仿真軟件內(nèi)沒(méi)有光敏電阻,所以暫時(shí)用電阻R4來(lái)代替光敏電阻Cds,將實(shí)測(cè)光敏電阻的阻值帶入R4電阻來(lái)模擬驗(yàn)證。調(diào)光電阻R5決定著LED的電流大小,為了使每串LED產(chǎn)生的電流控制在370mA,,經(jīng)過(guò)模擬驗(yàn)證,R5的最佳取值為1Ω。
圖2 基于NE555的LED驅(qū)動(dòng)電路原理圖
表1 光敏電阻9.6K:R3:ILed關(guān)系
表2 光敏電阻9.6K:R3:ILed關(guān)系
表3 光敏電阻9.6K:R3:Led關(guān)系
表4 光敏電阻9.6K:R3:ILed關(guān)系
本文采用的PGM5516光敏電阻的阻值范圍約在0.66K~104K之間,通過(guò)在旁邊用光照計(jì)(LX-150)實(shí)際測(cè)量光的變化,實(shí)驗(yàn)得出得出光敏電阻實(shí)測(cè)阻值與環(huán)境光照度對(duì)照關(guān)系數(shù)據(jù),從中我們可以知道當(dāng)光敏電阻的工作范圍在(22Lux~405Lux)時(shí),其阻值為9.6K~1.8K。電路工作時(shí),光敏電阻的阻值與電阻R3的阻值需要適當(dāng)?shù)膶?duì)應(yīng),所以電阻R3阻值設(shè)定必須配合光敏電阻的阻值。如果調(diào)光范圍為22Lux~405Lux,通過(guò)PROTEUS模擬仿真,并比較不同R3阻值與通過(guò)LED電流,如表1到表4所示。
從表1到表4中可以整理出, R3不同阻值時(shí)通過(guò)LED的電流值,因?yàn)長(zhǎng)ED最佳工作電流為0.37A,為避免ILED超過(guò)負(fù)荷過(guò)載而燒毀,所以RI選擇20K。最終確定的驅(qū)動(dòng)電路如圖2所示,經(jīng)過(guò)PROTEUS仿真軟件模擬仿真,可以看出模擬軟件上的LED燈可以被點(diǎn)亮。
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