太阳能LED路灯驱动电路设计的探究

太阳能LED路灯驱动电路设计的探究

陈箭飞

河北省唐山市古冶区路灯管理所

摘要：路灯作为城市基础设施的重要组成部分，其使用性能对城市的发展具有直接影响。在以往所使用的路灯需要大量的电力能源作为支持，一般是由电力系统直接供应电能，但是由于路灯设施的分布较为分散，且需要跨越较长的距离，这对输电线路的建设提出了较高的要求，在输电的过程中会造成大量的电能损失，带来一定的资源浪费。而太阳能LED路灯的应用可以有效改善上述问题，文中在对太阳能LED路灯的结构进行分析之后，又探讨了驱动电路的设计内容。

关键词：LED路灯；太阳能；驱动电路设计

路灯设施是人们日常生活中不可缺少的基础设施，路灯设施的建设水平直接关系到城市居民的生活质量，是城市建设中的基础内容。以往采用的路灯设施是以灯泡发光的方式进行道路照明，在应用的过程中不仅会消耗大量的电力能源，输电线路输送电能的过程中还会浪费部分电力能源，与节能环保的政策不符。在此基础上，应用太阳能路灯取代传统路灯已经成为必然的发展趋势。同时，由于太阳能路灯的节能环保优势也使得其应用范围越来越广。

一、太阳能LED路灯的结构阐述

太阳能LED路灯的应用转变了原有的能源供应渠道，利用太阳能来替换低压供电，不仅起到了节能的效果，也可以缓解供电系统的输电压力。太阳能LED路灯的主要运行原理为，利用太阳能电池板对太阳能进行转换，并将相应的电能输送到蓄电池中，晚上便可以利用蓄电池的电能为LED路灯提供照明能源。太阳能LED路灯的主要结构包括：太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、LED路灯和LED驱动电源，结构示意图如图1所示。同时，图1中所表示的也是LED路灯的工作流程，太阳能电池板在接收太阳能并且转换成电能之后，会在控制器的作用下，对蓄电池进行充电处理。在夜间需要照明的期间，控制器又会利用LED驱动电路，使LED路灯能够正常工作。

图1太阳能LED路灯系统框图

二、太阳能LED路灯的驱动电路设计

1、LED路灯的驱动方式选择

在对运行中的LED路灯进行研究之后，可以发现，LED路灯的光亮度是由正向的电流量来决定的，为此，在进行LED路灯设计时，可以利用这一运行原理，根据LED路灯设置区域的光亮度要求，就其光亮度进行合理控制，在保证满足人们使用需求的基础上，尽可能减少能源消耗，达到节能环保的效果。LED驱动电路根据自身的运行特点不同可以分成恒压源驱动和恒流源驱动两种，而采用恒压源驱动方式进行控制的情况下，只要电压发生小幅度的变化就会对电流带来较大的影响。因此，恒压源驱动方式仅适用于对光亮度需求较小的区域使用，对于城市建设的中心区域一般采用恒流驱动方式进行LED路灯控制。

2、调光方式确认

在应用LED灯进行照明时，在特定的区域内对路灯光线提出了较高的要求。以往所采用的主要调光方式以模拟线性调光和可控硅LED调光为主。采用模拟线性调光方式对LED路灯的光线进行调节时，同样是利用正向电流对光线的影响原理所展开的，在恒流源发生改变之后，LED路灯的亮度也会随之产生变化。相对来说，这种调光方式比较简单，但是采用这种调光方式之后，LED路灯的颜色会存在较大偏差。同时，还有可能引发灯光闪烁的问题，对LED路灯的使用寿命带来影响。这也意味着，在对路灯颜色效果要求较高的区域不能采用这种调光方式。而可控硅LED调光的方式则是在改变导通角的基础上，对输入电压进行调节，进而达到调光的目的。在白炽灯和LED节能灯的调光工作中较为常见。相对于其他调光方式来说，在调光效率和光线稳定性方面表现出较为明显的优势。与此同时，也存在一定的弊端，会存在电磁干扰的可能。而新型PWM调光方式可以有效改善上述问题，既可以保证调光效率，又可以确保光线的稳定性。

3、电源总体设计

本次所进行的电源设计是围绕双极型NE7555定时器所展开的，因其融合了多项技术，由模拟和数字混合集成电路组成，同时具备信号产生与交换的功能，在自动控制以及自动生产等领域的应用较为广泛。除此之外，可以适用于大功率电压和电流环境中。在对双极型NE7555定时器的使用参数进行全面研究之后，我们设计出了图2的驱动电路系统。鉴于经过太阳能电池板转换得到的直流电为24V，与NE555电源的电压参数不符，为此，我们在驱动电路系统中安装了W7815稳压电路，对来源于太阳能蓄电池内的直流电进行降压处理，使其保持在15V以下，与调光电路的运行需求相符。

图2基于NE555的LED驱动电路原理图

在针对本文所研究的PGM5516光敏电阻的阻值范围进行分析之后，可以得出，其阻值范围在0.66K～104K，为了研究光敏电阻与关照度直接的关系，我们利用光照计对其光亮度的变化值进行检测，最终得出光敏电阻与环境光照度的数据关系。对比数据可以得出，在光敏电阻的有效范围是22Lux～405Lux的情况下，光敏电阻的阻值为9.6K～1.8K。电路运行的过程中，需要保持光敏电阻与电阻R3之间的对应关系，因此，在进行电阻R3的阻值确定时，需要考虑到光敏电阻的实际阻值。为了对比研究阻值与LED电流变化值的联系，我们将调光范围确定为22Lux～405Lux，同时，采用PROTEUS模拟仿真，对比不同阻值下，LED电流的变化值，具体数据如表1～表2。通过表中的数据可以发现，对比不同的电流参数，当电流为0.37A，LED的工作状态最佳。而在ILed查出负荷的情况下，很容易造成LED灯烧毁的后果，因此，我们将R1的阻值确认为20K。

表1光敏电阻9.6K：R3：ILed关系

表2光敏电阻9.6K：R3：ILed关系

结语

在传统路灯电能消耗较大的发展形势下，太阳能LED路灯的应用已经成为必然的发展趋势。本文所研究的太阳能LED路灯为了实现良好的照明效果，对驱动电路进行了全方位的设计，充分发挥了LED路灯的应用优势，同时，利用自动调光驱动电路的设计原理，使得LED路灯的应用范围更加广泛，可以适用于多种场合的照明需求。不仅降低了能源消耗，还为城市建设的质量带来了积极影响。

参考文献

[1]宫杰.智能化太阳能LED路灯的研究与设计[D].太原科技大学,2014;

[2]唐康,侯莹莹.太阳能LED路灯的可行性讨论[J].城市建设理论研究:电子版,2013(16).