太陽能燈具均由5個部門組成：太陽能電池、蓄電池、節(jié)制安裝、LED的驅(qū)動芯片以及LED自身。通常太陽能電池板掛在高桿上，充放電把持器和鉛蓄電池放在地面的掌握箱內(nèi)，驅(qū)動芯片跟LED都裝在燈頭里(如圖1所示)。其中充放電掌握器只能節(jié)制對蓄電池的充電和放電進(jìn)程以及定時向LED供電，并不能穩(wěn)固其輸出電壓。然而，有不少設(shè)計職員在設(shè)計中略去了恒流驅(qū)動，他們認(rèn)為鉛蓄電池的輸出電壓足夠穩(wěn)固，不須要再采取恒流驅(qū)動就能夠直接驅(qū)動LED，這種主意是過錯的。

 

圖1 太陽能燈具的5個組成局部

 

蓄電池的輸出電壓會跟著放電而逐步下降，在全部放電進(jìn)程中，其輸出電壓的變更高達(dá)20％左右。假如用它直接對LED供電，會使得LED的亮度發(fā)生很大的變更。以鉛蓄電池為例，它的放電曲線如圖2所示。

 

圖2：鉛蓄電池的放電曲線。

 

從圖中可以看出，在全部放電過程中，鉛蓄電池的輸出電壓將會降落達(dá)2V(將近20％)。而從LED伏安特性可知，20％的電壓變化將會引起極大的正向電流變化。圖3所示為某種3W LED的伏安特性，其中藍(lán)色為白光LED。

 

圖3：某款3W LED的伏安特征。

 

假設(shè)初始電壓為4.2V，此時正向電流為700mA。如果電壓降到3.5V(20％)，這時的電流低于180mA，降低了將近4倍。而LED的發(fā)光明度是直接與其正向電流相干的。對統(tǒng)一款3W LED，其絕對發(fā)光強(qiáng)度和正向電流的關(guān)聯(lián)曲線如圖4所示。

 

圖4：絕對光強(qiáng)和正向電流的關(guān)聯(lián)。

 

由圖中可以看到，如果正向電流從700mA降低到350mA，其發(fā)光強(qiáng)度從1.75降低到1.0。如果正向電流降低到180mA，其發(fā)光強(qiáng)度將降低到0.6(降低將近3倍)，這是不容許涌現(xiàn)的。

 

此外，LED的正向電流還與環(huán)境溫度有關(guān)，圖5表明了LED在不同環(huán)境溫度時的伏安特性。

 

圖5：在不同環(huán)境溫度時LED的伏安特性

 

LED的溫度系數(shù)通常為負(fù)的，也就是當(dāng)溫度升高時，伏安特性向左挪動，該值約為-2mV/℃，那么當(dāng)環(huán)境溫度從20度回升到70度時，正向電壓就會降低0.1V，正向電流會降低約100mA。當(dāng)溫度變化時，因為正向電流減小，LED的發(fā)光光譜也會產(chǎn)生變化。通常是向波長長的方向漂移，大概每升高10oC漂移1nm。因而，必定要保持正向電流恒定。

 

必需采取一個集成電路來把持LED的電流，使其無論在電池電壓下降或是環(huán)境溫度升高時都能堅持電流恒定。PAM2842就是這樣一種芯片，它可能以12V或24V的輸入電源電壓驅(qū)動10顆串聯(lián)的3W LED。最高輸出電壓可達(dá)40V，最大輸出電流可達(dá)1.75A，但總輸出功率不能大于30W。利用電路如圖6所示。

 

LED的電流由串聯(lián)的采樣電阻決議，PAM2842請求其反饋電壓為0.1V，串聯(lián)電阻的阻值就可以依據(jù)所請求的正向電流來設(shè)定。假設(shè)對3W的LED要求其正向電流為700mA，則其阻值為0.142Ω，損耗為0.07W，對效力的影響基礎(chǔ)上可以疏忽不計。二極管必需采用低壓降、大電流的肖特基二極管，以減小功耗。電感須要采用高飽和電流、低DCR的電感LED路燈。此外，PAM2842的工作頻率可以有三種取舍：500kHz、1MHz、1.6MHz。為降低其開關(guān)損耗，倡議抉擇500kHz開關(guān)頻率LED燈具。此時可以把FsEL端接地。PAM2842存在很好的恒流特征，當(dāng)輸入電壓從12V降至10V時，LED中電流的變化還不到3％，這樣就可以保障LED的亮度根本不變。芯片內(nèi)部具備過壓掩護(hù)電路(OVP)，假如呈現(xiàn)一個LED開路，芯片的升壓會被限度而不至于過高，維護(hù)芯片自身不至于破壞。但因為所有LED為串聯(lián)，如果一顆LED開路，必定會導(dǎo)致所有LED不亮。然而，如果有一顆LED短路，這時候，因為有恒流環(huán)控制，所以芯片會主動降低其輸出電壓，而堅持流過LED的電流不變，因而不影響其它LED的工作。

 

圖6：PAM2842的實際運(yùn)用電路。

 

因為PAM2842是作為升壓芯片來應(yīng)用的，因此在要求的升壓比擬高時LED燈具，它的效率較低太陽能路燈。例如，假設(shè)輸入電壓為24V，升壓至40V，其效率可達(dá)95％以上。而如果輸入電壓為12V，依然要求升壓至40V，這時其效率就只有91％左右。由于大多數(shù)太陽能路燈系統(tǒng)所采用的蓄電池是12V的，為了在12V時還能取得95％的效率，可以把10顆LED二極管分成兩串，每串為5顆LED串聯(lián)，這樣就只有求升壓至不到20V，可以將效力進(jìn)步至95％。而且如果一個LED開路，至多影響一串5個LED，而不會影響另一串5個LED的工作。這時，兩串LED共用一個LED電流采樣電阻，由于電流增添一倍變成1.4A，所以電流采樣電阻阻值也應(yīng)該減小一倍，變成0.07歐姆。或者只將其中一串LED的電流進(jìn)行采樣，而另一串LED直接接地，這樣就只能對其中一串的LED電流進(jìn)行恒流控制LED路燈。上述兩種方式各有優(yōu)毛病。兩串并聯(lián)時，所控制的是兩串電流之和。因此，如果兩串的LED伏安特性有差別時，這兩串LED的電流就會有所不同。除了電流采樣電阻，限壓電阻R3和R4的值也需要作相應(yīng)的調(diào)劑。只有依據(jù)Vout=1.2*(1+R3/R4)的公式加以調(diào)整就可以。

 

圖7：兩串10個1W的LED相并聯(lián)。

 

有的客戶也想要采用1W的LED，因為這種LED比擬成熟，散熱也輕易處置。同樣可以應(yīng)用PAM2842來驅(qū)動2串10個1W的LED，總輸出功率約為23W。不外，對1W的LED，它的驅(qū)動電流是350mA，所以兩串并聯(lián)后的總電流仍舊是0.7A路燈，和一串10個3W的LED情形一樣，采樣電阻仍舊是0.142歐姆。當(dāng)然，也可以連成4串，每串5個1W的LED，總數(shù)為20個，甚至是連成5串，每串5個1W的LED。以減少由于某一串中的LED開路而引起不亮的LED個數(shù)。這時采樣電阻需根據(jù)電流值來調(diào)整。6串5個1W的LED架構(gòu)不提議應(yīng)用太陽能路燈，由于實在際的輸出電流過大，已經(jīng)超過了芯片的許可值。各種不同架構(gòu)時所相應(yīng)的電流采樣電阻和輸出限壓電阻阻值如表1所示。

 

表1：各種不同架構(gòu)時的電流采樣電阻跟輸出限壓電阻的阻值。

 

圖中元件的抉擇：
1. C1，C6：10uF/50V；
2. C2：1uF/50V；
3. C3，C4: 1uF/10V；
4. C5：10nF/50V；
5. R1：0.1V/ILED 2串1W LED 總電流約667mA, R1=0.15Ω路燈，(0805, 1/10W)，能夠用多個電阻并聯(lián)來調(diào)劑這個阻值到適合的電流；
6. R2：1KΩ；
7. R3，R4: 設(shè)定輸出制約電壓。Vout=1.2*(1+R3/R4)，取R3=12KΩ，R4=360KΩ，Vout=37.2V，要大于10個1W LED 串聯(lián)的電壓，但是要小于40V；
8. L1：33uH/3A；
9. D1：3A/40V；
10. 工作頻率挑選500KHz，要將Fsel接地。

 

演示板的印制板圖如圖8所示。

 

圖8：PAM2842的演示板印制板圖。

 

PAM2842不僅可用于太陽能路燈中，也可用于任何直流電源(12~24V)供電的LED照明體系，或是采用開關(guān)電源將交換變成直流輸出的體系中。在良多利用中，出于保險的斟酌，通常都是采用低壓直流電源，例如水下照明或用戶有可能接觸到的處所。

 

個別的開關(guān)穩(wěn)壓電源，通常只能供給穩(wěn)壓輸出而不能保證LED恒流。因此，當(dāng)溫度變化時，LED的電流就有可能變化。這都需要采用像PAM2842這樣的專門針對LED驅(qū)動的恒流驅(qū)動芯片，才干保障LED燈具的機(jī)能。PAM2842是目前同類內(nèi)置大功率MOSFET恒流驅(qū)動芯片中，輸出功率最大的。

起源：美國PAM公司