风光互补大功率LED路灯驱动电路设计毕业设计论文 精品Word文档格式.docx

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摘要

路灯是我们生活中最常见的室外照明设备，它给我们在夜晚的活动带来便利，同时各式各样的路灯也使我们的夜晚生活得以多姿多彩。

同时路灯也是高消耗电力的产品，并且路灯要求输电线路路长，输电线长之后带来的损耗也很大，尤其是一些偏远地区，以及电力匮乏的地区，建好长距离输电线更是要花费很大成本，线损巨大。

正因为是这样，所以我们国家大多数城镇郊区还有很多偏僻的地方以及不方便架设电网的地方如山区公路，隧道都由于这些限制无法安装路灯照明，随之而来的就会影响到我们的日常生活还有的公共交通安全，并且这样的条件也不利于当地经济的发展提高。

而风、光互补大功率LED路灯是一种基于风光互补发电系统的新能源高效技能绿色照明产品。

它是由太阳能电池板、风力发电机、控制器、蓄电池、驱动器、大功率LED等组成的自给自足的绿色照明系统。

风光互补大功率LED路灯它是有系统控制器,还有风力发电机、太阳能电池板模块把风能和太阳能转化为电能并将转化过来的电能储存在治理蓄电池经过驱动电源驱动大功率LED路灯正常工作。

但是我们要了解到的是所有LED包括路灯照明所用的大功率LED都用的是直流电压来驱动的，且由于大功率LED特殊的非线性电学、光学以及热学特性，要保证其稳定工作，则必须还要有恒定的电流供其正常工作。

所以一般家电以及普通路灯所用的交流市电不能够直接用来驱动大功率LED正常工作。

而一般的直流电源、稳压电源必须重新改造保证其稳定的电流输出其才能适用于驱动大功率LED。

本文首先分析了风、光互补路灯发展的前景以及发展环境，详尽得分析了大功率LED的各项特性。

并且根据大功率LED路灯的工作要求，以及确保大功率LED正常工作的技术指标,参照现今比较常见且成本较低的驱动电源电路进行分析改进,完成了两套可行的大功率LED路灯可用的驱动电路,两套电路相互补充解决了风、光互补大功率LED路灯驱动电源要求的DC/DC升压，恒流输出、工作效率效率、功率因数、过热保护等设计要素。

关键词风光互补；

大功率LED路灯；

驱动电路：

直流升压

Abstract

StreetlightsWeliveinthemostcommonoutdoorlighting,andfacilitatetheactivitiesofthenight,itgivesusallkindsofstreetlightstomakeournightlifetobecolorful.Streetlampsconsumeelectricityproducts,andstreetlightrequirementsofthetransmissionlineisalongroad,broughtafterthetransmissionlinelengthisalsoagreatloss,especiallyinsomeremoteareas,aswellaselectricityshortageareas,andsetuplong-distancetransmissionlinestonotcostahugelinelosses.Becauseitisso,somostofourcountrytheoutskirtsoftowntherearemanyremoteareas,aswellasinconvenienterectiongrid,suchasmountainroads,tunnelsBecauseoftheselimitationscannotinstallstreetlighting,theattendantwillaffectourTheeverydaylifethere'

spublictransportsafety,andsuchconditionsarenotconducivetothedevelopmentandimprovementofthelocaleconomy.ButthewindhybridpowerLEDstreetlampisbasedonwindandsolarpowergenerationsystems,newenergyefficientskillsofgreenlightingproducts.Itiscomposedofsolarpanels,windgenerator,controller,batteries,drives,high-powerLEDandotherself-sufficientgreenlightingsystem.WindandsolarpowerLEDstreetlampitisasystemcontroller,windturbines,solarpanelsmodulewindandsolarenergyintoelectricalenergytransformedintoelectricalenergyandstoredinthegovernancebatteryafterthedrivepower-drivenhigh-powerLEDlightsworkproperly.

ButweneedtounderstandthatallLEDincludingstreetlighting,highpowerLEDisdrivenbytheDCvoltage,andhigh-powerLEDisaspecialnon-linearelectrical,opticalandthermalcharacteristics,toensureitsstability,youmustalsohaveconstantcurrentfornormalwork.TheACpowerusedbythegeneralhouseholdappliancesandstreetlightscannotbedirectlyusedtodrivehighpowerLED.TheDCpowersupply,powersupplymustbereinventedtoensurestablecurrentoutputinordertoapplyfordrivinghigh-powerLED.Thispaperfirstanalyzesthewindhybridstreetlightdevelopmentprospectsandthedevelopmentenvironment,adetailedanalysisofthecharacteristicsofhighpowerLED.Andinaccordancewiththerequirementsofhigh-powerLEDlights,andensurethenormalworkofthehigh-powerLEDindicators,withreferencetothemorecommonandlessexpensivedrivepowercircuitanalysisandimprovement,andcompletesetsoffeasiblepowerLEDstreetlampdriveravailablecircuit,twosetsofcircuitscomplementeachothertosolvethewind,andhybridpowerLEDstreetlampdrivepowerrequirementsoftheDC/DCvoltage,constantcurrentoutput,theefficiencyoftheworkefficiency,powerfactor,overheatingprotectiondesignelements.

Keywordswindandsolar;

high-powerLEDstreetlights;

drivecircuit:

dcboost

1绪论

1．1风光互补发电系统及其应用在路灯上的特性及优势

1.1.1太阳能和风能的介绍

太阳能和风能都是我们日常可以感觉到的，祖先早已学会利用风能带动风车驱动帆船，利用和太阳能生火煮饭。

如今电器时代，新的科学技术已经可以将太阳能和风能转化为电能为我们服务。

在众多新能源领域中，风力发电和太阳能发电的开发和利用被受当其冲优先展，随着传统能源的逐渐枯竭，以及基于核能源安全性的考虑，太阳能和风能是线如今大力大战的重点，它们的诸多优点可以说是百利而无一害的。

最重要的就是它的零污染和可再生性，是任何传统能源都无法比拟的。

然而单独地利用风能和太阳能由于各种客观条件的制约，它都是不稳定的。

但将两者结合起来却是能得到很好的互补效果，一般情况下我国的黑白天的天气特点是白天的太阳光照度较强，夜间无太阳但是风力资源丰富；

按我国的季节来分夏天和秋天日照强度普遍较高、但是风力相对较弱相反的冬天和春天风较大、日照相对较弱。

而将两者结合起来的风光互补发电系统以及其应用则是充分利用了两者的优点，取长补短，实现了真正的互补性。

具体地将在下一节具体分析讲解。

随着太阳能发电技术和风力发电技术的不断发展并日渐趋于稳定，且在各种产品上都得到了应用。

近年来，由于风光互补系统的应用具有诸多单一发电系统不具备的优点，因此该系统应得到大力推广和应用。

风光互补发电系统正在一步步被大众所认识并接受。

同时这也将促进了我国乃至全世界的环保工作，促进了绿色社会美好环境的进一步实现。

同时随着科技的发展材料造价的较低，再加上国家政策的扶持，风光互补系统的成本将会得到大幅度的降低。

当其成本降低到民用范围都可以接受的情况，相信风光互补这一绿色的新能源将会得到更大范围的应用。

相信有一天全世界使用上风光互补这样的绿色的能源也绝不是空想。

1.1.2太阳能和风能的互补性

风光互补发电系统是一种取长补短的最优化新能源系统。

且相关技术已经越来越趋于成熟，生产已经实现规模化且相关产品已经得到广泛应用，如风光互补大功率LED照明方面就是对风光互补发现系统很好的应用。

但是单独分开来看风能和天阳能都有它的局限性，首先是风力发电，在地域上只适用于风力资源丰富的地区，且风机成本较高，成本造价高。

同样太阳能发电，只适用于日照丰富的地区，且受天气的影响大，阴天下雨则不能正常发电。

这些缺点都制约了其在产品方面的实现和应用。

而将两者整合起来的发电技术正是达到了两者互补的目的，在各个方面都达到了最优化的整合配置。

充分利用并使用绿色能源造福人类。

将两者结合功能与应用于用电产品上，大大提高了其适用的范围，将新能源的应用又向前推进了一步。

所谓风光互补，简而言之，是指将风力发电和光伏发电组合起来构成发电系统。

在新能源领域的研究者和投资者看来，利用太阳能电池将太阳能转换成电能的光伏发电系统，虽然清洁，但造价相对高，且受日照时间影响；

而风电系统虽然系统造价低，运行维护成本低，但质量可靠性爷相对较差。

将两者相结合，且能互补所短，各扬所长。

但是，风光互补发电的技术并不是说硬性的将太阳能发电和风能放在一起发电就是风光互补了。

因为他们之间还关系到系统的技术处理和相关系统控制。

其间还涉及一系列复杂的技术数据与工艺流程。

在风光互补发电技术的推广应用中，竞争的关键是综合配置能力。

寻找最佳匹配法案需做大量的研究工作，反复推算、演示，进行市场摸排，选配组件、组装等，以构成最佳匹配的方案，实现风能和太阳能的无缝对接，因此在有太阳光照的时候通过太阳能电池将光能转换为电能，在风较大的时候利用风带动风力发电机机发电，在即无光照也无风的时候，依然还可以通过蓄电池的储备电源驱动负载正常工作。

风能、太阳能都是无污染的、可再生能源，中小型风电和太阳能光电系统在我国已得到初步应用。

这两种发电方式各有其优点，但两者都有其不可避免的局限性如他的不稳定性，以及不连续性，用于无电网地区，必须装配有大容量的储电设施设备，或者采用多种能源相互补充的方案，以确保稳定可靠的供电。

如之前所说的太阳能与风能不管时间上和在地域上都有很强的互相补充的特点，我国的季节特点一般是冬天风较大，太阳的辐射强度比较小；

夏天的风比较小，太阳的照度辐射光强度比较大，在季节上可以相互补充利用。

风光互补发电的应用方向，不应以联网发电为主，它是针对通信基站、微波站、边防哨所、边远牧区、无电用户地区及海岛。

正如本课题研究的大功率LED路灯，它就是不依赖于电网的限制，利用风能太阳能的互补发电系统，加上蓄电池的储电。

可以广泛应用于电网难以架设或者架设成本过高的偏远地区或是山区、隧道、高速公路等地。

1.1.2风光互补大功率LED路灯

1.1.2.1风光互补大功率LED路灯的技术优势

风光互补大功率LED路灯是将风光互补发电系统以及大功率LED照明系统结合起来的照明方面的应用。

风光互补发电系统的技术有点我们在上一节已经进行了详尽的阐述，我们已经了解很多。

对于本课题要实现的大功率LED驱动驱动的大功率LED照明产品，它的优势也是很突出的。

大功率LED用于照明它的效率要高出传统照明产品一个档次，它只需要较低的直流电压驱动，很多时候在36V直流的安全电压以下即可正常工作。

且发出的光强度也绝不亚于普通的照明产品，甚至比普通照明更为出色，光的品质也高于普通照明产品。

且在节约能源方面也有很出色的表现，利用较少的电能即可发出较高强度的光亮，且体积少，便于路灯的设计和封装，机动性更强。

另外风光互补路灯主要为夜间照明使用，采用两种工作模式：

纯光控模式和光控+定时模式。

两种模式的设定和控制是通过路灯控制器的拨码来实现的，并且利用中央控制器对风力发电以及太阳能发电和蓄电池提供过载过充欠压等多种智能化保护，现今技术已经完全可以实现，它的实现使风光互补大功率LED路灯可以更可靠的更稳定的工作。

风光互补路灯使用方便，完全可以实现无人值守，免铺设长距离电缆；

且技术条件已经可以达到在较低风速下就可以启动，这样就可以更好地更全面的吸收风能和光能。

小功率风力发电机组的风力机体积少、质量小而且发电效率高。

风力发电机独特的电磁技术技术使其具有低的启动阻力矩。

根据风能计算公式，风中可以利用的能量是风速的3次方之多。

也就是说这表示风速提高1倍时，风能将提高8倍。

一般风力发电机组的效率通常是线性的，因此无法利用风力的3次方效益。

发电机只在沿能量曲线上的1点或2点有效率。

通常改进风力机组的效率曲线，使其符合风中可用能量的分布，使它沿整个曲线都有效率。

1.1.2.2风光互补大功率LED路灯的设计

风光互补路灯LED路灯推荐采用的资源条件为：

本地年平均风速大于3.5m/s，并且年太阳能总量辐射大于等于500MJ/。

风光互补LED路灯系统在下列条件下应该可以连续，稳定地工作：

室外温度为：

-25~45℃；

空气的相对湿度小于等于90％（25±

5℃）；

海拔高于1000m的。

风光互补LED路灯系统在以下环境运行的时候，用该由生产的厂家和用户一起商定技术要求和使用的条件：

室外的温度超出-25~45℃温度范围的区域；

海拔超过1000m的地区；

盐雾或沙尘严重的地区。

风光互补大功率LED路灯的结构图如果1-1所示。

风光互补路灯由风力发动机、天阳能电池板（含支架）、控制器、蓄电池、驱动电路、光源和灯杆组成。

如果光源的额定电压为220V或110V，则需配置逆变器。

本设计的光源是采用低直流电压3.0~3.5V的1W的大功率LED。

因此不需要配置逆变器。

图1-1风光互补大功率LED路灯的结构图

1．2大功率LED驱动电路相关情况介绍

1．2．1白光LED的技术概况

1.2.1.1白光LED的发展

发光二极管LED出现以来，人类一直在努力追寻实现固体光源的实现，随着LED制造工艺的进步和新型材料的应用和开发，白光LED的性能不断提高和优化并且进入应用的阶段。

白光LED的实现，使LED应用路灯宽度涉及到了高效率的照明市场。

多种颜色混合起来的光合成所谓的白光，根据人类肉眼能看见的形式需要两种以上的光进行混合，比如二波长光（蓝色光+黄色光）或者是三波长光（蓝色光+绿色光+红色光），现在已实现的作品有二波长蓝色单芯片加上YAG黄色荧光粉，在以后三波长光是被看好的，它是以R、G、B三种颜色荧光粉加上无机的紫外光芯片，除此之外有机单侧的三波长也有较低造价的白光LED、制造相对简单容易的特点。

20世纪60年代，科学家言之成的LED是利用了PN结光电效应发光的原理。

所选用的材料是GaAsP。

其发光颜色仅仅能表现为红色。

经过30年的发展历程，LED现已经能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种多样的光了。

但是用于公共照明的白光LED是最近几年才发展起来的。

现在已经广泛应用的圆头柱状白光LED产生的白光多数都是利用色的互补关系产生的仿真型白光，它是将蓝光与黄色光只讲的色差结合起来，但这样的光容易使人有一种不协调的感觉，并且无法达到高显色性，且在要求大功率和大电流通过的情况下容易产生色差的问题，这些是白光LED今后需要解决的问题和需要努力的方向。

1．2．2白光LED的特色

白光LED是被广泛有着良好前景的LED朝阳产品，在公共照明市场的有着一定的发展潜力。

与传统的照明产品相比，白光LED具有诸多优点。

如体积较小并可以有多只多样的组合、工作时发出的热量较低，不会产生热辐射、耗电量较低，安全电压电流就可以正常工作、使用寿命长平均可以达到一万小时以上、且反应的速度较快可以在较高频率下操作，且较为环保无污染等诸多优点。

其与传统的照明设备的比较表如下。

表1-1白光LED与传统照明设备的优缺点比较

照明方式

特点

白光LED

体积较小并、有多只多样的组合、工作时发出的热量较低、不会产生热辐射、耗电量较低、安全电压电流就可以正常工作、使用寿命长可达到一万小时以上、反应的速度较快可以在较高频率下操作、较为环保无污染

荧光灯

节省电源，但污染严重，且易碎

白炽灯（钨丝灯）

发光效率较低、高耗电量、使用寿命较短、且容易损坏

现今白光LED仍然处于发展的初级阶段，在很多方面还存在局限性，但基本上已经克服了传统的照明设备的缺点，其中比较突出的是造价高售价高是其不能普遍的主要原因。

1.2.3照明用白光LED

1）照明用白光LED相关技术指标

照明所用的白光LED不同于一般的LED产品，在技术指标上有一定的要求

1.光通量。

一个直径5mm的LED光通量只有1lm左右，但是要用作照明上的白光功率的LED要达到1klm。

LED的功率达到0.1klm和0.01klm的也是能达到较低的照明需求的。

但由于15W的白炽灯发光效率比较低，仅8lm/W。

所以一个15W的白炽灯的光通量仅仅与5W、25lm/W的白光效率LED相同。

2.发光的效率。

目前15lm/W提高到25lm/W的实现已经提高到产业化的程度，最高已经能到到44.3lm/W的水平。

3.色温。

在2500K到6000K之间，最好是2500K到3000K之间。

4.显色指数

。

最好可以达到100

5.稳定性。

光通量和波长应该满足稳定的条件，并应依照于应用场合的需求。

6.寿命。

5万小时到10万小时之间。

2）白光LED在不同色温下的光谱特性

如今照明所用的白光LED与普通的LED的概念已经有着质的差异了，它并不是越白越好。

人们对照明的白光光源要求很是严格，我国和国际上早已经制定了相关标准。

照明光源有严格的色温标准：

5400K、5000K、4000K、3450K、2900K、2700K以及其相对应的色域，照明光源的色品质是相互关联的。

必须同时得到满足，才能称之为合格的照明用LED光源。

1.2.4大功率白光照明LED的电学、光学特性以及热学特性

在1.2.3中介绍了照明白光大功率LED需要满足的技术指标，如白光照明LED的亮度、光强、光通量、发光效率、色温，响应时间。

这些指标将在这一节放在LED电学特性、光学特性以及热学特性中进行阐述。

1.2.4.1大功率LED的电学特性

1．I-V特性PN结伏安特性，表征LED芯片PN备性能主要参数。

不同的电流直接影响LED的度和PN结的结温.LED的I-V特性具有非线性、整流性质：

单向导电性，即外加正偏压表现低接触电阻，反之为高接触电阻。

图1-2LED的伏安特性曲线

IF---正向直流电流（正向测试电流），在规定的正向电压VF下，通过极间的电流，不同LED因材料不同有不同的IF。

VF---LED正向导通时所需电压，同种颜色LED可能有不同的VF，所以LED公司按电压区间分Group或BIN来加以区分，以便用户使用。

IFM---正向峰值电流（正向最大电流）。

在额定功率下，允许通过二极管的最大正向脉冲电流。

注：

一般IF=0.6IFM

VR---称为反向击穿电压；

VR电压对应IR为反向漏电流不同LED因材料不同，有不同的VR。

2.响应时间表征大功率LED跟踪外部信息变化的快慢。

通俗的来讲，就是LED点亮时到LED熄灭的时间延迟。

不同材料制得的LED响应时间各不相同；

如GaAs、GaAsP、GaAlAs其响应时间＜10-9S，GaP为10-7S。

因此它们可用在10~100MHZ高频系统。

另外大功率LED的正向伏安特性如图1-1

图1-3不同白光LED的电流一电压特性之间的差异性

1.2.4.2LED的光学特性

①光束角（beamangl