隨著高亮度（HB）LED的出現，專為最大化太陽能電池陣列輸出而設計的IC的可用性已經引起了對太陽能路燈的日益重視。事實上，太陽能照明一度主要限于偏遠地區，現在已成為市政街道照明的主流（它們在白天從太陽光和夜晚的街道照亮）。對于工程師來說，由于Allegro Microsystems，Cree，賽普拉斯半導體，凌力爾特，恩智浦半導體，安森美半導體，意法半導體和德州儀器等制造商提供的太陽能管理和LED驅動IC，高效太陽能LED照明系統的設計變得更加簡單。

太陽能照明系統包括太陽能電池板，控制器和光源。 HB LED具有非常適合太陽能應用的性能特性。與傳統光源相比，這些器件需要更低的電壓，提供更長的壽命，并在照明配置中提供更大的靈活性。

HB LED現在使用更少的能量來生產相同數量的光，制造商正在不斷提高其功效。隨時可用的設備，如Cree XLamp XM-L LED，能夠達到1，000流明，100流明/W的功效。全行業的HB LED正在推動效率超過100流明/瓦，美國能源部的調查顯示產量持續快速增長（圖1）。

圖1：根據美國能源部的預測，預計HB LED效率將迅速增長。

HB-LED驅動器

HB LED在光源中是獨一無二的，需要恒定的直流電流而不是恒定的電壓。與所有這些設備一樣，Cree的HB LED需要恒定電流源，可以明顯改變亮度（圖2a），甚至顏色（圖2b）也可以改變正向電流。

（a）

（b）

圖2：在典型的HB LED中，正向電流的相對較小的變化導致亮度（a）和顏色（b）的可察覺的變化。

通常，開關穩壓器用于有效調節HB-LED負載的電流。 Allegro Microsystems A6210，安森美半導體NCP3066和TI LM3464/LM3464A等LED驅動開關穩壓器專門設計用于為單個LED或多個LED串提供恒定電流輸出。

雖然此類器件通常包含片上LED驅動器，但TI LM3464/64A的設計允許工程師使用外部MOSFET和檢測電阻來實現更高，更精確的LED電流。對于其四個通道中的每一個，LM3464/64A驅動器級（圖3）包括單獨的LED電流調節器，包括外部MOSFET，電流檢測電阻和片上放大器，用于監視電流檢測電阻兩端的電壓。片上放大器將此電壓與200 mV參考電壓進行比較，并根據需要修改MOSFET的柵極電壓，以維持電流調節。

圖3：TI LM3464/64A結合使用內部和外部電路來調節LED驅動電流 - 監控檢測電阻兩端的電壓，根據需要調整外部驅動MOSFET的柵極電壓（德州儀器提供）。

賽普拉斯CY8CLED04G01 PowerPSoC將賽普拉斯可編程SoC（PSoC）與片上功率電子器件相結合，為7至32 V范圍內的太陽能照明提供單封裝解決方案。對于LED驅動，CY8CLED04系列包括多達四個恒流驅動器通道，每個通道可使用內部MOSFET驅動高達1 A的電流。 CY8CLED04G01等獨立系列產品支持使用外部MOSFET來支持每通道1 A以上的驅動電流。

太陽能管理

在太陽能照明系統中，電源和充電管理功能對于維持太陽能電池陣列的最佳輸出效率和維持電池陣列的正常充電狀態至關重要。太陽能輸出效率取決于將太陽能電池板維持在其最大功率點的能力。隨著負載，照明甚至太陽能電池特性的變化發生，系統必須能夠通過最大功率點跟蹤（MPPT）將太陽能電池陣列恢復到最大輸出。有關更多信息，請參閱TechZone文章“設計高效太陽能電池充電器”。除了具有片上LED驅動器功能外，賽普拉斯CY8CLED04G01 PowerPSoC還通過基于軟件的PSoC內核方法支持MPPT。該設備的內部控制器運行MPPT，負載和充電控制以及系統保護的算法。當太陽能電池板電壓降至預設電壓以下時，其自動黃昏至黎明選項將關閉負載，因此HB LED從電池獲取電力以照亮。當面板電壓達到閾值電壓（指示晴天條件）時，設備將關閉負載并開始為電池充電。對于電池充電，PowerPSoC算法支持四種鉛酸電池充電模式：完全充電，恒壓充電，涓流充電和過壓充電，以均衡充電電池。

同樣，恩智浦MPT612采用基于ARM7TDMI-S RISC處理器的基于軟件的方法。工程師可以通過包含可選軟件模塊來創建自定義解決方案，以實現電池管理，負載管理等功能。 MPT612提供專用硬件功能，包括使用適當的電壓和電流傳感器進行電壓和電流測量。對于MPPT和其他管理操作，器件使用這些片上測量功能自動計算所需參數。

雖然賽普拉斯PowerPSoC和NXP MPT612等設備允許軟件調整和優化更復雜的MPPT算法（如果需要），但其他設備使用內置反饋環路來實現簡單的MPPT方法。例如，STMicroelectronics SPV1040是一款單片太陽能電池充電器，具有基于輸入電壓調節環路的嵌入式MPPT算法，可通過電阻分壓器固定充電電池電壓。在操作中，該調節環路根據需要改變PWM占空比，以保持最佳的面板輸出。通過SPV1040，工程師可根據需要使用電流檢測電阻將最大輸出電流設置為1.8 A，以滿足特定的充電要求。如果系統達到此最大電流水平或超過155°C的最高溫度限制，SPV1040將禁用PWM切換。 SPV1040還提供輸入源反極性保護，以防止在太陽能電池板輸入意外反轉時造成損壞。

凌力爾特公司提供一對LT3652 IC和LTM8062AμModule解決方案，如果輸入電壓低于用電阻分壓器設定的編程電平，則使用輸入電壓調節環路來降低充電電流。對于太陽能電池板操作，此輸入調節回路使面板保持在峰值輸出功率或接近峰值輸出功率（圖4）。

（a）

（b）

圖4：使用MPPT的輸入電壓調節回路為最大化太陽能電池陣列輸出提供了相對簡單的解決方案。在這里，Linear LT3652使用調節回路（a）將最大功率點保持在98％附近（b）（由Linear Technology提供）。

LT3652 IC作為完整的降壓電池充電器，提供恒定電流/恒定電壓充電管理，可編程最大充電電流高達2 A.使用3.3 V浮動電壓反饋參考，LT3652可編程以提供高達14.4 V的任何所需電池浮動電壓.LTM8062和LTM8062AμModules是完整的電池充電模塊，能夠提供高達2 A的充電電流。與LT3652一樣，這些充電器使用3.3V浮動電壓反饋基準電壓來提供14.4 V（LTM8062）或18.8 V（LTM8062A）的電池浮動電壓，并使用外部電阻分壓器進行編程。

TI BQ24650開關模式電池充電控制器IC還使用輸入調節環路來設置太陽能電池陣列的工作點。使用此調節環路時，BQ24650可在輸入電壓低于預設值時降低充電電流。對于太陽能電池板，充電電流的這種變化轉化為太陽能電池板恢復到其最大功率點。作為BQ24650的核心，恒定頻率同步PWM控制器有助于確保恒定電流/恒定電壓充電的精確電流和電壓調節，以及電池管理功能，包括充電預處理，充電終止和充電狀態監控。

結論

由于HB LED效率的不斷提高，太陽能照明已經進入主流。對于工程師來說，設計高效的太陽能HB-LED照明解決方案需要特別注意LED驅動器的恒定電流調節，同時將太陽能電池陣列輸出保持在最大功率點。使用針對太陽能管理和LED驅動而優化的可用設備，工程師可以更輕松地構建太陽能照明解決方案，這些解決方案能夠在太陽能供電能力范圍內提供高功率水平的高照度。