方益樹

（銅陵市科學(xué)技術(shù)局，安徽銅陵　244000）

路燈直流供電照明系統(tǒng)探析

方益樹

（銅陵市科學(xué)技術(shù)局，安徽銅陵244000）

文章介紹了一種直流路燈照明系統(tǒng)，系統(tǒng)使用直流供電、LED路燈照明，具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。直流路燈照明系統(tǒng)適用于特定小范圍城市道路路燈系統(tǒng)的供電照明，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

直流供電系統(tǒng)；LED路燈；探析

一、概述

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市路燈建設(shè)走上了快車道。但是城市路燈照明系統(tǒng)在滿足城市功能照明作用的同時帶來了電費(fèi)的大幅度增加以及能源的巨大消耗。在日益緊迫的能源、環(huán)境危機(jī)下，“節(jié)能減排”已成為現(xiàn)階段城市道路節(jié)能的主要目標(biāo)。

在能源電力供應(yīng)日趨緊張的今天，全國數(shù)千萬盞路燈的節(jié)能問題已引起了政府相關(guān)部門的高度關(guān)注。低效、高耗能的傳統(tǒng)城市照明已成為節(jié)能降耗改造的重要領(lǐng)域。為此，建設(shè)部和發(fā)改委明確提出城市道路照明要向“高效、節(jié)能、環(huán)保、健康”的“綠色照明”方向發(fā)展。

圖1　LED使用壽命時間曲線

二、LED照明應(yīng)用分析

LED固態(tài)照明將成為未來城市照明節(jié)能產(chǎn)品發(fā)展的主流方向，從國內(nèi)推廣應(yīng)用來看，LED應(yīng)用于路燈照明已經(jīng)是行業(yè)共識，科技部“十城萬盞”計(jì)劃、“綠色照明示范城市”建設(shè)工程等，大大加強(qiáng)了LED路燈的推廣應(yīng)用，可以預(yù)見LED必將替代高壓鈉燈等成為未來城市路燈的主流光源。［1］

對于人眼而言，在同等照度下，LED路燈的亮度是普通鈉燈的2.5倍，相應(yīng)地，在達(dá)到同樣亮度的條件下，LED路燈的照度只是普通鈉燈的40%，經(jīng)實(shí)際和理論測算，在亮度相同的條件下，LED路燈比普通鈉燈節(jié)能50%-80%不等（各廠家水平不同），并且，LED路燈的均勻性遠(yuǎn)高于普通鈉燈，其色溫也比普通鈉燈好。 LED路燈的發(fā)展速度很快，其前途不可限量。當(dāng)前，LED照明技術(shù)因其功率的增加、效率的提高、成本的下降，越來越多地被各類照明工程所采用。LED作為一種固體照明光源，以其長壽命、高光效、多光色及一次配光定向照射的功能優(yōu)勢，可在安全低電壓下工作，也可連續(xù)開關(guān)閃斷，成為新一代光源的發(fā)展趨勢。

LED理論壽命為十萬小時，經(jīng)測試，φ5白光LED在20mA額定電流時連續(xù)點(diǎn)亮，50%光衰壽命約為2000小時；用10mA電流給φ5白光LED供電，連續(xù)點(diǎn)亮工作1年（8760小時）后光衰較小。說明φ5白光LED在20mA額定電流下使用壽命短，工作電流減半后壽命大大延長。一盞φ5紅光LED額定電流20mA 24小時連續(xù)點(diǎn)亮，3年 （26280小時）后光衰不明顯。10只1W大功率白光LED構(gòu)成的LED燈300mA電流連續(xù)工作了3年 （26280小時）光衰不明顯。LED使用壽命時間曲線如圖1所示。大功率LED可以作為路燈光源。

如果在城市次干道路上將兩側(cè)已有的高壓鈉燈（150W）更換成LED路燈 （88W），每盞路燈間距30m，在1500m長的道路上就有50盞路燈，每天夜間照明時間為10h，按365天計(jì)，不考慮電源轉(zhuǎn)換效率等因素，每年節(jié)約電量=（150-88）×2×50×10×365= 22630kW/h，折合8146.8kg標(biāo)準(zhǔn)煤。我國城市次干路多，路燈用量大，LED路燈節(jié)約的電量是相當(dāng)可觀的，同時還能改善電網(wǎng)運(yùn)行質(zhì)量，減少能源損耗。［2］

三、路燈直流供電照明系統(tǒng)介紹

1.系統(tǒng)概述

路燈直流照明系統(tǒng)，在一個局部的范圍內(nèi)，如一條至幾條道路上、或者一片區(qū)域內(nèi)的數(shù)十盞至數(shù)百盞LED路燈，采用直流供電系統(tǒng)，根據(jù)路燈總負(fù)載功率的大小選用110V、220V直流電壓供電，而不是用220V、380V交流電壓供電。LED路燈是直流路燈，每盞LED路燈內(nèi)就不需要設(shè)置AC/DC（交流/直流）整流、降壓、轉(zhuǎn)換電路等，降低了LED路燈的故障率、提高了LED路燈的可靠性、路燈與照明系統(tǒng)成本造價(jià)下降。LED燈內(nèi)設(shè)恒流、恒壓、過溫、過壓、反接等保護(hù)電路，還可設(shè)有受控制全功率、半功率照明功能，上半夜全亮，下半夜一半亮度照明，節(jié)約電能。降低了故障率同時提高了系統(tǒng)可靠性。

2.工作原理

（1）系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)原理框圖如圖2所示

圖2　系統(tǒng)原理框圖

圖3　光信號采集電路

交流電壓經(jīng)過三相橋式整流后LC濾波變成直流電，再經(jīng)過開關(guān)式直流/直流（DC/DC）穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換，路燈控制器具有光控時控功能，可設(shè)有全功率、半功率照明控制功能，控制路燈全亮半亮照明。（2）光線采集電路圖3是光敏電阻光線采集電路，白天光線較強(qiáng)時R2阻值很低，電路輸出低電位進(jìn)入路燈控制電路，夜幕降臨，光敏電阻阻值增大達(dá)到兆歐級，電路輸出高電位進(jìn)入路燈控制電路，從而實(shí)現(xiàn)對LED路燈的控制。

DC/DC穩(wěn)壓轉(zhuǎn)換電路的輸出電壓數(shù)值根據(jù)系統(tǒng)的LED路燈總功率而定，不同功率的系統(tǒng)，輸出110V、220V等電壓級別，路燈總功率越大選擇較高的供電電壓，從而降低供電系統(tǒng)的線路損耗。

（3）穩(wěn)壓電源調(diào)整電路

穩(wěn)壓電源以調(diào)整元器件的工作狀態(tài)來分類，可以分為線性穩(wěn)壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器。調(diào)整元器件工作于線性狀態(tài)的是線性穩(wěn)壓器，調(diào)整元器件工作在開關(guān)狀態(tài)的是開關(guān)穩(wěn)壓器［3］。

LM317為三端可調(diào)正輸出穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓器，輸出電壓范圍為1.25-37V，輸出電流可達(dá)1.5A，與7800、7900系列集成穩(wěn)壓器不同之處是它采用懸浮結(jié)構(gòu)［4］只需外接兩個電阻，就可以獲得所要求的輸出電壓值，使用起來非常方便。

圖4為LM317功能框圖。由圖可以看出在LM317的ADJ和VO引腳間有1.25V的固定電壓。若如圖所示在ADJ和VO引腳之間接入R1和R2兩電阻，則輸出電壓VO為：

由于IADJ約50μA，可忽略在R2上的壓降。此時：

R1取值在120-240Ω，R1上的電流5mA-10mA，這是提供內(nèi)部靜態(tài)工作電流所需最小的負(fù)載電流。

（4）恒流源電路

圖5為由LM317組成的LED路燈恒流源電路，其工作原理如下：L1C1組成濾波抗干擾電路，用來消除線路中串入的干擾，IC1、R1組成恒流電路（IC1型號為LM317），為LED提供恒定的電流，C2為濾波電容，D1用于保護(hù)IC1，LED1-LEDn為一路串接的發(fā)光二極管，可以并聯(lián)多路串接的發(fā)光二極管以增大LED路燈的功率，LED使用超高亮度白色發(fā)光二極管。

圖4　LM317功能框圖　

圖5　LED路燈恒流源電路

四、應(yīng)用前景

路燈直流供電照明系統(tǒng)是一種全新的局部范圍供電方式，《直流LED路燈照明系統(tǒng)》已獲得國家專利，（專利號：200720001950.1），與交流路燈供電系統(tǒng)相比路燈直流供電照明系統(tǒng)故障率低可靠性好系統(tǒng)造價(jià)降低等，具有比較明顯的優(yōu)勢，有著較好的推廣前景。

［1］羅貞禮.我國城市路燈照明節(jié)能現(xiàn)狀及前景分析［J］.新材料產(chǎn)業(yè)，2013，（9）：53-56.

［2］夏博，牛越，王庸，劉益才.LED城市路燈的發(fā)展現(xiàn)狀及展望［J］.燈與照明，2011，35（2）.

［3］王增福，魏永明.新編線性直流穩(wěn)壓電源［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004.

［4］夏敖敖.夏奇峰，電壓可調(diào)集成穩(wěn)壓器LM317及其高壓輸出電路［J］.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，（4）.

（責(zé)任編輯：劉偉）

方益樹（1965-），男，安徽銅陵人，銅陵市科學(xué)技術(shù)局高級工程師。

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1671-752X（2015）01-0063-02

2014-12-26