这套系统解决方案提供的是智能型太阳能混合式发光二极管(LED)路灯系统。 本系统为一项实验性项目,对象为意法半导体园区停车场的 LED 路灯。 它是一种独立的太阳能系统,有交直流(AC-DC)LED 驱动器做为备用电源以防电池不足。 在没有电池或电池电量不足的状况下,它会自动转换到恒定电流的交直流 LED 驱动器。 这种交直流 LED 驱动器采用准共振(Quasi-Resonant,QR)模式的功率因子修正(Power Factor Correction,PFC),使用单级单切换以及原级感测专用控制。 用来驱动 LED 的是 HVLED001A,这是已经商品化的 LED 驱动器。
 
LED 驱动器的主要电源供应则是来自电池这种能量储存组件。 电池利用白天最大功率点(Maximum Power Point Tracking,MPPT)的方式加以充电。 根据现有文献,MPPT 在利用太阳辐射为电池充电时相当有效率。 MPPT 阶段功率转换器所测得的效率超过 97%。 建议使用 2-phase boost 直直流(DC-DC)转换器做为直流 LED 驱动器。 2-phase 交直流转换器有助于缩小直流电大容量电容器的体积,且为了达到滤波的目的建议放在负载侧。
 
根据文献数据,功率转换器若因老化而故障将成为一个弱点。 最后它会增强 LED 驱动系统的寿命。 直直流 LED 驱动器阶段的效率也高于 95%。 之所以能提高功率转换效率,是因为使用了高效率的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和闸极驱动 IC。 LED 驱动器在恒定电流下运作,是另一个可以增强 LED 寿命的参数。 目前已利用高效率的数字电源转换微控制器(STM32F3),成功在电路板上完成测量与决策作业。
 
所有路灯都透过 6LoWPAN 网状网络相互链接,而该网络则是利用一款名叫 SPIRIT1 的商品化 Sub-GHz 组件建置而成。 路灯节点会透过 6LoWPAN 网格技术,利用免费的 ISM(Industrial, Scientific and Medical;工业、科学与医学)无线电频道(868 MHz)互相沟通。 装设了太阳能板的路灯节点,是一种可以和 6LoWPAN 技术(网格)上面的数据集中器单元交谈的照明节点。
 
照明控制单元(Light Conditioning Unit,LCU)是由电力网和太阳能板一起负责供电。 只要感测四周光线与环境,就能提供灯光自动开/关/调节功能。 这套系统还附有尚未完全发展成熟的指令及控制中心,让终端用户可从任何地点,控制单一或成组的照明节点。
 
图 1 为智能太阳能混合式照明管理系统。 图 2 为装设在停车场的照明设备,内有意法半导体所开发的电路板。 数据集中器单元(Data Concentrator Unit,DCU)附有机载的泛欧式数字行动通讯系统(GSM)模块,可以和使用通用封包无线电服务/第三代/第四代(GPRS/3G/4G)行动网络技术的云端应用程序进行通讯。 图 3 为数据集中单元里的照明控制单元。 用户可以控制单一照明节点,或对所有照明节点传播指令。 可根据天文钟排定照明节点开/关/调节的时程。 云端平台是在微软的 Azure 上进行测试,并利用微软 Azure 所提供的工具,针对数据集中单元所接收到的数据来进行数据分析。 图 4 为云端网络应用。 这款 LED 驱动器的原型已在意法半导体园区进行实验验证及与生产,并部署在 100x150 平方公尺的区域里既有的 30 根电线杆上。 每个阶段的转换效率都超过 90%,电源质量和运转可靠度也都表现极佳。
 
图 1. 智能型太阳能混合式 LED 路灯系统
 
(a)安装 LED 的路灯
 
(b) 电路板(照明控制单元)
 
图 2. 停车场的照明设备
 
图 3. DCU 板
 
图 4. 云端网络应用