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。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)用價值。

直流供電系統(tǒng)；LED路燈；探析

一、概述

近年來，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進程的推進，城市規(guī)模不斷擴大，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。

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”計劃、“綠色照明示范城市”建設(shè)工程等，大大加強了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，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標準煤。我國城市次干路多，路燈用量大，LED路燈節(jié)約的電量是相當可觀的，同時還能改善電網(wǎng)運行質(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)成本造價下降。LED燈內(nèi)設(shè)恒流、恒壓、過溫、過壓、反接等保護電路，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，白天光線較強時R2阻值很低，電路輸出低電位進入路燈控制電路，夜幕降臨，光敏電阻阻值增大達到兆歐級，電路輸出高電位進入路燈控制電路，從而實現(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，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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2014-12-26