文章来源：电子技术设计网

当阳光普照，而室内却十分昏暗而需要照明时，一种普遍、成熟且高效的解决方案就是以最简单、最可持续的方式利用太阳光的能量——打开窗户吧！

然而，有时候，由于连接户外的通道等细节问题，可能造成这种传统解决方案不方便、不切实际或完全不可行。那么，这可能就需要一种拓扑更灵活的途径，即使它比开窗户更加复杂、效率更低也无妨。太阳能日光灯就是其中一例。

太阳能日光灯作为一种照明系统，它包括了安装于户外的太阳能光伏板(持续将阳光转换为电能)、将电能传导至室内的电线，以及合适的电路和LED将输送的电能重新转换回有用的光源。

当然，这种途径比开窗户更加复杂，但至少好过让你在黑暗中跌跌撞撞！

对于这种将光转化为电再转回到光的双重转换方案来说，如果要搭配合适的太阳能板尺寸(与成本！)，同时还要保持足够的亮度，就必须在两个转换步骤中都实现高效率。这种设计实例(如图1)提出了一些实现这些设计要求的方法。

图1：具有MPPT和高压恒流LED的太阳能日光灯。

根据定义，太阳能板的工作原理是将光转换成电能。因此，一块太阳能板所能产生的电量取决于照射在其上的光量。当然可能不太明显的是，太阳能板的功率输出也取决于其加载的电压，而且最大转换效率和功率输出的电压——即最大功率点电压(MPPV)将会随着光量和(在较小程度上的)温度而显著变化。

例如，图示面板的规格表将其额定为“30W”和“12V”。但这可不能将其解读为把30W输出到12V负载，因为即使在阳光直射下也不可能发生。事实上，它最多只能输出20W到12V。为了获得期望的额定30W，必须允许负载电压升至标称12V额定值的156%——即18.7V，也就是所谓的最大功率电压(MPV)。这究竟是怎么一回事？

这种情况其实是太阳能板规格的典型特征，经常故意低估了额定输出电压。这主要是考虑到了这样的现实：太阳能板很少能完全垂直地沐浴在阳光下，而且在条件不理想的情况下，使用者宁愿得到一些可用输出(例如足够为其12V电池充电即可)，也不愿一无所获。

事实上，如果照射在面板上的阳光不足20%，那么这块面板实际上会输出18.7V的负载。

为了从太阳能板获取最大功率，最佳负载必须随入射照明和温度而变化。这种策略通常被称为最大功率点跟踪(maximum power point tracking，MPPT)，也是图中U2、A1等周围组件的目的。

U2a和U2b振荡可产生~100Hz的“扰动”方波，其与施加到U1的占空比控制信号相加。这会导致太阳能板负载电压的周期性变化，太阳能板功率效率也会因此发生变化，在同步整流器U2c引脚4处产生信号后进行采样，并施加于反馈积分器A1。

所产生的MPPT信号被加以累积，并反馈至25kHz电压倍增器振荡器U1，以正确的方向增加或减少U1的占空比，以便最大化从太阳能板接收的功率。

当然，从太阳能板提取的功率必须输入到LED阵列并用于产生有用的光。一般的做法是将LED连接到低压串联/并联矩阵中。遗憾的是，这种拓扑结构会导致固有的低效率，因为需要电流平衡镇流电阻来补偿LED正向电压之间不可避免的不匹配。通常以这种方式会损失大约10%或更多的总可用功率。

图中所示的电路由于将太阳能板的电压增加到足够高的值(~90V)来容纳30个1W LED的纯串联，从而避免了可能的低效率。因此，无需再使用镇流电阻以及面对随之而来的功率损耗，因而得以显著提高灯的效率。

然而，问题出现了。如果LED串联灯串发生连续性损耗，D1提供的电流无处可去时，又该怎么办？

如果发生这种情况，而且并未提供任何安全措施来控制C8上电荷累积，那么该处电压将危险地上升(理论上没有限制)，直到Q1、D1和C8等许多组件不可避免地遭到(可能是剧烈的)破坏。为了避免发生这种灾难事件，可妥善配置电压比较器晶体管Q2，在可能发生危险的过压情况时，它可将U1的RESET输入设置为低电平并关闭Q1驱动器。

上海乐虎游戏信息科技有限公司，在太阳能照明领域的不断创新与发展中，始终站在行业前沿。作为一家专注于光学产品研发与应用的企业，乐虎游戏科技提供各类光学镜片、镜架、光机械件等“光”产品及解决方案，赢得了市场的广泛认可。乐虎游戏坚信，通过不断的产品创新和优化，乐虎游戏科技将为客户带来更加高效、可靠的光能解决方案，共同创造更加美好的未来。