一种带充电桩的LED路灯数字电路设计

摘要：LED灯是21世纪高科技环保产品，在日本、德国等发达国家正在兴起并迅速推广的环保和节能型产品。现针对充电桩建设滞后制约着电动汽车产业的发展问题、LED照明及电动汽车充电需要直流电的问题、光伏供电需要电源逆变的问题，综合上述问题的利弊关系之后，提出LED路灯、充电桩及光伏供电一体化的路灯设计。

关键词：LED路灯 光伏 充电桩 综合

中图分类号：TM614 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0145-01

1 引言

安装独立的充电桩需要建桩破路，不仅涉及到多个部门，面临用地贵、征地难的问题，还涉及到电线设施铺设、充电桩安装施工、设置固定停车位等环节是一桩不小的土木工程。而利用路灯节能改造开发路灯充电桩则可以有效地规避这些问题。

2 总体设计方案

在进行路灯改造时，利用光伏发电得到标准的直流电源，为 LED路灯进行直流供电，与此同时在LED路灯支架中设计一个直流充电桩设备，实现对电动汽车的充放电。系统总体框图如图1所示。

2.1 光伏发电设备的设计

在进行光伏发电设备的设计时，考虑到用电的安全性，我们单个升压电源模块采用低压供电的方式，其输出电压保证在36V，并且为了保证其能达到大功率输出的目的，输出端采用并联结构与串联结构混合的方式，原理框图如图2所示。

对于图2中的升压电源，我们用单片式的结构，所用的芯片是XL6009。其电路图如图3所示。

XL6009的5脚为电压反馈端，其可以保证输出电压的稳定性，其中输出电压的表达式为：

（1）

由（1）式可知，只要调节R2与R1的比值便可使输出电压达到36V，在本文中取R1=28K，R2=1K。

值得注意的是，在本文中为保证光伏发电设备可以有足够的输出功率，输出端采用了用多个升压电源并联与串联结合输出的结构。其中，单个升压电源输入电压与输出电压在空载时的测试数据如下表1：

由表1可知：当输入电压变化是，输出电压基本保持不变，该升压电路具有良好的电压稳定能力。

2.2 路灯照明电路的设计

其设计过程主要包括：变压器的设计、恒流反馈电路的设计。对于变压器的设计，它作为驱动电源的核心部件，主要与驱动电源的功率、工作频率、占空比、输出电流等息息相关。设计变压器时，就是选取一个合适的参数，使得电源的效率最高，发热最小。在本文中，考虑到输入电压为300～400V，输出电流为2A，输出功率为100W，我们利用查表法选择变压器的型号为EE35（材质为PC40）[1]，再结合相关的计算公式及后续的调试，最终取原边线圈匝数为，次边线圈匝数为，辅助线圈匝数为，气隙取0，31mm初级线圈采用0，4mm的漆包线，次级和辅助采用0，3mm的漆包线。对于恒流反馈电路的设计，如图4所示，我们选用型号为 LM358 的运算放大器，V2主要是给运算放大器和稳压二极管 Z1进行供电[2]。同时V2经过分压后提供一个基准电压，接入到运算放大器的正向输入端，通过改变基准电压便可改变输出电流，由于本文需要输出2A的电流，故取此基准电压为0，1V。

其总体电路图如图4所示。

2.3 充电桩的设计

考虑到光伏发电设备提供的是直流电，故在本文中涉及的充电桩为直流充电桩，其工作原理为：将光伏发电设备提供的直流电直接提供给IGBT桥，控制器通过控制IGBT桥将直流电压转换为脉宽调制的交流电压，接着，经脉宽调制的交流电压通过高频变压器隔离，最后经过整流滤波后给电池组充电。其原理框图如图5所示。

3 PCB设计

对于PCB设计主要注意以下几点[3]。

（1）对于升压电源部分，其电压输入端到XL6009的电源和地端，应使用单点接地，减小电磁干扰。（2）对于电路中有大电流经过的部分应尽量减小其闭环回路的面积，且走线要宽。（3）对于有高电压的接触点，要加大接触点的面积。（4）对于发热量大的器件，应放置在PCB板的边缘，加强其散热功能。

4 结语

本文提供了一种带充电桩的led路灯设计方案。经测试，该方案可对100W的LED路灯进行照明，且随着光伏发电设备的增多，整个供电网络能提供的最大功率也线性地增加。

参考文献

[1]赵同贺，开关电源与LED照明的设计计算精选[M]，北京：机械工业出版社，2013（8）：20-21，

[2]孔镇，大功率LED道路照明系统设计及驱动电源的研究[D]，华南理工大学硕士论文，2012（5）：48-49，

[3]刘祖明 编著，LED照明驱动器设计案例精解[M]，北京：化学工业出版社，2011（2）：81-89，