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為小木屋中安裝一套12V直流照明系統

2015年06月25日

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筆者的家族在加州北部的森林裡有一間小木屋。由於在1922年建造的那間小木屋年久失修,於是家人於20世紀50年代後期重新建了一間新的。目前小木屋的照明是由原先丙烷燈和交流驅動的組合所提供。交流電源是由一個年代已久遠的3 kVA發電機所提供。發電機運轉良好,交流燈也能用,但仍有一些問題,臚列如下:

  ● 所有燃料必須用5加侖桶拉到小木屋。而距離最近的燃料也需要1個小時。

  ● 發電機太吵。

  ● 為了節省燃料,每天晚上必須關閉發電機,然後在需要電源時重新開啟。


為了節省發電機的燃料,我們總是用丙烷來做早餐。


小木屋目前的電池設計是採用電源逆變器(power inverter)和大型的汽車電池,並且也運作得相當好。但是,由於天氣原因,不能把電池留在小木屋,並且電池必須要夠大才能滿足交流照明的需求和處理逆變器低效率的狀況。最後,當一家人來到小木屋打獵時,對這些大型電池充電則需要很長時間或者需要較大的太陽能電池板,而太陽能電池板在秋天的效率卻很低。


隨著LED照明的變革和高效直流-直流逆變器的發展,我們決定重新檢視小木屋的電池供電照明系統。可以確定的是,它需要11盞燈(相當於一個60W的白熾燈)和幾盞留作夜裡去洗手間照明用的夜燈。整間小木屋的設計功率預算為100W,將需要差不多60 lm/W 的燈。100 lm/W是LED光源可實現的數字,但電源效率低下和燈具設計將降低光輸出的總量。


位於加州北部的小木屋
圖1筆者家族位於加州北部的小木屋。

這一切要從CREE, Inc.的850 lm、10W LMH-2燈具開始。長久以來,我一直都在使用CREE的這款燈具來作為MCU控制的直流-直流轉換器的光源,因此很熟悉其規範。這些燈具工作在20V時需要大約500 mA的電流,並且能根據溫度和老化的影響校正色溫。我的工作將是為這些燈提供電源並將它們安裝在小木屋內。電源採用9-24 V直流輸入SEPIC拓撲,由 Microchip的PIC16F1788 8位元MCU(圖2)驅動。


圖2:Microchip的PIC16F1788 28引腳8位元高級類比快閃記憶體MCU可做為我們離線LED照明治具其中之一的DC-DC轉器。
圖2:Microchip的PIC16F1788 28引腳8位元高級類比快閃記憶體MCU可做為我們離線LED照明治具其中之一的DC-DC轉器。

PIC16F1788具有一個運算放大器、可程式設計開關模式控制器(PSMC)、DAC、ADC和比較器,此一比較器可用來產生由數位控制但類比驅動的電源。大量的代碼空間可用於保存RF 控制器燈的2.4 GHz 802.15.4無線控制軟體,但在這間小木屋中,我們並未使用此一功能。使用規定的輸出流明和測量的輸入功率時,每個LMH-2和SEPIC燈具可產生70 lm/W的光效。


(未完,請參閱下頁更多內文及附圖)


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