具有主动 MPPT 且无镇流电阻的太阳能日光灯设计方案

对于这种双重转换方案，将光转换为电，然后再转换为光，以使用合理尺寸(和成本!)的太阳能电池板，同时仍保持足够亮以供使用，这要求在两个转换步骤中都实现高效率。此设计理念(见图)介绍了一些实现这些设计要求的方法。

具有最大功率点跟踪和高压恒流 LED 驱动的太阳能日光灯。

根据定义，光伏板的工作原理是将光转换成电能。因此，一块电池板能产生的电量取决于照射到其上的光量。当然!可能不太明显的是，电池板的功率输出还取决于其加载的电压，并且最大转换效率和功率输出的电压(最大功率点电压 = MPPV)会随着光量和(在较小程度上)温度而显着变化。

例如，图示面板的规格表将其额定为“30 瓦”和“12 伏”。但这绝不应被理解为它可以将 30 W 输出到 12 V 负载，因为它不会这样做——即使在阳光直射下也不会。事实上，它最多只能输出 20 W 到 12 V。为了希望获得额定的 30 W，必须允许负载电压升至标称 12 V 额定值的 156%——即 18.7 V(所谓的最大功率电压 = MPV)。这是怎么回事?

这种情况其实是太阳能电池板规格的典型特征。额定输出电压通常被故意低估。这考虑到了这样一个事实：太阳能电池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，用户宁愿得到一些可用输出(例如，足以给 12 V 电池充电)， 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 18.7 V的负载。

为了从太阳能电池板提取最大功率，最佳负载必须随入射照明和温度而变化。这种策略通常称为最大功率点跟踪 (MPPT)，也是 U2、A1 和周围组件的目的。

U2a 和 U2b 振荡以产生 ~100 Hz “扰动”方波，该方波与施加到 U1 的占空比控制信号相加。这会导致太阳能电池板负载电压的周期性变化。因此，电池板功率效率也会发生变化，在同步整流器 U2c 引脚 4 处产生信号，该信号在该引脚被采样并施加到反馈积分器 A1。产生的 MPPT 信号被累积，成为 25 kHz 电压倍增器振荡器 U1 的反馈，该振荡器以正确的方向增加或减少 U1 的占空比，以最大化从太阳能电池板接收的功率。

当然，从面板提取的功率必须输入到 LED 阵列并用于产生有用的光。通常的做法是将 LED 连接到低压串联/并联矩阵中。不幸的是，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。

所示电路通过将面板电压提升到足够高的值(~90 V)来容纳 30 个 1-W LED 的纯串联，从而避免了这种低效率。因此，镇流电阻器的需求及其不良功率损耗被消除，从而显著进一步提高灯效率。

然而，问题出现了。如果 LED 串联灯串的连续性丢失，D1 提供的电流无处可去，该怎么办?

如果发生这种情况，并且没有提供任何安全措施来控制 C8 上电荷的积累，则那里的电压将危险地上升(理论上没有限制)，直到许多组件(包括 Q1、D1 和 C8)不可避免地遭到破坏(也许是剧烈的破坏)。电压比较器晶体管 Q2 的配置可防止这种灾难，当危险的过压情况即将发生时，它将 U1 的 RESET 输入设置为低电平并关闭 Q1 驱动器。