我家在北加州的森林裏有一處小木屋。由於1922年建造的那個小木屋年久失修
，於是家人於20世紀50年代後期重新建了一個(圖1)。目前
，照明由最初的丙烷燈和交流驅動的日光燈一起提供。交流電由一個年代已久的3kVA發電機提供。發電機運轉良好，交流燈也能用，但仍有一些問題。

 

● 所有燃料必須用5加侖桶子拉到小木屋

，而距離最近的燃料也有1小時遠。

 

● 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，我們總是用丙烷作為做早餐的燃料。

 

小xiao木mu屋wu當dang前qian的de電dian池chi采cai用yong電dian源yuan逆ni變bian器qi和he大da型xing汽qi車che電dian池chi設she計ji，並bing且qie工gong作zuo得de相xiang當dang好hao。但dan是shi
，由you於yu天tian氣qi原yuan因yin，不bu能neng把ba電dian池chi留liu在zai小xiao木mu屋wu，並bing且qie電dian池chi必bi須xu足zu夠gou大da才cai能neng應ying對dui交jiao流liu照zhao明ming的de要yao求qiu和he逆ni變bian器qi的de低di效xiao率lv。最zui後hou，這zhe些xie大da型xing電dian池chi充chong電dian需xu要yao很hen長chang時shi間jian，或huo者zhe當dang家jia人ren在zai秋qiu天tian到dao小xiao木mu屋wu打da獵lie時shi
，由you於yu此ci時shi太tai陽yang能neng電dian池chi板ban的de效xiao率lv不bu高gao，需xu要yao較jiao大da的de太tai陽yang能neng電dian池chi板ban。

圖1：位於加州北部的小木屋。

 

隨著LED照明的革命和DC-DC轉換器的效率變高，我們決定重新審視小木屋的電池供電照明係統。可以確定
，小木屋需要11盞燈(相當於一個60W的白熾燈)和一些夜裏去洗手間用的夜燈。整個小木屋的設計功率預算為100W，將需要差不多60lm/W的燈。100lm/W是LED光源可實現的數字，但電源效率低和燈具設計將會降低總的光輸出。

 

設計開始首先來看一下CREE公司的850lm
、10W LMH-2燈具。我一直使用CREE 的這款燈具作為MCU控製的DC-DC轉換器的光源，因此很熟悉它的規範。該燈具工作在20V時需要大約500mA的電流，並且能根據溫度和壽命的影響校正色溫。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。電源采用9～24VDC輸入SEPIC拓撲，由Microchip的PIC16F1788 8位MCU驅動。PIC16F1788具有一個運放
、可編程開關模式控製器(PSMC)
、DAC、ADC和產生數字控製
、模擬驅動電源所需的比較器。該MCU具有大量的代碼空間
，可用於保存RF控製燈所需的2.4GHz 802.15.4無線控製軟件，但此功能未在小木屋使用。使用規定的輸出流明和精確的輸入功率時
，每個LMH-2和SEPIC燈具可產生70lm/W的光效。

照明係統的框圖

 

圖2：Microchip的PIC16F1788 28引腳8位高級模擬閃存MCU。

 

1：照明規劃。

 

這樣安排可在廚房和餐廳這兩個最常用的位置提供最佳照明
，並且其他位置也有很好的照明。配電箱有6個可用熔絲。我們決定將電線拉到閣樓
，接到所有6個熔絲上
，並留出一些電線以備將來擴充。布線規劃是在各支路放置不超過5個主燈，我們將按照表2所示將電燈分組來完成。

表2：布線規劃。

 

 

首先把配電箱和電源接入盒掛起來。電源接入盒耐風雨，具有黃銅接頭
，可用於連接12Vdianyuan。huangtongjietouzugouda，kelianjieqichekuajiedianlan。dianyuanheanzhuangzaixiaomuwuwaimiankaojincheliangtingfangdeweizhi，fangbianshiyongkuajiedianlanyuxiaomuwukuajie。peidianxiangweiyuxiaomuwunei，baohanyigerongsihe

、電表和電源總開關。熔絲盒支持6個熔絲。電表最初設計用於RC建模，不過似乎更適合監控整個電力係統。

 

安裝好電源盒後，我們給6gendianxiantushangrunhuayou，jiangtamenjiruconggeloudejiexianhedaodianyuanhededuandaoguanzhong。womenzaizhexiedaoxianmoduanlianjieyuanxingduanzibingjierulianggehezi。xianzaigelouyibuxianwanbi。

 

接jie下xia來lai要yao做zuo的de事shi情qing是shi在zai休xiu息xi室shi的de天tian花hua板ban上shang鑽zuan孔kong以yi裝zhuang燈deng。我wo們men鑽zuan好hao孔kong並bing放fang好hao導dao管guan。順shun著zhe牆qiang布bu置zhi了le一yi段duan表biao麵mian安an裝zhuang泛fan達da導dao管guan，用yong於yu燈deng開kai關guan
，並bing且qie是shi到dao夜ye燈deng調tiao光guang器qi的de常chang用yong線xian路lu。夜ye燈deng由you一yi長chang條tiao12V白LED燈帶構建。這些燈帶每5米為24W
，差不多每3英寸由三個LED和一個電阻組成。可以按3個LED電路的倍數截短燈帶。

 

從休息室，我們向東走向廚房
，沿途布置燈開關

，試運行了休息室、廚房和餐廳的所有燈。借用一些功能燈，我們通過對餐廳的兩盞燈供電，驗證電池功率為23W。

第2天 

 

由you於yu對dui閣ge樓lou的de情qing況kuang缺que乏fa了le解jie
，之zhi前qian我wo們men隻zhi是shi粗cu略lve規gui劃hua了le導dao管guan。三san通tong接jie頭tou用yong得de很hen快kuai，並bing且qie門men廊lang燈deng需xu要yao一yi個ge可ke防fang風feng雨yu的de開kai關guan。購gou買mai了le其qi餘yu的de零ling部bu件jian後hou，我wo們men布bu置zhi了le主zhu臥wo室shi、主衛生間和雜物室。

 

圖3所(suo)示(shi)為(wei)餐(can)廳(ting)。我(wo)們(men)將(jiang)原(yuan)先(xian)的(de)日(ri)光(guang)燈(deng)留(liu)在(zai)原(yuan)地(di)
，因(yin)為(wei)它(ta)們(men)已(yi)與(yu)發(fa)電(dian)機(ji)相(xiang)連(lian)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。如(ru)果(guo)你(ni)可(ke)以(yi)將(jiang)汽(qi)油(you)運(yun)到(dao)森(sen)林(lin)裏(li)並(bing)且(qie)可(ke)以(yi)忍(ren)受(shou)發(fa)電(dian)機(ji)的(de)噪(zao)聲(sheng)，那(na)就(jiu)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)80W雙管燈具使光線稍亮一點。然而，兩個20W的LMH-2就可以提供差不多的光亮，並且顏色更好。

6

圖3：餐廳。

 

圖4所示為雜物間，安裝有一個23 W 日光燈和一個10 W LMH - 2 。LMH-2產生的光稍微暗一點
，並且非常不幸的是，由於我沒有漫射光線的燈罩，導致光線集中向下。燈具為彎曲
、穿孔、上了漆的0.032”鋁製品，用來固定LMH-2燈具並提供小型散熱區域。該係統的熱管理非常簡單，原因是光源發的熱隻有5W，而電源大約為2W；另外，晚間溫度在夏天約為20℃，在冬天為10℃。

圖4：雜物間。

 

第3天 我們檢查了電表，了解到夜燈以及準備早餐
、拍照和對講總共用了56Wh的電能。即使是冬天，我的30W太陽能蓋板大概隻要3到4個小時就能提供這樣的電能。第三天的工作包括在廚房裏添加最後一盞燈和封上導管。

 

 

經(jing)過(guo)一(yi)年(nian)的(de)規(gui)劃(hua)和(he)三(san)天(tian)的(de)緊(jin)張(zhang)工(gong)作(zuo)
，我(wo)們(men)現(xian)在(zai)在(zai)美(mei)國(guo)的(de)一(yi)個(ge)偏(pian)遠(yuan)地(di)區(qu)擁(yong)有(you)了(le)一(yi)個(ge)可(ke)離(li)網(wang)運(yun)行(xing)的(de)直(zhi)流(liu)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)。這(zhe)個(ge)係(xi)統(tong)可(ke)為(wei)未(wei)來(lai)幾(ji)代(dai)家(jia)人(ren)提(ti)供(gong)無(wu)故(gu)障(zhang)的(de)安(an)靜(jing)照(zhao)明(ming)。該(gai)小(xiao)木(mu)屋(wu)見(jian)證(zheng)了(le)從(cong)丙(bing)烷(wan)燈(deng)、交流白熾燈、交流日光燈到現在的直流LED燈的照明發展曆程。每代技術都減少了維護
，改進了性能，並增加了家庭度假的樂趣。