安裝12V直流小木屋照明系統

我的家族在加州北部的森林裡蓋了一座小木屋，採用原始丙烷燈與交流驅動日光燈的組合來提供照明。交流電源由一個年代已久的3 KVA發電機提供，發電機運轉良好，交流燈也能使用，但仍有一些問題。舉例來說，取得燃料最近的車程要花上一個小時；為節省燃料每天晚上都會關閉發電機，待需要電源時再重新開啟。

小木屋的供電來自於電源逆變器及大型汽車電池，基於天氣考量，電池不能放置在屋內。此外，電池容量必須夠大才能滿足交流照明的需求以及應對逆變器的低效率。這些大型電池需要花費很長的充電時間。

隨著LED照明的變革和高效率直流對直流逆變器的發展，我們決定重新審視小木屋的電池供電照明系統。小木屋需要11盞燈(相當於一個60W的白熾燈)和幾盞夜間照明用夜燈。若小木屋整體設計功率為100W，則需要60lm/W的燈；若選擇採用LED光源，可輕鬆實現100lm/W的目標，但電源供應效率低落和燈具設計會降低總光度輸出。

一直以來我使用CREE的850lm、10W LMH-2燈具作為MCU控制的直流對直流轉換器光源。這款燈具在20V運作時需要500mA的電流，並能根據溫度和壽命的影響來校正色溫。我的工作是替這些燈提供電源，並將它們安裝在小木屋內。

電源採用9-24V直流輸入SEPIC拓撲，由Microchip的PIC16F1788 8位元微控制器來驅動。PIC16F1788具有運算放大器、可程式設計開關模式控制器、DAC、ADC和比較器，可用來產生數位控制的類比驅動電源。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70lm/W的光效。

為了節省發電機的燃料，我們使用丙烷燈準備早餐，之後邊吃邊討論小木屋的電池供電照明系統。我們有10盞使用Microchip SEPIC控制器的LMH-2燈、120呎的導線管和大量電線；規劃雜物間一盞、廚房三盞、餐廳兩盞、休息室一盞、客廳一盞、主臥室一盞、主臥室的浴室一盞。我們將電線拉到閣樓配電箱的六個保險絲上，並預留一些電線以備將來擴充使用。佈線規劃如表一所示。

Day 1

早餐後，我們開始上工。首先把配電箱和電源接入盒掛起來。電源接入盒耐風化，具有黃銅接頭，用於連接12V電源。黃銅接頭夠大，可連接汽車跳接電纜。

電源盒安裝在小木屋外面，靠近車輛停放的位置，方便使用跨接電纜與小木屋跨接。配電箱位於小木屋內，包含一個保險絲盒、電錶和電源總開關。保險絲盒支援6個保險絲。電錶最初設計用於RC建模，不過似乎更適合用來監控整個電力系統。

安裝好電源盒後，我們為6根電線塗上潤滑油，將它們從閣樓接線盒的短導線管擠入到電源盒中。我們在這些導線的末端連接圓形端子並接入兩個盒子中，如此一來閣樓就佈線完成了。

接下來的工作是在休息室天花板上鑽孔以安裝燈具。鑽好孔、放好導線管後我們順著牆壁佈置了一段表面貼裝Panduit公司的線材，用於燈開關，且能作為夜燈調光器的常用線路。

夜燈的構造是一長條12V白LED燈條。這些燈條每5米為24W，差不多每3英寸由三個LED和一個電阻組成，可依照3個LED電路的倍數來切割燈條。

離開休息室後我們向東走向廚房，沿途佈置電燈開關。我們試運了休息室、廚房和餐廳所有的燈，並使用了一些功能燈；以電池對餐廳的兩盞燈供電，驗證為23W，足以使餐廳燈火通明。

Day 2

在不熟悉閣樓的情況下我們先粗略地規劃了導線管。T型配件消耗速度快，且門廊燈需要一個可耐風化的開關；我們爬上卡車，前往最近的五金店，花上1個小時的車程，返家後開始忙碌地佈置主臥室、主臥室浴室和雜物間。

我們將餐廳原先的日光燈留在原處，它已連好線，與發電機一同使用。若您能忍受發電機的噪音則80W雙燈管燈具能使餐廳光線稍亮一些；但其實兩個20W的LMH-2就能提供差不多的亮度且色調更好。

雜物間安裝單個23W日光燈和一個10W LMH-2。LMH-2產生的光稍微暗一點，且在沒有漫射光線燈罩的情況下，導致光線集中向下。燈座為彎曲、穿孔且上了漆的0.032吋鋁製品，用來固定LMH-2並提供小型散熱區域。光源散發的熱僅有5W，而電源大約為2W，該系統的熱管理相當簡單。

Day 3

這天我們檢查了電錶，發現夜燈、準備早餐和對講總共用了56 Wh的電能，而目前現有的30W太陽能電池大概需要3到4個小時才能提供這樣的電能，更別說是陽光較少的冬天了。今天的工作便是在廚房增加最後一盞燈和封上導線管。

經過一年的規劃和三天緊湊的施工，我們在美國某個偏遠地區擁有一個可離網運作的直流照明系統，這個系統可為未來幾代家人提供方便又安靜的照明。小木屋從原本的丙烷、交流白熾燈、交流日光燈到現在的直流LED，涵蓋了整個照明發展歷程。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。若您對本文中LED照明系統所使用到的電子產品有興趣，請進一步瀏覽www.microchip.com/lighting。

本篇文章由Microchip Technology Inc. MCU8產品部技術經理Joseph Julicher提供，周維棻整理。