发明内容
本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种对半导体灯具采用自适应脉宽调制技术调光的方法及灯具,能自动切换交直流电源,使灯具方便地采用市电和自备电源(如太阳能电源)双电源供电。
本发明的技术方案是:一种对灯具采用自适应脉宽调制技术调光的方法:
首先由电源模块、电源转换和保护模块自动转换灯具的供电状态;然后根据当地日照时间和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,采用无线数据远程传输方法,远程设定灯具的点亮程序,当灯具出现短路、过热故障,内置计算机通过无线数据传输方式输出定位报警信号;再由时钟模块产生基准时钟信号,送入计算机模块端口,经内置计算机根据城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,确定相应的时间--照度调整率置入内置计算机,再根据时间--照度调整率,从自适应脉宽调制端输出脉宽调制信号,驱动智能功率开关器件,控制发光元件的发光强度,以达到实际照度的最佳匹配。
一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具,由灯体总成、支架、发光元件、透明灯罩和灯具电路总成组成。支架固定在灯体总成内,发光元件安装在支架上,灯具电路总成安装在灯体总成内,透明灯罩安装在灯体总成上。发光元件由半导体高亮度发光二极管、散热器和温度传感器组成,半导体高亮度发光二极管均匀安装在散热器上,温度传感器固定在散热器上。
灯具电路总成包括电源模块、电源转换和保护模块、功率控制模块、发光模块、计算机模块U6、传感器模块、时钟模块、无线数据传输模块U5;
电源模块由第一市电输入端子AC1和第二市电输入端子AC2、第一直流输入端子DC1和第二直流输入端子DC2、继电器JD、开关稳压电源WY组成,第一市电输入端子AC1连接继电器JD的常闭触点JD-1一端,第二市电输入端子AC2连接继电器JD的常闭触点JD-2一端,常闭触点JD-1和JD-2的另一端分别连接到开关稳压电源WY的2个交流输入端,开关稳压电源WY的输出VDD端子连接到电源转换和保护模块功率场效应管Q1的D极,其GND端接地,第一直流输入端子DC1与继电器JD线圈的一端相接后再与电源转换和保护模块中肖特基二极管D2正极相接,第二直流输入端子DC2接地;
电源转换和保护模块由功率场效应管Q1、电压比较器U1、肖特基二极管D1和D2、电阻R0、R1和R2组成,电阻R0一端与肖特基二极管D2正极连接,电阻R0另一端连接电压比较器U1的输入2,功率场效应管Q1的D极连接电阻R1一端,电阻R1另一端连接电压比较器U1的输入1并和电阻R2的一端连接,电阻R2另一端接地,功率场效应管Q1的G极连接电压比较器U1输出3,功率场效应管Q1的S极连接肖特基二极管D1正极,肖特基二极管D1负极与肖特基二极管D2负极连接,然后与功率控制模块中功率开关器件Q2、Q3中的VBB极以及计算机模块U6的VDD端连接;
功率控制模块由功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、与非门U2和U3、电阻R3和R4组成,电阻R3和R4一端连接功率开关器件Q3和Q4的VBB极,功率开关器件Q2的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED1正极,功率开关器件Q3的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED2正极,功率开关器件Q2的IN极连接与非门U2输出3和电阻R3另一端,功率开关器件Q3的IN极连接与非门U3输出3和电阻R4另一端,功率开关器件Q2的ST极连接计算机模块U6的ST1端,功率开关器件Q3的ST极连接计算机模块U6的ST2端,与非门U2的输入2连接与非门U3的输入2,然后与计算机模块U6的PWM端连接,与非门U2的输入1连接计算机模块U6的GPA端,与非门U3的输入1连接计算机模块U6的GPB端;
发光模块由半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2组成,半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2交错安装在散热器上,组件LED1正极连接LED1接线端子,负极连接散热器后接地,组件LED2正极连接LED2接线端子,负极连接散热器后接地;
传感器模块由光电传感器CG1、温度传感器CG2组成,光电传感器CG1的正极连接计算机模块U6的AD1端,光电传感器CG1的负极接地,温度传感器CG2的正极连接计算机模块U6的AD2端,温度传感器CG2的负极接地;
时钟模块由实时时钟电路U4、石英晶体X0、后备电池BTA组成,石英晶体X0的两引脚连接到实时时钟电路U4的X1、X2端口,后备电池BTA的正极连接实时时钟电路U4的VBAT端口,后备电池BTA的负极接地,实时时钟电路U4的SDA、SCL端口分别对应连接到计算机模块U6的SDA、SCL端口,实时时钟电路U4的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口;
无线数据传输模块U5的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口分别对应连接到计算机模块U6的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口,无线数据传输电路模块U5的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口,无线数据传输模块U5的GND端口接地,无线数据传输电路模块U5的天线端口连接外接天线。
本发明与现有技术相比具有如下特点:
1、本发明采用半导体高亮度发光二极管LED作为发光器件,在相同的照度条件下,比我国目前广泛使用的T5、T8双端三基色荧光灯、高压钠灯等灯具节电50%以上。
2、本发明克服了一般照明灯具智能节能控制技术采用调整灯具输入电压的方法不能对传统灯具进行有效调光的缺点,充分利用半导体高亮度发光二极管LED良好的开关特性,对照明灯具实行最小功率损耗的脉宽调制调光。
3、本发明可以根据环境亮度和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,通过计算机对灯具实现自适应照度调整,达到优化节约用电的目的。
4、本发明采用无线数据传输方式,可以根据日照时间和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,远程设定照明灯具的点亮程序。同时,如果灯具出现短路、过热等故障,还可以通过无线数据传输方式实现定位报警。
5、本发明可以通过安装在半导体高亮度发光二极管LED组件散热器上的温度传感器感应的数据,根据最佳温度-发光曲线优化半导体高亮度发光二极管LED的发光亮度。
6、本发明采用半导体高亮度发光二极管LED作为发光器件,相对传统照明灯具的维护更换周期可以延长10倍以上,即从目前的1年左右延长到10年以上。
7、本发明采用具有过电流、过电压、温度保护的智能功率开关器件,具有完善的保护功能。
8、本发明可以使照明灯具同时采用市电和自备电源双电源供电,克服了单独采用自备电源(如太阳能电源)的照明灯具特别是路灯不能稳定地长期工作的弊病。当自备电源接入时,灯具可以自动关断市电,转入自备电源供电。当自备电源断开时,灯具可以自动接通市电。当自备电源的输出电压过低时,灯具可以自动转入市电供电,避免了自备电源的过度放电。这一特点可以使本发明十分可靠地使用太阳能、风能等绿色能源。
以下结合附图和具体实施方式对本发明的方法和详细结构作进一步描述。
具体实施方式
一种对灯具采用自适应脉宽调制技术调光的方法:首先由电源模块、电源转换和保护模块自动转换灯具的供电状态;然后根据当地日照时间和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,采用无线数据远程传输方法,远程设定灯具的点亮程序,当灯具出现短路、过热故障,内置计算机通过无线数据传输方式输出定位报警信号;再由时钟模块产生基准时钟信号,送入计算机模块端口,经内置计算机根据城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律,确定相应的时间--照度调整率置入内置计算机,再根据时间--照度调整率,从自适应脉宽调制端输出脉宽调制信号,驱动智能功率开关器件,控制发光元件的发光强度,以达到实际照度的最佳匹配;
由电源模块、电源转换和保护模块自动转换灯具的供电状态的工作步骤是:
一、市电电源的断开
当直流电源接入时,继电器JD得电,常闭触点JD-1和JD-2断开,关断市电电源,同时,电压比较器U1关断功率场效应管Q1,直流电源通过肖特基二极管D2供电;
二、市电电源的接通
当直流电源断开时,继电器JD失电,常闭触点JD-1和JD-2闭合,开通市电电源,电压比较器U1开通功率场效应管Q1,开关稳压电源WY输出直流电通过肖特基二极管D1向灯具供电;
三、直流电源低电压保护
当直流电源的输入电压过低时,电压比较器U1开通功率场效应管Q1,开关稳压电源WY向灯具供电,避免了直流电源的过度放电。
如附图所示:一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具,由灯体总成1、支架2、发光元件3、透明灯罩4和灯具电路总成5组成。支架2固定在灯体总成1内,发光元件3安装在支架2上。灯具电路总成5安装在灯体总成1内。透明灯罩4安装在灯体总成1上。发光元件3由半导体高亮度发光二极管31、散热器32和温度传感器33组成,半导体高亮度发光二极管31均匀安装在散热器32上,温度传感器33固定在散热器32上。
灯具电路总成5包括电源模块51、电源转换和保护模块52、功率控制模块53、发光模块54、计算机模块U6、传感器模块55、时钟模块56、无线数据传输模块U5;
电源模块51由第一市电输入端子AC1和第二市电输入端子AC2、第一直流输入端子DC1和第二直流输入端子DC2、继电器JD、开关稳压电源WY组成,第一市电输入端子AC1连接继电器JD的常闭触点JD-1一端,第二市电输入端子AC2连接继电器JD的常闭触点JD-2一端,常闭触点JD-1和JD-2的另一端分别连接到开关稳压电源WY的2个交流输入端,开关稳压电源WY的输出VDD端子连接到电源转换和保护模块52功率场效应管Q1的D极,其GND端接地,第一直流输入端子DC1与继电器JD线圈的一端相接后再与电源转换和保护模块52中肖特基二极管D2正极相接,第二直流输入端子DC2接地;
电源转换和保护模块52由功率场效应管Q1、电压比较器U1、肖特基二极管D1和D2、电阻R0、R1和R2组成,电阻R0一端与肖特基二极管D2正极连接,电阻R0另一端连接电压比较器U1的输入2,功率场效应管Q1的D极连接电阻R1一端,电阻R1另一端连接电压比较器U1的输入1并和电阻R2的一端连接,电阻R2另一端接地,功率场效应管Q1的G极连接电压比较器U1输出3,功率场效应管Q1的S极连接肖特基二极管D1正极,肖特基二极管D1负极与肖特基二极管D2负极连接,然后与功率控制模块53中功率开关器件Q2、Q3中的VBB极以及计算机模块U6的VDD端连接;
功率控制模块53由功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、与非门U2和U3、电阻R3和R4组成,电阻R3和R4一端连接功率开关器件Q3和Q4的VBB极,功率开关器件Q2的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED1正极,功率开关器件Q3的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED2正极,功率开关器件Q2的IN极连接与非门U2输出3和电阻R3另一端,功率开关器件Q3的IN极连接与非门U3输出3和电阻R4另一端,功率开关器件Q2的ST极连接计算机模块U6的ST1端,功率开关器件Q3的ST极连接计算机模块U6的ST2端,与非门U2的输入2连接与非门U3的输入2,然后与计算机模块U6的PWM端连接,与非门U2的输入1连接计算机模块U6的GPA端,与非门U3的输入1连接计算机模块U6的GPB端;
发光模块54由半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2组成,半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2交错安装在散热器上,组件LED1正极连接LED1接线端子,负极连接散热器32后接地,组件LED2正极连接LED2接线端子,负极连接散热器32后接地;
传感器模块55由光电传感器CG1、温度传感器CG2组成,光电传感器CG1的正极连接计算机模块U6的AD1端,光电传感器CG1的负极接地,温度传感器CG2的正极连接计算机模块U6的AD2端,温度传感器CG2的负极接地;
时钟模块56由实时时钟电路U4、石英晶体X0、后备电池BTA组成,石英晶体X0的两引脚连接到实时时钟电路U4的X1、X2端口,后备电池BTA的正极连接实时时钟电路U4的VBAT端口,后备电池BTA的负极接地,实时时钟电路U4的SDA、SCL端口分别对应连接到计算机模块U6的SDA、SCL端口,实时时钟电路U4的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口;
无线数据传输模块U5的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口分别对应连接到计算机模块U6的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口,无线数据传输电路模块U5的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口,无线数据传输模块U5的GND端口接地,无线数据传输电路模块U5的天线端口连接外接天线。