CN101761838A

CN101761838A - Led混光高效节能路灯

Info

Publication number: CN101761838A
Application number: CN201010123434A
Authority: CN
Inventors: 程洲山
Original assignee: IET ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: IET ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: CN101761838B

Abstract

本发明涉及LED混光高效节能路灯。其特征在于：高压钠灯(1)装在高压钠灯反光器(3)内，高压钠灯反光器(3)安装在混光路灯灯具(4)内，在位于高压钠灯反光器(3)的外围，混光路灯灯具(4)的下壳体上安装LED灯(2)，以混光路灯灯具(4)为安装基点的多个LED灯(2)环形分布在高压钠灯反光器(3)的周围。AC220V市电连接电子镇流器的电源输入端，电子镇流器有两个输出端，一端是接高压钠灯(1)的，一端是接LED(2)灯的；LED灯与高压钠灯混光后得到暖白光，提高了人眼的中间视觉亮度，提高了显色性。通过使用能时控功率的电子镇流器替代传统电感镇流器，使灯具整体的节能效果大大提升。

Description

LED混光高效节能路灯

技术领域

本发明涉及LED混光高效节能路灯。

背景技术

人眼视觉特征——

光线经过晶状体聚焦到视网膜上，视网膜的两种细胞：1、杆状细胞负责感知光亮度；2、锥状细胞负责感知色度。

人眼“明视觉”特征

正常视觉条件下，在有效亮度＞3.5cd/m2时，杆状细胞感知物体轮廓，锥状细胞感知物体表面颜色。此时人眼对黄绿光最敏感

人眼“中间视觉”特征

过渡状态下有部分锥状和杆状细胞工作

蓝绿光较红光更为明亮

人眼“暗视觉”特征

低亮度条件下，在亮度＜0.035cd/m2时：锥状细胞不发生作用，不能分辨颜色，杆状细胞起作用，使物体轮廓有一定的能见度，此时人眼对蓝绿光最敏感

高压钠灯光源的明视觉性较好，但中间视觉特征不好，但实际路灯照明亮度都在0.1-3cd/m2在中间视觉特征范围内与暗视觉范围内，所以高压钠灯在实际路灯照明时人眼视觉亮度不够好。

白光的显色性要比黄光优越。

白光是复合光易于辨别道路和周边环境的颜色，更好的保证了道路行驶的安全性和舒适性。白光比黄光的可视性好。研究显示白光更容易被视觉神经感受到.

普通高压钠灯路灯分析

高压钠灯以其高光效，高透雾性，寿命长，价格便宜等优势得以在室外道路照明领域广泛应用。但普通高压钠灯灯具也有其缺点如：1、下半夜由于电网电压上升，灯功率也同时随之上升造成灯过载，所以普通高压钠灯实际使用寿命只有几千小时，与18000小时的实验室测试寿命相差甚远。2、高压钠灯所发的光色是金黄色的，黄光的低显色性使得周围的环境，道路和人都呈现出不自然的状态。3、传统电感型镇流器功耗大，效率低

发明内容

本发明的目的是提供LED混光高效节能路灯。

本发明目的是为了避免传统电感镇流器高压钠灯的下述缺陷：“1、下半夜由于电网电压上升，灯功率也同时随之上升造成灯过载，导致寿命缩短光衰过快。2、高压钠灯所发的光色是金黄色的，黄光的低显色性使得周围的环境，道路和人都呈现出不自然的状态。3、传统电感型镇流器功耗大，效率低”等；本发明提供一种暖白光高显色指数的路灯，且比传统路灯更节能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

LED混光高效节能路灯，其特征在于：高压钠灯装在高压钠灯反光器内，高压钠灯反光器安装在混光路灯灯具内，在位于高压钠灯反光器的外围，混光路灯灯具的下壳体上安装LED灯，以混光路灯灯具为安装基点的多个LED灯环形分布在高压钠灯反光器的周围；AC220V市电连接电子镇流器的电源输入端，电子镇流器有两个输出端，一端接高压钠灯，一端接LED灯。

LED铝壳外壳体与球头铝件锁紧圈共同锁紧在其内部的球形LED内壳，大功率的LED安装在球形LED内壳内部构成；LED灯内部壳体是球形的，可以转动的，照射角度可调的。

环形分布在高压钠灯反光器外围的LED灯由蓝光和白光两种颜色的LED灯组成。

在电子镇流器电源输入端设有避雷电路，避雷电路由陶瓷气体放电管和压敏电阻组成，使用单片机加上延时程序实现延时功能，再由单片机控制相应的电子开关，再由电子开关投切相应阻容元件改变镇流器的振荡频率或占空比，实现路灯的时控变光功能。

功率因数校正电路的储能电感L2副线圈产生的电能通过整流/滤波/稳压后为镇流器的其他附属电路供电，当电路出现异常时只要通过停止功率因数校正电路，即可让镇流器的其他各附属子电路因失电而停止工作，使整个镇流器进入保护状态。

做法：

1.通过白色、蓝色的LED与金黄色的高压钠灯混光，最后得到暖白光。提高了人眼的暗视觉和中间视觉亮度，同时提高了显色指数。

2.将LED环绕安装在高压钠灯反光器以外，既避免了高压钠灯的高温，同时提高了混光的均匀性。

3.通过特殊设计的球头型LED灯铝外壳，使之能方便灵活的调节LED辅助光源的照射方向及照射面积，从而实现了整个灯具“配光曲线图”的微调，同时也能使混光更均匀。

4.使用电子镇流器代替传统电感镇流器，降低了镇流器功耗提高了整个灯具的发光效率。

5.电子镇流器中使用了有源功率因数校正电路，提高了功率因数同时也扩大了对输入电压的适应性，实现了输入电压在160V-260V母线电压均能稳定在400V，避免供电电压波动造成灯功率过载，降低了光衰。

6.在电子镇流器中使用了单片机，实现了按照设定时间控制高压钠灯的灯功率，从而实现了在路面人烟稀少的时间段，自动降低功率提高节能效果。

高压钠灯装在高压钠灯反光器内，高压钠灯反光器安装在混光路灯灯具内，在位于高压钠灯反光器的外围，混光路灯灯具的下壳体上安装LED灯，以混光路灯灯具为安装基点的多个LED灯环形分布在高压钠灯反光器的周围。AC220V市电连接电子镇流器的电源输入端，电子镇流器有两个输出端，一端是接高压钠灯的，一端是接LED灯的。

本发明的有益效果是：

1、由于高压钠灯工作时温度较高，就连在反光器内部温度都很高！用大功率LED灯在高压钠灯反光器外围围绕一圈，既得到了较好的混光效果同时也较好的解决了LED灯的散热问题。

2、辅助光源LED灯的壳体：采用外壳+球形内壳结构，即实现了灵活的调节。可使整体混光效果达到最好

1、3、采用高效高压钠灯(金黄色光)作为主光源照明，再用蓝色和白色LED灯与其混光，最终得到了暖白色光，提高了人眼的“中间视觉亮度”，也提高了显色指数。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1：是混光灯具布局图；

图2：是LED辅助光源球头型铝壳；

图3：是电子镇流器原理框图。

图中：

1.高压钠灯、2.LED灯、3.高压钠灯反光器、4.混光路灯灯具、

2.1.LED铝壳外壳体、2.2.球头铝件锁紧圈、2.3.球形LED内壳

5.功率因数校正与稳压控制模块、6.方波振荡模块、7.启动与保护控制模块

具体实施方式

最佳实施例：

高压钠灯1装在高压钠灯反光器3内，高压钠灯反光器3安装在混光路灯灯具4内，在位于高压钠灯反光器3的外围，混光路灯灯具4的下壳体上安装LED灯2，以混光路灯灯具4为安装基点的多个LED灯2环形分布在高压钠灯反光器3的周围；AC220V市电连接电子镇流器的电源输入端，电子镇流器有两个输出端，一端接高压钠灯1，一端接LED2灯。

LED铝壳外壳体2.1与球头铝件锁紧圈2.2共同锁紧在其内部的球形LED内壳2.3，大功率的LED安装在球形LED内壳2.3内部构成；LED灯2内部壳体是球形的，可以转动的，照射角度可调的。

环形分布在高压钠灯反光器3外围的LED 2灯由蓝光和白光两种颜色的LED灯组成。

灯具结构：

高压钠灯1装在高压钠灯反光器3内，高压钠灯反光器3安装在混光路灯灯具4内，在位于高压钠灯反光器3的外围，混光路灯灯具4的下壳体上安装LED灯2，即：以混光路灯灯具4为安装基点的多个LED灯2环形分布在高压钠灯反光器3的周围。

LED灯2由：LED铝壳外壳体2.1与球头铝件锁紧圈2.2共同锁紧在其内部的球形LED内壳2.3，大功率的LED安装在球形LED内壳2.3内部构成。

镇流器电路结构：

市电经由保险丝F1到“防雷电路”，“防雷电路”由压敏电阻MOV与三脚的陶瓷放电管GDT并联构成，市电经过防雷电路后再到“EMC滤波及整流电路”，由C1、L1、C2、C6组成滤波电路，按照附图3的连接方式连接，主要起到吸收隔离高频谐波的作用。整流桥DL1主要把50Hz的交流电转变成100Hz的脉动直流电。在此分两路，一路到“LED恒流驱动电路”点亮LED灯，另一路再到有源功率因数校正及稳压电路，实际有源功率因数校正及稳压电路是一个电路，同时“有源功率因数校正及稳压电路”兼备给“高频信号震荡电路”、“单片机时控功率电路”、“信号整形与转换电路”、“启动与保护电路”供电；镇流器的“启动与保护电路”主要就是通过控制“功率因数校正与稳压控制模块⑤”的工作情况来实现控制整个镇流器的保护的。“高频信号震荡电路”：此电路主要负责产生约40KHz的方波，且方波的占空比可变，占空比受控于“单片机时控功率电路”，通过改变占空比来达到改变灯功率，即调光功能；再到“信号整形与转换电路”由“信号整形与转换电路”将单端信号转换成双端反相差分信号推动“功率放大电路”，经电容C4输出约40KHz的高频高压(约400V)方波，此方波电压经过输出电感给高压钠灯供电。

各子电路功能原理介绍：

防雷电路：由MOV(压敏电阻)和GDT(陶瓷放电管)按照附图3的连接方式连接，主要通过吸收瞬间浪涌电压来起到防雷作用。

EMC滤波及整流电路：由C1、L1、C2、C6组成滤波电路，按照附图3的连接方式连接，主要起到吸收隔离高频谐波的作用。整流桥DL1主要把50Hz的交流电转变成100Hz的脉动直流电。

功率因数校正与稳压电路：

功率因数校正功能的实现方式：

通过控制开关管VT1的导通时间，使电感L2电流呈临界断续的三角波变化，其平均值随正弦波变化，本种功率因数校正技术可以使电路的功率因数达到0.99以上，具体由R1、R2串联分压取样电路向“功率因数校正与稳压控制模块”⑤提供输入电压和输入电压和相位信息；由L2的副线圈向“功率因数校正模块”⑤提供电流过零信息，。VT1导通使L2蓄能，VT1截止关闭时L2对外释放能量，通过D1给C3充电，当电感中能量释放完以后，二极管D1截止，电感L2电压下降为零。控制模块检测到电压下降沿后，立即开通MOS管VT1，L2开始蓄能，实现了临界导通工作模式。

稳压功能的实现方式：

通过R4取样输出电压，即母线电压稳压在DC400V，当输出电压大于400V时“功率因数校正与稳压控制模块”⑤的“输出”脚输出的PWM波形宽度会减小，VT1的导通时间变短，使L2储能量降低，从而减少输出能量，降低输出电压。当输出电压小于400V时“功率因数校正模块”⑤输出PWM波形宽度会增大，VT1的导通时间变长，使L2储能量增加，从而增加输出能量，增高输出电压。

异常保护功能的实现方式：

1、“功率因数校正与稳压控制模块”⑤的“异常保护输入脚”为低电平有效，正常工作时必须为高电平。

2、“功率因数校正与稳压电路”的输入电压必须低于输出电压30V以上，否则“功率因数校正与稳压控制模块”⑤进入保护模式，“功率因数校正与稳压电路”停止工作。

3、当VT1的导通电流过大，导致R3的压降过大，超过1V时“功率因数校正与稳压控制模块”⑤就停止工作，VT1截止。

4、DC12V输出端：由“功率因数校正与稳压控制模块”⑤内部把L2的副线圈感应的电能通过整流滤波稳压后转换成DC12V电压，为其他需要低压供电的模块电路供电，如：单片机时控电路、方波振荡模块⑥、信号整形与转换电路、启动与保护控制模块⑦。即如果“功率因数校正与稳压电路”停止工作，没有DC12V输出的话，其他各模块电路会因失电而停止工作。

振荡电路功能：

产生约40KHz的高频方波，且此方波的占空比可以通过R5、与R6的投切来改变，R5与R6都断开时占空比就大，反之R5与R6都接入振荡电路时占空比变小。

信号整形与转换电路功能：通过变压器耦合，将单端信号转换成双端反相的差分信号。

半桥功率放大电路：VT3与VT3按照附图三的连接方式，组成推挽放大电路，由C4作为输出耦合电容，隔直。

高压点火与保护电路：

点火：DC400V的母线电压通过电阻R9给电容C5充电，当C5的电充满时，C5两端的电压等于母线电压DC400V，此时“启动与保护控制模块⑦”的“点火”脚输出低电平，使继电器J3吸合，使C5两端电压迅速降为0V，使L3副绕组电位突变，L3副绕组电感产生一个感应电压来对抗C5的电压突变，由于L3的主绕组匝数远大于副绕组，故L3副绕组的400V电压突变，感应到L3的主绕组端就瞬间升压成了数千伏，使高压钠灯击穿点火，当高压钠灯点火成功后，必然会有灯电流。L4必然会感应到灯电流，并输出高频交流电压给“启动与保护控制模块⑦”的“灯电流取样”脚，当“启动与保护控制模块⑦”收到灯电流的取样电压时，“点火”脚恢复为高电平，继电器J3断开，点火过程完成。

开路保护：如果在L3产生点火的高压后而收不到L4的灯电流取样信号时，“启动与保护控制模块⑦”就判断为灯开路故障，“保护输出”脚就会输出低电平信号，使“功率因数校正与稳压电路控制模块”停止工作，从而导致其他各模块因为没有DC12V供电而全部停止工作，整个镇流器进入保护状态。此时功耗只有约0.8W

短路保护：

点火前的短路保护：DC400V的母线电压通过R7、L3、高压钠灯、L4串联分压，如果灯短路R7、与L3的节点电压必然会将的很低(接近0电位)通过隔离耦合电阻R8，把此低低电平信号送给“启动与保护模块”的“电压取样”脚后，“启动与保护模块”判断为短路故障，“保护输出”脚就会输出低电平信号，使“功率因数校正与稳压控制模块⑤”停止工作，从而导致其他各模块因为没有DC12V供电而全部停止工作，整个镇流器进入保护状态。此时功耗只有约0.8W

亮灯时的短路路保护：亮灯时短路，必然会导致“功率因数校正与稳压电路”输出负载过重，而使DC400V的母线电压降低，当母线电压低到接近“功率因数校正与稳压电路”的输入电压时，“功率因数校正与稳压控制模块⑤”停止工作，从而导致其他各模块因为没有DC12V供电而全部停止工作，整个镇流器进入保护状态。此时功耗只有约0.8W

单片机时控电路：使用单片机+延时程序实现延时功能，再由单片机控制继电器J1、J2，再由J1、J2投切R5、R6改变镇流器的振荡频率或占空比，实现路灯的时控变光功能

LED恒流源驱动电路：只与高压钠灯整流器电路共用整流桥以前的电路，最大限度保证高压钠灯电路与LED恒流驱动电路分开独立，主要功能就是为LED提供300-350mA的恒定电流，用于驱动LED发光。

此种镇流器结构的有益效果是：

1.通过功率因数校正及稳压电路(APFC)，增强了对供电电压的适应性，避免了因供电电压偏高引起的，灯功率变大过载，导致光衰过快，即延长光源的使用寿命。实现了高功率因数，价低了输电线路的线损；

2.通过使用单片机时控功率技术，按照人流高峰与低谷的时间规律来设定灯功率，实现了按需照明，提高了节电率；

3.防雷抗浪涌电压性能好，在室外使用更稳定；

4.具有输出开路和短路保护功能，使其工作更稳定安全。

Claims

1.LED混光高效节能路灯，其特征在于：高压钠灯(1)装在高压钠灯反光器(3)内，高压钠灯反光器(3)安装在混光路灯灯具(4)内，在位于高压钠灯反光器(3)的外围，混光路灯灯具(4)的下壳体上安装LED灯(2)，以混光路灯灯具(4)为安装基点的多个LED灯(2)环形分布在高压钠灯反光器(3)的周围；AC220V市电连接电子镇流器的电源输入端，电子镇流器有两个输出端，一端接高压钠灯(1)，一端接LED(2)灯。

2.根据权利要求1所述的LED混光高效节能路灯，其特征在于：LED铝壳外壳体(2.1)与球头铝件锁紧圈(2.2)共同锁紧在其内部的球形LED内壳(2.3)，大功率的LED安装在球形LED内壳(2.3)内部构成；LED灯(2)内部壳体是球形的，可以转动的，照射角度可调的。

3.根据权利要求1所述LED混光高效节能路灯，其特征在于：环形分布在高压钠灯反光器(3)外围的LED(2)灯由蓝光和白光两种颜色的LED灯组成。

4.根据权利要求1所述的LED混光高效节能路灯，其特征在于：在电子镇流器电源输入端设有避雷电路，避雷电路由陶瓷气体放电管和压敏电阻组成，使用单片机加上延时程序实现延时功能，再由单片机控制相应的电子开关，再由电子开关投切相应阻容元件改变镇流器的振荡频率或占空比，实现路灯的时控变光功能。

5.根据权利要求1所述的LED混光高效节能路灯，其特征在于：功率因数校正电路的储能电感L2副线圈产生的电能通过整流/滤波/稳压后为镇流器的其他附属电路供电，当电路出现异常时只要通过停止功率因数校正电路，即可让镇流器的其他各附属子电路因失电而停止工作，使整个镇流器进入保护状态。