CN102032521B - 发光二极管灯具 - Google Patents

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Abstract

一种发光二极管灯具，包括一散热部、分别设于散热部前后两端的一光学部与一电气部。光学部包括一主光源及一副光源，主光源及副光源均采用发光二极管且贴设于散热部的一散热器上。电气部包括一壳体及设于壳体内的一电路板及一蓄电池。该电路板上设有交/直流转换电路、充电电路及转换控制电路，交流市电经该交/直流转换电路转换后输出第一直流电压对蓄电池充电及对副光源供电，并提供第二直流电压对主光源供电。该副光源通过转换控制电路在辅助照明状态与应急照明状态之间切换。

Description

发光二极管灯具
技术领域
本发明涉及一种发光二极管灯具，特别是关于一种兼具普通照明、辅助照明及应急照明的多功能发光二极管灯具。
背景技术
人们由于长期过度依赖石化燃料，除造成能源短缺及石油价格高涨而牵绊经济发展，更使全球二氧化碳与有害气体的排放浓度日益增加，导致地球暖化所引起的气候反常、生态环境的破坏、以及对人类生存的危害日益显现，为永续经营人类赖以生存的地球生态环境，必须同时解决能源危机与环境污染问题，开发新能源及再生能源是推动节约能源及高效率使用能源最重要的策略，而传统照明所消耗的能源极为可观，发展照明节能将是最重要的新能源科技，而半导体照明采用高功率高亮度的发光二极管(LED)为光源，该新光源以其高发光效率、节能、长寿、环保(不含汞)、体积小、启动快、指向性、耐冲击及耐震动等优点，具有广泛取代传统照明光源的潜力。
基于上述发光二极管光源的诸多优点，运用高发光效率的发光二极管光源于照明应用，以取代各式传统灯具，预期将成为明日之星的高成长产业。然而，在照明应用的灯具种类繁多，且常因使用环境、功能、法规及需求的不同而须分别设置不同的照明灯具。例如：目前广为应用的传统应急照明灯仅具单一的消防应急照明功能，即通电时灯灭储电，断电时发光照明，在无预警下发生停电时往往使原本处于光明的人们顿时陷入找寻灯光的惊恐，在公共场所的现场群众更为严重。而一般的照明灯具又不具备应急照明功能，也由于需单独购置与独立配线及安装，造成用户成本的负担增加与不便、资源的重复投入及装置空间的浪费。
另外，应用高功率高亮度LED在照明的新光源上，必须配合高效率的散热机构以尽量降低LED的结点温度，才能发挥上述诸多优点，否则照明装置的发光亮度、使用寿命将大打折扣，影响所及将使该照明装置的节能效果不彰，并直接冲击该照明装置的可靠度，引发严重的光衰甚至使照明装置失效。再则，为因应能源成本日益高涨的现实，各国政府无不以推动节能减排作为重要的政策及鼓励业界推动办公室照明节能；例如：在长期工作的环境仅布设较低照度的照明灯具，仅在有需要的地方与工作时间才用分离式的其它辅助灯具(例如：台灯)予以局部强化；然而，仍无法改善成本负担增加与不便、资源的重复投入、空间的浪费及影响整体美观的缺点。因此，如何以新颖的光电智能控制技术，搭配具有诸多优点的发光二极管光源，同步进行发光二极管灯具产品的品质提升及多功能的应用整合，创造发光二极管灯具更高的附加价值，是照明产业的重要课题。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种兼具普通照明、辅助照明及应急照明的多功能发光二极管灯具。
一种发光二极管灯具，包括一散热部、一光学部及一电气部。该散热部包括一散热器。该光学部设于散热部的前方，包括一主光源及一副光源，主光源及副光源均采用发光二极管且贴设于散热器靠近光学部的一端并与散热器导热连接。该电气部设于散热部的后方，包括一壳体及设于该壳体内的一电路板及一蓄电池，该壳体的一端与散热部接合，壳体的另一端设有一灯头。该电路板上设有交/直流转换电路、充电电路及转换控制电路，交流市电透过灯头连接至交/直流转换电路的输入端，该交/直流转换电路的输出端提供第一直流电压与第二直流电压，该充电电路的输入端接第一直流电压，该蓄电池的两端连接至充电电路的输出端，该副光源透过转换控制电路连接至第一直流电压的两端及蓄电池的两端，该副光源通过该转换控制电路在辅助照明状态与应急照明状态之间切换，该主光源连接至第二直流电压的两端。
作为该发光二极管灯具的进一步改进，其中该主光源及副光源同设于一基板上，该基板将散热部与光学部隔离。
本发明具有如下优点：
1)提供一种能控制普通照明、辅助照明及应急照明的发光二极管灯具，通过在控制电路中的转换控制电路，当通电时，主光源发光照明，副光源可经控制在环境亮度低时进行辅助照明补光，在环境亮度高时熄灭，达到优化照明品质及节电效益，并同时给蓄电池充电；当停电时，副光源转换为由蓄电池供电进行应急照明，且经控制在环境亮度高时熄灭，达到平时发挥辅助照明补光的节能效益，停电时利用比主光源功率小的副光源进行应急照明，达到节省蓄电池能量以延长应急照明时间。
2)提供一种兼具普通照明、辅助照明及应急照明的智能型发光二极管灯具，通过采用智能控制技术对主光源与副光源控制，实现在一普通照明灯具中增加辅助照明与应急照明的智能控制功能，使本发明相较于单一功能的传统灯具模式具有成本优势与多功能应用的弹性。
3)提供一种具经济效益的发光二极管灯具，通过将主光源及副光源布置于同一基板上及整合交/直流转换电路、充电电路、转换控制电路于同一电路模块中，达到高品质的智能照明控制、简化生产工艺及降低量产成本的经济效益。
附图说明
下面参照附图，结合实施例对本发明作进一步描述。
图1是本发明发光二极管灯具一较佳实施例的立体组装示意图。
图2是图1所示发光二极管灯具的立体分解图。
图3是图1所示发光二极管灯具的剖视图。
图4是本发明发光二极管灯具的工作流程示意图。
图5是本发明发光二极管灯具的控制模块图。
图6是本发明发光二极管灯具的控制电路原理图。
具体实施方式
图1是本发明发光二极管灯具一较佳实施例的立体组装示意图，图2是图1所示发光二极管灯具的立体分解图，图3是图1所示发光二极管灯具的剖视图。该发光二极管灯具100兼具普通照明、辅助照明及应急照明功能，包括一散热部10、一光学部20及一电气部30。
散热部10包括由导热性佳的材质制成的一散热器11。该散热器11整体呈圆台状，包括一位于中央的圆柱形散热基座111及呈放射状分布于该散热基座111周面的若干鳍片112。散热器11的散热基座111朝向光学部的一端设有一吸热面113。鳍片112沿散热基座111的轴向延伸，且鳍片112的径向高度由光学部20向电气部30逐渐变小。鳍片112如此设置，由散热基座111的吸热面113所吸收的热量得以通过鳍片112快速而均匀地散发，从而优化发光二极管灯具100的散热效率。
光学部20设置于散热部10的前端，包括一主光源21、一副光源22及一导光罩23。该主光源21用于普通照明，该副光源22用于辅助照明及应急照明。该主光源21与副光源22均采用发光二极管，且主光源21的功率大于副光源22的功率。
本实施例中，主光源21包括一第一发光二极管LED1(图5所示)，副光源22包括若干第二发光二极管LED2~LED7(图5所示)，主光源21的第一发光二极管及副光源22的第二发光二极管同设于一圆形的基板24上，且副光源22的第二发光二极管围设于主光源21的第一发光二极管的周边。该基板24设于散热器11的散热基座111的吸热面113上，以将主光源21及副光源22所产生的热量传至散热器11的散热基座111及鳍片112，并通过鳍片112与空气进行热交换而将热量散发。
该基板24固定于散热器11的吸热面113上，该基板24与散热器11的散热基座111的吸热面113之间的紧密热接触可先在其间涂抹一层热界面材料(TIM)，再将若干螺丝(图未示)分别穿过基板24上的若干固定孔241，以便锁固于散热基座111上所设对应螺孔114达成，亦可通过回焊方式将基板24直接黏贴(SMT)于该散热基座111的吸热面113上。该基板24的周缘延伸至散热器11的鳍片112的外缘，以将光学部20与散热部10隔离，从而防止与鳍片112进行换热后的热空气或环境中的湿空气直接进入光学部20而损坏主光源21及副光源22。
导光罩23设于散热部10的前方，为包括至少一光学镜片的罩盖。该导光罩23的周缘与散热器11的鳍片112的外缘接合，以将导光罩23固定于散热器11上。该导光罩23将主光源21及副光源22罩设于内，以提供发光二极管灯具100所需的照明分布、发光特性及对主光源21及副光源22保护的功能。
电气部30设于散热部10的后端，包括一电路板31、一蓄电池32(图5中采用标号BT表示)、一壳体33及一灯头34。
该壳体33为一中空的杯状物，其朝向散热部20的一端开口。该灯头34设于壳体33远离散热部20的一外端，用以与一现有螺旋灯座接合以引入交流市电。该电路板31及蓄电池32设于该壳体33内。该壳体33内设有一对定位柱331及一对支撑柱332(图2中仅一支撑柱332可见)，该对支撑柱332与该对定位柱331呈交错设置且该对定位柱331沿轴向凸出于支撑柱332。该对定位柱331的端部分别设有一螺孔3311。该壳体33靠近灯头34的壁面上设有若干气孔333，以便将电路板31所产生的热量散出。
电路板31设于壳体33内，电路板31上对应壳体33的该对定位柱331的螺孔3311相应地设有两固定孔311。该电路板31上还设有两光电开关312，用于副光源22的开启与关闭。光电开关312为光敏组件，本实施例中为光电三极管K1、K2(图5所示)。电路板31通过两组电线303、304分别与主光源21及副光源22电连接以供电给主光源21及副光源22。蓄电池32亦设于壳体33内，并通过一组电线305与电路板31电连接。
为便于将电路板31及蓄电池32固定于壳体33内，电气部30还包括设于壳体33内的一支撑板35与一压板36。该支撑板35朝向散热部10的一侧设有一卡槽351以将蓄电池32收容于内。支撑板35上还设有一对套孔352及一线孔353，该对套孔352与壳体33的定位柱331相对应以供该对定位柱331穿设，该线孔353供电连接灯头34与电路板31的一对电线301穿设。该压板36的两端对应壳体33的定位柱331分别设有一套筒361。
当固定蓄电池32与电路板31于壳体33内时，首先使壳体33的定位柱331穿过支撑板35上的对应套孔352，并使支撑板35靠近灯头34的一侧与支撑柱332接触以获得支撑。再将蓄电池32嵌入支撑板35的卡槽351内，然后将压板36两端的套筒361套设于定位柱331上并使该压板36贴设于蓄电池32的表面，接着以螺丝302从电路板31的底面分别穿过电路板31上所设的两固定孔311并锁固于该对定位柱331的端部所设的螺孔3311，从而将蓄电池32与电路板31固定于壳体33内。同时，电路板31与支撑板35之间通过压板36的套筒361而相互间隔开。
壳体33靠近散热部10的一端与散热器11的鳍片112的边缘接合，从而将电气部30与散热部10相互固定在一起。为维护电气部30的安全性，散热部10与电气部30之间还设有一圆形的护盖37。该护盖37与壳体33均以电绝缘材质制成。该护盖37固设于散热器11的小端上，且护盖37的周缘延伸至散热器11的鳍片112的外缘，从而由该护盖37将电气部30与散热部10隔离，以降低电气部30的湿气及防止异物进入电气部30。
图4是本发明发光二极管灯具100的工作流程示意图。交流市电(AC)经灯头34引入电路板31，经电路板31进行交/直流转换成直流电(DC)后便进入系统控制状态。首先判断是否停电，(1)如果是在正常的市电供应状态下则主光源21亮，并通过充电控制对蓄电池32充电，并进一步由光电开关312判断此时是否需要进行辅助照明，如果需要进行辅助照明则由交流市电转换成的直流电供电使副光源22亮，否则副光源22不亮；(2)如果在停电的应急状况下，则主光源21不亮，而副光源22自动切换成应急照明状态，并通过光电开关312判断此时是否需要应急照明，如果需要应急照明则由蓄电池32供电使副光源22亮，否则副光源22不亮。
图5是本发明发光二极管灯具100的控制模块图，图6是本发明发光二极管灯具100的控制电路原理图。依控制功能该控制电路包括交/直流转换电路1、充电电路2、蓄电池电路3、转换控制电路4、副光源电路5、主光源电路6及主光源恒流/恒压驱动电路7，其中交/直流转换电路1、充电电路2、转换控制电路4及主光源恒流/恒压驱动电路7整合于电路板31上。
该交/直流转换电路1的输入端的火线L及零线N透过灯头34分别与交流市电的火线及零线连接。该交/直流转换电路1首先将交流市电进行整流滤波，然后进行降压后分别在电容C2与C3的两端提供第一直流电压8与第二直流电压9。其中，该第一直流电压8用于对蓄电池BT充电及对副光源22的第二发光二极管LED2LED7提供直流电源，该第二直流电压9用于对主光源21的第一发光二极管LED1提供直流电源。
充电电路2包括相串联的二极管D5与限流电阻R13。该二极管D5的阳极接第一直流电压8的正极，该二极管D5的阴极接限流电阻R13的一端。其中二极管D5用于防止蓄电池BT反向漏电，限流电阻R13用于限制充电电流的大小以防止因充电电流过高而使蓄电池BT受损。
该蓄电池电路3包括蓄电池BT与一保险丝F1，蓄电池BT的正极接限流电阻R13的另一端，蓄电池BT的负极透过保险丝F1与第一直流电压8的负极相连接。
转换控制电路4包括包括电容C1、稳压二极管Z1、二极管D1-D4、电阻R1-R6、三极管Q1-Q3、以及光电三极管K1与K2。其中三极管Q1为PNP型，三极管Q2与Q3为NPN型。
二极管D1与D2的阳极均接第一直流电压8的正极。二极管D2的阴极先后透过相串联的电阻R1、R4与第一直流电压8的负极连接。三极管Q1的发射极与蓄电池BT的正极连接，并透过限流电阻R13与二极管D5的阴极连接。二极管D3的阳极与三极管Q1的基极相连接，二极管D3的阴极与二极管D1的阴极相连。稳压二极管Z1的负极与三极管Q1的集电极相连接，其正极与串联的电阻R1、R4的中间相连接。
三极管Q2的集电极透过电阻R2同时与二极管D1及D3的阴极相连接，其发射极与第一直流电压8的负极相连接。电阻R3的一端连接二极管Q2的基极，其另一端与串联的电阻R1、R4的中间相连接，并同时与电容C1的正极相连接。电容C1的负极与第一直流电压8的负极相连接。光电三极管K2的集电极与三极管Q2的基极相连接，其发射极与第一直流电压8的负极相连接。
三极管Q3的集电极透过电阻R5与第一直流电压8的正极相连接，其发射极与二极管D4的阳极相连接。二极管D4的阴极与三极管Q2的集电极相连接，同时与稳压二极管Z1的阴极相连接。三极管Q3的基极透过电阻R6与第一直流电压8的正极相连接。光电三极管K1的集电极与三极管Q3的基极相连接。
副光源电路5包括第二发光二极管LED2-LED7及分别与上述第二发光二极管LED2-LED7相对应的限流电阻R7-R12。每一第二发光二极管LED2-LED7的阴极与光电三极管K1的发射极相连接，并同时与第一直流电压8的负极相连接。每一第二发光二极管LED2-LED7的阳极分别透过一对应的限流电阻R7-R12与二极管D4的阴极相连接，并同时与三极管Q1的集电极及稳压二极管Z1的阴极相连接。
主光源电路6包括第一发光二极管LED1，该第一发光二极管LED1的阳极与第二直流电压9的正极相连接，其阴极透过一检流电阻R14与第二直流电压9的负极相连接。
主光源恒流/恒压驱动电路7包括恒流恒压反馈电路及脉宽调制电路(PWM)。其中，恒流恒压反馈电路是利用检流电阻R14与稳压二极管Z2分别检测流过主光源电路6的电流及主光源电路6两端的电压，并通过线性光耦U1将检测到的误差讯号反馈给PWM IC，达成PWM IC据反馈信号大小控制开关晶体管Q4的通断，从而对开关晶体管Q4驱动波形的调整以稳定控制电路的输出功率。
在正常的市电供应状态下，第一直流电压8对蓄电池BT充电，第二直流电压9对主光源22的第一发光二极管LED1供电。三极管Q1的基极透过二极管D3与二极管D1相接，在二极管D3阴极的高压逻辑下，三极管Q1的发射极与基极不能偏置导通，故三极管Q2发射极与集电极不导通，蓄电池BT不能对副光源22的第二发光二极管LED2-LED7放电，而二极管D2则经电阻R1，R4分压后对电容C1进行充电。
此时，副光源22的第二发光二极管LED2-LED7处于辅助照明状态，而是否需要进行辅助照明则由光电三极管K1控制。具体控制过程为：1)光电三极管K1受光弱时，光电三极管K1等同于断路，电阻R6接至第一直流电压8的正极，处于高逻辑状态使三极管Q3导通，由第一直流电压8给副光源22的第二发光二极管LED2-LED7供电，进行辅助照明；2)光电三极管K1受光强时，光电三极管K1等同于短路，三极管Q3的基极被短接至地，三极管Q3不能导通，第一直流电压8不给副光源22的第二发光二极管LED2-LED7供电，副光源LED2-LED7不进行辅助照明。
如果在停电的应急状况下，第一直流电压8与第二直流电压9均无输出，蓄电池BT不再充电，三极管Q3不导通，主光源21的第一发光二极管LED不亮。由于电容C1已经储电，经电阻R3放电使三极管Q2导通，且二极管D3经电组R2和三极管Q2接至地，三极管Q1的基极电压拉低，使三极管Q1导通，电池BT经三极管Q1给副光源22的第二发光二极管LED2-LED7供电使其发光，稳压二极管Z1中电流持续向电容C1充电，并维持使三极管Q2导通，故电池BT能经三极管Q1持续放电。
此时，副光源22的第二发光二极管LED2-LED7处于应急照明状态，而是否需要进行应急照明则由光电三极管K2控制。具体控制过程为：1)如光电三极管K2受光弱，光电三极管K2等同断路，三极管Q2工作状态不受影响，副光源22的第二发光二极管LED2-LED7由蓄电池BT供电进行应急照明；2)如光电三极管K2因受光强而导通时，三极管Q2的基极被拉至地，电容C1被放电，三极管Q2截止，并使三极管Q1截止，故蓄电池BT不给副光源22的第二发光二极管LED2-LED7供电，副光源22的第二发光二极管LED2-LED7不进行应急照明。
由上述的实施方式已进一步清楚说明本发明的技术特征及达成的功效，包括：
1)本发明提供一种能控制普通照明、辅助照明及应急照明的发光二极管灯具，通过在控制电路中的转换控制电路，当通电时，主光源发光照明，副光源可经控制在环境亮度低时进行辅助照明补光，在环境亮度高时熄灭，达到优化照明品质及节电效益，并同时给蓄电池充电；当停电时，副光源转换为由蓄电池供电进行应急照明，且经控制在环境亮度高时熄灭，达到平时发挥辅助照明补光的节能效益，停电时利用比主光源功率小的副光源进行应急照明，达到节省蓄电池能量以延长应急照明时间。
2)本发明提供一种兼具普通照明、辅助照明及应急照明的智能型发光二极管灯具，通过采用智能控制技术对主光源与副光源控制，实现在一普通照明灯具中增加辅助照明与应急照明的智能控制功能，使本发明相较于单一功能的传统灯具模式具有成本优势与多功能应用的弹性。
3)本发明提供一种具经济效益的发光二极管灯具，通过将主光源及副光源布置于同一基板上及整合交/直流转换电路、充电电路、转换控制电路于同一电路模块中，达到高品质的智能照明控制、简化生产工艺及降低量产成本的经济效益。
另外，本领域技术人员还可于本发明精神内做其它变化，只要其不偏离本发明的技术效果均可。这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (9)

1.一种发光二极管灯具，包括：
一散热部，该散热部包括一散热器；
一光学部，设于散热部的前端，该光学部包括一主光源、一副光源以及承载该主光源和副光源的基板，主光源及副光源均采用发光二极管，该基板贴设于散热器靠近光学部的一端并与散热器导热连接；及
一电气部，设于散热部的后端，该电气部包括一壳体及设于该壳体内的一电路板及一蓄电池，该壳体的一端与散热部接合，壳体的另一端设有一灯头，该电路板上设有交/直流转换电路、充电电路及转换控制电路，交流市电透过灯头连接至交/直流转换电路的输入端，该交/直流转换电路的输出端提供第一直流电压与第二直流电压，该充电电路的输入端接第一直流电压，该蓄电池的两端连接至充电电路的输出端，该副光源透过转换控制电路连接至第一直流电压的两端及蓄电池的两端，该副光源通过该转换控制电路在辅助照明状态与应急照明状态之间切换，该主光源连接至第二直流电压的两端。
2.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该转换控制电路包括一第一光电开关与一第二光电开关，通电时该第一光电开关作为第一直流电压与副光源之间的开关以控制副光源的开启与关闭，停电时该第二光电开关作为蓄电池与副光源之间的开关以控制副光源的开启与关闭。
3.如权利要求2所述的发光二极管灯具，其特征在于：该第一光电开关与第二光电开关均为光电三极管。
4.如权利要求2所述的发光二极管灯具，其特征在于：该第一光电开关与第二光电开关设于电路板上并凸伸至壳体的外部。
5.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该主光源包括一第一发光二极管，该副光源包括若干第二发光二极管，这些第二发光二极管围设于主光源的第一发光二极管的周边。
6.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该电气部还包括一支撑板与一压板，该蓄电池设于该支撑板上，该压板与壳体内所设的一对定位柱接合将蓄电池固定。
7.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该散热器包括一柱形散热基座及呈放射状分布于该散热基座周面的若干鳍片，主光源及副光源设于该散热基座上。
8.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该散热部与电气部之间还设有一护盖以将电气部与散热部隔离。
9.如权利要求1所述的发光二极管灯具，其特征在于：该基板将散热部与主光源、副光源隔离。
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