CN102128408A - 仿生节能型led灯 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种LED灯，尤其是仿生节能型LED灯，包括脉冲驱动器和LED光源，其中LED光源由至少2组子光源组成，该脉冲驱动器与LED光源连接从而驱动所有组子光源轮换点亮，还包括直流电源，该直流电源分别与脉冲驱动器和LED光源连接从而供电。本发明的LED灯利用了一种仿生节能的新概念，其基本原理是根据人体视觉具有暂时记忆功能和LED具有毫秒级起动特性，可以脉冲方式触发LED工作达到既保持相应的亮度，又节省电力。由于LED间隙通电工作，可以减小发热量，这对大功率LED来说可以缩小散热器体积和重量，降低成本，如果用太阳能供电，与同类产品相比可以缩小太阳能板面积从而节约成本。

Description

仿生节能型LED灯
技术领域
本发明涉及一种LED灯，尤具是仿生节能型LED灯。
背景技术
LED(半导体发光二极管)照明是一种节能、寿命长、发光效率高的新型固体冷光源，可普遍应用于照明、广告、装饰等行业。近年来得到了飞速发展。LED照明比白炽灯可节电80％，比节能灯可节电50％。但是LED照明仍存在着照明系统由于配套电源、驱动装置及大功率LED发热等问题造成价格高，重量重，阻碍着推广和普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够进一步节约电力的仿生节能型LED灯。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种仿生节能型LED灯，其特别之处在于，包括脉冲驱动器和LED光源，其中LED光源由至少2组子光源组成，该脉冲驱动器与LED光源连接从而驱动所有组子光源轮换点亮，还包括直流电源，该直流电源分别与脉冲驱动器和LED光源连接从而供电。
其中脉冲驱动器的频率为20Hz至60KHz。
其中直流电源为蓄电池或可将220V市电转变为直流电的转换器。
其中蓄电池还通过充电控制电路与太阳能电池板连接。
其中脉冲驱动器由相互连接的脉冲发生器和功率驱动器组成，该脉冲发生器产生占空比可调的脉冲信号驱动功率驱动器交替通、断从而控制与功率驱动器连接的所有组子光源轮换点亮。
其中脉冲发生器采用输出脉冲占空比可调的振荡电路，功率驱动器采用开关电路。
其中LED光源由2组子光源组成，振荡电路的输出为频率25-250Hz占空比可调的矩形脉冲信号，而开关电路在该矩形脉冲的波峰和波谷分别控制2组子光源中的1组点亮。
一种仿生节能型LED灯，其特别之处在于，包括脉冲驱动器和LED光源，该脉冲驱动器与LED光源连接从而以20Hz至60KHz的频率驱动LED光源闪烁，还包括直流电源，该直流电源分别与脉冲驱动器和LED光源连接从而供电。
本发明的LED灯利用了一种仿生节能的新概念，其基本原理是根据人体视觉具有暂时记忆功能和LED具有毫秒级起动特性，可以脉冲方式触发LED工作达到既保持相应的亮度，又节省了电力。由于LED间隙通电工作，可以减小发热量，这对大功率LED来说可以缩小散热器体积和重量，相应降低成本，如果用太阳能供电，与同类产品相比可以缩小太阳能光电板面积和较小的蓄电池从而可降低产品成本。
附图说明
附图1为本发明的电路原理图；
附图2为本发明中脉冲驱动器的电路原理图；
附图3为本发明中脉冲驱动器的电路原理图；
附图4为本发明中脉冲驱动器的电路原理图；
附图5为本发明中脉冲驱动器的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图来对本发明作进一步详细的说明：
如图1所示为一个无需外部供电、可作为路灯使用的仿生节能型LED灯，包括直流电源，直流电源采用铅酸蓄电池组，该蓄电池组还通过充电控制电路与太阳能电池板电连接从而在需要时为蓄电池组充电，该直流电源与一振荡电路电连接从而为其供电，振荡电路的输出为频率至少20Hz(一般可在20Hz至60KHz范围内选择)占空比可调的矩形脉冲信号，该振荡电路通过一开关电路分别与2组LED子光源电连接从而使2组LED子光源交替工作，具体是开关电路在该矩形脉冲的波峰和波谷分别控制2组LED子光源中的1组点亮工作，即A组点亮时B组熄灭，然后B组点亮时A组熄灭，周而复始。
一般每组LED子光源均由至少1个LED组成，可根据需要自行增加，而开关电路采用两个交替导通和截止的三极管以及外围电阻构成。
如图1所示，虚线框中包括振荡电路、开关电路、和A组、B组LED子光源，其实质上也是一种脉宽调制器，它由电阻R7、电阻R8、二极管D2、二极管D3和电容C2及555时基电路IC2组成无稳态振荡器，占空比则可由电阻R7、电阻R8的阻值决定，当阻值相同时，占空比各占50％，当555时基电路IC2的“3”脚输出高电位时，触发场效应管IRF1导通，从而带动A组LED子光源点亮，此时场效应管IRF1的D脚为低电位，则B组LED子光源不亮。当555时基电路IC2的“3”脚输出低电位时，场效应管IRF1关断，A组LED子光源熄灭，场效应管IRF1“D”脚高电位，触发场效应管IRF2导通，B组LED子光源点亮，如此反复交叉点亮A组或B组LED子光源，A组亮时B组不亮，B组亮，则A组不亮。所以每次只有A组LED子光源或B组LED子光源耗电，调制振荡器频率大于25Hz/S后，对人的视觉来说，认为两组同时亮，这就是说相当于用一组LED子光源的电点亮两组LED子光源，从而达到50％节电效果，电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14为外围电阻。
本例采用了15V 400mA太阳能光电板和4.5AH铅酸蓄电池，可以带动60只LED(A组30只，B组30只)交叉工作，每组工作电流I＝250mA，工作电压V＝6V，P＝1.5W。如以常规LED为例，则60只LED耗电约6W，节电效果非常显著。很明显，本发明也可作为家庭或办公场所等照明、装饰时使用，此时直流电源采用可将220V交流电转变为直流电的转换器，转换器与市电连接即可为LED灯和脉冲驱动器部分供电。
如图1所示，还具备光控功能，电容C1滤波，稳压器317和电阻R1、电阻R2组成稳压电路输出6V电压，光敏二极管DL、电阻R3、电阻R4、电容C1、555时基电路IC1组成光控开关电路，白天光亮时光敏二极管DL低阻，555时基电路IC1的“2、6”脚高电位，“3”脚输出低电位，场效应管IRF3关断，虚线框中电路部分不工作，两组LED也不亮。晚上，光敏二极管DL呈高阻，555时基电路IC1的“2、6”脚低电位，“3”脚输出高电位，触发场效应管IRF3导通，振荡电路和开关电路工作，两组LED高频交替点亮。白天太阳能电池板通过S端、负极、二极管D1给12V蓄电池充电，晚上无光时蓄电池有足够能量给其余电路供电。
本发明中振荡电路输出的矩形脉冲振荡频率大于25Hz/S，占空比对两组照明则用1∶1，对多组电路则大于1∶1。开关电路中的场效应管电路，是带有限流电阻的开关电路，根据LED负载大小，电源电压确定限流电阻值，以LED安全工作电流为准。
光控开关电路则采用控制555时基电路2、6脚电位及电阻R3、电容C1组成缓冲电路，使白天、晚上开关明确，无过渡不稳定现象，很明显当直流电源部分采用可将220V市电转变为直流电的转换器时可以将该光控开关电路部分省略。
本发明中的脉冲驱动器由脉冲发生器和功率驱动器两部分组成。脉冲发生器采用常规振荡电路，输出的脉冲要求占空比可调，单、双路脉宽占空比控制在0.5左右，而多路的占空比则可控制在0.9左右，而功率驱动器采用开关电路，具体由晶体管或场效应管和外围电阻等构成，工作时处于交替导通和截止的状态。
以下为可在本发明技术方案中应用的多个脉冲驱动器组成方案：
1、单路脉冲驱动器
如图2所示，振荡电路由555时基电路和R1、R2·C组成，振荡频率＞20Hz。电阻R1、电阻R和电容C值可决定振荡频率，例如电阻R1、电阻R2各为6.8KΩ，电容C＝104，则频率约1000Hz低于或高于此频率也可用，但不能低于20Hz。电路中当电阻R2·电容C值决定后，调电阻R1可调制输出脉冲占空比，此值0.5，能满足人视觉记忆。产生的脉冲由555时基电路3脚输出，推动场效应管IRF工作，当3脚高电位时场效应场管导通，推动LED光源导通发光，当3脚低电位时场效应管IRF关断，LED光源关断，如此交替导通可造成频率＞20Hz有明显变化的LED光源，由于人眼的残留特性，实现感观上无明暗变化的LED光源，即LED光源以较高频率闪烁，但人眼看起来却不闪烁的效果。
2、两路脉冲驱动器
(1)、如图3所示，振荡电路仍由555时基电路为核心产生，原理如上述单路脉冲驱动器，但在脉冲输出分成两路，一路直接输出驱动LED光源，另一路由三极管例相电路推动另一路功率驱动LED光源，一路LED子光源亮，另一路LED光源灭，另一路亮，一路灭，交叉驱动使两路LED光源轮换发光，在电路中除每一路本身有明暗变化外，两路交替工作也有明暗变化。但是视觉感官认为连续无明暗变化的光源。
(2)、如图4所示，以集成电路3524为脉冲发生器组成的脉冲驱动器，该电路特性可以使两路直接交替驱动功率驱动器，电路比较简单，频率由R1·C1控制，当电阻R1＝6.5R，电容C1＝0.4μf时，频率≈2KHz，3524集成电路可采用SG3524。
3、多路脉冲驱动器
如图5所示，脉冲发生器仍由555时基电路和R·C元器件组成，由3脚输出脉冲给数字电路4017的14脚提供脉冲源，数字电路4017的输出依3、2、4、7、10、1等顺序排列，驱动功放推动6组LED光源依顺序发光，图中仅6组也可采用更多组合。此电路的节能效果好，可达80％，但视觉亮度有一定衰减，适合于广告、装饰、景观显示等场合。
除以上几种脉冲驱动器外，还可以用现有常规电路组成更多的脉冲驱动器电路。
本发明的电源驱动器可用220V市电转变为直流电的稳压稳流驱动器成品，选用时可根据功率电压电流要求确定，而LED光源选用时，根据需要选定功率、发光色泽，发光角度、色温、发光强度等参数，然后与脉冲驱动器部分组装连接即可构成一台完整的仿生节能型LED灯。

Claims (8)

1.一种仿生节能型LED灯，其特征在于：包括脉冲驱动器和LED光源，其中LED光源由至少2组子光源组成，该脉冲驱动器与LED光源连接从而驱动所有组子光源轮换点亮，还包括直流电源，该直流电源分别与脉冲驱动器和LED光源连接从而供电。
2.如权利要求1所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中脉冲驱动器的频率为20Hz至60KHz。
3.如权利要求1所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中直流电源为蓄电池或可将220V市电转变为直流电的转换器。
4.如权利要求3所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中蓄电池还通过充电控制电路与太阳能电池板连接。
5.如权利要求1所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中脉冲驱动器由相互连接的脉冲发生器和功率驱动器组成，该脉冲发生器产生占空比可调的脉冲信号驱动功率驱动器交替通、断从而控制与功率驱动器连接的所有组子光源轮换点亮。
6.如权利要求5所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中脉冲发生器采用输出脉冲占空比可调的振荡电路，功率驱动器采用开关电路。
7.如权利要求6所述的仿生节能型LED灯，其特征在于：其中LED光源由2组子光源组成，振荡电路的输出为频率25-250Hz占空比可调的矩形脉冲信号，而开关电路在该矩形脉冲的波峰和波谷分别控制2组子光源中的1组点亮。
8.一种仿生节能型LED灯，其特征在于：包括脉冲驱动器和LED光源，该脉冲驱动器与LED光源连接从而以20Hz至60KHz的频率驱动LED光源闪烁，还包括直流电源，该直流电源分别与脉冲驱动器和LED光源连接从而供电。
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