CN104994617A - 一种亮度可调照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种亮度可调照明装置，包括灯座、开关电源、灯杆以及安装在灯杆顶端的灯罩和灯头，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器。本发明提供的具有中间抽头变压器的共振变换器的亮度可调照明装置，其损耗低，功率密度高，可提高照明装置的工作寿命和可靠性，满足使用者在不同环境下对照明装置亮度的需求。

Description

一种亮度可调照明装置

技术领域

本发明属于照明工具领域，特别涉及一种亮度可调照明装置。

背景技术

照明装置早已成为人们生活学习的必需品，尤其对于需要在家学习的学生以及工作族。

目前传统的照明装置在满足了照明工具功能的同时，多使用开关电源进行开合，传统的照明装置所使用的开关电源的工作过程是通过“斩波”，即把输入的直流电压斩成幅值等于输入电压幅值的脉冲电压来实现的。脉冲的占空比由开关电源的控制器来调节；一旦输入电压被斩成交流方波，其幅值就可以通过变压器来升高或降低，通过增加变压器的二次绕组数就可以增加输出的电压值，最后这些交流波形经过整流滤波后就得到直流输出电压。

但使用上述照明装置所使用的开关电源的照明装置存在开关损耗、在断开开关元件时会产生的冲击电压以及因电压不稳而导致的照明装置工作稳定性差，其损耗高，功率密度低，工作寿命和可靠性低的问题；并且只起到照明工具作用的传统照明装置，其不能调节亮度，无法使用者在不同时段使用不同灯光亮度的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题，是针对前述背景技术中的缺陷和不足，提出一种具有中间抽头变压器的共振变换器的开关电源的高效可伸缩照明装置，其损耗低，功率密度高，可提高照明装置的工作寿命和可靠性；并且可实现自主调节照明装置亮度的功能。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

针对现有的照明装置存在的技术缺点，重新设计一种亮度可调照明装置，包括灯座、开关电源、灯杆以及安装在灯杆顶端的灯罩和灯头，其特征在于，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器。

进一步的，所述共振变换器包括输入电压Uin、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L和控制器，各开关管具有反并联的寄生二极管和寄生电容；所述输入电压Uin的正端连接所述开关元件S1、S3的集电极，输入电压Uin的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压Uin的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接

进一步的，其拓扑结构为：包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L。上述开关元件可为IGBT，二极管为快恢复二极管。

进一步的，所述控制器控制开关S1和S2交替导通、S3和S4交替导通，通过电感L和各开关元件的杂散电容构成的共振回路，在各开关元件的端电压为0时导通各开关元件，从而实现零电压开通。

进一步的，所述开关管为IGBT或MOSFET。

进一步的，所述输入电压为蓄电池、燃料电池或光伏电池。

进一步的，所述各二极管为快恢复二极管或者肖特基二极管。

进一步的，所述灯罩是横截面为扇形的槽体且其横截面的圆心处固定在所述灯杆顶端，所述灯罩的开口位于其横截面的直角边一侧，且所述开口与所述灯杆之间留有夹角，所述灯头为安装在所述灯罩内的扇形块体，其形状和尺寸与所述灯罩内腔对应，所述灯头两端圆心处与所述灯罩通过铰轴铰接，所述灯头的发光端为其弧形面一端。

进一步的，还包括旋钮组件，所述旋钮组件包括旋钮、齿轮和转轴，转轴穿过旋钮和齿轮中心将二者连接，在所述灯罩侧壁、靠近所述灯罩横截面的圆心处开有齿轮型槽，转轴远离旋钮的一端穿过齿轮型槽中心与所述灯头固定连接，所述灯头在转轴延伸的方向的宽度小于所述齿轮型槽在该方向上的宽度。

进一步的，所述灯头与所述铰轴滑动配合。

与现有技术相比，本发明所述的高可靠性照明装置具有下列优点：

具有中间抽头变压器的共振变换器的开关电源的照明装置利用中间抽头变压器的形式可实现通过控制电路控制开关元件的开关频率，使得输出电压成为预定值。

并且各开关元件接通时因为电流流过负方向，因此不产生开关损失。

而因为进行了共振动作，也不会产生断开开关元件时的冲击电压。

在实现能量回馈的同时，利用电感和开关元件的寄生电容形成软开关形式，没有多余的功率电容，其损耗低，功率密度高，可提高照明装置的工作寿命和可靠性。

照明装置亮度可自主调节，满足使用者在不同环境下对照明装置亮度的需求。

附图说明

图1：本发明的照明装置中的电源开关的共振变换器的结构示意图；

图2：开关元件S1、S2、S3、S4的控制脉冲时序图；

图3：本发明所述一种亮度可调照明装置的灯头未从灯罩内旋出的侧视示意图；

图4：本发明的亮度可调照明装置的灯头从灯罩内旋出的侧视示意图；

图5：本发明的灯罩的侧视示意图；

图6：本发明的旋钮组件的俯视示意图；

图7：本发明的齿轮的示意图。

其中，1—灯罩、11—开口、12—齿轮型槽、2—灯杆、3—底座、4—旋钮组件、41—旋钮、42—齿轮、43—转轴、5—灯头、51—弧形面、Ui_n—输入电压、T—中间抽头的变压器、S1、S2、S3、S4—开关元件、D1、D2、D3、D4—二极管、L—电感、N1—原边绕组中间抽头上半部分绕组、N2—原边绕组中间抽头下半部分绕组、N3—副边绕组中间抽头上半部分绕组、N4—副边绕组中间抽头下半部分绕组。具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

如图1所示，本发明的亮度可调照明装置的开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器，包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L；上述开关元件为IGBT，二极管为快恢复二极管。

结合附图1对本发明的亮度可调照明装置中的电源开关结构作详细说明，具体连接关系为：输入电压U_in的正端连接开关元件S1、S3的集电极，输入电压U_in的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压U_in的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接。

如图2所示，各开关元件S1～S4由控制器按照图2的脉冲时序图进行交替导通和关断；由电路结构和上述脉冲时序图可知，在S1、S2关断期间，原边绕组中的能量通过二极管D1、D2回馈到输入电源，且控制器控制S3或S4其中之一导通，通过电感L和开关管S1、S2的寄生电容构成共振回路，在S1、S2的端电压为0时导通S1或者S2，实现零电压开通；在S3、S4关断期间，控制器控制S1或S2其中之一导通，通过电感L和开关管S3、S4的寄生电容构成的共振回路，在S3、S4的端电压为0时导通S3或者S4，从而实现零电压开通。

如图3、图4、图5、图6以及图7所示，亮度可调照明装置包括灯杆2以及安装在灯杆2顶端的灯罩1和灯头5，所述灯罩1是横截面为扇形的槽体且其横截面的圆心处固定在所述灯杆2顶端，所述灯罩1的开口11位于其横截面的直角边一侧，且所述开口11与所述灯杆2之间留有夹角，所述灯头5为安装在所述灯罩1内的扇形块体，其形状和尺寸与所述灯罩1内腔对应，所述灯头5两端圆心处与所述灯罩1通过铰轴铰接，所述灯头5的发光端为其弧形面51一端。

还包括旋钮组件4，所述旋钮组件4包括旋钮41、齿轮42和转轴43，所述转轴43穿过所述旋钮41和所述齿轮42中心将二者连接，在所述灯罩1侧壁、靠近所述灯罩1横截面的圆心处开有齿轮型槽12，所述转轴43远离所述旋钮41的一端穿过所述齿轮型槽12中心与所述灯头5固定连接，所述灯头5在所述转轴43延伸的方向的宽度小于所述齿轮型槽12在该方向上的宽度，且所述灯头5与所述铰轴滑动配合。

使用时，将灯杆底端固定在底座3上，旋转旋钮41进而带动灯头5旋进或旋出灯罩1，这是灯头5的发光端露出灯罩1的大小发生变化，实现灯光的亮度调节，当灯头5旋转到适当位置时，向转轴43延伸方向推动旋钮41，使齿轮42与齿轮型槽12配合，实现灯头5位置的固定，完成亮度调节。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所述领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者同等替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种亮度可调照明装置，包括灯座、开关电源、灯杆以及安装在灯杆顶端的灯罩和灯头，其特征在于，所述开关电源包括具有中间抽头变压器的共振变换器。

2.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述共振变换器包括输入电压U_in、原边和副边都具有中间抽头的变压器T、开关元件S1、S2、S3、S4、二极管D1、D2、D3、D4、电感L和控制器，各开关管具有反并联的寄生二极管和寄生电容；所述输入电压U_in的正端连接所述开关元件S1、S3的集电极，输入电压U_in的负端连接二极管D1、D2的阴极、开关元件S2、S4的发射极；原边绕组中间抽头上半部分绕组的异名端连接二极管D1的阳极，原边绕组中间抽头下半部分绕组的同名端连接二极管D2的阳极，原边绕组中间抽头上半部分绕组N1的同名端和原边绕组中间抽头下半部分绕组N2的异名端的连接点与输入电压U_in的正端相连接；开关元件S1的发射极连接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极连接副边绕组中间抽头上半部分绕组的同名端，副边绕组中间抽头上半部分绕组N3的异名端与副边绕组中间抽头下半部分绕组N4的同名端连接，且其连接点与电感L的一端连接，副边绕组中间抽头下半部分绕组的异名端与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极连接开关元件S2的集电极；开关元件S3的发射极与开关元件S4的集电极相连接，且其连接点与电感L的另一端以及负载相连接。

3.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述控制器控制开关S1和S2交替导通、S3和S4交替导通，通过电感L和各开关元件的杂散电容构成的共振回路，在各开关元件的端电压为0时导通各开关元件，从而实现零电压开通。

4.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述开关管为IGBT或MOSFET。

5.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述输入电压为蓄电池、燃料电池或光伏电池。

6.如权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述各二极管为快恢复二极管或者肖特基二极管。

7.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述灯罩是横截面为扇形的槽体且其横截面的圆心处固定在所述灯杆顶端，所述灯罩的开口位于其横截面的直角边一侧，且所述开口与所述灯杆之间留有夹角，所述灯头为安装在所述灯罩内的扇形块体，其形状和尺寸与所述灯罩内腔对应，所述灯头两端圆心处与所述灯罩通过铰轴铰接，所述灯头的发光端为其弧形面一端。

8.如权利要求1所述的照明装置，其特征在于，还包括旋钮组件，所述旋钮组件包括旋钮、齿轮和转轴，转轴穿过旋钮和齿轮中心将二者连接，在所述灯罩侧壁、靠近所述灯罩横截面的圆心处开有齿轮型槽，转轴远离旋钮的一端穿过齿轮型槽中心与所述灯头固定连接，所述灯头在转轴延伸的方向的宽度小于所述齿轮型槽在该方向上的宽度。

9.如权利要求7所述的照明装置，其特征在于，所述灯头与所述铰轴滑动配合。