CN110583281A - 一种高混光均匀度的植物照明面光源 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高混光均匀度的植物照明面光源，包括具有高散热效果的散热器部分和光源模块两部分；光源模块包括LED灯珠、漫反射底板、外围框架、LED灯珠上装有的由PMMA制成的混光元件和出射面板；LED灯珠的驱动由外接的双重调制技术驱动外围电路进行驱动，双重调制技术驱动外围电路为PAM与PWM相结合的驱动外围电路，结合了PAM高发光效率和PWM调光性能灵活的优点。在不改变平均电流的情况下，调节电流峰值来补偿色温漂移，使灯具光输出稳定、精准、高效。本发明主要从光学角度解决了现有问题，发明了一种科学的，合理的LED植物照明面光源，该灯具的发明将为解决植物工厂的植物照明问题提供科学有效的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及植物照明光源领域，具体涉及一种高混光均匀度的植物照明面光源。
背景技术
随着现代农业的迅速发展，发达地区土地日益紧缺，传统农业日益衰退，为了满足日益增长的粮食需求，效法日本和德国等发达国家建立植物工厂大力发展垂直农业和现代农业成为大势所趋。作为植物生长的关键一环，光在植物的生长方面占据着重要的地位，LED植物光源也应运而生，但是目前在植物工厂中使用的LED光源多是沿用根据传统LED灯具的光学结构，比如LED射灯的光学结构、LED广告灯的光学结构、以及简单的阵列灯具，这样虽然节省了设计成本，但是由于植物照明灯具的灯珠多为红、蓝，红、黄，红、橙等多色灯珠，因此传统的光学结构很难达到非常均匀的多色光混光效果，使得受照植株表面出现局部过亮或者过暗或者光谱分布不均匀的问题，这样难以保证种植出的植物生长的均齐程度，最终会使得整一批次出产的植物的品质参差不齐。使用光谱分布不均的灯具进行照明，不利于不同植物在生长不同阶段的生长需求，而且目前市面上常见的植物照明灯具光学构架粗放，均匀度差，包括光质比分布不均匀，受照面上光量子通量密度（PPFD）分布不均匀，会产生较高的能耗及成本且不利于实际生产产品品质的提高。因此，本发明针对上述不足设计了一种科学合理的植物照明灯，其在混光均匀度、出光效率和在受照面上的有效光能利用率、散热等方面都达到了有利于植物生长的非常科学的效果。在植物工厂中的应用将具有非常大的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，为了解决现有植物生长灯设计不科学的问题，公开了一种高混光均匀度的植物照明面光源，主要从提高植物生长灯对多色光的混光均匀度、提高植物生长灯的出光效率、提高散热效果三个方面解决现有技术的不足。进而设计的育苗灯具有高效率、高混光均匀度、以及高散热效果。
本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种高混光均匀度的植物照明面光源，包括具有高散热效果的散热器部分、光源模块和双重调制技术驱动外围电路三部分；光源模块包括LED灯珠、漫反射底板、外围框架、LED灯珠上装有的由PMMA制成的混光元件和出射面板；
LED灯珠安装在漫反射底板上；漫反射底板通过导热硅胶安装于具有高散热效果的散热器部分上，通过用螺丝安装固定在具有高散热效果的散热器部分上的固定卡槽对漫反射底板进行固定；每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件；漫反射底板两个长边和一个短边由外围框架围住，外围框架与漫反射底板成90度角；出射底板安装在外围框架上，出射底板与漫反射底板平行；LED灯珠由双重调制技术驱动外围电路进行驱动，双重调制技术驱动外围电路位于LED灯珠与电源连接处，用于LED灯珠的驱动和调光。
进一步地，所述LED灯珠选用COB封装的红（R）绿（G）蓝（B）三基色LED灯珠，用于针对不同类型的植株幼苗通过双重调制技术驱动外围电路送出的多路PWM信号调整灯具的发光光谱，以满足不同植株幼苗对于各自不同光谱的需求。
进一步地，所述具有高散热效果的散热器部分，整体形状为一种立方体腔体结构，整体材质为金属铝，腔体及内部散热结构一体化加工而成，其内部散热结构为一种矩形或者菱形的散热翅片，腔体结构外接出水管和进水管，目的是针对植物工厂垂直培养架的特点，使用浇灌植株的水进行循环散热，使得整个工厂的种植系统高效紧凑，由于借鉴了液流散热，所以散热效果非常高。
进一步地，散热翅片在腔体内成行列式排列，相邻两列散热翅片的间隔为2.0-2.8mm，相邻两行散热翅片的间隔为1.1-1.5mm。
进一步地，所述漫反射底板为聚碳酸酯（PC）材料的扩散板，厚度值为0.5-3mm，用于安装LED灯珠，漫反射底板上的LED灯珠成六边形排布，采用六边形的LED灯珠阵列排布，有效的降低了布灯密度，每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上下底面为透光面；所述由漫反射底板和混光元件所组成的光学元件，可以将LED发出的光线分为直射、漫射和反射三部分，用以增加光线的耦合程度，提高均匀性。
进一步地，所述出射面板为选用PMMA材质的扩散板，厚度值为0.25-1.5mm。
进一步地，所述双重调制技术驱动外围电路为PAM与PWM相结合的双重调制技术驱动电路，结合了PAM高发光效率和PWM调光性能灵活的优点。双重调制技术驱动外围电路由两部分组成：功率回路和控制环路。功率回路即电路主回路，包括输入整流滤波电路、功率变换电路和输出整流滤波电路，在实际调光过程中，改变电流幅值进行色漂移补偿，通过调节占空比调节LED的光通量，解决LED结温变化、老化的问题导致的色温漂移问题，在不改变平均电流的情况下，调节电流峰值来补偿色温漂移，使灯具光输出稳定、精准、高效。
进一步地，所述固定卡槽为IP防护等级为IP43或IP44的塑料制品。
进一步地，所述外围框架选用铝合金材质，厚度值为23-27mm。
相对于现有技术，本发明具有以下优点：
1. 所述灯具安装在借鉴了液流散热的具有高散热效果的散热器部分上，相比现有灯具，提高了散热效果。
2.本发明将LED灯珠的基础混光问题与具体灯具的具体光学结构相结合，从光度学和色度学角度全面、多角度、系统化的对植物照明灯混光均匀度进行提高。
3.本发明通过漫反射底板与PMMA制成的混光元件，提高了灯具的光能利用率，使得输出射的光线尽可能多的被植株所吸收进而用于光合作用，这一特点可以减少光能的耗散减少用电量，进而节省了生产成本。
4.本发明应用了由脉冲宽度调制技术(PWM)和脉冲幅度调制技术（PAM）结合的双重调制技术，有利于高效且精准调制植物照明光源。
附图说明
图1是本实施例中高混光均匀度的植物照明面光源的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中选用的LED灯珠的具体结构图；
图3是本实施例中面光源结构图；
图4是本实施例中双重调制技术驱动外围电路结构图；
图5是本实施例中具有高散热效果的散热器部分结构图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明的具体实施作进一步详细的描述，但本发明的具体实施方式不限于此。
实施例：
如图1所示，一种高混光均匀度的植物照明面光源，该灯具分为具有高散热效果的散热器部分1、光源模块2和双重调制技术驱动外围电路12三部分；光源模块2按照阵列排布的方式等间距的规整排布在具有高散热效果的散热器部分上面，图1中外部泵体11用于将幼苗灌溉未利用的水泵入散热器部分1的散热腔体中；双重调制技术驱动外围电路12用于LED灯珠的驱动和调光。
如图3所示，光源模块包括LED灯珠6、漫反射底板7、外围框架8、LED灯珠上装有的由PMMA制成的混光元件9和出射面板10；混光元件9的侧面为反光面，上下底面为透光面；出射面板10为扩散板。
光源模块2安装在具有高散热效果的散热器部分1上，具体安装方式为，如图3所示，LED灯珠6安装在漫反射底板7上；漫反射底板7通过导热硅胶安装于具有高散热效果的散热器部分1上，通过用螺丝安装固定在具有高散热效果的散热器部分1的固定卡槽对漫反射底板7进行固定，本实施例中，所述固定卡槽为IP防护等级为IP43的塑料制品；每个LED灯珠1上装有一个由PMMA制成的混光元件9；漫反射底板7两个长边和一个短边由外围框架8围住，外围框架8与漫反射底板7成90度角；出射底板10安装在外围框架8上，出射底板10与漫反射底板7平行。
本实施例中，LED灯珠6选用COB封装的红绿蓝三基色LED灯珠，其中，如图2所示，灯珠尺寸为13.5mm正方形，发光面尺寸为直径9.6mm，灯珠厚度为2.0mm，功率为10W，外部为全铜材料封装，正向电压在34-38V，额定电流为0.3A。
漫反射底板7为聚碳酸酯材料的扩散板，厚度值为0.5-3mm，是一种用于安装LED灯珠6的底板，漫反射底板7上的LED灯珠6成六边形排布，有效的降低了布灯密度；其中，每个LED灯珠6上装有一个由PMMA制成的混光元件9，混光元件9的侧面为反光面，上下底面为透光面；所述由漫反射底板7和混光元件9所组成的光学元件将LED发出的光线分为直射、漫射和反射三部分。
出射面板10选用PMMA材质的扩散板，厚度值为0.25-1.5mm。
外围框架8选用铝合金材质，厚度值为23-27mm。
LED灯珠6由双重调制技术驱动外围电路进行驱动，双重调制技术驱动外围电路为PAM与PWM相结合的双重调制技术驱动电路，双重调制技术驱动外围电路由两部分组成：功率回路和控制环路。功率回路即电路主回路，包括输入整流滤波电路、功率变换电路和输出整流滤波电路。双重调制技术驱动外围电路位于LED光源和市电电源之间，在本实施例中，具体实施时，如图4所示，市电电源输入功率回路后，向控制环路即灯具驱动电路直接输出整流滤波的直流电，通过PAM控制器和PWM控制器输出控制信号，对灯具驱动电路的直流电进行控制，进而实现调光。
如图5所示，具有高散热效果的散热器部分1为一种立方体腔体结构，整体材质为金属铝，腔体及内部散热结构一体化加工而成，其内部结构为一种矩形或者菱形的散热翅片5，以菱形翅片为例，腔体内流动有用于灌溉幼苗所用的水，在使用时，这些水通过入水管3通过接入的外部泵体11吸入腔体内部，再由出水管4输送出整个散热腔体；其中，散热翅片在腔体内成行列式排列，相邻两列散热翅片的间隔为2.0-2.8mm，相邻两行散热翅片的间隔为1.1-1.5mm。
另外，不仅是光源模块部分，上述实施例均为本发明的较佳实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，包括具有高散热效果的散热器部分、光源模块和双重调制技术驱动外围电路三部分；光源模块包括LED灯珠、漫反射底板、外围框架、LED灯珠上装有的由PMMA制成的混光元件和出射面板；
LED灯珠安装在漫反射底板上；漫反射底板通过导热硅胶安装于具有高散热效果的散热器部分上，通过用螺丝安装固定在具有高散热效果的散热器部分上的固定卡槽对漫反射底板进行固定；每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件；漫反射底板两个长边和一个短边由外围框架围住，外围框架与漫反射底板成90度角；出射底板安装在外围框架上，出射底板与漫反射底板平行；LED灯珠由双重调制技术驱动外围电路进行驱动，双重调制技术驱动外围电路位于LED灯珠与电源连接处，用于LED灯珠的驱动和调光。
2.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，所述LED灯珠选用COB封装的红绿蓝三基色LED灯珠，用于针对不同类型的植株幼苗通过双重调制技术驱动外围电路送出的多路PWM信号调整灯具的发光光谱，以满足不同植株幼苗对于各自不同光谱的需求。
3.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，具有高散热效果的散热器部分，整体形状为一种立方体腔体结构，整体材质为金属铝，腔体及内部散热结构一体化加工而成，其内部散热结构为一种矩形或者菱形的散热翅片，腔体结构外接出水管和进水管，针对植物工厂垂直培养架的特点，使用浇灌植株的水进行循环散热。
4.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，漫反射底板为聚碳酸酯材料的扩散板，厚度值为0.5-3mm，是一种用于安装LED灯珠的底板，漫反射底板上的LED灯珠成六边形排布，有效的降低了布灯密度；其中，每个LED灯珠上装有一个由PMMA制成的混光元件，混光元件的侧面为反光面，上下底面为透光面；所述由漫反射底板和混光元件所组成的光学元件将LED发出的光线分为直射、漫射和反射三部分。
5.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，双重调制技术驱动外围电路，为PAM与PWM相结合的双重调制技术驱动电路，结合了PAM高发光效率和PWM调光性能灵活的优点，用以驱动不同单色光的LED灯珠，双重调制技术驱动外围电路由两部分组成：功率回路和控制环路，功率回路即电路主回路，包括输入整流滤波电路、功率变换电路和输出整流滤波电路。
6.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，所述出射面板为PMMA材质的扩散板，厚度值为0.25-1.5mm。
7.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，所述固定卡槽为IP防护等级为IP43或IP44的塑料制品。
8.根据权利要求1所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，所述外围框架选用铝合金材质，厚度值为23-27mm。
9.根据权利要求3所述的一种高混光均匀度的植物照明面光源，其特征在于，散热翅片在腔体内成行列式排列，相邻两列散热翅片的间隔为2.0-2.8mm，相邻两行散热翅片的间隔为1.1-1.5mm。
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| CN201910928676.XA CN110583281A (zh) | 2019-09-28 | 2019-09-28 | 一种高混光均匀度的植物照明面光源 |
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|---|---|---|---|---|
| CN112863317A (zh) * | 2021-01-26 | 2021-05-28 | 南昌大学 | 一种led光源可调的光学实验箱 |
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|---|---|---|---|---|
| CN106949406A (zh) * | 2017-04-28 | 2017-07-14 | 华南理工大学 | 一种led植物生长灯 |
| CN207034837U (zh) * | 2017-08-07 | 2018-02-23 | 华南理工大学 | 一种可实现高混光均匀度的led育苗灯 |
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2019
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