CN1946257A - 自动调光节能灯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动调光节能灯，属于照明和电力电子技术领域。该灯包括电源端、调光电源、热释电红外探头和灯头，调光电源由AC－AC、DC－DC、AC－DC开关电源电路之一、预置调光电路、信号比较电路构成，电源端经调光电源输出接灯头，预置调光电路含有用以预置调节灯头亮度和暗度的可调器件，可调器件的输出端接开关电源电路的受控端，信号比较电路的输入端接所述热释电红外探头的信号输出端，信号比较电路的输出端接预置调节灯头亮度和暗度的可调器件。本发明的自动调光节能灯可广泛用于家庭、办公、商场、银行、街道、舞台、轮船、地铁、矿道等一切需要照明的场所，除节能外，它还可以营造氛围、优化环境，以及用于监控等。

Description

自动调光节能灯

技术领域

本发明涉及灯具，尤其是一种能够自动调光的灯具，属于照明和电力电子技术领域。

背景技术

众所周知，无人时“随手关灯”是一种最简便的省电方式，为了模拟“随手关灯”，至今已出现过多种“自动开关”，其中最具代表性的就是“热释电红外传感自动开关”。然而事实证明，这些发明最终应用的范围都非常小，难以大范围推广，究其原因，是人们在日常生活中，不习惯、也不便于待在一种忽而全亮、忽而全暗的环境中，而每当需要关灯时，也似乎不必一定要去依赖“自动开关”。总之，作为日常生活设施，这些“自动开关”还不够适用化和人性化，不能激起人们的使用愿望。另外，造成这些“自动开关”只能工作在不是“开”就是“关”两种状态之间的一个重要原因，是迄今为止几乎所有电灯都是直接利用市电来点亮的，而市电不能简单地直接用来随机改变灯的亮度。

目前，要想达到随机改变灯光亮度的目的，所能借重的只能是开关电源技术，但就目前的开关电源技术而言，要得到：输出电压能够从接近零伏至几十伏、上百伏地随机可调，有几十瓦至千瓦以上的输出功率，并且具有效率高、体积小、造价低等特征的调光电源，也并非易事。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种当有人或无人时能够自动调整灯头的发光亮度和暗度的自动调光节能灯。

为了达到以上目的，本发明的自动调光节能灯包括电源端(市电/蓄电池)、调光电源、热释电红外探头、灯头，

——所述调光电源由AC-AC/DC-DC/AC-DC开关电源电路之一、预置调光电路、信号比较电路构成，电源端(市电/蓄电池)经调光电源输出接灯头；

——所述预置调光电路含有用以预置调节灯头亮度和暗度的可调器件，所述可调器件的输出端接开关电源电路的受控端；

——所述信号比较电路的输入端接所述热释电红外探头的信号输出端，用以对探得的信号进行比较，分辨有人或无人；

——所述信号比较电路的输出端接预置调节灯头亮度和暗度的可调器件，用以根据比较结果输出相应的电平，控制开关电源的输出电压和功率。

本发明的自动调光节能灯采用热释电红外传感器作探头，将探得的有人或无人时的信号传输给调光电源，控制该电源的输出电压和功率，从而调整电源负载即灯头的发光亮度和暗度；并且，以上调光电源的输出电压，也即负载灯头上当有人或无人时的发光亮度和暗度，可通过调光电源上的两只或一只可调器件——调光电位器或分段调光开关进行预置；另外，本发明的自动调光节能灯的调光电源分为AC-AC/DC-DC/AC-DC几种类型，其输入电源可以是市电，也可以是蓄电池组。

另外，本发明的进一步完善是还含有光敏探头，所述光敏探头的输出端接所述开关电源电路的受控端，用以控制开关电源电路的工作状态。以此实现自动调光节能灯只在外界光线不足时才工作。

本发明的以上技术方案可以参见图1。该方框图由六部分组成，分别为：市电/蓄电池；调光电源；热摄电红外探头；光敏探头；灯头；监控信号。其中的调光电源中还包括：两只调光电位器/分段调光开关和电源开关。以上六部分的关系如联线和箭头所示：以调光电源为中心，市电/蓄电池(通过电源开关)向调光电源输入电能；热摄电红外探头和光敏探头将探得的信号传递给调光电源，以控制调光电源的输出；两只调光电位器/分段调光开关用以预置灯头的亮度和暗度；调光电源将电能变换后输出给灯头，同时输出监控信号。

本发明具有以下作用和效果：

1、用调光电源取代简单的“自动开关”，采取调整灯头亮度的方式来实现节能和使自动调光节能灯适用化的目的。

为了实现节能和适用化的目的，自动调光节能灯要求的调光电源必需具有：输出电压能随机可调；有几十瓦至千瓦以上的输出功率；能输入市电或蓄电池；以及具有效率高、体积小、造价低等特点。

调光电源是本发明自动调光节能灯的核心组件，就当今的开关电源技术而言，调光电源可以有许多电路；如就具体产品而言，调光电源也将会因使用场合不同、技术要求不同、功率要求不同、灯头类型不同、选用器件不同、制造工艺不同等而有许许多多的组合，不是少数几幅电路就能穷尽得了的。

2、热摄电红外探头是自动调光节能灯的“耳目”，其作用至关重要，由于使用场合、用户需求的复杂多样，热摄电红外探头将根据产品需要，被设计成窄角探头、广角探头、视角可调探头、高灵敏探头、多探头组合，有线或无线探头等；各种探头可以和调光电源主体结合在一起，也可以从调光电源外接。

3、在调光电源上外置两只调光电位器或分段调光开关，分别预置有人或无人时的灯光亮度和暗度，使自动调光节能灯成为适用化、人性化的节能灯具。

自动调光节能灯的两只调光电位器或分段调光开关，其中一只通常用于预置有人时的灯光亮度，另一只用于预置无人时的灯光暗度，一般使用时，通常是将有人时的灯光调的比较亮，无人时的灯光调的比较暗，但实际设计的这两只调光电位器或分段调光开关往往都能将灯光从最亮一直调到最暗，甚至“关闭”，以求最大限度地节能和降低自动调光节能灯的待机功耗。

4、在调光电源上仅外置一只调光电位器或分段调光开关，省去有人时调节灯光亮度的调光电位器或分段调光开关，只保留一只无人时调灯光暗度的调光电位器或分段调光开关。以适应某些不需要对有人时的灯光亮度进行调整的使用场合。

如街道照明，就一般不需要对有人时的灯光亮度进行调整；另外，为了保持无人时灯光暗度的一致性，也应采用分段调光开关来调整无人时的灯光暗度。

5、在调光电源上另加光敏探头，以适应路灯、门头灯等白天和夜晚自动关、开灯的需要。

6、增加热释电红外传感器探头，扩大监视范围，以适应街道、广场、大厅等照明或监控的需要。

7、在调光电源上设置监控输出，以供启动摄像系统等应急设备。

试举一例：将自动调光节能灯用于银行柜台，无人办理业务时设置为低亮度照明，此时摄像系统不启动，可避免无用记录；而当有人来办理业务时，灯光变亮，摄像系统被适时启动，摄像头摄得的柜前交易行为也将变得更加清晰可辨。

8、调光电源一般输入的是市电，但也可以输入蓄电池组，以拓宽自动调光节能灯的应用范围。

输入蓄电池的自动调光节能灯，即已具备不停电功能，从而也具有了消防应急作用，因此可被广泛用于轮船、电信、计算机房，以及矿道、地铁等。

9、自动调光节能灯的灯头一般采用白炽灯、卤钨灯、半导体灯等，也可以用荧光灯等场致发光灯作为灯头，如采用场致发光灯，其整流器需重新设计。

本发明的自动调光节能灯可广泛用于家庭、办公、商场、银行、街道、舞台、轮船、地铁、矿道等一切需要照明的场所，除节能外，它还可以营造氛围、优化环境，以及用于监控。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明自动调光节能灯的结构方框图。

图2中(1)为以双向可控硅为开关元件，含有两只调光电位器的AC-AC调光电源原理图。作为本发明实施例一。

图2中(2)为以双向可控硅为开关元件，仅含一只分段调光开关的AC-AC调光电源原理图。作为本发明实施例二。

图3中(1)为以双向可控硅为开关元件，仅含一只分段调光开关，另加装热敏探头的AC-AC调光电源原理图。作为本发明实施例三。

图3中(2)为以双向可控硅为开关元件，仅含一只调光电位器，另加装一只热释电红外探头的AC-AC调光电源原理图。作为本发明实施例四。

图4为一种用场效应管作开关元件，以时基集成电路和双电压比较器结合组成双稳态触发器进行驱动的开关电源DC-DC调光电源原理图。作为本发明实施例五。

图5为一种用开关稳功率电源原理设计的，含有两只调光电位器的DC-DC调光电源原理图。作为本发明实施例六。

图6为一种带有反激输出绕组的开关稳功率电源AC-DC调光电源原理图。作为本发明实施例七。

图7为本发明自动调光节能灯的一种适用产品的机壳正面和背面构造示意图。

图8为本发明自动调光节能灯的另一种适用产品的机壳面板构造示意图。

具体实施方式

实施例一

参见图2中(1)。如图所示为一种以双向可控硅(SCR1)为开关元件，含有两只调光电位器(RW1)和(RW2)的AC-AC调光电源原理图。

图中灯头(DT-1)的用电通过双向可控硅(SCR1)取自于市电(AC)，因此流经灯头的电流也是交流；触发电阻(R2)和延时电容(C3)以及台阶稳压二极管(W1)组成延时触发器，给可控硅(SCR1)提供一个初始触发时间，并决定灯头(DT-1)的最高亮度；热摄电红外探头(TT1)将有人或无人时探得的信号，经电容(C4)和电阻(R8)滤波后，输入双电压比较器(IC1-LM393)，随之双电压比较器(IC1-LM393)的第七脚和第二脚输出两个高、低变化的电平，并分别通过调光电位器(RW1)和(RW2)去吸收触发电阻(R2)的电流，以延长延时电容(C3)上的电压上升速率，也即延迟双向可控硅(SCR1)的触发时间；分别调节调光电位器(RW1)和(RW2)，即可预置有人或无人时灯头(DT-1)的亮度和暗度，从而实现自动调光的目的。与调光电位器串联的防冲电阻(R3)和(R4)，有保护双电压比较器(IC1-LM393)的作用。图中的交流充电电容(C1)、中和电阻(R1)、整流桥(Q1)、滤波电容(C2)、稳压二级管(W2)组成一无变压器AC-DC小电流低压稳压电源，为双电压比较器(IC1-LM393)、光电耦合器(GO1)提供工作电流，另通过三端稳压器(IC2-78L05)和滤波电容(C5)降压，为热摄电红外探头(TT1)提供工作电压；双电压比较器(IC1-LM393)的预置比较电压，也取自三端稳压器(IC2-78L05)的输出端，并经串联电阻(R5)和(R7)分压后提供。本调光电源因与市电交流高压连通，因此监控信号需经光电耦合器(GO1)隔离后输出；限流电阻(R6)为光电耦合器(GO1)提供触发电流，放电二级管(D1)接在双电压比较器(IC1-LM393)的第7脚，当有人时双电压比较器(IC1-LM393)的第7脚为低电平，因此，本调光电源的监控信号输出端(JK+)和(JK-)为截止型输出。

本实施例的调光电源，采用了两只调光电位器，是自动调光节能灯的典型电路，采用两只调光电位器的优点是有人或无人时的灯头亮度和暗度皆可调，且预置调光的过程呈线性，但由于调光电位器是需要人用手去调整的，因此一般只能将它放在低位，人手便于触及的地方，因此，该类自动调光节能灯一般适用于室内。

实施例二

参见图2中(2)。如图所示为以双向可控硅(SCR1)为开关元件，仅含一只分段调光开关(K2)的AC-AC调光电源原理图。

本实施例取消了前图中的有人时可调灯头亮度的调光电位器(RW1)，而用一只分段调光开关(K2)取代无人时可调灯头暗度的调光电位器(RW2)，除原电阻(R4)外，另增加了两只串联电阻(R4+1)和(R4+2)；分段调光开关(K2)为一只三态开关，它与以上三只电阻配合，可得到三个不同档次无人时的灯头暗度。

与前图相比，本实施例有两点差别，其一：取消了调光电位器(RW1)后，已无法调整有人时的灯头亮度，灯头有人时的最高亮度将由触发电阻(R2)、延时电容(C3)和台阶稳压二极管(W1)形成的初始触发时间来决定；其二：无人时灯头暗度的调整已为非线性，拨动一次分段调光开关(K2)，只能得到一种等级的无人时灯头暗度，如此，不仅能为调光电源带来调光一致性好的优点，也为将自动调光节能灯置于高位和在室外集中使用创造了条件。

用双向可控硅设计的AC-AC调光电源，虽然一般都具有输出功率大、待机功耗小、效率高、元件少、体积小、造价低的优点，但同时也存在着容易引起电网波形畸变、灯光因市电电压波动而忽明忽暗、受工频电源影响灯光闪烁等缺点，因此一般不宜在室内集中使用，不宜用于家庭、办公等对照明质量要求较高的场合。而如果将自动调光节能灯只限于放在低位，显然会影响它的应用范围，因此，但凡需要置于高位的自动调光节能灯，均可以采用本图仅含一只分段调光开关的设计。

本调光电源适用于不需要经常调整有人或无人时灯头亮度和暗度的场合，可作街灯、门头灯、高大建筑物的壁灯等。

实施例三

参见图3中(1)。如图所示为以双向可控硅(SCR1)为开关元件，仅含一只分段调光开关(K2)，另加装光敏探头(MV1)的AC-AC调光电源原理图。

本实施例在前图基础上加装了一只由光敏三级管(MV1)、扩流三级管(V1)以及电阻(R9)和(R10)组成的光敏探头；白天，光敏三级管(MV1)被激发、扩流三级管(V1)导通，致使延时电容(C3)上建立不起触发电压，双向可控硅(SCR1)不工作；夜晚，光敏三级管(MV1)截止，自动调光节能灯正常工作。

加装了光敏探头后，就可以不必总是通过电源开关来打开和关闭调光电源，甚至还可以取消电源开关(K1)或将其集中外置，以进一步拓宽自动调光节能灯的用途。因此，但凡需要自动调光节能灯只在外界光线不足时才工作，均可以在调光电源上加装一只光敏探头。

实施例四

参见图3中(2)，如图所示为以双向可控硅(SCR1)为开关元件，仅含一只调光电位器(RW2)，另加装一只热释电红外探头(TT2)的AC-AC调光电源原理图。

本实施例将前图的分段调光开关(K2)换回为调光电位器(RW2)，以示调光电源的组合多样性；另本实施例比前图增加了一只热释电红外探头(TT2)，热释电红外探头(TT2)与热释电红外探头(TT1)并联，其目的是弥补单只热释电红外探头视角不足的局限。

一台自动调光节能灯的热释电红外探头可以是一只、两只，也可以是多只；热释电红外探头可以直接布置在自动调光节能灯机壳上，也可以在机壳外分散布置，其具体位置将根据具体产品和使用场合的需要而定。多热释电红外探头的自动调光节能灯无疑将会更加实用和用途更广。

实施例五

参见图4。如图所示为一种用场效应管(V3)作开关元件，以时基集成电路(IC1-NE555)和双电压比较器(IC2-LM393)结合组成双稳态触发器以驱动场效应管(V3)的开关电源DC-DC调光电源原理图。

本实施例的调光电源以蓄电池组(EV1)为输入电源，灯头(DT-1)和场效应管(V3)串联后并联在蓄电池(EV1)上；采用将时基集成电路(IC1)和双电压器(IC2)结合组成的双稳态触发器去触发场效应管(V3)，并通过调光电位器(RW1)和(RW2)调整其频率和占空比实现调光；图中充电电阻(R4)和充放电电容(C4)串联组成时间电路，其充电电流通过反向阻断二极管(D2)由时基集成电路(IC1-NE555)的第三脚输出在高电位时提供，通常充放电电容(C4)的放电过程一般是接在时基集成电路(IC1-NE555)的第七脚上进行的，而今本实施例将其改为通过调光电位器(RW1)或(RW2)，由双电压比较器(IC2-LM393)的第七脚或第二脚两输出端进行交替放电，调节调光电位器(RW1)或(RW2)，即可改变时基集成电路(IC1-NE555)的输出频率和占空比，实现调光的目的。本实施例的热释电红外探头部分的结构和工作原理与前几图相似，这里不再重复。图中的PNP型三级管(V1)、稳压二极管(W1)和限流电阻(R1)组成为限压输入开关，以限制蓄电池组(EV1)的最低输入电压，保护蓄电池过放电；接在PNP型三级管(V1)集电极下的电压调整三级管(V2)、稳压二极管(W2)、滤波电容(C2)和限流电阻(R2)、(R3)组成一低压辅助稳压电源，为集成电路等提供工作电流；由于本调光电源以蓄电池组(EV1)为输入电源，监控信号(JK+)和(JK-)即采取了直接输出的方式，隔离二极管(D3)的负极接在双电压比较器(IC2-LM393)的第七脚上，当有人时该脚为低电平，因此监控信号是低电位输出；并联在灯头(DT-1)上的二极管(D1)是续流二极管，高频时灯头(DT-1)的灯丝呈感性，并联该二极管有减小辐射和保护场效应管的作用。

本实施例的调光电源，所用元件较少，电路较为简单，但其全电路呈容性，如果参数设计得当，工作点选的好，或可根据具体产品的特点选择设计适当的双稳态触发器，它将是一种理想的DC-DC调光电源，用其设计的自动调光节能灯可用于舰船、潜艇、矿道、电信和计算机房等，尤其重要的是，因为具有了不停电功能，它对于那些多事故场所和消防重地等会有特殊的意义。

实施例六

参见图5。如图所示为一种用开关稳功率电源原理设计的，含有两只调光电位器的DC-DC调光电源原理图。

本实施例是一种输入为蓄电池，输出低压直流的调光电源。其稳功率变换器的工作原理可参阅本人的《开关稳功率电源》发明专利，专利号：ZL01113745.2。开关稳功率电源与一般稳压电源、稳流电源的最大不同之处在于，它是一个工作频率可从20kHz-1MHz连续改变的调频电源，它的输出电压和电流分别可以从接近零至最高双向调整，其电流的可调范围可高达200倍以上，因此它是设计本发明自动调光节能灯的理想开关电源。调整开关稳功率电源的输出电压只需改变其预置电压即可，本实施例中的预置电压有两组，分别由限流电阻(R21)和调光电位器(RW1)、限流电阻(R22)和调光电位器(RW1)串联后，再分别将中点接在双电压比较器(IC-LM393)的两输出脚上提供；调节调光电位器(RW1)和调光电位器(RW1)，即可调整灯头有人时的亮度和无人时的暗度；图中的(D8)和(D9)是隔离二极管，起隔离两组预置电压的作用。电路的其它部分在《开关稳功率电源》发明专利说明书和前图中均有提及，这里不再重复。

用开关稳功率电源技术设计的调光电源有输出功率大、电压稳定的特点，如本电路的输出电流即可达几十安、输出功率可达1000瓦以上，因此适用于对照明质量要求较高，集中照明的场所。

实施例七

参见图6。如图所示为一种带有反激输出绕组的开关稳功率电源AC-DC调光电源原理图。

本实施例是一种用开关稳功率电源技术设计的输入为市电，输出低压直流的调光电源，它是一个单端正激式调频开关电源，由于调光电源要求其输出电压的调整范围必须从接近零至最高随机可调，且电压调整部分必须设在输出端，因此，本电路在高频变压器(T2)上增设了一个反激输出绕组(N3)，以此为集成电路、调光电位器、热释电红外探头等提供一个电压稳定的工作电源，至此终于实现了用开关稳功率电源设计自动调光节能灯的目的。

本调光电源的电压调节范围大、稳定性好，输出功率可达1000瓦以上，可用于大堂吊灯、舞台灯以及室内整体照明的自动调光节能灯的设计和制造。

以上实施例的自动调光节能灯产品的机壳封装可以有多种，现举如下两种并加以说明。

其一参见图7。如图所示为本发明自动调光节能灯的一种适用产品的机壳正面和背面构造示意图。

其中正面：(ZM71)机壳，(ZM72)热摄电红外探头，(ZM73)散热孔，(ZM74)调光电位器，(ZM75)电源开关；背面：(BM76)市电引入孔，(BM77)灯头线引出孔，(BM78)监控信号输出线引出孔。本设计可贴在墙上或嵌入墙体，适于安装在室内。

其二参见图8。如图所示为本发明自动调光节能灯的又一种适用产品的机壳面板构造示意图。

其中：(MB81)机壳，(MB82)电源插孔，(MB83)分段调光开关，(MB84)热摄电红外探头，(MB85)光敏探头(MB86)散热孔，(MB87)监控信号插孔。本设计可挂在墙上，适于安装在室外。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种自动调光节能灯，包括电源端、调光电源、热释电红外探头和灯头，其特征在于：

——所述调光电源由AC-AC、DC-DC、AC-DC开关电源电路之一、预置调光电路、信号比较电路构成；

——所述电源端经调光电源输出接灯头；

——所述预置调光电路含有用以预置调节灯头亮度和暗度的可调器件，所述可调器件的输出端接所述开关电源电路的受控端；；

——所述信号比较电路的输入端接所述热释电红外探头的信号输出端；

——所述信号比较电路的输出端接所述预置调节灯头亮度和暗度的可调器件，用以根据比较结果输出相应的电平，控制开关电源的输出电压和功率。

2.根据权利要求1所述自动调光节能灯，其特征在于：还含有光敏探头，所述光敏探头的输出端接所述开关电源电路的另一受控端。

3.根据权利要求2所述自动调光节能灯，其特征在于：所述调光电源上设有监控输出端。

4.根据权利要求3所述自动调光节能灯，其特征在于：所述预置调光电路的可调器件为调光电位器。

5.根据权利要求3所述自动调光节能灯，其特征在于：所述预置调光电路的可调器件为分段调光开关。

6.根据权利要求4或5所述自动调光节能灯，其特征在于：所述热释电红外探头有两只，相互并联。

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