CN201206798Y - 采用自适应脉宽调制技术调光的灯具 - Google Patents

Abstract

一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，灯具由灯体总成、支架、发光元件、透明灯罩和灯具电路总成组成。支架固定在灯体总成内，发光元件安装在支架上，灯具电路总成安装在灯体总成内，透明灯罩安装在灯体总成上。发光元件由半导体高亮度发光二极管、散热器和温度传感器组成。灯具电路总成由电源模块、电源转换和保护模块、功率控制模块、发光模块、计算机模块U6、传感器模块、时钟模块、无线数据传输模块U5组成。

Description

采用自适应脉宽调制技术调光的灯具

技术领域

本实用新型涉及一种照明灯具，特别是一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具。

背景技术

目前，在我国照明耗电中，城市公共照明占30％的比例。夜景照明建设成为城市市政设施建设的一个重要组成部分。国家建设部要求，大城市亮灯率要达到97％，中小城市要达到95％；城市道路装灯率要达到100％，公共区域装灯率要达到95％；主次干道的亮度指标应满足设计标准值的要求。所以，城市照明灯具的节能化，具有重要的意义。我国绝大多数城市在午夜12点后至清晨6点夜景照明灯熄灭这一时段，市区道路上行人、车辆均十分稀少，显然没有必要保持较高的照度。因此在这一时段很多城市和地区都采用了关闭部分夜景照明灯的节约方法。但是这样做的弊病是，不仅使城市照明亮度不均匀，并且给治安及交通安全造成了隐患。其次，后半夜电网电压的升高也会影响照明灯具的使用寿命。我国已经开始推广城市照明灯具智能节能控制技术。这是根据城市道路照明的实际状况，按照人体工程学中的视觉理论，采用现代控制论中的最优控制方法，实现对照明灯具电压及照度的动态智能化管理，即TPO管理(TIME/PLACE/OCCASlON)，以达到恰到好处的照度水平。基本原理是根据城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律，确定相应的照度调整率，再根据照度调整率，从某一时刻开始，对路灯输入电压进行动态调整，使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配。但是，目前在我国城市及道路照明中广泛使用的各类灯具均不适合简单采用调整输入电压的方式来调整亮度以达到节能目的，此外，这种调整输入电压节能的方式带来的电网电压波动也会影响照明灯具的使用寿命。采用太阳能、风能等绿色能源的照明灯具，正在我国得到大力推广。但是，这类灯具存在长期稳定工作性能与成本的矛盾。城市道路特别是主要干道的照明要求灯具能够长期稳定地工作，在这种场合下工作的照明灯具如果只采用太阳能、风能作为独立电源，就会使得灯具的造价十分昂贵。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，能自动切换交直流电源，使灯具方便地采用市电和自备电源(如太阳能电源)双电源供电。

本实用新型的技术方案是：一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，由灯体总成、支架、发光元件、透明灯罩和灯具电路总成组成。支架固定在灯体总成内，发光元件安装在支架上，灯具电路总成安装在灯体总成内，透明灯罩安装在灯体总成上。发光元件由半导体高亮度发光二极管、散热器和温度传感器组成，半导体高亮度发光二极管均匀安装在散热器上，温度传感器固定在散热器上。

灯具电路总成包括电源模块、电源转换和保护模块、功率控制模块、发光模块、计算机模块U6、传感器模块、时钟模块、无线数据传输模块U5。

电源模块由市电输入端子AC1和AC2、直流输入端子DC1和DC2、继电器JD、开关稳压电源WY组成。市电输入端子AC1连接继电器JD的常闭触点JD-1一端，市电输入端子AC2连接继电器JD的常闭触点JD-2一端，常闭触点JD-1和JD-2的另一端分别连接到开关稳压电源WY的2个交流输入端，开关稳压电源WY的输出VDD端子连接到电源自动转换模块功率场效应管Q1的D极，其GND端接地。直流输入端子DC1与继电器JD线圈的一端相接后再与电源自动转换模块中肖特基二极管D2正极相接，直流输入端子DC2接地。

电源转换和保护模块由功率场效应管Q1、电压比较器U1、肖特基二极管D1和D2、电阻R0、R1和R2组成。电阻R0一端与肖特基二极管D2正极连接，电阻R0另一端连接电压比较器U1的输入2，功率场效应管Q1的D极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接电压比较器U1的输入1并和电阻R2的一端连接，电阻R2另一端接地，功率场效应管Q1的G极连接电压比较器U1输出3，功率场效应管Q1的S极连接肖特基二极管D1正极，肖特基二极管D1负极与肖特基二极管D2负极连接，然后与功率控制模块中功率开关器件Q2、Q3中的VBB极以及计算机模块U6的VDD端连接。

功率控制模块由功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、与非门U2和U3、电阻R3和R4组成。电阻R3和R4一端连接功率开关器件Q3和Q4的VBB极，功率开关器件Q2的OUT极连接发光模块中半导体高亮度发光二极管组件LED1正极，功率开关器件Q3的OUT极连接发光模块中半导体高亮度发光二极管组件LED2正极，功率开关器件Q2的IN极连接与非门U2输出3和电阻R3另一端，功率开关器件Q3的IN极连接与非门U3输出3和电阻R4另一端，功率开关器件Q2的ST极连接计算机模块U6的ST1端，功率开关器件Q3的ST极连接计算机模块U6的ST2端与非门U2的输入2连接与非门U3的输入2，然后与计算机模块U6的PWM端连接，与非门U2的输入1连接计算机模块U6的GPA端，与非门U3的输入1连接计算机模块U6的CPB端。

发光模块由半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2组成。半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2交错安装在散热器上，组件LED1正极连接LED1接线端子，负极连接散热器3-2后接地，组件LED2正极连接LED2接线端子，负极连接散热器后接地。

传感器模块由光电传感器CG1、温度传感器CG2组成。光电传感器CG1的正极连接计算机模块U6的AD1端，光电传感器CG1的负极接地，温度传感器CG2的正极连接计算机模块U6的AD2端，温度传感器CG2的负极接地。

时钟模块由实时时钟电路U4、石英晶体X0、后备电池BTA组成。石英晶体X0的两引脚连接到实时时钟电路U4的X1、X2端口，后备电池BTA的正极连接实时时钟电路U4的VBAT端口，后备电池BTA的负极接地，实时时钟电路U4的SDA、SCL端口分别对应连接到计算机模块U6的SDA、SCL端口，实时时钟电路U4的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口。

无线数据传输模块U5的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口分别对应连接到计算机模块U6的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口，无线数据传输电路模块U5的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口，无线数据传输模块U5的GND端口接地，无线数据传输电路模块U5的天线端口连接外接天线。

本实用新型与现有技术相比具有如下特点：

1、本实用新型采用半导体高亮度发光二极管LED作为发光器件，在相同的照度条件下，比我国目前广泛使用的T5、T8双端三基色荧光灯、高压钠灯等灯具节电50％以上。

2、本实用新型克服了一般照明灯具智能节能控制技术采用调整灯具输入电压的方法不能对传统灯具进行有效调光的缺点，充分利用半导体高亮度发光二极管LED良好的开关特性，对照明灯具实行最小功率损耗的脉宽调制调光。

3、本实用新型可以根据环境亮度和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律，通过计算机对灯具实现自适应照度调整，达到优化节约用电的目的。

4、本实用新型采用无线数据传输方式，可以根据日照时间和城市道路行人及车辆的时间--人、车流量统计规律，远程设定照明灯具的点亮程序。同时，如果灯具出现短路、过热等故障，还可以通过无线数据传输方式实现定位报警。

5、本实用新型可以通过安装在半导体高亮度发光二极管LED组件散热器上的温度传感器感应的数据，根据最佳温度-发光曲线优化半导体高亮度发光二极管LED的发光亮度。

6、本实用新型采用半导体高亮度发光二极管LED作为发光器件，相对传统照明灯具的维护更换周期可以延长10倍以上，即从目前的1年左右延长到10年以上。

7、本实用新型采用具有过电流、过电压、温度保护的智能功率开关器件，具有完善的保护功能。

8、本实用新型可以使照明灯具同时采用市电和自备电源双电源供电，克服了单独采用自备电源(如太阳能电源)的照明灯具特别是路灯不能稳定地长期工作的弊病。当自备电源接入时，灯具可以自动关断市电，转入自备电源供电。当自备电源断开时，灯具可以自动接通市电。当自备电源的输出电压过低时，灯具可以自动转入市电供电，避免了自备电源的过度放电。这一特点可以使本实用新型十分可靠地使用太阳能、风能等绿色能源。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的结构作进一步描述。

附图说明

附图1为本实用新型的灯具装配总成示意图；

附图2为本实用新型的发光元件总成示意图；

附图3为附图2的俯视图；

附图4为本实用新型的灯具电路总图。

具体实施方式

如附图所示：一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，由灯体总成1、支架2、发光元件3、透明灯罩4和灯具电路总成5组成。支架2固定在灯体总成1内，发光元件3安装在支架2上。灯具电路总成5安装在灯体总成1内。透明灯罩4安装在灯体总成1上。发光元件3由半导体高亮度发光二极管31、散热器32和温度传感器33组成，半导体高亮度发光二极管31均匀安装在散热器32上，温度传感器33固定在散热器32上。

灯具电路总成5包括电源模块51、电源转换和保护模块52、功率控制模块53、发光模块54、计算机模块U6、传感器模块55、时钟模块56、无线数据传输模块U5。

电源模块51由市电输入端子AC1和AC2、直流输入端子DC1和DC2、继电器JD、开关稳压电源WY组成。市电输入端子AC1连接继电器JD的常闭触点JD-1一端，市电输入端子AC2连接继电器JD的常闭触点JD-2一端，常闭触点JD-1和JD-2的另一端分别连接到开关稳压电源WY的2个交流输入端，开关稳压电源WY的输出VDD端子连接到电源自动转换模块52功率场效应管Q1的D极，其GND端接地，直流输入端子DC1与继电器JD线圈的一端相接后再与电源自动转换模块52中肖特基二极管D2正极相接，直流输入端子DC2接地。

电源转换和保护模块52由功率场效应管Q1、电压比较器U1、肖特基二极管D1和D2、电阻R0、R1和R2组成。电阻R0一端与肖特基二极管D2正极连接，电阻R0另一端连接电压比较器U1的输入2，功率场效应管Q1的D极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接电压比较器U1的输入1并和电阻R2的一端连接，电阻R2另一端接地，功率场效应管Q1的G极连接电压比较器U1输出3，功率场效应管Q1的S极连接肖特基二极管D1正极，肖特基二极管D1负极与肖特基二极管D2负极连接，然后与功率控制模块53中功率开关器件Q2、Q3中的VBB极以及计算机模块U6的VDD端连接。

功率控制模块53由功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、与非门U2和U3、电阻R3和R4组成。电阻R3和R4一端连接功率开关器件Q3和Q4的VBB极，功率开关器件Q2的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED1正极，功率开关器件Q3的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED2正极，功率开关器件Q2的IN极连接与非门U2输出3和电阻R3另一端，功率开关器件Q3的IN极连接与非门U3输出3和电阻R4另一端，功率开关器件Q2的ST极连接计算机模块U6的ST1端，功率开关器件Q3的ST极连接计算机模块U6的ST2端与非门U2的输入2连接与非门U3的输入2，然后与计算机模块U6的PWM端连接，与非门U2的输入1连接计算机模块U6的GPA端，与非门U3的输入1连接计算机模块U6的CPB端。

发光模块54由半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2组成。半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2交错安装在散热器上，组件LED1正极连接LED1接线端子，负极连接散热器32后接地，组件LED2正极连接LED2接线端子，负极连接散热器32后接地。

传感器模块55由光电传感器CG1、温度传感器CG2组成。光电传感器CG1的正极连接计算机模块U6的AD1端，光电传感器CG1的负极接地，温度传感器CG2的正极连接计算机模块U6的AD2端，温度传感器CG2的负极接地。

时钟模块56由实时时钟电路U4、石英晶体X0、后备电池BTA组成。石英晶体X0的两引脚连接到实时时钟电路U4的X1、X2端口，后备电池BTA的正极连接实时时钟电路U4的VBAT端口，后备电池BTA的负极接地，实时时钟电路U4的SDA、SCL端口分别对应连接到计算机模块U6的SDA、SCL端口，实时时钟电路U4的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口。

无线数据传输模块U5的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口分别对应连接到计算机模块U6的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口，无线数据传输电路模块U5的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口，无线数据传输模块U5的GND端口接地，无线数据传输电路模块U5的天线端口连接外接天线。

Claims (3)

1、一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，它包括灯体总成(1)、支架(2)、发光元件(3)、透明灯罩(4)，支架(2)固定在灯体总成(1)内，发光元件(3)安装在支架(2)上，透明灯罩(4)安装在灯体总成(1)上，其特征是：在灯体总成(1)内安装有一个灯具电路总成(5)。

2、根据权利要求1所述的一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，其特征是：灯具电路总成5包括电源模块51、电源转换和保护模块52、功率控制模块53、发光模块54、计算机模块U6、传感器模块55、时钟模块56、无线数据传输模块U5；

电源模块51由市电输入端子AC1和AC2、直流输入端子DC1和DC2、继电器JD、开关稳压电源WY组成。市电输入端子AC1连接继电器JD的常闭触点JD-1一端，市电输入端子AC2连接继电器JD的常闭触点JD-2一端，常闭触点JD-1和JD-2的另一端分别连接到开关稳压电源WY的2个交流输入端，开关稳压电源WY的输出VDD端子连接到电源自动转换模块52功率场效应管Q1的D极，其GND端接地，直流输入端子DC1与继电器JD线圈的一端相接后再与电源自动转换模块52中肖特基二极管D2正极相接，直流输入端子DC2接地；

电源转换和保护模块52由功率场效应管Q1、电压比较器U1、肖特基二极管D1和D2、电阻R0、R1和R2组成。电阻R0一端与肖特基二极管D2正极连接，电阻R0另一端连接电压比较器U1的输入2，功率场效应管Q1的D极连接电阻R1一端，电阻R1另一端连接电压比较器U1的输入1并和电阻R2的一端连接，电阻R2另一端接地，功率场效应管Q1的G极连接电压比较器U1输出3，功率场效应管Q1的S极连接肖特基二极管D1正极，肖特基二极管D1负极与肖特基二极管D2负极连接，然后与功率控制模块53中功率开关器件Q2、Q3中的VBB极以及计算机模块U6的VDD端连接；

功率控制模块53由功率开关器件Q2、功率开关器件Q3、与非门U2和U3、电阻R3和R4组成。电阻R3和R4一端连接功率开关器件Q3和Q4的VBB极，功率开关器件Q2的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED1正极，功率开关器件Q3的OUT极连接发光模块54中半导体高亮度发光二极管组件LED2正极，功率开关器件Q2的IN极连接与非门U2输出3和电阻R3另一端，功率开关器件Q3的IN极连接与非门U3输出3和电阻R4另一端，功率开关器件Q2的ST极连接计算机模块U6的ST1端，功率开关器件Q3的ST极连接计算机模块U6的ST2端与非门U2的输入2连接与非门U3的输入2，然后与计算机模块U6的PWM端连接，与非门U2的输入1连接计算机模块U6的GPA端，与非门U3的输入1连接计算机模块U6的CPB端；

发光模块54由半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2组成。半导体高亮度发光二极管组件LED1、半导体高亮度发光二极管组件LED2交错安装在散热器上，组件LED1正极连接LED1接线端子，负极连接散热器32后接地，组件LED2正极连接LED2接线端子，负极连接散热器32后接地；

传感器模块55由光电传感器CG1、温度传感器CG2组成。光电传感器CG1的正极连接计算机模块U6的AD1端，光电传感器CG1的负极接地，温度传感器CG2的正极连接计算机模块U6的AD2端，温度传感器CG2的负极接地；

时钟模块56由实时时钟电路U4、石英晶体X0、后备电池BTA组成。石英晶体X0的两引脚连接到实时时钟电路U4的X1、X2端口，后备电池BTA的正极连接实时时钟电路U4的VBAT端口，后备电池BTA的负极接地，实时时钟电路U4的SDA、SCL端口分别对应连接到计算机模块U6的SDA、SCL端口，实时时钟电路U4的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口；

无线数据传输模块U5的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口分别对应连接到计算机模块U6的DO、DI、CS、TXEN、PWR端口，无线数据传输电路模块U5的+5V电源端口连接到计算机模块U6的+5V电源端口，无线数据传输模块U5的GND端口接地，无线数据传输电路模块U5的天线端口连接外接天线。

3、根据权利要求1或2所述的一种采用自适应脉宽调制技术调光的灯具，其特征是：发光元件(3)由半导体高亮度发光二极管(31)、散热器(32)和温度传感器(33)组成，半导体高亮度发光二极管(31)均匀安装在散热器(32)上，温度传感器(33)固定在散热器(32)上。

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