CN201294674Y

CN201294674Y - 具有节能、调光功能的路灯智能控制器

Info

Publication number: CN201294674Y
Application number: CNU2007201552955U
Authority: CN
Inventors: 刘建政; 张强
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2007-07-16
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2017-07-16

Abstract

具有节能、调光功能的路灯智能控制器，适用在市政工程，道路、庭院照明灯场所，其特征在于：硬件包含单片机控制单元、不控整流单元、DC/AC变换器、启辉器、镇流器和灯具等。控制单元通过采样，自动控制灯具的开断和调光功能，控制器采用变频技术实现了灯电流控制，节能调光的功能。在硬件结构上，采用了模块化设计，满足不同场合的需求，方便软、硬件升级与维护，降低了成本。采用本实用新型的控制器，提高了照明系统的效率和使用寿命，实现了节能、降耗、调光和智能控制于一体，同时降低了成本。

Description

具有节能、调光功能的路灯智能控制器

技术领域

本实用新型属于电力电子应用技术及节能技术领域，尤其适用在市政工程，道路、庭院照明灯场所，满足智能照明控制、节能高效、可调光功能等要求。

背景技术

目前，高压钠灯已越来越广泛地被用在道路、庭院等照明场所。这种灯常规采用工频电感镇流器。工频电感镇流器的问题在于：首先其功率因数较低、电感器自身损耗电量较大，而且在深夜时，通常电网电压会增大，路灯就更亮同时消耗在电感镇流器和高压钠灯上的电量也就更大。另外，由于电网电压升高，可能使得路灯工作在过电压状态，严重缩短了整流器和高压钠灯的寿命。此外，现有路灯多半由人工或定时控制，昼间关闭夜间开启，但这样不能起到合理利用能源，节能降耗的目的。在路灯的节能中，考虑到大部分公路和城市街道在深夜时人车稀少，可以降低路灯的照度以达到节约电能，但由于高压钠灯使用工频电感镇流器时，对工频电压要求很高，在调光节能时，通过降低工频供电电压来作为节能措施，其调节范围有限，同时整个电网系统也较难连续调节降低电压，现有的可控硅或变压器方式调压缺点是成本和性能不好，因此在路灯就地控制器上寻求新的电路拓扑和理想的控制方法成为当前研究热点。

发明内容

本实用新型专利的目的就是为了解决常规照明路灯存在的不节能问题、实现节能降耗、实现调光控制而提出的一种新型路灯控制器。

具有节能、调光功能的路灯智能控制器由下述技术方案构成：该控制器含有：电源单元、控制单元、供电单元以及高压钠灯，其中：

(一)电源单元，包括单相不控整流桥和与之并联的滤波电容；

(二)控制单元，包括单片机控制电路、测量直流母线电压的电压传感器和测量直流母线电流的电流传感器、测量亮度的光敏元件和PWM驱动芯片；其中：单片机控制电路集成在一个可插拔式的控制卡上，该卡含有单片机芯片、拨码开关和指示灯；所述的PWM驱动芯片接收单片机发出的两路PWM信号，经该芯片转换输出功率PWM驱动信号，驱动功率MOSFET管的栅极；拨码开关与单片机数据线接口相连；

(三)供电单元，包含有单级式DC/AC全桥逆变电路、高频降压变压器、高压钠灯启辉器及高频电子镇流单元，其中：DC/AC全桥逆变电路由4只采用电阻、电容及二极管构成吸收电路的功率MOSFET管构成；所述的逆变电路的直流侧的电源输入端接不控整流及滤波电容器的输出端，逆变电路的输出端连接在高频降压变压器的输入侧，逆变电路的功率MOSFET管的栅极连接到控制单元的PWM驱动芯片的输出端；所述的电子镇流器由高频镇流电感构成，该镇流电感与高压钠灯串联后连接在高频降压变压器的副边输出侧。

具有节能、调光功能的路灯智能控制器中所述的控制卡、高频变压器、电子镇流器以及单相不控整流桥为可插拔式，通过插槽与控制板连接。

所述的可插拔式的控制卡、高频变压器、电子镇流器以及单相不控整流桥均采用模块化结构，通用化强，也便于生产和维护。图1所示的控制单元经PWM驱动芯片所输出的频率可变的驱动信号驱动图2所示的逆变供电单元的MOSFET开关管，单片机通过调节PWM输出信号的频率实现调节钠灯电流，最终实现调光；拨码开关用于对照明时间和照明方式进行人工设定；指示灯实现相应的状态的显示功能；光敏元件用于检测当前光照强度，进行照明控制；图3所示的电压传感器用于采集直流母线电压，电流传感器用于采集直流母线电流；高频降压变压器的输出为高频方波电压；高压钠灯启辉器并联接于高频降压变压器的副边；高频变压器的输出为可调频率的高频方波电压，给高频电子镇流器和高压钠灯供电；该高频电子镇流器由高频镇流电感构成，该镇流电感与高压钠灯串联后连接在高频变压器的副边输出侧。

本实用新型专利提出的具有节能、调光功能的路灯智能控制器，其特征是由可插拔式单元组成，其中控制卡、高频变压器、镇流器以及单相不控整流桥均为可插拔式，通过插槽与控制底板连接，配合不同的电源接入类型实现多种产品型号，包括直流电源、交流电源及不同的电压等级(如交流220/110V)，可以为不同功率等级的高压钠灯使用(如50W～250W的灯具控制器使用)，可以广泛应用于不同的应用场合。

所述的具有节能、调光功能的路灯智能控制器，其电路的工作过程如下：(一)控制单元通过检测直流母线的输出电压、电流值，计算得到当前的灯具消耗的功率值；(二)控制单元通过计时功能给出灯具不同时间段功率控制目标值(编码开关的设定的策略)；(三)控制单元进行实际功率值与目标设定功率值的比较，从而改变逆变频率，达到调节钠灯电流的目的，实现调光目标；(四)通过对逆变频率的改变，该电感实现镇流原理为该电感对逆变器输出的高频方波电压具有与频率成正比的电抗阻值，通过调节逆变器输出频率，从而改变了镇流电感的感抗，实现调节钠灯电流，改变钠灯功率的目标，使钠灯消耗的功率与设定的目标功率相同，达到了控制钠灯节能、调光的目的，最终实现节能。

本实用新型的有益效果：

1.全自动控制，无须人工干预。单片机不断采样光敏信号判断是否天黑需要点灯或天亮需要熄灯；同时通过拨码开关的设定可以设置多种不同的点灯时段功率控制策略，包括：延时点灯、立即点灯、可调光点灯、全夜间点灯、固定时长点灯等，同时可以设定点灯及等待时间。

2.自动实现节能与调光。进入深夜，程序可根据设定策略自动进行调光控制，降低功率消耗，而在节日或特殊场合，则可以实现全功率运行，保证照明。

3.经实测，本实用新型控制器可以实现节电30％以上，同时夜间调光控制、智能开断控制，延长了灯具的使用寿命，最适合应用于市政工程，道路、庭院照明灯场所。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型总体电路示意图；

图2是本实用新型实施例的供电部分电路原理图；

图3是本实用新型实施例的控制单元示意图；

图4是本实用新型实施例的供电部分中的镇流器和高压钠灯电气连接和调光控制原理说明图。

具体实施方式

(二)控制单元，包括单片机控制电路、测量直流母线电压的电压传感器和测量直流母线电流的电流传感器、测量亮度的光敏元件和PWM驱动芯片；其中：单片机控制电路集成在一个可插拔式的控制卡上，该卡含有单片机芯片、拨码开关和指示灯；所述的PWM驱动芯片接收单片机发出的两路PWM信号，单片机发出的PWM信号经该芯片转换，输出功率PWM驱动信号，驱动功率MOSFET管的栅极；拨码开关与单片机数据线接口相连；

本实用新型的总体电路示意图如图1所示。电源接入端接入市电或路灯线路的电源侧，经不控整流桥及滤波电容输出直流电，同时控制单元(数据采样配合单片机逻辑判断)进行对电压、电流量、光敏信号的数据采集和处理并将处理后的信号通过逻辑控制和判断给出所需的驱动信号，驱动信号与直流母线进入供电(照明)单元，经放电电路转换变为高频交流电压供灯具使用。

图2为本实用新型实施例的供电(照明)部分电路示意图。图中的DC/AC变流器模块采用桥式结构的高频变压器形式实现。直流侧接整流滤波后的直流母线。控制卡给出的PWM信号，通过PWM驱动芯片产生MOS管门极驱动脉冲；2路脉宽输出分别驱动全桥的4只功率MOS管，逆变出高频交流电，经高频变压器后得到高频高压脉冲方波电源；功率MOSFET管采用由电阻、电容、二极管构成的吸收电路，同时在直流母线间加入滤波电容，提高了逆变电能的质量，降低了MOS管的开关损耗；高频变压器的输出接电子镇流器和高压钠灯，电子镇流器主要是由电感和启辉器构成，通过调节DC/AC变流器输出频率，实现调节电感的电抗值，达到对高压钠灯电流的控制；

图3是本实用新型实施例的控制单元示意图。控制卡由单片机(廉价的单片机)、拨码开关和指示灯等组成。主电路直流母线电压、电流采样信号送入控制卡相应的采样端，单片机对A/D采样结果进行处理，根据设定的控制策略完成控制功能并给出相应的指示灯信号；该控制单元的输出为PWM驱动信号，驱动信号有软件死区与硬件死区双重保护，防止全桥上下桥臂管子直通；

图4是调光的控制原理说明图，高频方波电压加在镇流电感与灯具两端，镇流电感等效阻抗Z₁，高压钠灯等效阻抗Z₂，高压钠灯获得的电流为：

I = \frac{V_{O}}{Z_{1} + Z_{2}},

而Z₁＝2πfL，代入得到

I = \frac{V_{O}}{2 πfL + Z_{2}},

其中V_O受电源影响是变化的，f是受控制卡控制的，因此通过控制f，达到I可控的目的。当需要进行调光、节能降功率时，则可以通过计算给出改变频率的指令；提高逆变频率f可用降低高压钠灯电流I，达到降低高压钠灯功率的目的，从而实现节能；调光控制主要是控制逆变输出频率f，最终实现节能。

Claims

1.具有节能、调光功能的路灯智能控制器，其特征在于，该控制器含有：电源单元、控制单元、供电单元以及高压钠灯，其中：

2.根据权利要求1所述的具有节能、调光功能的路灯智能控制器，其特征在于：所述的控制卡、高频变压器、电子镇流器以及单相不控整流桥为可插拔式，通过插槽与控制板连接。