CN202310232U - 小功率led灯具照明系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小功率LED灯具照明系统，包括智能型AC-DC电源转换器、LED灯具、灯具开关和并联式电缆线，所述智能型AC-DC电源转换器的输入端与交流电源相连接、低压直流输出端与多个LED灯具相连接，所述多个LED灯具之间以相互并联的方式设置，每个LED灯具与用控制其通电/断电的灯具开关串联后连接到智能型AC-DC电源转换器的低压直流输出端；所述每个LED灯具内部均设置有高精度恒流控制电路。本实用新型公开的小功率LED灯具照明系统，能以较低成本解决LED照明应用中存在的电源转换效率低、系统功率因数低和恒流控制精度低等问题，并能提高LED灯具的使用寿命和产品安全性。

Description

小功率LED灯具照明系统

技术领域

本实用新型涉及一种小功率LED灯具照明系统。

背景技术

随着科学技术的进步，照明灯具从白炽灯发展到卤素灯、高压钠灯、荧光灯等，面向节能、环保、低成本的方向不停发展。近年兴起的LED照明灯具，具有理论寿命长、节能环保、技术发展空间大等优点，发展势头迅猛。30W以内小功率LED灯具设计亮度已超过相同功耗的普通节能灯具的亮度两倍，设计寿命也达到普通节能灯具的5倍以上。现有的220V或110V交流供电LED灯具多数为30W以内小功率灯具，这类灯具一般采用内置高压转换电源方式驱动：灯体内置反激式交直流隔离转换电源驱动方式或灯体内置非隔离交直流转换电源驱动方式，均为一路高压交流转直流电路对应一个LED灯具的设计方式。该设计方式存在电源转换效率低、恒流控制精度低、系统功率因数低、电网安全性低、产品安全性低、灯具热损高、因灯体温度过高导致的使用寿命短以及电源转换控制部分制造成本高等问题中的一个问题或多个问题。目前已有的产品和技术方案都不能综合性解决以上几个问题。现有5W以下LED照明灯具受限于成本及灯体体积等因素，一般不对驱动电源做功率因数校正，功率因数一般只有0.4～0.6，小功率LED灯具中通常采用的高压非隔离驱动方式或反激式隔离驱动方式，在进行功率因数校正后，功率因数一般也只有0.85～0.95。大量使用的低功率因数产品，会严重降低电网供电效率，威胁电网安全。另外由于小功率LED灯具驱动中源部分自耗电部分占比较高，电源的转换效率较低，恒流控制精度普遍较低。综合现有的交流供电LED照明技术应用，小功率LED照明需要解决或提高的技术性问题包括：电源转换效率、系统功率因数、恒流控制精度、灯体散热、驱动电源的寿命、LED灯珠的发光效率及产品安全性。

针对LED照明应用中出现的智能控制、散热、产品可靠性及安全性等技术性问题现有已经出现多种针对性的解决方案。申请号为200920046316.9的中国实用新型专利于2010年2月24日公开了一种“LED路灯电源布线结构”，其中所述布线及系统结构重点解决较大功率的LED路灯的灯体散热、电源可靠性及开关控制应用的问题，不能解决高压交流应用中的安全性隐患及小功率LED照明应用中的其它技术性问题。申请号为201020222314.4的中国实用新型专利于2011年1月5日公开了一种“分布式LED照明室内照明系统”，所述分布式照明系统将转换电源与灯体隔离输出固定的几种电压，每个LED灯体需要单独布线，且每个LED灯体需要对应一个整流控制板，仅仅解决了安全性问题及灯体、电源分离散热问题，但增加了布线复杂度，对LED照明应用中出现的恒流控制精度、转换效率和功率因数等方面问题均没有解决，而且结构复杂、成本比较高。

实用新型内容

本实用新型是为避免上述已有技术中存在的不足之处，提供一种小功率LED灯具照明系统，以较低的成本解决了LED照明系统的电源转换效率低、系统功率因数低和恒流控制精度低等问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案。

小功率LED灯具照明系统，其结构特点是，包括交流电源、智能型AC-DC电源转换器、LED灯具、灯具开关和并联式电缆线；所述智能型AC-DC电源转换器的输入端与交流电源相连接，所述智能型AC-DC电源转换器的低压直流输出端与多个LED灯具相连接，所述多个LED灯具之间以相互并联的方式设置，每个LED灯具与用于控制其通电/断电的灯具开关串联后连接到智能型AC-DC电源转换器的低压直流输出端；所述每个LED灯具内部均设置有高精度恒流控制电路。

本实用新型的小功率LED灯具照明系统的结构特点也在于：

所述智能型AC-DC电源转换器包括电源开关、整流及EMI电路、电源转换模块、低压直流输出电源模块、电源转换模块的DC12V输出端、智能控制器、风机散热控制单元、负载功率占额定输出功率比显示单元、声光报警输出单元和自动关闭输出选择单元；低压自流输出电源模块包括负载电流采样电阻和常闭式输出控制继电器；所述整流及EM1电路与所述电源开关串接后连接到220V交流电源；所述整流及EMI电路与电源转换模块相连接；电源转换模块的低压直流输出端与低压直流输出电源模块相连接；电源转换模块的低压直流输出正极端作为低压直流输出电源模块的正极输出端，电源转换模块的低压直流输出负极端上依次串接负载电流采样电阻和常闭式输出控制继电器后作为低压直流输出电源模块的负极输出端；所述低压直流输出电源模块的正极输出端和负极输出端分别与LED灯具的正极输入端和负极输入端相连接；所述电源转换模块的DC12V输出端与所述智能控制器连接；所述智能控制器与负载电流采样电阻相连接，还与常闭式输出控制继电器相连接；所述风机散热控制单元、负载功率占额定输出功率比显示单元、声光报警输出单元和自动关闭输出选择单元均与智能控制器相连接。

所述灯具内置高精度恒流控制电路包括整流电路、高精度电流采样比较电阻、续流二极管、去纹波电容、续流电感和电流比较控制器；所述整流电路与所述智能型AC-DC电源转换器的低压直流输出端相连接，整流电路的正极输出端分三路连接：一路直接连接在电流比较控制器的一个采样电流输入端，另一路依次通过高精度电流采样比较电阻、LED灯珠和续流电感与电流比较控制器的电流关断控制端相连接，再一路通过续流二极管与电流比较控制器的电流关断控制端相连接；所述电流比较控制器的另一个采样电流输入端连接在所述高精度电流采样比较电阻和LED灯珠之间。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

由于采用了智能控制器、风机散热控制单元、负载功率占额定输出功率比显示单元、声光报警输出单元和自动关闭输出选择单元，使得本实用新型的照明系统具有以下几个功能：

(1)智能风冷控制功能：根据电源转换器自身核心热损元件的温度变化决定是否启动风机散热，降低电源转换器工作过程中风机散热的能耗损失，延长散热风机的实际使用寿命；

(2)电源转换器负载功率占额定输出功率比LED指示(或数码显示)功能和负载功率变化提醒功能：方便用户直观判断照明用电损耗情况，开关灯的声音提示有助于提高用户的节能意识，关掉不需要点亮的LED灯具；

(3)电源转换器手动控制开关关断电源输入功能：在用户长时间无需照明的情况下，手动控制开关完全关断电源输入以减少系统待机损耗；

(4)电源转换器可选择自动关断输出功能：用户可以根据实际使用条件手动按键选择该功能，选择该功能后，电源转换器在负载功率大于智能控制器程序设定值且超过程序设定时间保持不变的条件下自动关断全部输出，使用该功能后，在长时间忘记关灯的情况下，电源转换器智能判断功能启动，实现自动关闭电源输出；对应上述功能，电源转换器在执行关断输出后，用户再次按该功能选择键，可以一键恢复供电输出，照明系统快速启动；

(5)电源转换器过负载声光报警功能：在电源转换器输出负载功率接近或略大于额定负载功率的条件下，电源转换器声光报警指示功能启动，提醒用户关掉部分灯具，实现了节能的同时提高了系统安全性；

(6)电源转换器高温自动关断输出功能：在电源内部局部高温情况下电源容易导致快速永久损坏，电源转换器内部出现高温后启动自动关断输出，保护电源转换器自身安全，并在温度恢复到正常范围后重新恢复供电输出；

(7)电源转换器负载过流自动关断功能：负载瞬间电流增大到远超额定负载电流，电源转换器在＜1ms的时间内快速响应关断输出操作，并在20ms内关断电源输出，避免用户错误操作造成电源或负载损毁，过流保护启动后要恢复供电输出需要重启电源转换器。

由于采用了智能型AC-DC电源转换器，同时将高精度恒流控制电路设置于LED灯具的灯体之内，本实用新型解决或改善了小功率LED照明应用中存在的电源转换效率低、恒流控制精度低、系统功率因数低、电网安全性低、产品安全性低、灯具热损高、因灯体温度过高导致的使用寿命短以及电源转换控制部分制造成本高等问题，不仅成本降低，而且提高了LED灯具使用性能。

附图说明

图1是本实用新型的小功率LED灯具照明系统的结构框图。

图2是本实用新型的小功率LED灯具照明系统的智能型AC-DC电源转换器的结构框图。

图3是本实用新型的小功率LED灯具照明系统的LED灯具的内部电路结构框图。

图1～图3中标号：1、220V交流电源；2、智能型AC-DC电源转换器；3、并联式电缆线；4、灯具开关；5、LED灯具；201、电源开关；202、整流及EMI电路；203、电源转换模块；204、负载电流采样电阻；205、低压直流输出电源模块；206、DC12V输出端；207、智能控制器；208、常闭式继电器；209、风机散热控制单元；210、负载功率占额定输出功率比显示单元；211、声光报警输出单元；212、自动关闭输出选择单元；51、整流电路；52、高精度电流采样比较电阻；53、续流二极管；54、去纹波电容；55、续流电感；56LED灯珠；57、电流比较控制器；58、电流关断控制端。

以下通过具体实施方式，并结合附图对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

参见图1，小功率LED灯具照明系统，包括交流电源1、智能型AC-DC电源转换器2、LED灯具5、灯具开关4和并联式电缆线3；所述智能型AC-DC电源转换器2的输入端与交流电源；相连接，所述智能型AC-DC电源转换器2的低压直流输出端与多个LED灯具5相连接，所述多个LED灯具5之间以相互并联的方式设置，每个LED灯具5与用于控制其通电/断电的灯具开关4串联后连接到智能型AC-DC电源转换器2的低压直流输出端；所述每个LED灯具5内部均设置高精度恒流控制电路。所述并联式电缆线3中，多条电缆线之间以相互并联的方式相互连接，灯具开关4通过该并联式电缆线3与智能型AC-DC电源转换器2相连接，从而使得所述多个LED灯具5之间能够以相互并联的方式连接在智能型AC-DC电源转换器2的低压直流输出端上。所述交流电源1可以是220V交流电源，也可以是110V交流电源，或者是有效电压在85V～300V之间的交流电源。所述LED灯具5包括一个或多个LED灯珠56和高精度恒流控制电路。图1中LED灯具5中的“恒流控制”框即所述高精度恒流控制电路。

如图2所示，所述智能型AC-DC电源转换器2包括电源开关201、整流及EMI电路202、电源转换模块203、低压直流输出电源模块205、电源转换模块203的DC12V输出端206、智能控制器207、风机散热控制单元209、负载功率占额定输出功率比显示单元210、声光报警输出单元211和自动关闭输出选择单元212；低压直流输出电源模块205包括负载电流采样电阻204和常闭式输出控制继电器208；所述整流及EMI电路202与所述电源开关201串接后连接到220V交流电源；所述整流及EMI电路202与电源转换模块203相连接；电源转换模块203的低压直流输出端与低压直流输出电源模块205相连接：电源转换模块203的低压直流输出正极端作为低压直流输出电源模块205的正极输出端，电源转换模块203的低压直流输出负极端上依次串接负载电流采样电阻204和常闭式输出控制继电器208后作为低压直流输出电源模块205的负极输出端；所述低压直流输出电源模块205的正极输出端和负极输出端分别与LED灯具的正极输入端和负极输入端相连接；所述电源转换模块203的DC12V输出端206与所述智能控制器207连接；所述智能控制器207与负载电流采样电阻204相连接，还与常闭式输出控制继电器208相连接；所述风机散热控制单元209、负载功率占额定输出功率比显示单元210、声光报警输出单元211和自动关闭输出选择单元212均与智能控制器207相连接。

如图3所示，所述灯具内置高精度恒流控制电路包括整流电路51、高精度电流采样比较电阻52、续流二极管53、去纹波电容54、续流电感55和电流比较控制器57；所述整流电路51与所述智能型AC-DC电源转换器2的低压直流输出端相连接，整流电路51的正极输出端分三路连接：一路直接连接在电流比较控制器57的一个采样电流输入端上，另一路依次通过高精度电流采样比较电阻52、LED灯珠56和续流电感55与电流比较控制器57的电流关断控制端相连接，再一路通过续流二极管与电流比较控制器57的电流关断控制端相连接；所述电流比较控制器57的另一个采样电流输入端连接在所述高精度电流采样比较电阻52和LED灯珠56之间。

所述智能型AC-DC电源转换器2输入端接220V交流电源，输出端输出的低压直流电源为LED灯具5供电；LED灯具5串接开关4后与智能型AC-DC电源转换器2的低压直流输出端连接。LED灯具5通过并联式电缆线3与电源转换器2的低压直流输出端相连接，多个LED灯具5之间采用并联连接的方式，以保证可以通过灯具开关控制一个或几个LED灯具开关。

如图1和图2，智能型AC-DC电源转换器2除实现基本的高压交流转低压直流输出功能外，针对LED灯具照明系统的应用特性，增加智能控制设计，增加了根据电源温度变化自动控制的风机散热单元、高温及过流输出保护功能、负载占额定输出功率比显示功能、可选择的自动关断输出功能等。

如图2，220V交流电源通过电源开关201接入整流桥电路及EMI电路202，220V交流电经过整流及EMI电路202后转为高压单向电流输出到电源转换模块203。电源转换模块203采用正激式转换方式，其主要包括主动式功率因数校正电路、具有自激式振荡功能的控制芯片、开关管、正激式变压器、输出电压反馈回路等。主动式功率因数校正电路实现功率因数校正功能，保证输入电流和电压保持近似同步以减小供电电网的无功损耗，实现转换器的高功率因数设计。具有自激式振荡功能的控制芯片实现开关管的开关频率控制，开关管在控制芯片控制下按照既定的频率导通或关断高压转换电流，正激式变压器初级与开关管串联，在开关管导通时，向变压器次级提供转换磁能量，次级输出电流；在开关管关断时，停止向变压器次级提供转换磁能量，变压器停止磁转换。输出电压反馈回路实时判断变压器次级输出电压是否高于设定值；当输出电压高于设定值时，反馈回路输出关断信号到控制芯片，控制芯片控制开关管关断，停止变压器输出转换。变压器次级输出电流经整流纹波后输出低压直流电源。变压器次级采用双抽头输出，输出两路直流电源：一路为LED负载供电(输入所述高精度恒流控制电路的整流电路51)，一路为智能控制器207等控制电路提供电源。LED灯具供电电源经负载电流采样电阻204、常闭式输出控制继电器208与LED灯具负载形成供电回路。电源转换模块DC12V输出端206为智能控制器207等控制电路部分提供工作电源。

参考图2，智能控制器207核心器件是内置AD转换功能的MCU控制器，风机散热控制单元209是主要由一个直流风机和两个热敏电阻组成的电源散热控制电路。两个热敏电阻分别置于电源转换模块203的高热损器件开关管和变压器上，作为两个温度采样点，智能控制器207通过AD转换方式采样两个点的温度，当其中一个温度采样点的温度超过其设定值时智能控制器207驱动风机散热，当两个温度采样点的温度都在设定值以内时，智能控制器207关停风机散热。当任意一个温度采样值超过其最高设定值时，控制器输出控制信号控制常闭式输出控制继电器208关断LED电源输出，同时智能控制器207控制声光报警输出单元211发出设定的高温报警信号，提醒用户电源转换器内部出现高温，已执行高温保护功能，防止电源转换器由于内部温度过高导致损坏。

智能控制器207通过AD转换操作实时采样流过负载电流采样电阻204的电流，当流过负载电流采样电阻204的电流接近或略微超过额定负载电流时，智能控制器207控制声光报警输出单元211发出设定的满负载声光报警提示信号，提醒用户负载电流过大，需要关断部分负载；当流过负载电流采样电阻204的电流突然增大至远超额定负载电流时，智能控制器207输出控制信号，控制常闭式输出控制继电器208关断LED电源输出，同时智能控制器207控制声光报警输出单元211发出设定的过流报警信号，提醒用产电源转换器负载电流出现异常，已执行过流保护功能。

智能控制器207通过AD转换操作实时采样流过负载电流采样电阻204的电流，并将采样的负载电流值与设定的额定负载电流值比较，计算负载电流占额定负载电流的百分比值，智能控制器207通过其输出端口控制负载功率占额定输出功率比显示单元210将该百分比值显示出来，具体实施例中显示方式可以是LED指示灯结合电源转换器外壳丝印数字的方式，也可以是LED数码管显示的方式。

自动关闭输出选择单元212由一个功能选择按键和一个LED指示灯组成。智能控制器207默认不启动自动关闭输出功能，LED指示灯也不做显示，用户按下功能选择键可以选择启动自动关闭输出功能，LED指示灯点亮，再次按键关闭该功能，LED指示灯熄灭。选择该功能后，智能控制器207通过AD转换操作实时采样流过负载电流采样电阻204的电流并执行功率变化比较和计时操作。当负载功率大于额定负载功率的5％且超过12小时负载功率无任何变化，智能控制器207输出控制信号，控制常闭式输出控制继电器208关断LED灯具电源输出，并控制自动关闭输出选择单元212的LED指示灯以1Hz的频率显示。对应上述功能，智能控制器207在执行关断输出后，用户再次按自动关闭输出选择单元22的功能选择键，可以一键恢复供电输出，照明系统快速启动。

当用户执行关开灯操作时，流过负载电流采样电阻204的电流随之变化，智能控制器207通过AD转换操作实时采样流过负载电流采样电阻204的电流，当智能控制器207判断负载功率变化超过程序设定值时，智能挡制器207控制声光报警输出单元211发出设定的负载功率变化声音提示。

图3为灯体内部结构示意图，电源转换器输出直流电压为LED灯具5提供恒压直流电源，LED灯珠作为半导体发光器件，其特性是恒流输入要求高，为稳定LED灯珠的发光功率，延长其使用寿命，每个LED灯具5均内置图3所示的恒流控制电路。LED灯具输入低压直流电源经低压差整流电路51后，为电流比较控制器57提供工作电源，并为LED灯珠56发光回路提供电源。电流比较控制器57内置自激式振荡器，以固定频率控制电流关断控制端58通断，导通时电流经高精度电流采样比较电阻52、LED灯珠56、续流电感55，通过电流比较控制器57内部开关管导通到整流电路51的负电源端，电流比较控制器57实时比较高精度电流采样比较电阻52两端电压，当高精度电流采样比较电阻52两端的电压差关于设定值时电流关断控制端58关断输入电流，关断电流后利用电感具有储能和阻止电流突变的特性，形成续流电感55、续流二极管53、高精度电流采样比较电阻52、LED灯珠56的电流回路，保持流经LED灯珠56的电流。电流比较控制器57内置振荡电路提供固定的频率执行往复通断电流关断控制端58，实现LED灯珠的电流控制。去纹波电容54起到LED灯珠两端电压去纹波的作用，以实现更小的电流波动，提高恒流控制精度。

LED灯具内置高精度恒流控制驱动电路，以提高LED灯珠使用寿命，其整流电路采用低压差设计，减少电源热损。本实用新型的一个较佳实施例中，内置高精度恒流控制驱动电路恒流输出效率＞95％，恒流精度±1％。电源转换器输出低压直流电压一定要低于对人体直流安全电压的最高标准，同时不能太低以减小线阻损耗及兼顾灯体内置恒流控制电路输出效率。本实用新型的一个较佳实施例中输出直流电压为28V±1V。本实用新型将高压交流转换电源部分与灯体分离以减少灯体散热，降低了LED灯珠的节温，延长了LED灯珠的使用寿命，灯体内可以省去受温度影响寿命较短的电解电容，延长了灯具的使用寿命、小功率LED灯具照明系统在10个以上的LED灯具照明系统应用中，相对一灯一高压转换电源的供电方式，制造成本明显降低，本实用新型的一个较佳实施例中，在现有元件采购成本条件下，系统制造成本降低超过10％。

通过上述说明内容，相关人员可以在本实用新型的设计思路和技术指标指定的条件下，进行变更和修改。本实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (3)

1.小功率LED灯具照明系统，其特征是，包括交流电源(1)、智能型AC-DC电源转换器(2)、LED灯具(5)、灯具开关(4)和并联式电缆线(3)；所述智能型AC-DC电源转换器(2)的输入端与交流电源(1)相连接，所述智能型AC-DC电源转换器(2)的低压直流输出端与多个LED灯具(5)相连接，所述多个LED灯具(5)之间以相互并联的方式设置，每个LED灯具(5)与用于控制其通电/断电的灯具开关(4)串联后连接到智能型AC-DC电源转换器(2)的低压直流输出端；所述每个LED灯具(5)内部均设置有高精度恒流控制电路；所述智能型AC-DC电源转换器与灯具开关和LED灯具之间通过并联式电缆线(3)相连接。

2.根据权利要求1所述的小功率LED灯具照明系统，其特征是，所述智能型AC-DC电源转换器(2)包括电源开关(201)、整流及EMI电路(202)、电源转换模块(203)、低压直流输出电源模块(205)、电源转换模块(203)的DC12V输出端(206)、智能控制器(207)、风机散热控制单元(209)、负载功率占额定输出功率比显示单元(210)、声光报警输出单元(211)和自动关闭输出选择单元(212)；低压直流输出电源模块(205)包括负载电流采样电阻(204)和常闭式输出控制继电器(208)；

所述整流及EMI电路(202)与所述电源开关(201)串接后连接到交流电源(1)；所述整流及EMI电路(202)与电源转换模块(203)相连接；电源转换模块(203)的低压自流输出端与低压直流输出电源模块(205)相连接；电源转换模块(203)的低压直流输出正极端作为低压直流输出电源模块(205)的正极输出端，电源转换模块(203)的低压直流输出负极端上依次串接负载电流采样电阻(204)和常闭式输出控制继电器(208)后作为低压直流输出电源模块(205)的负极输出端；所述低压直流输出电源模块(205)的正级输出端和负极输出端分别与LED灯具的正极输入端和负极输入端相连接；

所述电源换模块(203)的DC12V输出端(206)与所述智能控制器(207)连接；所述智能控制器(207)与负载电流采样电阻(204)相连接，还与常闭式输出控制继电器(208)相连接；所述风机散热控制单元(209)、负载功率占额定输出功率比显示单元(210)、声光报警输出单元(211)和自动关闭输出选择单元(212)均与智能控制器(207)相连接。

3.根据权利要求1所述的小功率LED灯具照明系统，其特征是，所述LED灯具内置高精度恒流控制电路包括整流电路(51)、高精度电流采样比较电阻(52)、续流二极管(53)、去纹波电容(54)、续流电感(55)和电流比较控制器(57)；

所述整流电路(51)与所述智能型AC-DC电源转换器(2)的低压直流输出端相连接，整流电路(51)的正极输出端分三路连接：一路直接连接在电流比较控制器(57)的一个采样电流输入端上，另一路依次通过高精度电流采样比较电阻(52)、LED灯珠(56)和续流电感(55)与电流比较控制器(57)的电流关断控制端相连接，再一路通过续流二极管与电流比较控制器(57)的电流关断控制端相连接；所述电流比较控制器(57)的另一个采样电流输入端连接在所述高精度电流采样比较电阻(52)和LED灯珠(56)之间。

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