CN203086808U

CN203086808U - 混色led色温可调恒照度智能led平面照明器

Info

Publication number: CN203086808U
Application number: CN2013200244083U
Authority: CN
Inventors: 徐代升; 朱翔; 陈伟艺; 陈晓; 郑黎华; 王阳
Original assignee: Xiamen University of Technology
Current assignee: Xiamen University of Technology
Priority date: 2013-01-17
Filing date: 2013-01-17
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2023-01-17

Abstract

本实用新型涉及LED照明装置，具体涉及一种通过多RGBLED实现色温可调、恒照度的智能LED平面照明器。一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，包括照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置，所述照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置顺次电连接。其中，所述LED驱动电源包括EMI滤波模块、整流桥、单级PFC反激降压模块、以及DC-DC降压模块，所述EMI滤波模块的输入端连接交流电源，所述EMI滤波模块的输出端顺次电连接整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块，所述DC-DC降压模块的输入端还连接至微处理器MCU的输出端，所述DC-DC降压模块的输出端连接LED光源。本实用新型应用于LED照明装置的色温可调。

Description

混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器

技术领域

本实用新型涉及LED照明装置，具体涉及一种通过混色LED实现色温可调、恒照度的智能LED平面照明器。

背景技术

色温是表示光源光谱质量最通用的指标。色温是按绝对黑体来定义的。低色温光源的特征是能量分布中红光辐射相对说要多些，通常称为“暖色光”；色温提高后，能量分布中蓝光辐射的比例增加，通常称为“冷色光”。

由于白光LED是通过发射蓝光的发光半导体，激发黄色荧光物质(有时也加入其它颜色的荧光物质)，组合成白光的。通过不同荧光物质和控制荧光物质的多少，来实现白光LED的相关色温。对于单个白光LED来说，其色温是固定不变的(不考虑长时间的色温漂移)。现有色温可调的照明器具有以下特点：

1.现有色温可调LED平面灯或其他照明器，没有考虑色温变化时，灯发出总的光通量可能发生变化，以至于会出现从一个色温变化到另一色温时，由于灯的总的光通量发生变化太大，人眼可以感觉得到光通量的变化而觉得不舒适；

2.现有色温可调LED平面灯或其他照明器，在改变色温时，由于对LED光源的特性研究不充分，没有采用色温补偿的机制，实际混色得到的白光色温，和设计的值有较大偏差；

3.现有的灯没有监测外界环境光照的变化，不能依据外界环境光的强弱，实时调整灯发出的光通量。在外界光照较强时，室内只需少量照明就可以满足使用要求时，依然以发出最大光通量的状态工作，造成能源浪费。

另外目前市电供电的LED驱动电源具有质量参差不齐、效率和可靠性较低、EMC不达标等问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，通过照度传感器和微处理器的配合，依据外界环境光的强弱，实时调整灯发出的光通量，同时采用色温补偿的机制，以解决现有技术中色温可调同时节约能源的问题。另外，采用单级PFC反激式开关电源作为LED驱动电源，解决了现有技术中LED驱动电源的质量问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，包括照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置，所述照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置顺次电连接。

进一步的，所述LED驱动电源包括EMI滤波模块、整流桥、单级PFC反激降压模块、以及DC-DC降压模块，所述EMI滤波模块的输入端连接交流电源，所述EMI滤波模块的输出端顺次电连接整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块，所述DC-DC降压模块的输入端还连接至微处理器MCU的输出端，所述DC-DC降压模块的输出端连接LED光源。

进一步的，所述照度传感器为光敏三极管，感受照明器的表面照度变化并转换成可用输出信号。

本实用新型的色温可调可采用如下方案实现，由多颗R、G、B实现LED混色（即多RGB LED），也即所述LED光源包括若干LED混色组，每个LED混色组包括一红色LED、一绿色LED和一蓝色LED，实现色温可调。另外，所述LED光源优选使用LED面光源。

本实用新型的色温可调恒照度LED平面照明器（平面灯），采用照度传感器、微处理器MCU和PWM控制模块配合，依据外界环境光的强弱，实时调整灯发出的光通量；依据CIE表色系统三原色理论、颜色混合定律及均匀混色技术，采用色温补偿的机制，解决了现有技术中色温可调同时节约能源的问题。本实用新型通过EMI滤波模块、整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块的配合，使该LED驱动电源具有较高的传输效率,较低的EMI和温升，提高了LED驱动电源的可靠性。另外，不仅具有LED平面灯节能、环保、平面发光、照度均匀性好、光线柔和、舒适而不失明亮的优点，而且进一步满足了人们对照明环境的光品质和舒适性的要求，可广泛应用于酒店宾馆、商业广场、会议室、工厂或办公室、医院、学校等公共场所，未来还可进入家居场所。

附图说明

图1是本实用新型的系统原理图。

具体实施方式

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

本项目开发一种色温可调恒照度LED平面照明器（平面灯），在继承现有LED平面灯优点的基础上，可根据环境状况实现色温可调和光通量变化，进一步优化平面灯的结构，提高平面灯照度均匀性和出光效率，使工作面光照基本恒定，满足人们对照明环境舒适性和照明光品质的需求。

如图1所示，本实用新型的一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，包括照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置，照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置顺次电连接。考虑到成本和效果，照度传感器采用光敏三极管实现，感受照明器的表面照度并转换成可用输出信号。

其中，LED驱动电源包括EMI（Electro-Magnetic Interference，电磁干扰）滤波模块、整流桥、单级PFC（Power Factor Correction，功率因数校正）反激降压模块、以及DC-DC降压模块，EMI滤波模块的输入端连接交流电源，EMI滤波模块的输出端顺次电连接整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块，DC-DC降压模块的输入端还连接至微处理器MCU的输出端，DC-DC降压模块的输出端连接LED光源。一般LED对其驱动的要求:高效率、高可靠免维护、安全隔离、低成本、精确控制、高功率因数等。根据现有技术对各种LED驱动电源方案的研究,得出单级PFC更适合作为高功率LED驱动。因此，本实用新型采用单级PFC反激降压模块。并通过EMI滤波模块、整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块的配合，使该LED驱动电源具有较高的传输效率,较低的EMI和温升，提高了LED驱动电源的可靠性。

本实用新型采用微处理器（MCU）控制和脉冲宽度调制（PWM）技术，依据CIE表色系统三原色理论、颜色混合定律及均匀混色技术，研制色温可调照度均匀恒定平面照明器，使人们根据环境状况的合理选择光源色温，既节能环保，又满足人们对照明品质及光环境的追求。其中，色温可调可采用如下方案实现，由多颗R、G、B实现LED混色，也即LED光源包括若干LED混色组，每个LED混色组包括一红色LED、一绿色LED和一蓝色LED，实现色温可调。

具体的，多颗R、G、B实现LED混色，是根据三原色理论、格拉斯曼颜色混合定律及CIE标准色度系统，应用相关计算机编程语言编制软件，计算混合任意色温白光所需的给定三原色的亮度系数。由于单颗R、G、B三基色LED的亮度差别很大，必须研究实现亮度系数比例的R、G、B三基色LED的数量，再通过PWM控制模块利用一种简单的数字脉冲反复开关光源驱动器的调光技术——脉冲宽度调制（PWM）调光技术，根据计算出的亮度系数产生控制三原色亮度的脉冲信号，从而根据需要复现相应色温。在实际系统中，所选择的R、G、B三基色LED芯片，并不是单一光谱波长光源，而是在主波长周围有一定的展宽，因此理论计算出的参数在实际混合中会出现偏差，混合白光的色温会有漂移，需研究实际色温与理论计算色温的补偿机制，保证色温的偏差控制在设定值的±20K（高色温时，此值可以更小点）以内。

最后，采用匀光技术，通过匀光装置使平面灯均匀发光与高效率出光。均匀发光从两个方面考虑：一是从光源的角度考虑，测试分析表明LED面光源比LED点光源的发光均匀性高，在成本许可的情况下，优选考虑采用LED面光源；一是从导光结构上考虑，研究新的导光结构，并用光学仿真软件模拟，以提高发光的均匀性。出光的效率也与导光结构有关，所以考虑导光结构同时，导光材料的选择也至关重要；决定出光效率的最后一个环节平面灯出光表面的材料，亦必须通过测试不同材料的透过率来选择。

另外，恒照度技术是保证工作面光照度按照依据国家标准《建筑照明设计规范》GB50034-2004设定的值，在环境自然光照发生变化时，通过自动调整光源的发射光通量来保持基本不变（起伏小于±10%）的技术。对于平面照明器，为了便于传感器的安置于照明器内部，一般会把工作面的照度设定值依据照明器的安装空间折算到其出光平面上。通过多LED的混光（白光）的均匀性技术（前面已述）和工作面环境照度的监测技术，实现恒照度技术。工作面环境照度的监测，可用光敏三极管作为照度传感器，利用微处理器MCU作为控制管理单元，通过照度传感器对平面灯出光表面的照度进行探测，让测量的照度值与设定的值进行比较，当测量值小于设定值时，控制光源的光通量增大；当测量值大于设定值时，控制光源的光通量减小。采用PID算法实现控制，通过PWM控制模块控制LED光源，实现照度恒定。由于要满足调光过程中色温基本不变，所以在调光过程中，要保持多LED的亮度系数比不发生变化。因此色温的调节和照度的恒定需要结合起来综合考虑，并保证LED光源长时间使用后出现光衰后，照明器灯具系统能自动补偿。

本实用新型通过上述机构，采用微处理器MCU和PWM控制模块配合，依据CIE表色系统三原色理论、颜色混合定律及均匀混色技术，实现色温可调照度均匀恒定平面照明器，使人们根据环境状况的合理选择光源色温，既节能环保，又满足人们对照明品质及光环境的追求。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，其特征在于：包括照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置，所述照度传感器、微处理器MCU、PWM控制模块、LED驱动电源、LED光源和匀光装置顺次电连接。

2.根据权利要求1所述的一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，其特征在于：所述LED光源包括若干LED混色组，每个LED混色组包括一红色LED、一绿色LED和一蓝色LED。

3.根据权利要求1所述的一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，其特征在于：所述LED驱动电源包括EMI滤波模块、整流桥、单级PFC反激降压模块、以及DC-DC降压模块，所述EMI滤波模块的输入端连接交流电源，所述EMI滤波模块的输出端顺次电连接整流桥、单级PFC反激降压模块和DC-DC降压模块，所述DC-DC降压模块的输入端还连接至微处理器MCU的输出端，所述DC-DC降压模块的输出端连接LED光源。

4.根据权利要求1所述的一种混色LED色温可调恒照度智能LED平面照明器，其特征在于：所述照度传感器为光敏三极管。