CN203151838U - 一种大功率led灯具温控电流调节器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率LED灯具温控电流调节器，包括温度传感器、单片机控制电路、电压转换电路和PWM调制开关电路，所述温度传感器与单片机控制电路连接，所述单片机控制电路与PWM调制开关电路连接，所述PWM调制开关电路与LED灯具中的LED灯管连接，所述电压转换电路的输入端与LED灯具中的灯具电源连接，输出端与温度传感器、单片机控制电路、PWM调制开关电路连接。该温控电流调节器能根据大功率LED灯具的工作温度调节其LED灯管的电流，使大功率LED灯具达到其正常使用寿命，增加其稳定度，同时降低成本。

Description

一种大功率LED灯具温控电流调节器

技术领域

本实用新型涉及LED灯具的部件，具体涉及一种大功率LED灯具温控电流调节器。

背景技术

LED灯具正以迅猛的姿态进入市场，但是现在的大功率LED灯具（一般指50W以上的LED灯具）却遇到以下两个让厂家十分头痛的问题，其严重阻碍了大功率LED灯具的市场推广。

（1）大功率LED灯具的光衰问题严重。LED本来是一种绿色的长效光源，但是在市场实践中却发现大功率LED灯具的长寿命优势往往没有发挥出来，严重的光衰现象大大降低了大功率LED灯具固有的使用寿命；大功率LED灯具中的LED灯管的发热主要与其工作电流有关，为了防止LED光衰（即减少LED灯管的过度发热），现有厂家主要采用恒流源电源供电和增强大功率LED灯具的散热措施两个办法；虽然现在大功率LED灯具几乎100%使用了大功率恒流源电源，但是光衰现象仍然普遍存在；而依靠增大散热装置的方法来解决问题，对于不同地理位置、不同季节、不同使用位置的环境温度不同的情况，厂家往往难以抉择到底采用多大的散热器可以满足相应变化的温度差，其设计的散热装置要么很大，浪费资源，要么散热不足，不能从根本上杜绝光衰，同时增大散热装置也会让大功率LED灯具的成本和外观体积剧增，降低市场竞争力。

（2）现有的大功率LED灯具缺乏保护措施，工作不正常时，其LED灯管得不到有效保护，而长期非正常工作也会烧毁报废，增加使用成本。

由此可见，现有的大功率LED灯具在设计和生产中存在诸多缺陷和不便，如何让大功率LED灯具在实际使用时达到理论使用寿命，提高其质量水平，是本领域当前的重要研发课题之一，也是业界亟须改进的目标。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种大功率LED灯具温控电流调节器，以根据大功率LED灯具的工作温度调节其LED灯管的电流，使大功率LED灯具达到其正常使用寿命，增加其稳定度，同时降低成本。

本实用新型所述的大功率LED灯具温控电流调节器，包括温度传感器、单片机控制电路、电压转换电路和PWM调制开关电路，所述温度传感器与单片机控制电路连接，将采集到的LED灯具的工作温度送入单片机控制电路内处理，所述单片机控制电路与PWM调制开关电路连接，根据处理结果输出相应占空比调节信号给PWM调制开关电路，所述PWM调制开关电路与LED灯具中的LED灯管连接，根据占空比调节信号输出相应导通电流点亮LED灯管；所述电压转换电路的输入端与LED灯具中的灯具电源连接，输出端与温度传感器、单片机控制电路、PWM调制开关电路连接，将灯具电源转换为工作电源，并给温度传感器、单片机控制电路和PWM调制开关电路供电。大功率LED灯具通电后，电压转换电路将灯具电源输出电压转换成温度传感器、单片机控制电路和PWM调制开关电路所需要的5V电压，温度传感器、单片机控制电路、PWM调制开关电路上电工作，温度传感器采集当前LED灯具的工作温度，输送到单片机控制电路，经过单片机控制电路分析，按照现有温度值输出该温度的最适合LED灯管工作的调制占空比信号，并发送到PWM调制开关电路，PWM调制开关电路在相应的调制占空比信号控制下，输出不同调制导通电流让LED灯管发光。不同的温度值，单片机控制电路输出不同的占空比调制信号，温度值越高，调制占空比信号的导通时间越低，相应的大功率LED灯具中的LED灯管的平均工作电流就越低，从而让LED灯管随着工作温度的升高而降低工作电流，随着工作电流的降低，LED灯管的发热量又会降低，这样就让大功率LED灯具具备了智能温度调节功能。温度高时，主动降低LED灯管工作电流，降低工作温度点；温度偏低时，又自动提高LED灯管的工作电流，工作温度又会提升起来；大功率LED灯具始终工作在一个动态平衡的良性工作状态，能杜绝其工作在非正常的工作温度，从而从根本上杜绝工作环境温度不合理引起的LED光衰。

进一步，所述单片机控制电路、电压转换电路和PWM调制开关电路封装在绝缘盒内，所述温度传感器固定在靠近所述LED灯管的散热器上，也靠近LED灯管发热的中心位置。

进一步，所述单片机控制电路中的单片机U1采用台湾宏晶公司的12C5A08AD，其控制输出引脚为2 脚P1.0口、3脚P1.1口和4脚P1.2口；所述2 脚P1.0口与PWM调制开关电路的光耦U300的输入口DB1连接，3脚P1.1口与PWM调制开关电路的光耦U301的输入口DB2连接，4脚P1.2口与PWM调制开关电路的光耦U302的输入口DB3连接。为了防止意外损坏单片机控制电路，单片机控制电路与PWM调制开关电路之间采用光电隔离，保证在恶劣环境下，单片机控制电路能稳定使用。单片机控制电路是大功率LED灯具的控制核心，随着大功率LED灯具的温度逐步升高，在单片机电路的控制下，PWM调制开关电路输出的电流控制信号会使LED灯管的工作电流逐步降低，逐步控制住LED灯管的温升，保证LED灯管不工作在危险温度范围；如果出现极端恶劣的工作温度，比如温度传感器采集到大于设定值的工作温度时，单片机控制电路会控制PWM调制开关电路暂时关断照明，等温度恢复到正常温度后，再打开照明，起到保险的作用。

进一步，所述温度传感器采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，其信号输出端I/O接单片机控制电路的单片机U1的26脚P2.2口。

进一步，所述PWM调制开关电路中的场效应管Q300、Q301、Q302都采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205，场效应管Q300的输出口K3、场效应管Q301的输出口K2、场效应管Q302的输出口K1都与LED灯管的负极连接。PWM调制开关电路采用大功率的场效应管IRF3205作为电子开关，该元件控制电流可以达到80A；三组场效应管构成的三组电子开关，可以满足不同功率LED灯具的使用要求。

进一步，所述电压转换电路中的稳压器U6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2576。由于LED灯具的电源根据其功率不同，提供的是12V到55V电压的电源，不能直接满足温度传感器、单片机控制电路和PWM调制开关电路的5V电压的使用要求，因此需要由电压转换电路来完成相应电压的转换功能。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

（1）不改变大功率LED灯具现有的生产工艺和产品外观结构，将单片机控制电路、电压转换电路和PWM调制开关电路封装在绝缘盒内与LED灯管连接，将温度传感器固定在靠近LED灯管的散热器上，并将温度传感器与绝缘盒连接，作为附属组件，其体积小，很容易在大功率LED灯具上找到合适的安装位置，电气上可以和所有的大功率LED灯具配合使用，可以快速的提升现有灯具的技术水准；对于以前的老产品，也可以方便的进行技术改造，发掘出原有LED灯具的使用潜力。

（2）实现了大功率LED灯具的自动调节自身温度的功能，将LED灯管的工作温度稳定在许可温度范围以内，彻底解决了实际使用时环境温度差异大和长时间使用散热器效率降低的问题，稳定度高，彻底杜绝了困扰厂家已久的问题,即长期超负荷高温工作引起的LED光衰，使大功率LED灯具达到了其正常使用寿命。

（3）对于工作温度超过LED灯管工作温度上限的，自动关闭照明，杜绝了异常高温对LED灯管的损害以及高温工作状态引起的LED光衰和焚毁，解决了大功率LED灯具没有保护的历史遗留问题。

（4）使用本实用新型后，大功率LED灯具可以不使用恒流源电源，从而在外贸出口上，不再因为恒流源电源国内厂家缺乏认证资质而影响市场扩展；转而可以使用国内恒压源电源，这种电源国内生产历史悠久，工艺成熟，各种国际认证资质比较齐全，同等功率成本较恒流源电源成本低廉一半以上，而且质量稳定，有利于降低成本和扩大出口。

（5）采用本实用新型，在平时维护大功率LED灯具时，可以很快发现大功率LED灯具是否处于正常工作状态，及早发现其潜在故障，方便维修人员快速准确定位大功率LED灯具的故障原因，从而提高了其实际使用效率，降低了使用成本。

附图说明

图1为本实用新型在大功率LED灯具中的连接示意框图。

图2为本实用新型的电路原理图。

图3为LED灯管与温度传感器的安装位置示意图。

图4为绝缘盒的端口图。

图5为灯具电源的端口图。

图6为本实用新型中单片机控制模块的软件控制流程图。

图7为LED灯管温度与PWM调制开关电路输出信号占空比的关系图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

如图1至图5所示的大功率LED灯具温控电流调节器，包括温度传感器1、单片机控制电路2、电压转换电路3和PWM调制开关电路4。

温度传感器1采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20；单片机控制电路2包括单片机U1，由电容C1、C2、晶振Y1构成的晶振电路以及由电阻R201、R202、电容C102和按钮S1构成的复位电路；其中，单片机U1采用台湾宏晶公司的12C5A08AD，其控制输出引脚为2 脚P1.0口、3脚P1.1口和4脚P1.2口，输入引脚为26脚P2.2口；电压转换电路3括稳压器U6、电容E1、E2、电感L1和二极管D5，其中，稳压器U6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2576；PWM调制开关电路4包括电阻R301、R302、R303、R304、R305、R306，发光二极管LED1、LED2、LED3，光耦U300、U301、U302，场效应管Q300、Q301、Q302；其中，场效应管Q300、Q301、Q302都采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205；LED灯具的灯具电源6具有 L、N、BF、GND、GND、VOUT、VOUT接线端，其中L端接220V交流电火线，N端接220V交流电零线，BF端接电源保护地，一个VOUT端接LED灯具的LED灯管5的正极8，GND端接地；单片机控制电路2、电压转换电路3和PWM调制开关电路4封装在绝缘盒7内，电压转换电路3的稳压器U6的输入端（对应于绝缘盒7的VOUT端口）接灯具电源6的另一个VOUT端，稳压器U6的输出端输电压VCC（对应于绝缘盒7的VCC端口），在绝缘盒7内部给单片机控制电路2和PWM调制开关电路4供电；单片机控制电路2的单片机U1的2 脚P1.0口与PWM调制开关电路4的光耦U300的输入口DB1连接，3脚P1.1口与PWM调制开关电路4的光耦U301的输入口DB2连接，4脚P1.2口与PWM调制开关电路4的光耦U302的输入口DB3连接；PWM调制开关电路4的场效应管Q300的输出口K3、场效应管Q301的输出口K2、场效应管Q302的输出口K1（对应于绝缘盒7的K1、K2、K3端口）都与LED灯管5的负极9连接；温度传感器1通过螺栓10固定在靠近LED灯管5的散热器上，且靠近LED灯管发热的中心位置；温度传感器1的信号输出端I/O接单片机控制电路2的单片机U1的26脚P2.2口（对应于绝缘盒7的18B20端口），温度传感器1的电源端VCC接电压转换电路3的输出端(即接绝缘盒7的VCC端口)。

参见图6、图7，单片机控制模块2的控制过程如下：

第一步，“开始”，大功率LED灯具通电，单片机U1上电复位开始。

第二步，“系统初始化”，软件完成单片机的初始化设置和温度传感器1的始化设置。

第三步，“读取温度传感器数值”，单片机U1通过26脚P2.2口读入温度传感器1当前温度值，转化后把这个值存放到相应的寄存器。

第四步，判断“温度值是否大于设定的极限温度值”，将读入温度值和预先设定的温度值相比较（预先设定的温度值，是厂家设计者根据LED灯具的功率，散热器的效率值和LED灯管的耐热极限统一考虑后的设计极限值，LED灯具不同会有差异，一般在53摄氏度到58摄氏度之间，本实例以摄氏58度为工作的极限值）；比较后，如果读入温度的大于设定的极限温度值，就说明大功率LED灯具工作在不正常环境，这时，单片机U1的2脚P1.0口，3脚的P1.1口，4脚的P1.2口全部置为高电平，使PWM调制开关电路4的输出口K1，K2，K3关断，LED灯管5熄灭；如果读入温度值小于设定的极限温度值，则按照固定的设计好的温度与PWM输出关系，用单片机U1的2脚P1.0口，3脚的P1.1口，4脚的P1.2口输出相应的PWM调制信号，并驱动PWM调制开关电路4控制LED灯管5按照该温度值下的调制信号频率发光工作。具体数据参见图7，工作温度值越高，控制LED灯管的PWM信号的导通率越低，工作电流也就相应变低，达到高温时，让大功率LED灯具自动降低LED灯管的工作电流，降低发热；如果采集到的温度值是38摄氏度，那么单片机U1就输出信号导通占空比96%的调制信号控制LED灯管5照明；如果采集到的温度值是45摄氏度，那么单片机U1就输出信号导通占空比91%的调制信号控制LED灯管5照明；然后，保持当前PWM输出30秒，大功率LED灯具以当前PWM状态照明30秒，等待下一次温度对比；30秒结束后，返回到第三步，开始新的循环。

当然，本实用新型还可有其他多种实施例，如将温度传感器采用模拟式温度传感器再加模数转换，或者多加几组LED灯管构成更大功率或者更换其它型号的单片机，在不背离本实用新型精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本实用新型作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：包括温度传感器（1）、单片机控制电路（2）、电压转换电路（3）和PWM调制开关电路（4），所述温度传感器（1）与单片机控制电路（2）连接，将采集到的LED灯具的工作温度送入单片机控制电路内处理，所述单片机控制电路（2）与PWM调制开关电路（4）连接，根据处理结果输出相应占空比调节信号给PWM调制开关电路，所述PWM调制开关电路（4）与LED灯具中的LED灯管（5）连接，根据占空比调节信号输出相应导通电流点亮LED灯管；所述电压转换电路（3）的输入端与LED灯具中的灯具电源（6）连接，输出端与温度传感器（1）、单片机控制电路（2）、PWM调制开关电路（4）连接，将灯具电源转换为工作电源，并给温度传感器、单片机控制电路和PWM调制开关电路供电。

2.根据权利要求1所述的大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：所述单片机控制电路（2）、电压转换电路（3）和PWM调制开关电路（4）封装在绝缘盒（7）内，所述温度传感器（1）固定在靠近所述LED灯管（5）的散热器上。

3.根据权利要求1或2所述的大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：所述单片机控制电路（2）中的单片机U1采用台湾宏晶公司的12C5A08AD，其控制输出引脚为2 脚P1.0口、3脚P1.1口和4脚P1.2口；所述2 脚P1.0口与PWM调制开关电路（4）的光耦U300的输入口DB1连接，3脚P1.1口与PWM调制开关电路（4）的光耦U301的输入口DB2连接，4脚P1.2口与PWM调制开关电路（4）的光耦U302的输入口DB3连接。

4.根据权利要求3所述的大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：所述温度传感器（1）采用美国达拉斯公司的数字式温度传感器DS18B20，其信号输出端I/O接单片机控制电路（2）的单片机U1的26脚P2.2口。

5.根据权利要求1或2所述的大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：所述PWM调制开关电路（4）中的场效应管Q300、Q301、Q302都采用美国国际整流器公司的场效应管IRF3205，场效应管Q300的输出口K3、场效应管Q301的输出口K2、场效应管Q302的输出口K1都与LED灯管（5）的负极（9）连接。 

6.根据权利要求1或2所述的大功率LED灯具温控电流调节器，其特征是：所述电压转换电路（3）中的稳压器U6采用美国国家半导体公司的开关集成稳压芯片LM2576。

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