CN204180371U - 一种hid灯单灯节电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种HID灯单灯节电器，包括有控制电路、复位电路、环境照度检测电路、功率调节输出电路、扼流线圈组和电源电路，所述复位电路、环境照度检测电路和电源电路的输出端均连接至控制电路，所述控制电路与功率调节输出电路连接，所述功率调节输出电路的输出端连接至扼流线圈组的输入端，所述扼流线圈组的输出端连接至电源电路的输入端。本实用新型通过控制电路和扼流线圈组组合实现不同功率的调节，从而满足不同路灯照度的需求；并利用扼流线圈对灯具中的镇流器进行补偿限制电流，使功率档位软切换过程中不产生瞬间断流和瞬间电压跳变的现象发生，从而延长灯具寿命1-3倍。本实用新型作为一种HID灯单灯节电器可广泛应用于节能照明领域。

Description

一种HID灯单灯节电器

技术领域

本实用新型涉及节能照明领域，尤其是一种HID灯单灯节电器。

背景技术

随着城市建设的持续发展，路灯电能消耗仍在逐年攀升。我国大部分城市路灯照明多使用HID（High intensity Discharge），即高压气体放电灯，主要为“普通时钟控制、定时开关”控制，用电控制方式和管理水平落后，照明能耗有效利用率还不到65%，电能浪费严重，节能潜力很大，城市路灯照明节能已势在必行。

据调查，各地城市道路照明每天的平均时间为11.5小时，其中，晚上22点后，道路上车少人稀，即便是繁华街道，午夜24点至清晨6点，也罕见行人和车辆。毫无疑问，在低交通流量上的道路上仍然保持原照明的亮度，不能按需调控照明亮度，显然是白白的耗费能源和费用。从光源来看，现有的路灯大多使用的是高压纳灯，其设计寿命虽为20000小时（4～5年），但由于电压波动影响，实际使用寿命远达不到此数，而我国许多地区的电网波动严重，有些地区甚至超过额定电压的15%，特别在后半夜，由于电负荷减少使得电网电压有时接近237V—245V，致使路灯灯泡的实际使用寿命大大缩短，一般为1～1.5年。更换灯具的劳动工作量大，而且容易发生危险和工伤事件，造成维护费用居高不下。因此，在节能方式上采用深夜关闭部分路灯的办法，既不科学也不全面，并且在灯管亮度调节过程中经常有瞬间断流和瞬间电压跳变，电压不稳造成对灯管的损害，缩短其使用寿命。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是：提供一种能控制灯管稳定工作、实现动态调节照度和亮度的HID灯单灯节电器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种HID灯单灯节电器，包括有控制电路、复位电路、环境照度检测电路、功率调节输出电路、扼流线圈组和电源电路，所述复位电路的输出端连接至控制电路的复位端，所述环境照度检测电路的输出端连接至控制电路的信号输入端，所述电源电路的输出端连接至控制电路的电源端，所述控制电路与功率调节输出电路连接，所述功率调节输出电路的输出端连接至扼流线圈组的输入端，所述扼流线圈组的输出端连接至电源电路的输入端。

进一步，所述扼流线圈组包括有第一扼流线圈和第二扼流线圈，所述第二扼流线圈的一次绕组与第一扼流线圈的一次绕组串联，所述第二扼流线圈的二次绕组连接至电源电路的输入端，所述第一扼流线圈的二次绕组连接至功率调节输出电路的输出端。

进一步，所述电源电路包括有第一整流桥和稳压电路，所述第二扼流线圈的二次绕组通过第一整流桥连接至稳压电路，所述稳压电路的输出端连接至控制电路的电源端。

进一步，所述功率调节输出电路包括有第二整流桥、可控硅、回路开通关断触发电路和过零检测电路，所述第一扼流线圈的二次绕组通过第二整流桥连接至可控硅，所述第二扼流线圈的二次绕组通过第一整流桥后与过零检测电路的采样端连接，所述过零检测电路的输出端连接至控制电路的控制输入端，所述控制电路的控制输出端连接至回路开通关断触发电路的输入端，所述回路开通关断触发电路的输出端连接至可控硅的控制端。

进一步，所述过零检测电路包括有第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一晶体管和电容，所述第二扼流线圈的二次绕组通过第一整流桥后与第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与第二电阻的一端、电容的一端、第一晶体管的基极连接，所述第二电阻的另一端、电容的另一端、第一晶体管的射极均接地，所述第一晶体管的集电极通过第三电阻连接高电平，所述第一晶体管的集电极连接至控制电路的控制输入端。

进一步，所述回路开通关断触发电路包括有光耦和第二晶体管，所述控制电路的控制输出端信号通过光耦后由第二晶体管放大并由输出至可控硅的控制端。

进一步，所述控制电路为利用555芯片实现的占空比可调电路。

进一步，所述控制电路为利用微处理器实现的占空比可调电路。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过控制电路和扼流线圈组的组合，可实现对不同功率的调节，从而满足根据不同时段、路段对不同路灯照度的需求；并利用扼流线圈实现对灯具中的镇流器进行补偿限制电流，使功率档位软切换过程中不产生瞬间断流和瞬间电压跳变的现象发生，克服电网电压波动、弥补因线损电压降低带来的对灯具寿命的影响，从而延长灯具原有寿命1-3倍。

附图说明

图1为本实用新型内部电路结构示意图；

图2 为采用本实用新型节电器的路灯电气原理图；

图3 为本实用新型节电器中电源电路原理图；

图4 为本实用新型节电器中功率调节输出电路原理图；

图5 为本实用新型节电器实施例中的控制电路原理图；

图6应用本实用新型实现调节的功率曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

参照图1，一种HID灯单灯节电器，包括有控制电路、复位电路、环境照度检测电路、功率调节输出电路、扼流线圈组和电源电路，所述复位电路的输出端连接至控制电路的复位端，所述环境照度检测电路的输出端连接至控制电路的信号输入端，所述电源电路的输出端连接至控制电路的电源端，所述控制电路与功率调节输出电路连接，所述功率调节输出电路的输出端连接至扼流线圈组的输入端，所述扼流线圈组的输出端连接至电源电路的输入端。

参照图2，进一步作为优选的实施方式，所述扼流线圈组包括有第一扼流线圈LA和第二扼流线圈LB，所述第二扼流线圈LB的一次绕组LB1与第一扼流线圈LA的一次绕组LA1串联，所述第二扼流线圈LB的二次绕组LB2连接至电源电路的输入端，所述第一扼流线圈LA的二次绕组LA2连接至功率调节输出电路的输出端；所述第二扼流线圈LB的一次绕组LB1的引脚LB11与HID灯电源进线的N线连接，第一扼流线圈LA的一次绕组LA1的引脚LA12直接与HID灯负载相连。

参照图3，进一步作为优选的实施方式，所述电源电路包括有第一整流桥D1和稳压电路U3，所述第二扼流线圈LB的二次绕组LB2通过第一整流桥D1连接至稳压电路U3，所述稳压电路U3的输出端连接至控制电路的电源端。

所述第二扼流线圈LB的二次绕组LB2主要作用是为电源电路提供交流输入信号，而交流信号通过第一整流桥D1后通过稳压电路U3输出稳定电压供电给控制电路，所述稳压电路U3中可采用L7805稳压芯片。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述功率调节输出电路包括有第二整流桥D3、可控硅Q3、回路开通关断触发电路和过零检测电路，所述第一扼流线圈LA的二次绕组LA2通过第二整流桥D3连接至可控硅Q3，所述第二扼流线圈LB的二次绕组LB2通过第一整流桥D1后与过零检测电路的采样端连接，所述过零检测电路的输出端连接至控制电路的控制输入端，所述控制电路的控制输出端连接至回路开通关断触发电路的输入端，所述回路开通关断触发电路的输出端连接至可控硅Q3的控制端。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述过零检测电路包括有第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一晶体管Q1和电容C5，所述第二扼流线圈LB的二次绕组LB2通过第一整流桥D1后与第一电阻R1的一端连接，所述第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端、电容C5的一端、第一晶体管Q1的基极连接，所述第二电阻R2的另一端、电容C5的另一端、第一晶体管Q1的射极均接地，所述第一晶体管Q1的集电极通过第三电阻R3连接高电平，所述第一晶体管Q1的集电极连接至控制电路的控制输入端。

参照图4，进一步作为优选的实施方式，所述回路开通关断触发电路包括有光耦U2和第二晶体管Q2，所述控制电路的控制输出端信号通过光耦U2后由第二晶体管Q2放大并由输出至可控硅Q3的控制端。

所述第一扼流线圈LA的二次绕组LA2为功率调节输出控制绕组，主要作用为接收功率调节输出电路的控制信号。

如图4所示，第一扼流线圈LA的二次绕组两个引脚LA21和LA22分别与第二整流桥D3的1、3引脚相连，第二整流桥D3整流后直流部分和可控硅Q3直接连接构成回路，该回路的开通与关断由回路开通关断触发电路提供的触发信号PWM_out和过零检测电路的过零检测信号ZERO控制。过零检测信号ZERO由第二扼流线圈LB的二次绕组LB2在第一整流桥D1后直接采集一个V-BRD信号，V-BRD信号经由包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一晶体管Q1和电容C5组成的信号处理电路后即可输出一个给控制电路的过零检测信号ZERO，所述过零检测信号ZERO用于触发控制电路的工作状态。

所述控制电路根据实时检测到的过零检测信号ZERO、环境照度检测电路检测到的照度信号向回路开通关断触发电路提供触发信号PWM。参照图4，触发信号PWM信号经光耦U2、三极管Q2以及如图所示的外围电路组成的回路开通关断触发电路处理后得到可控硅Q3导通与关断的触发信号PWM_out，并通过导通与关断的触发信号PWM_out的高电平与低电平的比例来控制功率大小。

参照图1和图4说明其工作原理：当需要调节图1中HID所在电路的功率，即可调节线路的阻抗，而调节线路的阻抗只能通过调节第一扼流线圈LA一次绕组LA1的电抗值，第一扼流线圈LA的一次绕组LA1的电抗值由第一扼流线圈LA的二次绕组LA2回路控制，即由整流桥D3和可控硅Q3组成的回路控制，当过零检测信号ZERO过零且PWM_out为一个脉冲信号时，可控硅Q3导通，第一扼流线圈LA的二次绕组LA2电抗值几乎为0,根据互感原理，第一扼流线圈LA的一次绕组LA1在HID灯所在回路的阻抗值也近为0,由此得知，当需要调节HID的功率时，只需通过控制电路输出PWM信号，控制PWM信号占空比，即可得到控制可控硅Q3的触发信号PWM_out也为PWM信号,由此图4可以实现功率调节的作用。

而上述用于控制电路输出PWM信号的控制电路在现有技术中已有多种实现方式，例如利用MCU微处理器实现，或者通过555芯片实现的占空比可调电路。

以555芯片实现的占空比可调电路为例，由于占空比可调，其可实现如图6中各个不同功率百分比的工作状态；

以MCU微处理器实现为例，其不仅能实现如图6中各个不同功率百分比的工作状态，而且还能实现对功率百分比的智能调节：

如图6所示，按照一般的开灯时间和关灯时间，将亮灯时间按照以小时为单位分为12个小时，在晚上18点开灯时，微处理器开始上电工作，启动定时器，在上电的头15min内,调节路灯功率为额定功率的60%，微处理器输出功率调节信号给功率调节输出电路，功率调节输出电路开始工作接通扼流线圈组，使其扼流线圈接入时路灯功率为额定功率的60%，从18:15～19:00之间，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈组接入时路灯功率为额定功率，从18:15～21:00之间，这个时间段一般为道路人流、车流量比较多的时间，继续保持额定功率输出。

从21点开始车流量开始减少，为了缓解一下地面照度的突变，微处理器按照分时间段来逐步降低路灯的输出功率，21:00～22:00，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈接入时路灯功率为额定功率的80%，22:00～24:00，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈组接入时路灯功率为额定功率的70%，进入00:00点后，道路的车流量和人流量很稀少，此时如果保持额定功率输出，对道路照明来说是一种浪费，此时按照TPO（Time时间/Place地点/Occasion场合）的控制思想，在00:00～4:00，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈组接入时路灯功率为额定功率的50%，路灯实行半功率运行。

从4点开始，天开始逐渐变亮，车流和人流开始逐步增加，此时 按照按需控制的理念，需要增大路面的照度，将4:00～6:00这个时间段分成两个时间段进行调节，4:00～5:00，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈组接入时路灯功率为额定功率的70%，5:00～6:00之间，微处理器输出功率调节信号，使其扼流线圈组接入时路灯功率为额定功率的80%，达到早上6点后，即为关灯时间，考虑人眼暗适应的问题，微处理器继续输出功率调节信号保证按照80%功率继续工作15min。

环境照度检测电路同样可作为微处理器的输入电路，为微处理器调节输出功率提供依据，假设微处理器内部设定地面照度是10LX，而此时环境的照度为5LX并由环境照度检测电路输出电压反映出来，此时微处理器可根据环境照度检测电路输出电压适当降低路灯的输出功率，可通过功率调节输出电路调节扼流线圈组接入路灯的功率为需要调节的功率。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可以作出种种的等同变换或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种HID灯单灯节电器，其特征在于：包括有控制电路、复位电路、环境照度检测电路、功率调节输出电路、扼流线圈组和电源电路，所述复位电路的输出端连接至控制电路的复位端，所述环境照度检测电路的输出端连接至控制电路的信号输入端，所述电源电路的输出端连接至控制电路的电源端，所述控制电路与功率调节输出电路连接，所述功率调节输出电路的输出端连接至扼流线圈组的输入端，所述扼流线圈组的输出端连接至电源电路的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述扼流线圈组包括有第一扼流线圈（LA）和第二扼流线圈（LB），所述第二扼流线圈（LB）的一次绕组（LB1）与第一扼流线圈（LA）的一次绕组（LA1）串联，所述第二扼流线圈（LB）的二次绕组（LB2）连接至电源电路的输入端，所述第一扼流线圈（LA）的二次绕组（LA2）连接至功率调节输出电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述电源电路包括有第一整流桥（D1）和稳压电路（U3），所述第二扼流线圈（LB）的二次绕组（LB2）通过第一整流桥（D1）连接至稳压电路（U3），所述稳压电路（U3）的输出端连接至控制电路的电源端。

4.根据权利要求3所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述功率调节输出电路包括有第二整流桥（D3）、可控硅（Q3）、回路开通关断触发电路和过零检测电路，所述第一扼流线圈（LA）的二次绕组（LA2）通过第二整流桥（D3）连接至可控硅（Q3），所述第二扼流线圈（LB）的二次绕组（LB2）通过第一整流桥（D1）后与过零检测电路的采样端连接，所述过零检测电路的输出端连接至控制电路的控制输入端，所述控制电路的控制输出端连接至回路开通关断触发电路的输入端，所述回路开通关断触发电路的输出端连接至可控硅（Q3）的控制端。

5.根据权利要求4所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述过零检测电路包括有第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第一晶体管（Q1）和电容（C5），所述第二扼流线圈（LB）的二次绕组（LB2）通过第一整流桥（D1）后与第一电阻（R1）的一端连接，所述第一电阻（R1）的另一端分别与第二电阻（R2）的一端、电容（C5）的一端、第一晶体管（Q1）的基极连接，所述第二电阻（R2）的另一端、电容（C5）的另一端、第一晶体管（Q1）的射极均接地，所述第一晶体管（Q1）的集电极通过第三电阻（R3）连接高电平，所述第一晶体管（Q1）的集电极连接至控制电路的控制输入端。

6.根据权利要求5所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述回路开通关断触发电路包括有光耦（U2）和第二晶体管（Q2），所述控制电路的控制输出端信号通过光耦（U2）后由第二晶体管（Q2）放大并由输出至可控硅（Q3）的控制端。

7.根据权利要求1所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述控制电路为利用555芯片实现的占空比可调电路。

8.根据权利要求1所述的一种HID灯单灯节电器，其特征在于：所述控制电路为利用微处理器实现的占空比可调电路。