CN205754961U

CN205754961U - 一种自动调光led节能交通信号灯

Info

Publication number: CN205754961U
Application number: CN201620551788.XU
Authority: CN
Inventors: 涂金龙; 徐有军; 李艳霞; 何叶
Original assignee: Nanjing Communications Institute of Technology
Current assignee: Jiangsu Pingshan traffic facilities Co., Ltd.
Priority date: 2016-06-10
Filing date: 2016-06-10
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2026-06-10

Abstract

一种自动调光LED节能交通信号灯，包括输入保护[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]。交流直驱控制器根据整流后的脉动电压的瞬时值的大小，驱动不同组的LED发光。调光控制单元根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提供给交流直驱控制器，由交流直驱控制器控制LED发光单元的亮度变化。能量缓冲单元用于平滑LED的亮度，降低LED的闪烁度。其优点是不需要大容量的滤波电容，外部元件少，功率因数和效率高，具有能量缓冲单元，克服了交流直驱LED的闪烁现象，且调光性能好，有利于节能。

Description

一种自动调光LED节能交通信号灯

技术领域

本发明涉及一种交通信号灯，特别是一种自动调光LED节能交通信号灯，属于道路交通照明节能技术领域。

背景技术

LED(发光二极管)是一种新型光源，具有耗电小、亮度高、体积小、重量轻、寿命长等优点。用LED作为光源的交通信号灯具有可见度好、节能省电、反应快等优点，逐步取代白炽灯、低压卤钨灯制作道路交通信号灯。

LED在交通信号灯方面的应用，其发展非常迅速，由于LED本身所具备的环保、节能、长寿命等优点，LED在交通领域的应用依然有非常大的空间。但目前大功率LED的应用，需要解决散热和成本问题，提高效率是降低发热的有效途径。由于目前使用交流市电的LED信号灯通常需要整流滤波，而滤波需要较大容量的电容器，体积大，寿命短，并且整流滤波所形成的脉冲电流谐波含量大，降低了灯具的功率因数和效率，影响了LED信号灯的性能。

发明内容

本发明的目的在于提出一种交流直接驱动的自动调光的LED节能交通信号灯，不需要滤波电容，在满足交通灯发光亮度的前提下，提高效率与功率因数，降低装置的发热量和体积，能根据环境光亮度自动调节LED灯的发光强度，并且易于生产制造。

本发明是这样实现的：一种自动调光LED节能交通信号灯，包括：输入保护[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]；其中：

输入保护［1］：为LED节能交通信号灯提供过电流或短路保护及吸收浪涌电压，与整流单元［2］构成电气连接；

整流单元［2］：将交流输入电压进行全波整流，为交流直驱控制器及LED提供单向脉动电压，与整流单元[2]及交流直驱控制器[3]构成电气连接；

交流直驱控制器［3］：根据整流后的脉动电压的瞬时值的大小，驱动不同组的LED发光，与整流单元 [2]、调光控制单元[5]及能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]构成电气连接；

光敏传感器[4]：用于感受环境光照度，与调光控制单元[5]构成电气连接；

调光控制单元[5]：根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提供给交流直驱控制器［3］，由交流直驱控制器［3］控制LED发光单元[7]的亮度变化，与交流直驱控制器［3］构成电气连接；

能量缓冲单元[6]：缓冲LED的电流变化，平滑LED的亮度，与交流直驱控制器［3］及LED发光单元[7]构成电气连接；

LED发光单元[7]：由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED发光功率的大小受交流直驱控制器［3］控制，与交流直驱控制器［3］及能量缓冲单元[6]构成电气连接。

所述的LED发光单元由m组LED发光器件构成，m为正整数，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数，每组LED由交流直驱控制器［3］按输入电压瞬时值的大小及调光控制信号以PWM的方式驱动发光。

本发明是按照上述构思使用上述部件组合而成，其工作原理是：输入的交流电压经输入保护后进行全波整流，整流后的脉动电压向交流直驱控制器供电，由交流直驱控制器精确控制各LED灯串的电流，调光控制单元根据光敏传感器的信号的变化向交流直驱控制器输出随环境照度变化的控制电压，通过交流直驱控制器实现LED的调光。能量缓冲单元的作用是将LED高亮度时的能量吸收一部分，等待交流直驱控制器内部驱动MOS管关断时释放所吸收的能量，从而平滑LED发光器件瞬时的亮度，降低LED的闪烁度。

本发明的优点及效果：

(1)使用交流直驱控制器，不需要大容量的滤波电容，且外部元件少，因而成本低、可靠性高。

(2)利用集成电路的交流直驱控制器来精确控制各灯串的电流，让总电流接近正弦波形，可提高功率因数和效率，发热量小，性能好。

(3)具有能量缓冲单元，克服了交流直驱LED的闪烁现象。

(4)具有良好的调光性能，有利于节能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路原理方框图。

图2是实施例的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，一种自动调光LED节能交通信号灯，包括：输入保护[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]。其中：输入保护［1］为LED节能交通信号灯提供过电流或短路保护及吸收浪涌电压，与整流单元［2］构成电气连接；整流单元［2］将交流输入电压进行全波整流，为交流直驱控制器及LED提供单向脉动电压，与整流单元[2]及交流直驱控制器[3]构成电气连接；交流直驱控制器［3］根据整流后的脉动电压的瞬时值的大小，驱动不同组的LED发光，与整流单元[2]、调光控制单元[5]及能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]构成电气连接；光敏传感器[4]用于感受环境光照度，与调光控制单元[5]构成电气连接；调光控制单元[5]根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提供给交流直驱控制器［3］，由交流直驱控制器［3］控制LED发光单元[7]的亮度变化，与交流直驱控制器［3］构成电气连接；能量缓冲单元[6]能缓冲LED的电流变化，平滑LED的亮度，与交流直驱控制器［3］及LED发光单元[7]构成电气连接；LED发光单元[7]由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED发光功率的大小受交流直驱控制器［3］控制，与交流直驱控制器［3］及能量缓冲单元[6]构成电气连接。

LED发光单元由m组LED发光器件构成，m为正整数，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数，每组LED由交流直驱控制器按输入电压瞬时值的大小及调光控制信号以PWM的方式驱动发光。

请进一步参看图2，输入保护由保险丝F1和压敏电阻RV1组成；整流单元由整流桥BG1担任；交流直驱控制器由集成电路U1（型号为FL77944）、电容C1及电阻R1、R2组成；光敏传感器由光敏电阻R3担任；调光控制单元由集成电路U2（型号为LM258）、电阻R3～R5、可调电阻RW1、电容C2、齐纳二极管D1组成；能量缓冲单元有4组，第1组能量缓冲单元包括二极管D11、电容C11、电阻R11，第2组能量缓冲单元包括二极管D21、电容C21、电阻R21，第3组能量缓冲单元包括二极管D31、电容C31、电阻R31，第4组能量缓冲单元包括二极管D41、电容C41、电阻R41；LED发光单元由4组LED发光器件构成，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，在本实施例中，第1组LED的支路数n＝4，第2组LED的支路数n＝3，第3组LED的支路数n＝3，第4组LED的支路数n＝2，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数。第1组LED由LED灯串LED11～LED14组成，第2组LED由LED灯串LED21～LED23组成，第3组LED由LED灯串LED31～LED33组成，第4组LED由LED灯串LED41～LED42组成。

每组LED的发光功率取决于通过该组各LED灯串的电流，其大小受交流直驱控制器U1控制并与各组能量缓冲单元的参数有关，由U1第10引脚外接的电阻R2设定允许的最大电流值，由U1第11引脚的电压调节LED的电流大小。

第1组LED各灯串（LED11～LED14）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第1组能量缓冲单元的电容C11、电阻R11并联，灯串阳极及电容C11的正极与第1组能量缓冲单元的二极管D11的阴极连接，二极管D11的阳极与整流桥BG1的上端（正极）相连；第1组LED各灯串的阴极及电容器C11的负极与交流直驱控制器U1的LED1引脚及第2组能量缓冲单元的二极管D21的阳极相连。

第2组LED各灯串（LED21～LED23）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第2组能量缓冲单元的电容C21、电阻R21并联，灯串阳极及电容C21的正极与第2组能量缓冲单元的二极管D21的阴极连接，二极管D21的阳极与第1组LED各灯串的阴极及电容器C11的负极相连；第2组LED各灯串的阴极及电容器C21的负极与交流直驱控制器U1的LED2引脚及第3组能量缓冲单元的二极管D31的阳极相连。

第3组LED各灯串（LED31～LED33）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第3组能量缓冲单元的电容C31、电阻R31并联，灯串阳极及电容C31的正极与第3组能量缓冲单元的二极管D31的阴极连接，二极管D31的阳极与第2组LED各灯串的阴极及电容器C21的负极相连；第3组LED各灯串的阴极及电容器C31的负极与交流直驱控制器U1的LED3引脚及第4组能量缓冲单元的二极管D41的阳极相连。

第4组LED各灯串（LED41～LED42）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第4组能量缓冲单元的电容C41、电阻R41并联，灯串阳极及电容C41的正极与第4组能量缓冲单元的二极管D41的阴极连接，二极管D41的阳极与第3组LED各灯串的阴极及电容器C31的负极相连；第4组LED各灯串的阴极及电容器C41的负极与交流直驱控制器U1的LED4引脚相连。

交流直驱控制器U1的第1引脚经串联电阻R1连接到整流桥BG1的上端（正极），U1的第9、14、16引脚连到整流桥BG1的下端（负极，GND），U1的第10引脚经电阻R2连接到整流桥BG1的下端（负极，GND），U1的第15引脚（VDD）与GND之间连接电容C1。

交流直驱控制器U1是一款交流直接LED驱动器，内部有4个集成式高压LED恒流源，提供切相调光，具有较宽的调光范围、平稳高光控制和良好的调光器兼容性，通过高功率因数和低THD来实现高效率，具有过温保护及模拟、数字调光功能，外部采用最少数量的RC无源元件，特别适用于高效率LED照明系统。

LED单元的电流通过电流检测电阻R₂按如下公式设置：

，，，

其中I_LED1、I_LED2、I_LED3、I_LED4分别为交流直驱控制器U1的LED1、LED2、LED3、LED4引脚（即第3、5、7、12引脚）灌电流的调节目标电流值。

在参数设计时，根据输入电压的有效值以及预测的输入功率，可按下面的公式初步确定电流检测电阻R2的值：

式中：V_AC.RMS为输入电压的有效值，P_IN为预测的输入功率。

各组能量缓冲单元的作用是将LED高亮度时的能量吸收一部分，等待交流直驱控制器内部驱动MOS管关断时释放所吸收的能量，从而平滑LED发光器件瞬时的亮度，大大地降低了LED的闪烁度。以第1组能量缓冲单元为例说明如下：当交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚在内部PWM信号的驱动下有其中一个导通时，就有电流通过二极管D11对电容C11充电，当C11上的电压上升到第1组LED各灯串（LED11～LED14）的最低发光电压时，LED灯串中就开始有电流流入并开始发光，随后一部分电流对电容C11充电，一分部电流流入LED灯串发光，随着电容C11的充电，电容C11的电压不断上升，直到通过二极管D11的电流几乎全部流入第1组LED灯串发光，电容C11的电压才保持不变，电容C11的电压越高，所储存的能量越多；当交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚全部关断时，就没有电流通过二极管D11，这时电容C11开始向第1组LED各灯串（LED11～LED14）放电，维持灯串发光，直到交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚在下一次有其中一个导通时，才有电流通过二极管D11对电容C11充电，如此循环。电阻R11是为了给电容C11提供放电支路，由于电阻R11的阻值较大，流过的电流很小，几乎不影射C11的正常充放电和LED灯串的发光，但当交流电源关断时间较长时，电阻R11使得电容C11上的电压不至于维持过久。其它组能量缓冲单元的工作原理与此类似。这样，在能量缓冲单元的作用下，能有效避免交流直驱电路的缺点，使行人基本观察不到LED信号灯的高频闪烁现象，提高了视觉感受。

电阻R3与光敏二极管GM并联后，一端连接到VDD，另一端连接到放大器V2A的第3引脚，电阻R5与可调电阻RW1串联后与齐纳二极管D1并联，一端与放大器V2A的第3引脚连接，另一端与GND连接；电容C3连接在放大器V2A的第3引脚与GND之间；电阻R4与电容C2并联后，连接到放大器V2A的第2引脚和第1引脚之间；放大器V2A的第8引脚接VDD，第4引脚接GND；放大器V2A的第1引脚连接到交流直驱控制器U1的第11引脚，控制LED的亮度，当白天环境光线强时，光敏二极管GM的光电流增大，放大器V2A的第3引脚的电位（相对于GND）上升，V2A的第1引脚输出电压增高，U1驱动LED的电流增大，LED亮度增强；当夜晚环境光线弱时，光敏二极管GM的光电流减小，放大器V2A的第3引脚的电位（相对于GND）下降，V2A的第1引脚输出电压降低，U1驱动LED的电流减小，LED亮度减弱，这样，既避免了LED灯在夜晚太亮太刺眼，又节能了电能。齐纳二极管D1的作用是限制U2A第3引脚的电压，从而防止U2A第1脚输出电压超过交流直驱控制器U1第11引脚的允许值。

Claims

1.一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，包括：输入保护[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]；其中：

2.根据权利要求1所述的一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，所述的LED发光单元由m组LED发光器件构成，m为正整数，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数，每组LED由交流直驱控制器［3］按输入电压瞬时值的大小及调光控制信号以PWM的方式驱动发光。

3.根据权利要求1所述的一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，所述的调光控制单元的电阻R3与光敏二极管GM并联后，一端连接到VDD，另一端连接到放大器V2A的第3引脚，电阻R5与可调电阻RW1串联后与齐纳二极管D1并联，一端与放大器V2A的第3引脚连接，另一端与GND连接；电容C3连接在放大器V2A的第3引脚与GND之间；电阻R4与电容C2并联后，连接到放大器V2A的第2引脚和第1引脚之间；放大器V2A的第8引脚接VDD，第4引脚接GND；放大器V2A的第1引脚连接到交流直驱控制器U1的第11引脚，控制LED的亮度。