CN212324436U - 可热电转换回流的节能系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可热电转换回流的节能系统，包括电连接的驱动电源、负载、热电转换器及节能控制器，该系统通过将驱动电源的电流与光源照明的转化电流，通过节能控制器控制后对光源进行驱动照明，使总电流之和不超过光源的额定电流，可回收余热，令发光二极管负载处于光源的额定电流范围内的工作状态，延长了发光二极管的寿命，节省了能源并提高了能源的利用率。

Description

可热电转换回流的节能系统

技术领域

本实用新型涉及照明控制技术领域，尤其涉及一种可热电转换回流的节能系统。

背景技术

为了提高发光效率和延长寿命，高功率发光二极管逐渐取代了白炽灯和荧光灯。发光二极管最主要的优点之一就是它的高效能。传统的白炽灯和荧光灯有将近80%的电能转换成热能损失掉，而发光二极管只有20%或更少的热能损失。半导体发光二极体在工作期间也会产生热量，其多少取决于整体的发光效率。在外加电能量作用下，电子和空穴的辐射复合发生电致发光，在PN结附近辐射出来的光还需经过芯片本身的半导体介质和封装介质才能抵达外界(空气)。综合电流注入效率、辐射发光量子效率、芯片外部光取出效率等，最终大概只有30-40％的输入电能转化为光能，其余60％-70％的能量主要以非辐射复合发生的点阵振动的形式转化热能。但是，白炽灯和荧光灯产生的热量大都以辐射的形式传到灯泡外面，而发光二极管产生的少量热量则不能传递到外面，因而发光二极管照明系统温度会逐渐升高，严重影响其发光效率和使用寿命。所以，需要对发光二极管照明系统进行有效的热量管理以保证其正常使用和提高使用寿命。

目前市场上发光二极管灯主要靠自然散热的方法，从传热学角度看，自然散热是利用自然对流和热辐射作为基本的散热原理。在自然散热中，基本思想是借助灯具外壁面、尤其是翅片对周围空气的对流散热和对周围物体的辐射散热。这种散热形式依靠灯具自身的结构形式（如加装散热片）实现散热。提高散热效果的途径主要是通过优化设计增加散热面积和通风对流效果以及改善表面辐射系数，由此带来的问题是要增加尺寸和成本。据调查，一只100W 的发光二极管灯至少需要350元的散热费用。而且这种方式对灯具的结构形式要求很高，且外观笨重，影响美观和品位。发热功率增大时散热成本陡增而且散热量有限。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的不足，提出一种可热电转换回流的节能系统，可回收余热，令发光二极管负载处于光源的额定电流范围内的工作状态，延长了发光二极管的寿命，节省了能源并提高了能源的利用率。

为实现上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：一种可可热电转换回流的节能系统，所述节能系统包括驱动电源、负载，以及：

热电转换器，用于将所述负载的热能转换为电能；

节能控制器，用于接收所述驱动电源与所述热电转换器的输入电流，并根据所述输入电流控制所述驱动电源与所述负载。

优选地，所述驱动电源包括第一恒流驱动电路与采样电路，所述第一恒流驱动电路与所述采样电路彼此电连接。

优选地，所述第一恒流驱动电路包括第一晶体管（Q1），所述第一晶体管（Q1）的漏极通过一互感器的输入端电连接至输入电源，源极通过所述节能控制器的内置可变负载接地，栅极由所述节能控制器进行开关控制。

优选地，所述采样电路包括串联连接的第一电阻（R1）与第二电阻（R2），所述第一电阻（R1）一端与所述第一恒流驱动电路第一晶体管（Q1）的源极电连接，所述第一电阻（R1）另一端与所述第二电阻（R2）的一端电连接，所述第二电阻（R2）的另一端接地。

优选地，所述节能控制器包括一加法器、一比较放大器与第二驱动恒流电路，所述加法器、比较放大器与第二驱动恒流电路依次电连接。

优选地，所述加法器第一输入端电连接至所述驱动电源采样电路的第一电阻（R1）与第二电阻（R2）之间，所述加法器第二输入端电连接至所述热电转换器的输出端。

优选地，所述比较放大器包括一第一运算放大器（A1），所述第一运算放大器（A1）正输入端接一参考电压，所述第一运算放大器（A1）负输入端接所述加法器的输出端，所述第一运算放大器（A1）将比较信号放大输出至所述第二驱动恒流电路。

优选地，所述第二驱动恒流电路包括一第二运算放大器（A2）、第二晶体管（Q2）与第三电阻（R3），所述第二运算放大器（A2）正输入端接所述比较放大器输出端，所述第二运算放大器（A2）输出端接至所述第二晶体管（Q2）栅极，所述第二晶体管（Q2）漏极通过互感器的输出端驱动所述负载，所述第二晶体管（Q2）连接至所述第二运算放大器（A2）的负输入端，并通过第三电阻（R3）接地。

优选地，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种，其中，第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）均为NMOS管。

优选地，所述负载为一发光二极管，所述发光二极管包括单个发光二极管或发光二极管串。

本实用新型的有益效果：本实用新型的可热电转换回流的节能系统，通过电源进入驱动电源后转化为恒流的一次电流，电流再经过节能控制器控制后对光源进行驱动照明，而光源照明过程中会产生热量，于是热电转换器将一部分热量转化为补偿电流，二次电流经过节能控制器后提供给光源照明，由于此时一次电流与补偿电流的总电流之和会大于光源的额定电流，会对光源的寿命造成影响，这时反馈电路开始工作，其监测到总电流过大时，会将信息反馈给驱动电源，驱动电源收到反馈信息后产生二次电流，二次电流小于一次电流，最后二次电流与补偿电流的总电流之和共同对光源供电，二次电流与补偿电流的总电流之和不超过光源的额定电流。更具体地是，节能控制器的I/O端口通过分压形式组成的采样电路对驱动电源第一恒流驱动电路的源极进行能量采集，并通过加法器将驱动电源采集的能量与热电转换器获得的能量相加，并通过与基准电压比较放大实现对第二晶体管（Q2）的恒流控制；同时，该节能控制器的I/O端口还将加法器的能量之和与该节能控制器预设的阈值相比较，根据比较结果调节该节能控制器的内置可变负载与第一晶体管（Q1）的开断，实现了对驱动电源的电流控制及开断。这两个主要措施，实现了根据负载通过热电转换器产生的能量的大小调节驱动电源的供电大小，可回收余热，令发光二极管负载处于光源的额定电流范围内的工作状态，延长了发光二极管的寿命，节省了能源并提高了能源的利用率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型可热电转换回流的节能系统一实施例系统结构图。

图2是本实用新型可热电转换回流的节能系统一实施例具体电路图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

热电转换是指热能和电能之间的相互转换。热电效应包括塞贝克效应、珀尔帖效应、汤姆逊 效应。热电转换效应的发现，引起了科学界极大的兴趣，因为从宏观上讲，热电转换效应意味着热能与电能之间的直接转换。如何使这种效应成为实际应用中的能量转换与利用。热传导发电机，也称为塞贝克发电器，是运用热电效应将热直接转换成电能的一种装置。基于赛贝克效应的旧式装置使用双金属接面，并且非常笨重。

本实用新型实施例提出一种可可热电转换回流的节能系统，如图1所示，该节能系统包括驱动电源、负载、热电转换器及节能控制器，热电转换器用于将负载的热能转换为电能，节能控制器用于接收驱动电源与热电转换器的输入电流，并根据输入电流控制驱动电源与负载。其中，负载可以为一发光二极管，发光二极管包括单个发光二极管或发光二极管串。

本实施例中，驱动电源包括第一恒流驱动电路与采样电路，第一恒流驱动电路与采样电路彼此电连接。具体地，第一恒流驱动电路包括第一晶体管（Q1），第一晶体管（Q1）的漏极通过一互感器的输入端电连接至输入电源，源极通过节能控制器的内置可变负载接地，栅极由节能控制器进行开关控制；采样电路包括串联连接的第一电阻（R1）与第二电阻（R2），第一电阻（R1）一端与第一恒流驱动电路第一晶体管（Q1）的源极电连接，第一电阻（R1）另一端与第二电阻（R2）的一端电连接，第二电阻（R2）的另一端接地。

其中，互感器的作用是将输入电压电流按预设比例转换为输出电压电流，给负载提供能源。

如图2所示，本实施例中，节能控制器包括一加法器、一比较放大器与第二驱动恒流电路，加法器、比较放大器与第二驱动恒流电路依次电连接。具体地，加法器第一输入端电连接至驱动电源采样电路的第一电阻（R1）与第二电阻（R2）之间，加法器第二输入端电连接至热电转换器的输出端；比较放大器包括一第一运算放大器（A1），第一运算放大器（A1）正输入端接一参考电压，第一运算放大器（A1）负输入端接加法器的输出端，第一运算放大器（A1）将比较信号放大输出至第二驱动恒流电路；第二驱动恒流电路包括一第二运算放大器（A2）、第二晶体管（Q2）与第三电阻（R3），第二运算放大器（A2）正输入端接比较放大器输出端，第二运算放大器（A2）输出端接至第二晶体管（Q2）栅极，第二晶体管（Q2）漏极通过互感器的输出端驱动负载，第二晶体管（Q2）连接至第二运算放大器（A2）的负输入端，并通过第三电阻（R3）接地。

节能控制器的I/O端口通过分压形式组成的采样电路对驱动电源第一恒流驱动电路的源极进行能量采集，并通过加法器将驱动电源采集的能量与热电转换器获得的能量相加，并通过与基准电压比较放大实现对第二晶体管（Q2）的恒流控制；同时，该节能控制器的I/O端口还将加法器的能量之和与该节能控制器预设的阈值相比较，根据比较结果调节该节能控制器的内置可变负载与第一晶体管（Q1）的开断，实现了对驱动电源的电流控制及开断。这两个主要措施，实现了根据负载通过热电转换器产生的能量的大小调节驱动电源的供电大小，以最终保证了发光二极管负载处于恒流恒压的工作状态。

需要说明的是，本实施例中的晶体管可为采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种。较佳地，本实施例中的第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）均为NMOS管。但需要说明的是，本实施例中的晶体管也可以是耗尽型N沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构，虽未作图示，不过当然也可以是将耗尽型P沟道MOS晶体管的栅极与源极连接的结构。

本实用新型的可热电转换回流的节能系统工作原理与效果：可热电转换回流的节能系统通过电源进入驱动电源后转化为恒流的一次电流，电流再经过节能控制器控制后对光源进行驱动照明，而光源照明过程中会产生热量，于是热电转换器将一部分热量转化为补偿电流，二次电流经过节能控制器后提供给光源照明，由于此时一次电流与补偿电流的总电流之和会大于光源的额定电流，会对光源的寿命造成影响，这时反馈电路开始工作，其监测到总电流过大时，会将信息反馈给驱动电源，驱动电源收到反馈信息后产生二次电流，二次电流小于一次电流，最后二次电流与补偿电流的总电流之和共同对光源供电，二次电流与补偿电流的总电流之和不超过光源的额定电流。更具体地是，节能控制器的I/O端口通过分压形式组成的采样电路对驱动电源第一恒流驱动电路的源极进行能量采集，并通过加法器将驱动电源采集的能量与热电转换器获得的能量相加，并通过与基准电压比较放大实现对第二晶体管（Q2）的恒流控制；同时，该节能控制器的I/O端口还将加法器的能量之和与该节能控制器预设的阈值相比较，根据比较结果调节该节能控制器的内置可变负载与第一晶体管（Q1）的开断，实现了对驱动电源的电流控制及开断。这两个主要措施，实现了根据负载通过热电转换器产生的能量的大小调节驱动电源的供电大小，可回收余热，令发光二极管负载处于光源的额定电流范围内的工作状态，延长了发光二极管的寿命，节省了能源并提高了能源的利用率。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。并且，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛 盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

还需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、 材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种可热电转换回流的节能系统，其特征在于，所述节能系统包括驱动电源、负载，以及：

热电转换器，用于将所述负载的热能转换为电能；

节能控制器，用于接收所述驱动电源与所述热电转换器的输入电流，并根据所述输入电流控制所述驱动电源与所述负载。

2.根据权利要求1所述的节能系统，其特征在于，所述驱动电源包括第一恒流驱动电路与采样电路，所述第一恒流驱动电路与所述采样电路彼此电连接。

3.根据权利要求2所述的节能系统，其特征在于，所述第一恒流驱动电路包括第一晶体管（Q1），所述第一晶体管（Q1）的漏极通过一互感器的输入端电连接至输入电源，源极通过所述节能控制器的内置可变负载接地，栅极由所述节能控制器进行开关控制。

4.根据权利要求2所述的节能系统，其特征在于，所述采样电路包括串联连接的第一电阻（R1）与第二电阻（R2），所述第一电阻（R1）一端与所述第一恒流驱动电路第一晶体管（Q1）的源极电连接，所述第一电阻（R1）另一端与所述第二电阻（R2）的一端电连接，所述第二电阻（R2）的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的节能系统，其特征在于，所述节能控制器包括一加法器、一比较放大器与第二驱动恒流电路，所述加法器、比较放大器与第二驱动恒流电路依次电连接。

6.根据权利要求5所述的节能系统，其特征在于，所述加法器第一输入端电连接至所述驱动电源采样电路的第一电阻（R1）与第二电阻（R2）之间，所述加法器第二输入端电连接至所述热电转换器的输出端。

7.根据权利要求5所述的节能系统，其特征在于，所述比较放大器包括一第一运算放大器（A1），所述第一运算放大器（A1）正输入端接一参考电压，所述第一运算放大器（A1）负输入端接所述加法器的输出端，所述第一运算放大器（A1）将比较信号放大输出至所述第二驱动恒流电路。

8.根据权利要求5所述的节能系统，其特征在于，所述第二驱动恒流电路包括一第二运算放大器（A2）、第二晶体管（Q2）与第三电阻（R3），所述第二运算放大器（A2）正输入端接所述比较放大器输出端，所述第二运算放大器（A2）输出端接至所述第二晶体管（Q2）栅极，所述第二晶体管（Q2）漏极通过互感器的输出端驱动所述负载，所述第二晶体管（Q2）连接至所述第二运算放大器（A2）的负输入端，并通过第三电阻（R3）接地。

9.根据权利要求3或8所述的节能系统，其特征在于，所述晶体管采用场效应管、双极晶体管中的一种或多种，其中，第一晶体管（Q1）、第二晶体管（Q2）均为NMOS管。

10.根据权利要求1所述的节能系统，其特征在于，所述负载为一发光二极管，所述发光二极管包括单个发光二极管或发光二极管串。

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