CN2886979Y - 半导体照明灯恒亮度控制与保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种半导体照明灯恒亮度控制与保护装置，由交直流输入电路、DC/DC变换器、光敏元件采样电路及WLED灯阵列组成，DC/DC变换器的输出端电压加在WLED灯阵列上，光敏元件采样电路的输入和输出端分别与WLED灯阵列的采样信号输出端和DC/DC变换器的调光控制输入端联接，阵列内的每只半导体照明灯各与一只稳压管并联。实际工作中，DC/DC变换器的输出电压受反馈信号控制，WLED灯光亮度变化时，采样信号反馈到DC/DC变换器输入端进而改变其输出电压，自动调整灯光亮度，使亮度保持不变；某只WLED灯开路时，与之并联的稳压管击穿导通，确保其它WLED灯正常发光，在某只WLBD灯短路时，通过灯光亮度反馈信号仍可保证光亮不变。

Description

半导体照明灯恒亮度控制与保护装置

所属技术领域

本实用新型属于半导体照明应用技术领域，涉及一种半导体照明灯(WLED)恒亮度控制与保护装置。

背景技术

迄今在各类电器设备中用电量最大的是照明设备，目前我国照明用电量占全国总发电量的12％左右，利用可再生的太阳能，并采用可节约电能的半导体照明灯是构建节能型社会的重要因素。近年来，随着国家绿色照明工程启动，国家发展和改革委员会等多部门共同组织实施了旨在节约电能、保护环境、改善照明质量的活动，半导体照明灯已经作为“国家绿色照明工程”中明确推广应用的主要产品。

半导体照明灯实质上是一种白光发光二极管WLED(while lightemitting diode)，这种照明灯的能耗很小，在同样亮度下，耗电量仅为白炽灯的十分之一，比普通节能灯还省电60％以上。半导体照明灯的寿命很长，实际使用寿命可达5万小时以上，为白炽灯寿命的几十倍，正常使用时间可达20年。由于没有钨丝和玻壳等易损部件，所以它的抗冲击和抗震动能力也很强。与日光灯相比，WLED的显色性(光对各种颜色的还原程度)较好，显色指数达80以上。兼之半导体照明灯都由直流恒定电流驱动，灯光亮度稳定，不会出现频闪，而其他照明灯通常由交流电源供电，不同程度地存在频闪现象，当频闪超过一定范围后，人们将产生视觉疲劳，进而会损伤人们的视觉系统，因此，采用半导体照明灯，可以显著提高照明质量。此外，WLED光谱中没有红外线、紫外线和热辐射，也没有日光灯中含有汞元素，因此对环境不会产生任何污染；半导体照明灯的响应速度很快，通电即亮，可以消除日光灯起辉时间长，寒冷季节难起辉等缺点，而采用多组WLED组成发光方阵，由于多光源发光，可实现无影灯的功能。

目前，国际上半导体照明灯常用的控制技术分为恒压驱动技术和恒流驱动技术。采用恒压驱动方法时，为了确保安全照明，WLED应与限流电阻R串联后，再接恒压源。但这种驱动方法的缺点是WLED正向电压的变化都会导致正向电流变化，从而影响半导体照明灯的亮度。此外在实际应用中，WLED的正向压降有一定的分散性，同时环境温度变化，正向压降也将变化。实践证明WLED正向压降变化11％，正向电流变化可达30％，半导体照明灯的亮度将变化30％。采用恒流源驱动可以消除WLED正向电压变化引起的正向电流变化，理论上半导体照明灯可产生恒定的亮度，但实际使用中发现，半导体照明灯仍都具有一定的光衰减，即便在保持正向电流恒定的条件下，随着照明时间延长，灯的亮度也将发生变化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于对现有技术存在的问题加以解决，进而提供一种结构新颖、性能优越、成本低廉、使用方便、可保证照明质量和使用寿命的半导体照明灯恒亮度控制与保护装置。

用于实现上述发明的技术解决方案是这样的：所提供的半导体照明灯恒亮度控制与保护装置由交直流输入电路、DC/DC变换器、光敏元件采样电路以及WLED灯阵列组成，交直流输入电路的输出端与DC/DC变换器电压输入端联接，DC/DC变换器的输出端电压加在WLED灯阵列上，光敏元件采样电路的输入端与WLED灯阵列的采样信号输出端联接，光敏元件采样电路的反馈信号输出端联接至DC/DC变换器的调光控制输入端。实际工作中，交、直流输入电压均可通过交直流输入电路输入DC/DC变换器，该变换器的输出电压受反馈信号控制；光敏元件采样电路的作用是采样灯光亮度的变化，WLED灯光亮度变化时，采样信号反馈到DC/DC变换器输入端，改变DC/DC变换器输出电压，从而自动调整灯光亮度，使亮度保持不变。

采用采用上述WLED恒亮度控制与保护技术，半导体照明灯的工作电流可随环境亮度改变，进一步提高WLED的节能效果。当环境光线较亮时，可以自动降低WLED的工作电流，这样，不但节能，还可以提高WLED的工作可靠性，延长使用时间。当环境光线很暗时，可以自动增加WLED的工作电流，保证照明效果。而在WLED因长期使用而产生较强光衰时，可以自动加大WLED的工作电流，保证照明质量，这样可以延长WLED的使用寿命。该控制与保护装置可以由高低压、交直流电源直接供电，因此WLED灯可以直接利用现有的各种照明电路，便于取代其他照明灯具。

附图说明

图1为本实用新型的工作原理框图。

图2为组成WLED灯阵列的稳压型半导体照明灯的结构示意图。

图3为本实用新型一个实施例——交直流低电压小功率半导体照明灯恒亮度控制与保护装置的电路结构示意图。

图4为本实用新型另一个实施例——交直流高电压大功率半导体照明灯恒亮度控制与保护装置的电路结构示意图。

图5为本本实用新型第三个实施例——恒亮度控制太阳能半导体照明装置的电路结构示意图。

具体实施方式

参见附图1，本实用新型所述的半导体照明灯恒亮度控制与保护装置由交直流输入电路1、DC/DC变换器2、光敏元件采样电路3以及WLED灯阵列4等部分组成，交直流输入电路1的输出端与DC/DC变换器2电压输入端联接，DC/DC变换器2的输出端电压加在WLED灯阵列4上，光敏元件采样电路3的输入端和反馈信号输出端分别与WLED灯阵列4的采样信号输出端和DC/DC变换器2的调光控制输入端联接。

本实用新型的交直流输入电路1实质上是一种桥式整流电路，交、直流输入电压均可通过该电路输入DC/DC变换器2，同时外加直流电压时，尽管电源的极性接反，该控制器仍能正常工作，为了提高控制效率，DC/DC变换器2采用PWM控制的开关型变换器。该变换器的输出电压受反馈信号控制。光敏元件采样电路3的作用是采样灯光亮度的变化，WLED灯阵列4光亮度变化时，采样信号反馈到DC/DC变换器2输入端，改变DC/DC变换器2的输出电压，从而自动调整灯光亮度，使亮度保持不变。WLED灯阵列4可以由大功率WLED组成，也可以由小功率高亮度WLED组成。目前，由于大功率WLED的价格很高，发光角度有限，因此照明范围较小。采用大量小功率高亮度WLED组成的方阵，虽然每只WLED发光角度有限，但是由于数量多，照明范围也较大，而且由于小功率WLED价格很低，所以照明系统成本较低。

目前，由于单只WLED灯的功率较小，尚达不到照明的要求，所以WLED灯组成照明灯具时，单只WLED灯必须通过串联、并联组成阵列。这样使用过程中就会出现在一个串联支路中，只要一只WLED灯开路便导致该支路WLED灯全部熄灭的现象，严重影响照明效果。为了克服这个缺点，本实用新型设计者在构成阵列的每只半导体照明灯41a的两端各并联一只稳压管41b，形成一种如图2所示的自保护型半导体照明灯41。这样，当WLED灯41a正常工作时，正向电压小于稳压管41b的击穿电压，稳压管41b对照明电路无任何影响；当其一只WLED灯41a开路时，与其并联的稳压管41b因承受的电压较高而击穿，从而使该串联支路中的其他WLED灯41a正常发光。由于恒亮度控制电路的作用，正常发光的WLED灯41a工作电流将略有增加，从而保证照明效果不受任何影响，同样当某一只WLED灯41a短路时，恒亮度控制电路也能保证照明效果不受任何影响。在工作过程中，当驱动电压过高时，WLED灯承受的电压过高，有可能损坏WLED灯，而采用上述保护技术后，便可将每一只WLED灯的电压限制在4V以下，确保WLED灯安全工作。为了降低保护电路的成本，争取WLED生产厂家在WLED灯内封装稳压管芯片，也可以采用几只将串联WLED灯用一只稳压管保护的结构。

实施例一：交直流低电压小功率半导体照明灯恒亮度控制与保护装置。

该装置主要用于无电地区的交直流低压小功率照明灯，实际控制电路如图3所示。该电路实际上是一种输出电压由光敏元件控制的DC/DC变换器，它主要由D₁、D₂、D₃和D₄组成的交直流输入电路、PWM控制器MC33063、输出滤波电路(包括电感L₁和电容C₂、续流二极管D₅)、输出采样电路(R₂、R₃、R₄组成)，带有光敏器件L_XD的WLED阵列等部分组成。在工作过程中，当WLED阵列的亮度改变时，光敏元件L_XD的电阻值发生变化、采样电路输出信号变化、PWM控制器MC33063输出脉冲宽度变化，DC/DC变换器输出电压变化从而使WLED灯的亮度保持不变。

实施例二：交直流高电压大功率半导体照明灯恒亮度控制与保护装置。

本装置的控制电路如图4所示。该电路实际上是一种输出电压由光敏元件控制的DC/DC变换器，它可以由48V～220V直流电压供电，也可由80V～220V交流电压供电，这个功能主要是由D₆、D₇、D₈和D₉组成桥式电路完成的。PWM控制器5M0380R主要作用是根据反馈信号，调整DC/DC变换器输出电压。电阻R₅、R₆和R₇和光敏元件L_XD1组成电压采样电路。当WLED的亮度变化时光敏元件L_XD1的电阻值变化，采样电路输出的反馈信号变化，DC/DC变换器输出电压变化，从而使WLED灯的亮度保持不变。WLED灯阵列可根据实际应用要求，选择规格、型号和数量。

实施例三：恒亮度控制太阳能半导体照明装置。

该装置特别适用于无电地区实现“村村亮”工程，其结构如图5所示，它主要由光伏电池方阵5、蓄电池6、DC/DC变换器2、光敏元件采样电路3以及WLED灯阵列4等部分组成。

太阳能光伏电池是半导体照明的最佳伙伴。由于半导体照明灯节电效果明显，在相同亮度的条件下，太阳能光伏电池和蓄电池的容量可减少60％，同时半导体照明灯由直流电源供电，不需要将直流电变为交流电的逆变器，因此系统的成本可降低70％以上。

Claims (2)

1、一种半导体照明灯恒亮度控制与保护装置，其特征在于它由交直流输入电路(1)、DC/DC变换器(2)、光敏元件采样电路(3)以及WLED灯阵列(4)组成，交直流输入电路(1)的输出端与DC/DC变换器(2)电压输入端联接，DC/DC变换器(2)的输出端电压加在WLED灯阵列(4)上，光敏元件采样电路(3)的输入端与WLED灯阵列(4)的采样信号输出端联接，光敏元件采样电路(3)的反馈信号输出端联接至DC/DC变换器(2)的调光控制输入端。

2、根据权利要求1所述的半导体照明灯恒亮度控制与保护装置，其特征在于WLED灯阵列(4)包括多只通过串、并联组成阵列的自保护型半导体照明灯(41)，每只自保护型半导体照明灯(41)均由一只半导体照明灯(41a)和一只与该半导体照明灯(41a)并联的稳压管(41b)组成。

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