CN103929853B - 节能航空照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种节能航空照明装置，其采用LED作为发光源组成照明灯组，照明灯组上连接有控制开关和控制盒，同时在照明灯组内连接有控制电流的恒流控制电路，控制盒内有调整控制亮度的亮度控制电路。本发明解决了传统以白炽灯泡、钨丝灯、荧光灯等作为发光源的航空照明装置功耗高，发热量大，寿命短的问题，同时解决了传统航空照明装置体积大，重量大，安装所需空间大缺陷。

Description

节能航空照明装置

技术领域

本发明属于照明装置技术领域，特别是航空照明组件的改进。

技术背景

传统航空照明装置几乎全部采用白炽灯泡、钨丝灯等作为发光源，存在以下几方面的问题：

1、由于功耗高，发热量大，寿命短。

2、照明装置体积大，重量大，安装所需空间大。

3、光源故障后全完失效，不能提供照明。

4、光源长时间工作容易炸裂，伤及人员。

发明内容

本发明目的是设计一种节能航空照明装置，解决传统以白炽灯泡、钨丝灯、荧光灯等作为发光源的航空照明装置功耗高，发热量大，寿命短的问题，同时解决传统航空照明装置体积大，重量大，安装所需空间大缺陷。

节能航空照明装置，其采用LED作为发光源组成照明灯组，照明灯组上连接有控制开关和控制盒，同时在照明灯组内连接有控制电流的恒流控制电路，控制盒内有调整控制亮度的亮度控制电路。

恒流源电路采用芯片U1为发光二极管供电，该芯片1脚接28V电源，3脚接一特定电阻用以限定输出端的电流范围，4脚输入控制信号。当4脚接地时，引脚5、6、7、8输出相应的恒定电流值，当4脚断开时无输出。该设计中每一组驱动6只串联的LED灯，输出电流为15mA～20mA；采用振荡器U2B与与非门组成波形发生器与调节电路构成亮度控制电路；亮度控制电路中采用光耦作为电路转换开关；U4A和U4B作为电压比较器，其中2，6脚接控制开关，通过比较控制端与3脚、5脚的电压关系选通光耦工作或断开，OUT端相应的输出28V电源或脉宽调制信号PWM与LED灯条电路板控制信号输入端连接控制LED发光亮度。

本发明优点是：1)、选择颜色范围，色温范围，光亮度，发散角、发光面积等参数符合航空照明相关要求的发光源，2)、设计适合于该发光源的恒流电路，3)、设计符合的亮度控制电路，以便通过机上控制开关来控制照明***的工作状态，4)、进行轻量化设计，使产品要既轻巧又美观，而且要确保足够的强度和散热性，以满足安装、震动冲击试验、长时间工作等严酷条件的考验，5)、进行电磁兼容性设计，确保产品满足机载环境下使用要求，6)、因国外某产品在国产某机型上装配，因水汽进入照明装置内部，飞机起飞后照明装置发生起火，导致飞机迫降，所以该产品进行三防及密封防水处理等工艺设计处理。

附图说明

图1为本发明电路示意图。

图2为本发明中恒流源电路示意图。

图3为本发明中PWM方波波形发生电路。

图4为本发明中PWM控制电路。

具体实施方式

本发明具体按照如下结构实现：

1、发光源选择。该项目产品选用LED作为发光源，与传统发光源相比，体积小、功耗低、寿命长，功耗在原来基础上降低75％左右，使用寿命提高20倍。该***光源所用LED主要用于机上环境照明，与其他显示用LED有所不同，应具有以下三个特点：1).该***要求LED的发光亮度应比一般LED高，布局设计完成其照明亮度应不小于室内照明亮度的基本要求，并且满足航空照明相关要求；2).LED灯的发散角比较大，在各个视角上所感到的光亮度应基本一致以便于较大范围内照明；3).要求LED发光色度要接近于白光，以适应人眼的视觉习惯。基本连接如图1所示，照明灯组上连接有控制开关和控制盒，同时在照明灯组内连接有控制电流的恒流控制电路，控制盒内有调整控制亮度的亮度控制电路。

2、恒流源照明电路设计。发光二极管在工作时，需要恒流源提供电源，在本产品中加在LED上的电源不仅要求是恒流源，而且要求其电源电流根据环境条件的变化产生变化，项目组选用了专业用于LED灯群组驱动的芯片，最大输出电流可达70毫安。恒流源电路如图1所示，采用芯片U1为发光二极管供电，该芯片1脚接28V电源，3脚接一特定电阻用以限定输出端的电流范围，4脚输入控制信号。当4脚接地时，引脚5、6、7、8输出相应的恒定电流值，当4脚断开时无输出。该设计中每一组驱动6只串联的LED灯，输出电流为15mA～20mA。电路如图2所示。

3、光源间隔布局。在制作印制电路板时采用间隔排列的方法使整个灯条发光亮度均匀，并可以避免由于一组灯出现故障而导致灯条某一处集中不亮的现象。

4、亮度控制电路设计。上述恒流源电路中的驱动芯片输入端control接入的是PWM脉宽调制信号，本节能航空照明装置需要随环境条件改变而改变其等效电压值，从而达到控制输出电流的的目的。为实现这一功能首先需要产生一定幅值的方波波形，其次要调节该方波的占空比来调节功率谱密度，实现控制灯光亮暗的功能。采用振荡器与与非门组成波形发生器与调节电路，多谐振荡器产生振荡波形,有一电阻作为调节脉冲的定时器件，改变该电阻的大小就可以改变振荡波形的占空比，达到调节其电压有效值的目的。从而实现改变LED发光亮度的效果。

下面分别介绍电路，如图3所示PWM电路：采用振荡器U2B与与非门组成波形发生器与调节电路，振荡器产生振荡波形,R4为脉冲的定时器件，改变R4的大小就可以改变振荡波型的占空比，达到调节其电压有效值的目的。为达到与控制开关配合的目的，电路中采用光耦作为电路转换开关如图4所示：U4A和U4B作为电压比较器，负输入端2脚，6脚接到外部的控制开关switch端口，通过R11接到28V，当开关选中在不同状态时，所产生的电压通过与电压比较器U4A和U4B的正输入端3脚和5脚进行比较，输出端1脚和7脚分别接到光耦U3的正端，根据开关状态控制选通光耦U3工作或断开，光耦的输出端OUT引脚接到图2的输出端OUT，根据产生的不同占空比的方波脉冲电平控制光耦的另外一组输出端产生不同占空比等效电压控制场效应管Q2通断，而场效应管Q2的输出control引脚接到图1中恒流源的输入端control端口，实现通过脉宽调制信号PWM的不同变化实现控制恒流源的输出变化，从而实现LED发光亮度变化。

5、结构轻量化设计。在结构上为适应轻量化设计的要求，同时又保证一定的机械强度，各部分均采用轻合金材料，在照明显示灯条设计时，采用了型材结构，将电路板及窗口玻璃镶嵌其中，既安全稳定，又节省空间。采用合金弹簧夹安装方式，既轻巧又美观。同时，这种结构形式也利于散热。功能电路的优化设计：主要通过提高电路的集成度，减小电路空间尺寸，从而减小占用空间，减小整个设备的体积，为轻量小型化提供前提条件。

6、安全性设计。设计中综合考虑了环境适应性、可靠性要求、维修性要求和其他技术要求；设计中壳罩，导线，窗口玻璃等元、部件均采用耐火型材料，具有防火性能；设计中每个灯条用4个管夹安装，管夹采用合金弹簧钢材料，具有高的可靠性，稳定性；在防水方面，考虑到安装位置和形式，首先要求所有电路板的焊装严格按照三防工艺规程进行操作，另外装配时对灯条的关键部位用进行密封处理确保其防水性。对外连接插座按照针孔分别设计，防止插错；照明灯条采用了相同设计，具有互换性而不会出现插错；保证电源、地线和壳体间的绝缘参数满足要求。在灯的驱动设备输出端设计了隔离电路，保证了新研电路工作不会对原驱动设备的安全造成影响。

7、电磁兼容性设计。1)、元器件的选用、线路板的设计等遵循严格的EMC设计准则；2)、电路设计中，尽管采用了脉宽调制，但根据控制对象的特点，使用了频率极低的设计，电路工作时辐射很小，其他电路都处于直流工作状态，不产生交流信号，不会对外部设备造成电磁干扰，电路的稳态工作对外部的电磁也有很强的抗干扰能力。3)、灯罩以及控制盒采用高强度轻金属合金材料，可以有效杜绝外部干扰以及照明装置对外部设备的干扰。

Claims (1)

1.节能航空照明装置，其特征是采用LED作为发光源组成照明灯组，照明灯组上连接有控制开关和控制盒，同时在照明灯组内连接有控制电流的恒流控制电路，控制盒内有调整控制亮度的亮度控制电路，亮度控制电路包括由振荡器U2B、与非门(U1A、U1B、U1C)和场效应管Q1组成的波形发生器调节电路，电压比较器(U4A、U4B)、光耦U3和场效应管Q2；振荡器U2B的输出端接场效应管Q1的栅极，场效应管Q1的漏极接地，场效应管Q1的源极作为输出端接到光耦U3的其中一个输出端，电压比较器U4A的负输入端和电压比较器U4B的负输入端连接到控制开关，电压比较器U4A和U4B的输出端分别接到光耦U3的2个输入端，光耦U3的两个输出端分别接到场效应管Q1的源极和场效应管Q2的栅极，场效应管Q2的源极接直流28V电源，场效应管Q2的漏极作为输出端接到LED灯条电路控制板控制信号输入端；

由振荡器U2B和与非门(U1A、U1B、U1C)组成波形发生器调节电路，在波形发生器调节电路中，通过改变脉冲定时器件电阻R4的大小来改变振荡波形的占空比，达到调节电压有效值的目的，亮度控制电路中采用光耦U3作为电路转换开关，电压比较器U4A的负输入端和U4B的负输入端连接到控制开关，通过和U4A的正输入端和U4B的正输入端的电压比较选通光耦U3的输出端工作或断开，场效应管Q2的漏极作为输出端则相应输出直流28V电源或脉宽调制信号PWM，接到恒流源电路中控制信号输入端；恒流控制电路选用专业用于LED灯群组驱动的U1芯片为发光二极管供电，该U1芯片的1脚接直流28V电源，3脚接R7电阻用以限定输出端的电流范围，4脚输入控制信号，当U1芯片的4脚接地时，U1芯片的引脚5、6、7、8输出相应的恒定电流值，当U1芯片的4脚断开时无输出，场效应管Q2的输出端信号接到LED灯条电路板控制输入端，通过脉宽调制信号PWM的不同变化实现控制恒流源的输出变化，从而实现LED发光亮度变化。