CN105163465A - 一种大功率led路灯电源电路***及照明功率智能调节方法 - Google Patents

一种大功率led路灯电源电路***及照明功率智能调节方法 Download PDF

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Abstract

一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于它包括LED电源控制器单元、LED电源单元、LED路灯灯珠阵列单元、无线通讯模块和温度传感器；其调节方法是基于LED寿命机理模型的专家规则算法的智能控制方法，包括LED阵列温度预测模单元和LED寿命机理模型的专家规则单元；其优越性在于：可以实现合理照明，节约电能，保证LED路灯安全工作，不因过热导致LED失效，较少寿命。

Description

一种大功率LED路灯电源电路***及照明功率智能调节方法
(一)技术领域：
本发明涉及大功率灯光照明领域，特别是涉及一种大功率LED(发光二极管——LightEmittingDiode)路灯电源电路***及照明功率智能调节方法。
(二)背景技术：
目前，照明消耗占整个电力消耗的20％左右，节约能源的一个重要途径就是大量地降低照明用电。被誉为“照亮未来的技术”的LED，从根本上为“绿色照明”点燃了光辉，成为引领21世纪最有价值的新一代光源。LED的出现和迅速发展，不仅将会逐渐的替代白炽灯等传统照明方式而成为市场主导，而目.为照明技术迎来了革命性的发展机遇，进而在一定程度上改善着人类的生活方式和推动着了社会文明的进步，白光LED光源的成功研制，使得LED从之前的指示和景观照明光源进入到市场更为广阔的民用照明光源,以替代传统的白炽灯、日光灯、气体放电灯等光源。与白炽灯等传统光源相比较，显著的优势就节能和环保的特性。
但是LED路灯虽然被称为固态冷光源，但实际上只有约20％-30％的电能转化为光能，而另外70％-80％的能量都要产生热量，且与白炽灯不同，过高的温度对白炽灯灯丝的发光影响不大(白炽灯灯丝温度可达几千度)，但LED芯片的性能受温度的影响极大，过高温度会使芯片产生严重的光衰，导致LED寿命急剧下降，所以一方面在LED路灯的设计中做好散热***设计，另一方面研究大功率LED路灯照明功率智能控制方法，实现保证LED安全情况下的合理照明，可以避免产生过高温度损坏LED芯片的性能，并实现进一步节能，本发明提出一种大功率LED路灯照明功率智能控制方法。
(三)发明内容：
本发明的目的在于提供一种大功率LED路灯电源电路***及照明功率智能调节方法，该方法可以克服现有技术的不足，是一种结构简单，节能高效的***及方法。
本发明的技术方案：一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于它包括LED电源控制器单元、LED电源单元、LED路灯灯珠阵列单元、无线通讯模块和温度传感器；其中，所述LED电源控制器单元与无线通讯模块呈双向连接，并通过无线通讯模块与路灯区域管理计算机之间呈双向连接；所述LED电源控制器单元的输入端与温度传感器连接；其输出端连接LED电源单元的输入端；所述LED路灯灯珠阵列单元的输入端连接LED电源单元的输出端。
所述无线通讯模块是由无线网关、GPRS通讯模块和ZigBee通讯电路构成。
所述LED电源控制器单元包括一种具有无线通讯功能的大功率LED路灯电源***，其特征在于它包括LLC(LogicalLinkControl——逻辑链路控制)谐振变换器主电路单元、DSP(数字信号处理器——DigitalSignalProcessor)控制电路单元及通讯电路单元；其中，由基于DSP的控制电路控制LLC谐振变换器主电路输出幅值可调的电压，调节照明功率；所述LLC谐振变换器主电路单元将电能由交流电变换为幅值可调的直流电信号；所述DSP控制电路单元通过通讯电路单元接收路灯开关、环境亮度、气象条件信息，并根据收到的气象信息以及检测到的路灯电源散热器表面温度进行亮度调节，将亮度信号发送给LED路灯。
所述LLC谐振变换器主电路单元采用半桥式电路结构；所述半桥LLC谐振变换器是由开关电路、谐振电路和输出电路构成；其连接为常规连接。
所述开关电路由两只分别带体二极管VD1和和VD2及寄生电容C1和C2的功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2构成；所述功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2相互串联；其输出端与谐振电路连接；所述谐振电路由谐振电容Cs、谐振电感Lr和励磁电感Lm组成；所述谐振电容Cs同时也是隔直电容；所述励磁电感Lm的一端连接两个功率MOSFET开关管连接的中点，一端连接谐振电容Cs；所述谐振电容Cs的另一端与输出电路连接；所述励磁电感Lm是变压器初次绕组的电感；所述谐振电容Cs参与谐振的同时，也起到隔直电容的作用；所述输出电路由二极管D1、二极管D2、滤波电容C0和负载电阻RL组成；其中二极管D1和二极管D2构成整流电路，C0为滤波电容与负载电阻RL并联。
所述DSP控制电路单元是由DSP最小***、散热器温度检测电路、RS232接口电路和隔离驱动电路组成；所述DSP最小***包括DSP芯片电路、电源模块电路、震荡电路、JTAG接口电路组成；所述散热器温度检测电路采用TC77集成温度传感器芯片电路；所述电源模块电路式提供12V和3.3V的电源。
所述DSP芯片电路是由数字信号控制器U1芯片TMS320F28027、U2接口芯片SP3232EEY的RS-232和EEPROM双线串行U3芯片AT24C512N-10SI-2.7构成。
所述通讯电路单元是GSM/GPRS通讯电路或ZigBee通讯电路；所述GSM/GPRS通讯电路是由天线和GSM/GPRS通讯模块构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给GSM/GPRS通讯模块；所述GSM/GPRS(移动通信全球***globalsystemofmobilecommunications/通用分组无线业务GeneralPacketRadioService)通讯模块与DSP控制电路单元的RS232接口电路呈双向连接；所述GSM/GPRS模块是法国Wavecom公司的带有AT指令功能的Q2406B芯片实现通讯功能；所述ZigBee通讯电路是由天线和CC2530ZigBee协议芯片单元电路、RS232通讯电路构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给CC2530ZigBee协议芯片单元电路；所述RS232通讯电路选用SP3232接口电路芯片。
所述隔离驱动电路，是由隔离脉冲式变压器、三极管、二极管、电阻、电容构成；所述三极管是由三极管NPN1和三极管NPN2组成，分别由12V电源电压为其供电；所述隔离脉冲式变压器原边采用推挽式电路结构，副边是两个对称的线圈；三极管NPN1与三极管NPN2成对称连接，轮流导通。
一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法，其特征在于它是基于LED寿命机理模型的专家规则算法的大功率LED路灯照明功率智能控制方法，包括LED阵列温度预测模单元和LED寿命机理模型的专家规则单元，由以下步骤构成：
①以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件、区域环境亮度信息、LED阵列温度为专家规则算法模块输入，LED阵列功率调节量为输出；
②LED阵列温度预测模型采用基于ARMA(Auto-RegressiveandMovingAverageModel——自回归滑动平均模型)的计算法及最小二乘模型参数在线估计算法；根据定时采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度，将预测结果传递给LED寿命机理模型的专家规则单元；
③LED寿命机理模型的专家规则单元按照产品寿命，根据选用的LED光衰曲线，结合按照阿伦尼斯加速寿命模型计算出LED安全工作温度，并以此为基准计算出LED的安全工作温度范围，作为判定LED阵列预测温度处于哪个范围；当预测温度大于安全温度10度以上时为高温，当预测温度低于安全温度10度以上时为低温，当预测温度位于安全温度上下10度范围内时为适中温度；
④LED寿命机理模型的专家规则单元在保证LED安全工作的前提下，若环境温度升高，则下调照明功率，降低发热；若气象条件有利于散热，则为保证照明需求，可以适当提高照明功率；在保证照明需求条件下，环境自然亮度高则可以减少照明功率，环境自然亮度低则可以增加照明功率；由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限。
所述步骤①中的气象条件包括雨雪情况和风速信息；所述步骤②中LED阵列温度预测模型以1分钟为采样时间。
本发明的工作原理：基于LED寿命机理模型原理为：LED发出的光通量会随其已点亮时间的增加而减少，称为“光衰”。光衰是LED失效的主要形式。造成LED光衰的最主要的原因是LED的工作温度过高。计算LED寿命的方法是：通过在一定条件下点亮LED达到一定的时间，通过在设定的时间点处测量其光通量，然后通过一定的预测模型拟合出一条光衰曲线。然后通过得这条曲线来外推出LED光衰到70％时的时间点，并把这个时间点视为LED的寿命。已有的研究表明，LED的光衰曲线可以通过指数衰减模型拟合得到：
Φ＝Φ0e(-αt)，见附图10
其中:Φ是时间为t时刻时LED的光通量(Lm)；α是衰减系数。
由LED寿命机理模型的专家规则算法按照产品设计寿命计算出LED的安全工作温度范围，作为判定LED阵列预测温度属于高温、适中、低温的依据。以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件(雨雪、风速)、区域环境亮度信息、LED阵列预测温度为输入参数，LED阵列功率调节量为输出参数，专家规则的控制原则是在保证LED安全工作的前提下，若环境温度升高，则下调照明功率，降低发热；若气象条件(雨雪、风速)有利于散热，则为保证照明需求，可以适当提高照明功率。在保证照明需求条件下，环境自然亮度高则可以减少照明功率，环境自然亮度低则可以增加照明功率；由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限，依据如下专家规则进行计算：
IfTisHANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisMANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisLANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisHthenPREGisZ
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisMthenPREGisP
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisLthenPREGisP
IfTisMANDTLEDisMANDWisHANDLDisLthenPREGisPL
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IfTisHANDTLEDisLANDWisLANDLDisHthenPREGisN
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IfTisHANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisP
IfTisLANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisPL
IfTisMANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisPL
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisLthenPREGisP
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisMthenPREGisP
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisHthenPREGisZ
其中：T为环境温度；W为气象条件(雨雪、风速)；LD为区域环境亮度信息；TLED为LED阵列预测温度；PREG为LED阵列功率调节量。
所述LED阵列温度预测模型是以1分钟为采样时间，采集LED阵列温度，采用时间序列(ARMA)模型预测温度:
Y t = Σ j = 1 p a j Y t - j + Σ k = 0 q b k e t - k
式中，Yt为时间序列；p,q为模型阶数；aj,bk为移动平均参数；et-k为进入***的噪声。
本发明的优越性在于：可以实现合理照明，节约电能，保证LED路灯安全工作，不因过热导致LED失效，较少寿命。
(四)附图说明：一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法
图1为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***的整体结构示意图。
图2为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中无线通讯模块的结构示意图。
图3为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中LED电源控制器单元的结构示意图。
图4为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中LLC谐振变换器主电路单元的电路结构示意图。
图5为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中DSP控制电路单元的电路结构示意图。
图6为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中驱动电路原理示意图。
图7为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***中ZigBee通讯电路的原理示意图。
图8为本发明所涉一种大功率LED路灯电源电路***的控制主流程框图。
图9为本发明所涉一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法的结构原理示意图。
图10一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法中LED光衰曲线的一种实施例。
(五)具体实施方式：
实施例：一种大功率LED路灯电源电路***(见图1)，其特征在于它包括LED电源控制器单元、LED电源单元、LED路灯灯珠阵列单元、无线通讯模块和温度传感器；其中，所述LED电源控制器单元与无线通讯模块呈双向连接，并通过无线通讯模块与路灯区域管理计算机之间呈双向连接；所述LED电源控制器单元的输入端与温度传感器连接；其输出端连接LED电源单元的输入端；所述LED路灯灯珠阵列单元的输入端连接LED电源单元的输出端(见图1、图2)。
所述无线通讯模块是由无线网关、GPRS通讯模块和ZigBee通讯电路构成(见图2)。
所述LED电源控制器单元包括一种具有无线通讯功能的大功率LED路灯电源***(见图3)，其特征在于它包括LLC谐振变换器主电路单元、DSP控制电路单元及通讯电路单元；其中，由基于DSP的控制电路控制LLC谐振变换器主电路输出幅值可调的电压，调节照明功率；所述LLC谐振变换器主电路单元将电能由交流电变换为幅值可调的直流电信号；所述DSP控制电路单元通过通讯电路单元接收路灯开关、环境亮度、气象条件信息，并根据收到的气象信息以及检测到的路灯电源散热器表面温度进行亮度调节，将亮度信号发送给LED路灯。
所述LLC谐振变换器主电路单元采用半桥式电路结构(见图4)；所述半桥LLC谐振变换器是由开关电路、谐振电路和输出电路构成；其连接为常规连接。
所述开关电路由两只分别带体二极管VD1和和VD2及寄生电容C1和C2的功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2构成；所述功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2相互串联；其输出端与谐振电路连接(见图4)；所述谐振电路由谐振电容Cs、谐振电感Lr和励磁电感Lm组成；所述谐振电容Cs同时也是隔直电容；所述励磁电感Lm的一端连接两个功率MOSFET开关管连接的中点，一端连接谐振电容Cs；所述谐振电容Cs的另一端与输出电路连接；所述励磁电感Lm是变压器初次绕组的电感；所述谐振电容Cs参与谐振的同时，也起到隔直电容的作用(见图4)；所述输出电路由二极管D1、二极管D2、滤波电容C0和负载电阻RL组成；其中二极管D1和二极管D2构成整流电路，C0为滤波电容与负载电阻RL并联(见图4)。
所述DSP控制电路单元是由DSP最小***、散热器温度检测电路、RS232接口电路和隔离驱动电路组成；所述DSP最小***包括DSP芯片电路、电源模块电路、震荡电路、JTAG接口电路组成；所述散热器温度检测电路采用TC77集成温度传感器芯片电路；所述电源模块电路式提供12V和3.3V的电源(见图5)。
所述DSP芯片电路是由数字信号控制器U1芯片TMS320F28027、U2接口芯片SP3232EEY的RS-232和EEPROM双线串行U3芯片AT24C512N-10SI-2.7构成(见图5)。
所述通讯电路单元(见图3)是GSM/GPRS通讯电路或ZigBee通讯电路；所述GSM/GPRS通讯电路(见图3)是由天线和GSM/GPRS通讯模块构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给GSM/GPRS通讯模块；所述GSM/GPRS通讯模块与DSP控制电路单元的RS232接口电路呈双向连接；所述GSM/GPRS模块是法国Wavecom公司的带有AT指令功能的Q2406B芯片实现通讯功能；所述ZigBee通讯电路(见图7)是由天线和CC2530ZigBee协议芯片单元电路、RS232通讯电路构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给CC2530ZigBee协议芯片单元电路；所述RS232通讯电路选用SP3232接口电路芯片。
所述隔离驱动电路(见图6)，是由隔离脉冲式变压器、三极管、二极管、电阻、电容构成；所述三极管是由三极管NPN1和三极管NPN2组成，分别由12V电源电压为其供电；所述隔离脉冲式变压器原边采用推挽式电路结构，副边是两个对称的线圈；三极管NPN1与三极管NPN2成对称连接，轮流导通。
一种大功率LED路灯照明功率智能控制方法，其特征在于它是基于LED寿命机理模型的专家规则算法的大功率LED路灯照明功率智能控制方法，包括LED阵列温度预测模单元和LED寿命机理模型的专家规则单元，由以下步骤构成：
①以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件、区域环境亮度信息、LED阵列温度为专家规则算法模块输入，LED阵列功率调节量为输出；
②LED阵列温度预测模型采用基于ARMA(Auto-RegressiveandMovingAverageModel——自回归滑动平均模型)的计算法及最小二乘模型参数在线估计算法；根据定时采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度，将预测结果传递给LED寿命机理模型的专家规则单元；
③LED寿命机理模型的专家规则单元按照产品寿命，根据选用的LED光衰曲线(见图10)，结合按照阿伦尼斯加速寿命模型计算出LED安全工作温度，并以此为基准计算出LED的安全工作温度范围，作为判定LED阵列预测温度处于哪个范围；当预测温度大于安全温度10度以上时为高温，当预测温度低于安全温度10度以上时为低温，当预测温度位于安全温度上下10度范围内时为适中温度；
④LED寿命机理模型的专家规则单元在保证LED安全工作的前提下，若环境温度升高，则下调照明功率，降低发热；若气象条件有利于散热，则为保证照明需求，可以适当提高照明功率；在保证照明需求条件下，环境自然亮度高则可以减少照明功率，环境自然亮度低则可以增加照明功率；由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限。
所述步骤①中的气象条件包括雨雪情况和风速信息；所述步骤②中LED阵列温度预测模型以1分钟为采样时间。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1大功率LED路灯区域管理***，包括路灯区域管理计算机、无线通讯网络、配置LED电源控制器的LED路灯。路灯区域管理计算机配置GPRS工业级无线模块，除检测路灯状态、控制路灯开关外，负责向区域内路灯控制器传送检测环境温度、气象条件(雨雪、风速)等信息。
图2中，无线通讯网络由无线网关、GPRS通讯模块和ZigBee通讯电路构成，无线网关配置GPRS工业级无线模块和ZigBee通讯模块，接收路灯区域管理计算机发送的状态信息，并把状态信息利用zigbee网络发送到LED电源控制器。
所述配置LED电源控制器的LED路灯包括LED电源控制器、zigbee通讯接口模块、LED可控电源、LED阵列、路灯机械部件等。
图3是本发明提供的一种大功率LED路灯照明电源***结构示意图，其特征在于，包括LLC谐振变换器主电路、基于DSP的控制电路、GSM/GPRS通讯电路、ZigBee通讯电路；其中GSM/GPRS通讯电路、ZigBee通讯电路为***根据需要可选用的通讯模块，都通过RS232串口与DSP主控制芯片实现通讯。GSM/GPRS模块选用法国Wavecom公司的Q2406B，该模块与DSP的串口相连，在利用AT指令实现短信功能。GSM/GPRS通讯电路所用天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给GSM/GPRS通讯模块；
图4是本发明涉及的LLC谐振变换器主电路；半桥LLC谐振变换器主要包括三大部分：开关网络、谐振网络和输出网络。
开关网络由两只功率开关管MOSFET(S1和S2)构成，由LLC控制器部分直接控制，VD1和VD2是开关管的体二极管，C1和C2是开关管的寄生电容，为了防止电流反向击穿。S1和S2的栅极驱动信号为互补信号(实际信号占空比应小于50％，S1和S2之间应有导通死区)，它们的开关频率取决于反馈环路。Cs是谐振电容，Lr是谐振电感，Lm是励磁电感，即变压器初次绕组的电感。它们三者共同组成半桥LLC谐振变换器的谐振网络，Cs参与谐振的同时，也起到隔直电容的作用。对于输出网络，D1和D2构成整流电路，C0为滤波电容，时输出电压可以近似为平滑稳定的直流电压，RL为负载电阻(LED阵列等效电阻)。
图5是本发明提供的一种大功率LED路灯照明功率智能照明***DSP控制***示意图。U1为数字信号控制器芯片TMS320F28027。U2采用的是型号为SP3232EEY的RS-232接口芯片，用于连接GSM/GPRS通讯电路，实现接收路灯开关命令、气象条件等信息。U3采用AT24C512N-10SI-2.7，其功能是双线串行的EEPROM，作用是用于保存***配置参数，防止数据丢失。U_power为芯片供电电源模块，用于把12V电压转换成3.3V的供电电压，供给芯片TMS320F2812使用。U_pwm为驱动脉冲信号电路模块，此模块用来产生两路不共地的ePMW驱动信号分别供给两个功率开关管，防止其互通。其驱动隔离电路如附图4，由于半桥LLC谐振变换器的两个功率开关管在结构上是串联的，所以开关管接收到的驱动信号时不能共地的，本设计中采用隔离脉冲变压器隔离信号并进行变压，把驱动信号分成两路单独驱动每一个功率开关管。
散热器温度检测采用TC77集成温度传感器芯片，连接至GPIO12,GPIO28，GPIO20管脚(13-15管脚)，见附图3。
图6是隔离驱动电路，是由隔离脉冲式变压器、三极管、二极管、电阻、电容构成，12V电源电压为2个三极管供电。隔离脉冲式变压器原边采用推挽式电路，副边是两个对称的线圈，NPN1与NPN2接成对称关系，轮流导通不会发生同时导通的现象。当NPN1导通时，原边绕组与副边上侧绕组耦合，关断时原边绕组向副边绕组释放能量，NPN2同理。这样的电路结构可以使得两个功率开关管获得较大的功率输出，足以驱动上下MOSFET管。
图7是ZigBee通讯电路，是由天线和CC2530ZigBee协议芯片单元电路、RS232通讯电路构成。所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给CC2530ZigBee协议芯片单元电路，天线电路由天线、C251、C261、C252、C262、C253、C254、C255、L251、L252、L261等原件构成，与CC2530RF_P、RF_N管脚连接；RS232通讯电路选用SP3232接口电路芯片，与芯片连接的C216、C217、C218、C219、R218、R219构成完整通讯接口电路，与CC2530P0.2、P0.3、P0.4、P0.5管脚连接。
图8是***主流程，LLC谐振变换器的控制在中断服务程序中完成。路灯开关、环境亮度、气象条件等信息的接收在通讯中断服务程序中完成。在主流程中完成DSP***初始化、控制参数初始化，以及循环处理接收到命令信息、环境亮度、气象条件信息、检测到温度信息，并根据更新后的上述数据调用控制算法子程序，更新LLC谐振变换器配置参数。
图9是本发明提供的一种大功率LED路灯照明功率智能控制方法结构示意图，包括：
基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块和ARMA预测模型，ARMA预测模型采用基于ARMA(自回归滑动平均模型)的计算法以及最小二乘模型参数在线估计算法，根据定时采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度，将预测结果传递给专家规则算法模块。基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件(雨雪、风速)、区域环境亮度信息、LED阵列预测温度为专家规则算法模块输入，LED阵列照明功率调节量为输出；
所述基于LED寿命机理模型是按照所设计产品寿命，根据选用的LED光衰曲线(示例见附图10)，结合按照阿伦尼斯(Arrhenius)加速寿命模型计算出LED安全工作温度，并以此为基准计算出LED的安全工作温度范围，作为判定LED阵列预测温度属于高温(如，大于安全温度10度)、适中、低温(如，低于安全温度10度)的依据。
所述的基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块，其特征在于包括LED阵列温度预测模型以及基于LED寿命机理模型的专家规则，其中：
所述基于LED寿命机理模型的专家规则算法，以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件(雨雪、风速)、区域环境亮度信息、LED阵列预测温度为输入参数，LED阵列功率调节量为输出参数；由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限，依据如下专家规则进行计算:
IfTisHANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisMANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisLANDTLEDisHthenPREGisNB
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisHthenPREGisZ
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisMthenPREGisP
IfTisHANDTLEDisMANDWisHANDLDisLthenPREGisP
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IfTisLANDTLEDisMANDWisHANDLDisLthenPREGisPL
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IfTisHANDTLEDisLANDWisMANDLDisHthenPREGisZ
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IfTisHANDTLEDisLANDWisLANDLDisLthenPREGisPL
IfTisHANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisP
IfTisLANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisPL
IfTisMANDTLEDisMANDWisLANDLDisLthenPREGisPL
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisLthenPREGisP
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisMthenPREGisP
IfTisMANDTLEDisMANDWisMANDLDisHthenPREGisZ
其中各符号含义如下：环境温度:T；气象条件(雨雪、风速):W
区域环境亮度信息：LD；LED阵列预测温度TLED；LED阵列功率调节量:PREG；环境温度(T)；气象条件(W)；区域环境亮度信息(LD)；LED阵列预测温度TLED大高(H)、适中(M)、低(L),以及LED阵列功率调节量(PREG)的负大(NB)、负(N)、零(Z)正(P)、正大(PL)根据所设计产品实验结果确定。
所述LED阵列温度预测模型是以1分钟为采样时间，采集LED阵列温度，采用时间序列(ARMA)模型预测温度，考虑散热器、电源、环境因素具有一定时变性,采用最小二乘模型参数在线估计算法在线辨识ARMA预测模型参数。
综上所述，一种大功率LED路灯照明功率智能控制方法。采用本发明，能有效保护LED路灯合理节能照明，避免在出现过热条件下工作影响灯珠寿命。

Claims (10)

1.一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于它包括LED电源控制器单元、LED电源单元、LED路灯灯珠阵列单元、无线通讯模块和温度传感器；其中，所述LED电源控制器单元与无线通讯模块呈双向连接，并通过无线通讯模块与路灯区域管理计算机之间呈双向连接；所述LED电源控制器单元的输入端与温度传感器连接；其输出端连接LED电源单元的输入端；所述LED路灯灯珠阵列单元的输入端连接LED电源单元的输出端。
2.根据权利要求1所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述无线通讯模块是由无线网关、GPRS通讯模块和ZigBee通讯电路构成。
3.根据权利要求1所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述LED电源控制器单元包括一种具有无线通讯功能的大功率LED路灯电源***，其特征在于它包括LLC谐振变换器主电路单元、DSP控制电路单元及通讯电路单元；其中，由基于DSP的控制电路控制LLC谐振变换器主电路输出幅值可调的电压，调节照明功率；所述LLC谐振变换器主电路单元将电能由交流电变换为幅值可调的直流电信号；所述DSP控制电路单元通过通讯电路单元接收路灯开关、环境亮度、气象条件信息，并根据收到的气象信息以及检测到的路灯电源散热器表面温度进行亮度调节，将亮度信号发送给LED路灯。
4.根据权利要求3所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述LLC谐振变换器主电路单元采用半桥式电路结构；所述半桥LLC谐振变换器是由开关电路、谐振电路和输出电路构成；其连接为常规连接。
5.根据权利要求4所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述开关电路由两只分别带体二极管VD1和和VD2及寄生电容C1和C2的功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2构成；所述功率MOSFET开关管S1和功率MOSFET开关管S2相互串联；其输出端与谐振电路连接；所述谐振电路由谐振电容Cs、谐振电感Lr和励磁电感Lm组成；所述谐振电容Cs同时也是隔直电容；所述励磁电感Lm的一端连接两个功率MOSFET开关管连接的中点，一端连接谐振电容Cs；所述谐振电容Cs的另一端与输出电路连接；所述励磁电感Lm是变压器初次绕组的电感；所述谐振电容Cs参与谐振的同时，也起到隔直电容的作用；所述输出电路由二极管D1、二极管D2、滤波电容C0和负载电阻RL组成；其中二极管D1和二极管D2构成整流电路，C0为滤波电容与负载电阻RL并联。
6.根据权利要求3所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述DSP控制电路单元是由DSP最小***、散热器温度检测电路、RS232接口电路和隔离驱动电路组成；所述DSP最小***包括DSP芯片电路、电源模块电路、震荡电路、JTAG接口电路组成；所述散热器温度检测电路采用TC77集成温度传感器芯片电路；所述电源模块电路式提供12V和3.3V的电源。
7.根据权利要求3所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述通讯电路单元是GSM/GPRS通讯电路或ZigBee通讯电路；所述GSM/GPRS通讯电路是由天线和GSM/GPRS通讯模块构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给GSM/GPRS通讯模块；所述GSM/GPRS通讯模块与DSP控制电路单元的RS232接口电路呈双向连接；所述GSM/GPRS模块是法国Wavecom公司的带有AT指令功能的Q2406B芯片实现通讯功能；所述ZigBee通讯电路是由天线和CC2530ZigBee协议芯片单元电路、RS232通讯电路构成；所述天线采用鞭状天线，将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给CC2530ZigBee协议芯片单元电路；所述RS232通讯电路选用SP3232接口电路芯片。
8.根据权利要求6所述一种大功率LED路灯电源电路***，其特征在于所述DSP芯片电路是由数字信号控制器U1芯片TMS320F28027、U2接口芯片SP3232EEY的RS-232和EEPROM双线串行U3芯片AT24C512N-10SI-2.7构成；所述隔离驱动电路，是由隔离脉冲式变压器、三极管、二极管、电阻、电容构成；所述三极管是由三极管NPN1和三极管NPN2组成，分别由12V电源电压为其供电；所述隔离脉冲式变压器原边采用推挽式电路结构，副边是两个对称的线圈；三极管NPN1与三极管NPN2成对称连接，轮流导通。
9.一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法，其特征在于它是基于LED寿命机理模型的专家规则算法的大功率LED路灯照明功率智能控制方法，包括LED阵列温度预测模单元和LED寿命机理模型的专家规则单元，由以下步骤构成：
①以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件、区域环境亮度信息、LED阵列温度为专家规则算法模块输入，LED阵列功率调节量为输出；
②LED阵列温度预测模型采用基于ARMA的计算法及最小二乘模型参数在线估计算法；根据定时采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度，将预测结果传递给LED寿命机理模型的专家规则单元；
③LED寿命机理模型的专家规则单元按照产品寿命，根据选用的LED光衰曲线，结合按照阿伦尼斯加速寿命模型计算出LED安全工作温度，并以此为基准计算出LED的安全工作温度范围，作为判定LED阵列预测温度处于哪个范围；当预测温度大于安全温度10度以上时为高温，当预测温度低于安全温度10度以上时为低温，当预测温度位于安全温度上下10度范围内时为适中温度；
④LED寿命机理模型的专家规则单元在保证LED安全工作的前提下，若环境温度升高，则下调照明功率，降低发热；若气象条件有利于散热，则为保证照明需求，可以适当提高照明功率；在保证照明需求条件下，环境自然亮度高则可以减少照明功率，环境自然亮度低则可以增加照明功率；由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限。
10.根据权利要求9所述一种大功率LED路灯照明功率智能调节方法，其特征在于所述步骤①中的气象条件包括雨雪情况和风速信息；所述步骤②中LED阵列温度预测模型以1分钟为采样时间。
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