CN205029936U - 一种可调控的led照明*** - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种可调控的LED照明***，包括智能控制模块、红外检测模块、光照检测模块、电源驱动模块、LED负载、显示模块以及数据存储模块；所述电源驱动模块是智能数字化LED驱动电源，由主电路和控制电路组成，主电路由EMI(电磁干扰)滤波电路、整流滤波电路、PFC(功率因素校正)电路、反激式功率变换电路组成。控制电路由电流检测电路、结温检测电路、保护电路组成，控制电路连接到智能控制模块；该LED照明***是工作稳定、结构相对简单可靠，能够根据声音自动开启关闭、自动检测空间人员和检测环境的光照强度，并且能够对电源实现数字化控制，有效降低了输出电流的纹波，实现了大功率LED结温的智能控制。

Description

一种可调控的LED照明***
技术领域
本发明涉及一种照明***，尤其是一种可调控的LED照明***。
背景技术
自20世纪60年代世界第一个半导体二极管诞生以来，LED照明由于具有寿命长、节能、色彩丰富、安全、环保的特性，被誉为人类照明的第三次革命。节能环保是LED最大的特点，LED不含任何有毒物质，是完全绿色环保无污染的安全灯具。照明节能将产生两方面益处：节约能源和减少二氧化碳气体的排放，这在我国具有非常重要的现实意义。据测算，中国照明用电约占用电总量的12％，如果把使用的白炽灯全部替换为LED灯，每年可以节约电量900亿千瓦时，相当于减少9000万吨二氧化碳的排放，节能减排潜力巨大。目前白光LED的发光效率已经达到1201m／W，是白炽灯的8倍，是荧光灯的2倍多，而且它的发光效率还会不断提升。LED替换普通照明不仅给我们带来便利，从长远来看节约资金、保护环境，为子孙后代造福。
而且随着智能化***的发展，LED照明已经实现了智能控制，对于进一步根据光照环境需要，实现可自动调节的LED照明***，如专利号为201420814043.9名为“一种公共教室LED照明智能控制***”的中国专利申请主要解决了现有的照明***照明灯具电能浪费的问题。所属的主机分别与电源、LED日光灯具、显示模块、热释红外传感器、光照检测电路、按键模块连接，具有自动化水平高，节约能源的特点。这些智能控制***一定程度上解决了LED照明节能的问题，以及LED照明***本身的散热、效率的问题，然而大功率LED在使用中主要存在结温问题，当电流小于额定电流时，LED的光通量与电流成正比；当工作在额定电流条件下，光通量最大，之后随着电流增加，光通量趋于饱和。但是如果LED一直工作在额定功率下，经过一段时间以后，LED结温会升高，特别是单颗功率1W以上的大功率LED，结温上升会很明显。较高的结温会影响LED的发光效率、光色和LED寿命等。现有的LED驱动电源广泛采用模拟的恒流或者恒压的集成电源芯片，如UC3842、TL494等来实现输出。模拟开关电源已经发展了很多年，控制技术已经比较成熟。它有很多缺点，搭建电路所需的元件多，分散性大；电路一旦成型就难以修改，控制不灵活，不能实现复杂的控制算法。
发明内容
本发明的目的是，克服现有技术方法的不足，提供一种工作稳定、结构相对简单可靠，能够根据声音自动开启关闭、自动检测空间人员和检测环境的光照强度，并且能够对电源实现数字化控制，有效降低了输出电流的纹波，实现了大功率LED结温的智能控制的LED照明***。
为实现上述发明目的，提出了如下技术方案：
一种可调控的LED控制***，包括智能控制模块、红外检测模块、光照检测模块、电源驱动模块、LED负载、显示模块以及数据存储模块；所述红外检测模块检测人体红外射线并统计空间人数，并将获得的空间人数信号传输到智能控制模块；所述光照检测模块对环境的光照亮度进行检测，检测到的光照亮度信号经过A/D转换后传输到智能控制模块；所述智能控制模块对空间人数信号、光照亮度信号进行处理，之后发出一个控制信号，所述控制信号传送到电源驱动模块，调节LED负载电流。
所述电源驱动模块是智能数字化LED驱动电源，由主电路和控制电路组成，主电路由EMI(电磁干扰)滤波电路、整流滤波电路、PFC(功率因素校正)电路、反激式功率变换电路组成。控制电路由电流检测电路、结温检测电路、保护电路组成；控制电路连接到智能控制模块，智能控制模块可是单片机、计算机。智能数字化LED驱动电源，对电源实现了数字化控制，有效降低了输出电流的纹波，实现了大功率LED结温的智能控制。
反激式功率变换电路的工作过程是当开关管导通时，正向电压加在变压器的原边绕组上，副边二极管因为受到反向电压而截止，副边绕组没有电流流过，能量储存在变压器励磁电感中，没有能量传送给负载。当晶体管截止时，原边绕组产生一反向电势，边绕组上的电压极性也反向，副边二极管正向导通，变压器励磁电感释放能量，滤波电路和负载有电流流过。当晶体管再次截止时，滤波电路继续给负载提供能量。
驱动电源工作时产生电磁干扰，为了防止电磁干扰通过电路注入电网、污染电网，同时也为了防止电网中的电磁干扰进入电源，采用EMI(电磁干扰)滤波电路。
为了提高电源的功率因数，达到功率的设定目标，在电源主电路中加入了功率因数校正(PFC)电路。
开关管在关断时，变压器原边漏感会和开关管的寄生电容形成串联谐振，在开关管的漏、源两端产生电压尖峰，这个电压尖峰足以将开关管击穿。为了抑制电压尖峰，必须采用箝位电路。智能数字化LED驱动电源中采用RCD箝位电路，结构简单、成本低。
控制电路的工作过程是：智能控制模块根据霍尔电流传感器的输出电压值、空间人数信号以及光照亮度信号，利用单神经元自适应PID控制算法，计算出相应的控制信号，根据此控制信号计算出PWM波的占空比，并产生相应占空比的PWM波，PWM波控制MOS管的通断，在变压器副边得到频率为50KHz的方波，经过滤波电路的平滑，在输出端得到恒定电流；结温检测电路检测大功率LED的结温，将温度值送给智能控制模块，当温度超过设定值时，减小电路的输出电流。过压、过流、过载等保护电路提高了电源的稳定性。
本实用新型的有益效果：
本实用新型的LED照明***针对大功率LED的结温问题和现有LED模拟恒流驱动电源的输出电流纹波大的问题，设计了一种LED智能数字化驱动电源，使驱动电源具有很好的可控性和很大的扩展空间，并且容易升级；该数字化驱动电源能够降低恒流源的输出电流纹波系数，从而提高LED驱动电源的品质，减少大功率LED的功耗，提升LED光源的性能。
附图说明
图1LED控制电路结构框图；
图2数字化驱动电源结构图；
图3EMI滤波电路结构图；
图4共模干扰等效电路图；
图5差模干扰等效电路图；
图6填谷式无源PFC电路拓扑结构图；
图7RCD箝位电路结构图；
图8RCD箝位电路工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的LED照明***作进一步地详尽说明：
如图1所示，一种可调控的LED控制***，包括智能控制模块、红外检测模块、光照检测模块、电源驱动模块、LED负载、显示模块以及数据存储模块；所述红外检测模块检测人体红外射线并统计空间人数，并将获得的空间人数信号传输到智能控制模块；所述光照检测模块对环境的光照亮度进行检测，检测到的光照亮度信号经过A/D转换后传输到智能控制模块；所述智能控制模块对空间人数信号、光照亮度信号进行处理，之后发出一个控制信号，所述控制信号传送到电源驱动模块，调节LED负载电流。
又如图2所示，电源驱动模块是智能数字化LED驱动电源，由主电路和控制电路组成，主电路由EMI(电磁干扰)滤波电路、整流滤波电路、PFC(功率因素校正)电路、反激式功率变换电路组成。控制电路由电流检测电路、结温检测电路、保护电路组成；控制电路连接到智能控制模块，智能控制模块可是单片机、计算机。智能数字化LED驱动电源，对电源实现了数字化控制，有效降低了输出电流的纹波，实现了大功率LED结温的智能控制。
如图3、4和5所示，智能数字化LED驱动电源中采用了无源EMI滤波电路，包括共模干扰等效电路和差模干扰等效电路，其中电容Cl、C2抑制差模干扰；C3、C4容量相等，主要作用是抑制共模干扰，也起到抑制差模干扰的作用；共模扼流电感Lc的作用是抑制共模干扰，两组Lc之间由于绕制不对称，存在漏感Ls，Ls可以抑制差模干扰。LD主要抑制差模干扰，对共模干扰也有抑制作用。无源EMI滤波电路的实质是低通滤波器，利用串联电感、并联电容，滤除高频噪声，使低频信号能无衰减的通过，成本低，所需空间小。
如图6所示，PFC(功率因素校正)电路是填谷式无源PFC电路，其工作过程是基于降低输出直流电压，在每一个半周期内，将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，整流二极管的导通角就可以增大(增加至大约120o左右)，电源电压过零的死区时间则缩短，其电流波形趋于连续，包络线趋于正弦波，这样交流输入电流追逐电源电压瞬时变化轨迹，可将电路的功率因素提高到0.9以上，电源总谐波失真度THD降低到35％以下。
如图7、8所示，反激式功率变换电路包括变压器、开关管以及箝位电路，所述箝位电路是损耗型无源箝位电路；箝位电路由电阻R、电容C、二极管D组成。RCD箝位电路的工作原理是：当开关管S导通时，能量储存在原边电感中，开关管S截止时，储存在励磁电感Lm中的能量传递到副边电感，但是漏感Ls中的能量无法传递至副边，RCD箝位电路的作用就是消耗掉这些能量。开关管S刚截止时，原边电流给S的寄生电容Cs充电，副边二极管D2仍然处于截止状态。当Cs两端电压上升到Vi时，副边二极管D2导通，副边绕组有电流流过，此时原边电压VOR是副边绕组电压反射到原边的电压，原边漏感瞬间给寄生电容Cs和箝位电容C1充电，当漏感中的能量完全释放以后，筘位电容C1充电结束。之后电容C1与电阻R组成回路，C1释放掉储存的能量，此时二极管D1和开关管S处于截止状态。开关管导通以后，C1继续通过电阻R放电，二极管D1、D2都截止。
反激式功率变换电路是直流斩波电路，将一个直流电压变换为另一个电压值的直流电压。直流斩波电路有两种工作模式：脉宽调制方式(PWM)和脉冲频率调制方式(PFM)。PWM模式较为通用，PFM模式容易产生干扰。本智能数字化LED驱动电源中采用PWM模式。

Claims (7)

1.一种可调控的LED照明***，包括智能控制模块、红外检测模块、光照检测模块、电源驱动模块、LED负载、显示模块以及数据存储模块；所述红外检测模块检测人体红外射线并统计空间人数，并将获得的空间人数信号传输到智能控制模块；所述光照检测模块对环境的光照亮度进行检测，检测到的光照亮度信号经过A/D转换后传输到智能控制模块；所述智能控制模块对空间人数信号、光照亮度信号进行处理，之后发出一个控制信号，所述控制信号传送到电源驱动模块，调节LED负载电流。
2.根据权利要求1所述的可调控的LED照明***，其特征在于，所述电源驱动模块是智能数字化LED驱动电源，由主电路和控制电路组成，主电路由EMI滤波电路、整流滤波电路、PFC电路、反激式功率变换电路组成，控制电路由电流检测电路、结温检测电路、保护电路组成，控制电路连接到智能控制模块；
所述主电路中电流依次通过EMI滤波电路、整流电路、PFC电路、反激式功率变换电路以及滤波电路，传输到LED负载；
所述控制电路中智能控制模块根据霍尔电流传感器的输出电压值、空间人数信号以及光照亮度信号，利用单神经元自适应PID控制算法，计算出相应的控制信号，根据此控制信号计算出PWM波的占空比，并产生相应占空比的PWM波，PWM波控制MOS管的通断，在变压器副边得到频率为50KHz的方波，经过滤波电路的平滑，在输出端得到恒定电流；结温检测电路检测大功率LED的结温，将温度值送给智能控制模块，当温度超过设定值时，减小电路的输出电流。
3.根据权利要求2所述的可调控的LED照明***，其特征在于，所述EMI滤波电路是包括共模干扰等效电路和差模干扰等效电路的无源EMI滤波电路。
4.根据权利要求2所述的可调控的LED照明***，其特征在于，PFC电路是填谷式无源PFC电路。
5.根据权利要求2所述的可调控的LED照明***，其特征在于，反激式功率变换电路包括变压器、开关管以及箝位电路，所述箝位电路是损耗型无源箝位电路。
6.根据权利要求2所述的可调控的LED照明***，其特征在于，反激式功率变换电路是将一个直流电压变换为另一个电压值的直流电压的直流斩波电路；反激式功率变换电路采用PWM模式。
7.根据权利要求1或2所述的可调控的LED照明***，其特征在于，所述智能控制模块是单片机或者计算机。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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