專利名稱：一種led路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電源領域，尤其是一種LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置。適用于 城市道路和隧道等場合的照明。
背景技術：
大功率LED路燈與常規(guī)高壓鈉燈路燈相比，具有高效、安全、節(jié)能、環(huán)保、壽命長、 響應速度快、顯色指數(shù)高等獨特的優(yōu)點，可廣泛應用于城市道路和隧道等場合的照明。
目前，LED照明技術日趨成熟，大功率LED光源功效已達1001m/W左右，從而使得 城市路燈、隧道照明節(jié)能改造成為可能。LED路燈，特別是大功率LED路燈，正以迅猛的速度 沖擊傳統(tǒng)路燈市場。 LED路燈在省電方面比傳統(tǒng)路燈已經有了很大的改觀，但是LED的功耗和壽命還 是取決于LED點亮的時間以及光照亮度。目前，LED路燈普遍采用簡單的恒流控制方式， 不能根據(jù)需要進行照明亮度控制，尤其是在深夜無行人與車輛稀少的情況下，路燈還按正 常亮度在照明，既浪費電能，也影響路燈壽命；而在隧道路燈照明中，有沒有車經過，亮度照 常，引起極大的浪費。 針對以上問題，已有對LED燈進行調光的技術， 一般采用單燈調節(jié)辦法每個LED 路燈，采用可控恒流控制方式，控制信號采用單獨拉控制線方式，也有采用無線傳輸控制模 式，還有一種是采用電力線復用傳輸控制信號方式。這些方式，雖然可以達到調光節(jié)能的 目的，但存在以下問題LED驅動器控制復雜，可靠性降低，成本高，而采用單獨拉控制線形 式，增加布線成本和增加老系統(tǒng)節(jié)能改造難度。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是針對以上問題，提供一種LED路燈能量變換和節(jié)能 控制的裝置，該裝置能夠根據(jù)路面情況或控制系統(tǒng)的指令，調節(jié)LED路燈的亮度，從而增加 LED路燈的使用壽命并且節(jié)約能量。 本發(fā)明所采用的技術方案是LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，具有能感知 外部環(huán)境或狀況的上位機或檢測控制系統(tǒng)，其特征在于所述上位機或檢測控制系統(tǒng)經通 信接口與電力側直流變換裝置相連接，電力側直流變換裝置將電力側的AC交流電源轉換 為可變化的直流電壓，該直流電壓經電纜傳輸給遠端的LED恒流變換器，LED恒流變換器將 傳輸來的可變化的直流電能轉換為LED路燈群所需要的直流恒流源。 所述上位機或檢測控制系統(tǒng)中的上位機裝有定時控制程序，而檢測控制系統(tǒng)包括 光感傳感器或運動圖像傳感器。 所述電力側直流變換裝置為AC/DC變換器，它由高功率因數(shù)整流電路、LLC諧振 變換電路、通信接口芯片仏、單片機U3、D/A轉換器Up運算放大器U5A和壓控振蕩器U5以及 隔離驅動電路組成；電力側的交流輸入電壓經高功率因數(shù)整流電路升壓為直流高壓，再經 LLC諧振變換電路得到隔離的所需要直流電壓；與此同時，從上位機或檢測控制系統(tǒng)傳來的控制命令，經通信接口芯片U2傳輸給單片機U3，單片機控制D/A轉換器U4的模擬輸出，該模擬信號再經運算放大器U5A和壓控振蕩器U5得到方波輸出信號，經分頻器U6B分頻后傳輸給隔離驅動電路，隔離驅動電路通過驅動LLC諧振變換電路中的功率器件，使LLC諧振變換電路的輸出電壓隨控制信號頻率的不同而變化。 所述LED恒流變換器為DC/DC變換器，它由輸入電壓比例放大器、電流采樣放大和反饋控制電路、P麗控制芯片IQ、功率MOSFET管Q工和恒流變換器輸出電壓反饋控制電路組成；所述輸入電壓比例放大器依據(jù)從電纜傳輸過來的輸入電壓的不同，輸出與輸入電壓成比例的信號，該信號作為電流反饋控制的基準輸入到電流采樣放大和反饋控制電路，電流采樣放大和反饋控制電路所產生的可依據(jù)輸入電壓變動的控制信號再傳輸給P麗控制芯片IQ，從而控制功率MOSFET管(^的開關占空比，使得LED路燈群得到所需的恒定電流；當輸出電壓超過最大設定值，則經恒流變換器輸出電壓反饋控制電路來控制芯片的P麗信號。 所述電力側直流變換裝置中間的母線上可以按需要掛接蓄電池組；且電力側直流變換裝置可以采用"N+M"模塊冗余并聯(lián)形式。 本發(fā)明的有益效果是本裝置能夠根據(jù)路面情況或控制系統(tǒng)的指令，完成對LED路燈照度的控制，能夠增加LED路燈的使用壽命并且節(jié)約能量；本發(fā)明還可以應用于交通隧道的照明，當有車通過時，檢測裝置發(fā)出亮度增強信號，隧道里的LED燈光變亮，當沒有車輛經過時，亮度變暗或都關閉，從而達到節(jié)能和延長LED燈使用壽命的目的；本發(fā)明通過高壓電力線，既傳遞能量，又傳遞照度控制信號，系統(tǒng)成本低，使用方便，節(jié)能效果明顯。


圖1是本發(fā)明的電路框圖。 圖2是圖1中電力側直流變換裝置的電路框圖。
圖3是本發(fā)明電力側直流變換裝置的電原理圖。
圖4是本發(fā)明LED恒流變換器的電原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本實施例具有能感知外部環(huán)境或狀況的上位機或檢測控制系統(tǒng)1，所述檢測控制系統(tǒng)可包括光感傳感器或運動圖像傳感器等感知外部環(huán)境的檢測裝置。上位機或檢測控制系統(tǒng)1可具有定時控制程序，或具有光感傳感器、運動圖像傳感器等智能檢測設備，將檢測到的信息，按既定程序，給出相應的照度控制信號，經通信接口 1-1傳給電力側直流變換裝置2。電力側直流變換裝置用于將電力側的AC交流電源轉換為可變化(0-400V)的直流電壓。該直流電壓經電纜3傳輸給遠端的LED恒流變換器4。 LED路燈恒流變換器將傳輸來的可變化的直流電能轉換為LED路燈群5所需要的直流恒流源。
如圖2、圖3所示，所述電力側直流變換裝置2為AC/DC變換器，它由高功率因數(shù)整流電路、LLC諧振變換電路、通信接口芯片仏、單片機U3、D/A轉換器^、運算放大器U5A和壓控振蕩器Us以及隔離驅動電路組成。其中高功率因數(shù)整流電路具有PFC控制芯片UJ型號UC3854,也可以采用其它PFC專用芯片實現(xiàn))和全橋整流器BR"電感k、功率管Q工和電容CpCy該模塊具有PFC功率因數(shù)校正功能，使得交流側電流波形接近電源電壓波形，功率
4因數(shù)達0.99以上。電力側的交流輸入電壓經高功率因數(shù)整流電路升壓后，變?yōu)榧s400V左 右的直流高壓。該直流高壓再經由功率管Q2 95、變壓器1\、電感L2、電容Q、二極管D3 D6和電容C4組成的LLC諧振變換電路，即得到隔離的所需直流電壓。與此同時，從上位機 或檢測控制系統(tǒng)1傳來的控制命令，經通信接口芯片U2傳輸給單片機U3 (89C51)，單片機控 制D/A轉換器^(TLV5618)的模擬輸出，U4的腳4按指令給出輸出電壓參考電壓，該電壓 與輸出電壓的反饋信號，經電阻R15、 R16、 R17、 R18、電容C1Q及運算放大器U5A(LM358)組成的 PID反饋調節(jié)，由U5A(LM358)的腳1傳至U5(CD4046)壓控振蕩器，U5的腳4為振蕩器方波 輸出信號，經分頻器U6B (CD4013)分頻，傳輸給隔離驅動電路，由隔離驅動電路驅動LLC諧 振變換電路的功率器件Q2 Q5，從而使得LLC諧振變換電路的輸出電壓能隨著控制信號頻 率的不同而在0-400V之間變化當需要最亮度照明時，輸出電壓為最高電壓400V，當需要 為半照度時，電壓降低至某個中間值，如200V，當需要全部關閉時，電壓降到某個更低的值， 如100V以下。為便于擴展和增加冗余功能，此變換裝置按LED路燈群功率所需，可以配置 成"N+M"冗余形式，其中N個模塊為符合LED路燈群額定功率所需模塊，M個模塊則作為冗 余配置當少于M個模塊出現(xiàn)故障時，整個系統(tǒng)可以正常輸出所需功率，不影響照明。為滿 足隧道等對照明要求不能斷續(xù)的場合使用，電力側直流變換裝置2具有掛接蓄電池組的功 能在市電正常時，由市電對電池組充電，當市電掉電時，由蓄電池組繼續(xù)轉換提供能量，以 達到不停電供給LED燈電能、不間斷照明的效果。 如圖4所示，所述LED恒流變換器4為DC/DC變換器，它包括了 由電阻RU_R15和運 算放大器IC2—A組成的輸入電壓比例放大器；由運算放大器IC2—C(LM324)及IC2—D、電阻R24—27 及電阻1 16-18組成的電流采樣放大和反饋控制電路；P麗控制芯片IQ(UC3844);功率MOSFET 管和由電阻R19—23、運算放大器IC2—B及二極管D3構成的恒流變換器輸出電壓反饋控制 電路。所述輸入電壓比例放大器依據(jù)從電纜3傳輸過來的輸入電壓的不同，其運算放大器 IC2—A的腳1輸出與輸入電壓成比例的信號，該信號作為電流反饋控制的基準經IC2—e的腳10 輸入到電流采樣放大和反饋控制電路，電流采樣放大和反饋控制電路所產生的可依據(jù)輸入 電壓變動的控制信號再經D9傳輸給P麗控制芯片的腳1， 的腳6依據(jù)腳1的電平， 控制功率MOSFET管的開關占空比，從而使得LED路燈群5得到所需的恒定電流，并且， 該電流可以依據(jù)輸入電壓的變動而變動，使LED路燈實現(xiàn)調光功能。當輸出的電壓超過最 大設定值，則經恒流變換器輸出電壓反饋控制電路經D3來控制芯片的P麗信號，使電壓 穩(wěn)定在最大值，以免產生高壓損壞元件。 本發(fā)明中，電力側直流變換裝置2的高壓直流電壓是經兩芯電力電纜3傳輸給遠 端LED恒流變換器4的，因為額定工作電壓的提高，傳輸同等功率的電能所需的電纜截面積 可以減小，所需截面積與電壓的平方成反比如采用400V直流電壓傳輸，與采用單相220V 交流電壓傳輸相比，其截面積可以降低為220V系統(tǒng)的(220/400)2 = 0. 3倍，從而可以節(jié)約 電纜投資。
權利要求
一種LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，具有能感知外部環(huán)境或狀況的上位機或檢測控制系統(tǒng)(1)，其特征在于所述上位機或檢測控制系統(tǒng)(1)經通信接口(1-1)與電力側直流變換裝置(2)相連接，電力側直流變換裝置將電力側的AC交流電源轉換為可變化的直流電壓，該直流電壓經電纜(3)傳輸給遠端的LED恒流變換器(4)，LED恒流變換器將傳輸來的可變化的直流電能轉換為LED路燈群(5)所需要的直流恒流源。
2. 根據(jù)權利要求1所述的LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，其特征在于所述上位機或檢測控制系統(tǒng)(1)中的上位機裝有定時控制程序，而檢測控制系統(tǒng)包括光感傳感器或運動圖像傳感器。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，其特征在于所述電力側直流變換裝置(2)為AC/DC變換器，它由高功率因數(shù)整流電路、LLC諧振變換電路、通信接口芯片仏、單片機U3、D/A轉換器^、運算放大器U5A和壓控振蕩器U5以及隔離驅動電路組成；電力側的交流輸入電壓經高功率因數(shù)整流電路升壓為直流高壓，再經LLC諧振變換電路得到隔離的所需直流電壓；與此同時，從上位機或檢測控制系統(tǒng)(1)傳來的控制命令，經通信接口芯片U2傳輸給單片機U3，單片機控制D/A轉換器U4的模擬輸出，該模擬信號再經運算放大器U5A和壓控振蕩器U5得到方波輸出信號，經分頻器U6B分頻后傳輸給隔離驅動電路，隔離驅動電路通過驅動LLC諧振變換電路中的功率器件，使LLC諧振變換電路的輸出電壓隨控制信號頻率的不同而變化。
4. 根據(jù)權利要求1或2所述的LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，其特征在于所述LED恒流變換器(4)為DC/DC變換器，它由輸入電壓比例放大器、電流采樣放大和反饋控制電路、P麗控制芯片IQ、功率M0SFET管Q工和恒流變換器輸出電壓反饋控制電路組成；所述輸入電壓比例放大器依據(jù)從電纜(3)傳輸過來的輸入電壓的不同，輸出與輸入電壓成比例的信號，該信號作為電流反饋控制的基準輸入到電流采樣放大和反饋控制電路，電流采樣放大和反饋控制電路所產生的可依據(jù)輸入電壓變動的控制信號再傳輸給P麗控制芯片I&，從而控制功率MOSFET管(^的開關占空比，使得LED路燈群(5)得到所需的恒定電流；當輸出電壓超過最大設定值，則經恒流變換器輸出電壓反饋控制電路來控制芯片IQ的P麗信號。
5. 根據(jù)權利要求3所述的LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，其特征在于在所述電力側直流變換裝置(2)中間的母線上掛接蓄電池組。
6. 根據(jù)權利要求3所述的LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，其特征在于所述電力側直流變換裝置(2)采用"N+M"模塊冗余并聯(lián)形式。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置。本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種能夠根據(jù)路面情況或控制系統(tǒng)的指令，調節(jié)LED路燈的亮度，從而增加LED路燈的使用壽命并且節(jié)約能量的裝置。解決該問題的技術方案是LED路燈能量變換和節(jié)能控制的裝置，具有能感知外部環(huán)境或狀況的上位機或檢測控制系統(tǒng)，其特征在于所述上位機或檢測控制系統(tǒng)經通信接口與電力側直流變換裝置相連接，電力側直流變換裝置將電力側的AC交流電源轉換為可變化的直流電壓，該直流電壓經電纜傳輸給遠端的LED恒流變換器，LED恒流變換器將傳輸來的可變化的直流電能轉換為LED路燈群所需要的直流恒流源。本發(fā)明可用于城市道路和隧道等場合的照明。
文檔編號H05B37/02GK101778514SQ20101012483
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權日2010年2月9日
發(fā)明者傅鋒鋒, 周永忠, 房根發(fā), 邵勇, 陳曉陽, 顧漢霆 申請人:浙江金基電子技術有限公司;杭州中信網(wǎng)絡自動化有限公司