一種自動調(diào)光led節(jié)能交通信號燈的制作方法
【專利摘要】一種自動調(diào)光LED節(jié)能交通信號燈，包括輸入保護[1]、整流單元[2]、交流直驅(qū)控制器[3]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5]、能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]。交流直驅(qū)控制器根據(jù)整流后的脈動電壓的瞬時值的大小，驅(qū)動不同組的LED發(fā)光。調(diào)光控制單元根據(jù)光敏傳感器[4]的信號，進行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號提供給交流直驅(qū)控制器，由交流直驅(qū)控制器控制LED發(fā)光單元的亮度變化。能量緩沖單元用于平滑LED的亮度，降低LED的閃爍度。其優(yōu)點是不需要大容量的濾波電容，外部元件少，功率因數(shù)和效率高，具有能量緩沖單元，克服了交流直驅(qū)LED的閃爍現(xiàn)象，且調(diào)光性能好，有利于節(jié)能。
【專利說明】
-種自動調(diào)光LED節(jié)能交通信號燈
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種交通信號燈，特別是一種自動調(diào)光Lm)節(jié)能交通信號燈，屬于道路 交通照明節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] LED(發(fā)光二極管)是一種新型光源，具有耗電小、亮度高、體積小、重量輕、壽命長 等優(yōu)點。用Lm)作為光源的交通信號燈具有可見度好、節(jié)能省電、反應快等優(yōu)點，逐步取代白 識燈、低壓面鶴燈制作道路交通信號燈。
[0003] L抓在交通信號燈方面的應用，其發(fā)展非常迅速，由于LED本身所具備的環(huán)保、節(jié) 能、長壽命等優(yōu)點，LED在交通領(lǐng)域的應用依然有非常大的空間。但目前大功率Lm)的應用， 需要解決散熱和成本問題，提高效率是降低發(fā)熱的有效途徑。由于目前使用交流市電的LED 信號燈通常需要整流濾波，而濾波需要較大容量的電容器，體積大，壽命短，并且整流濾波 所形成的脈沖電流諧波含量大，降低了燈具的功率因數(shù)和效率，影響了 LED信號燈的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種交流直接驅(qū)動的自動調(diào)光的LED節(jié)能交通信號燈，不 需要濾波電容，在滿足交通燈發(fā)光亮度的前提下，提高效率與功率因數(shù)，降低裝置的發(fā)熱量 和體積，能根據(jù)環(huán)境光亮度自動調(diào)節(jié)L邸燈的發(fā)光強度，并且易于生產(chǎn)制造。
[0005] 本發(fā)明是運樣實現(xiàn)的：一種自動調(diào)光Lm)節(jié)能交通信號燈，包括:輸入保護[1]、整 流單元[2]、交流直驅(qū)控制器[3 ]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5 ]、能量緩沖單元[6]、LED 發(fā)光單元[7];其中： 輸入保護[1]:為Lm)節(jié)能交通信號燈提供過電流或短路保護及吸收浪涌電壓，與整流 單元[2]構(gòu)成電氣連接； 整流單元[2]:將交流輸入電壓進行全波整流，為交流直驅(qū)控制器及Lm)提供單向脈動 電壓，與整流單元[2]及交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接； 交流直驅(qū)控制器[3]:根據(jù)整流后的脈動電壓的瞬時值的大小，驅(qū)動不同組的Lm)發(fā)光， 與整流單元[2]、調(diào)光控制單元[引及能量緩沖單元[6]、L邸發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接； 光敏傳感器[4]:用于感受環(huán)境光照度，與調(diào)光控制單元[引構(gòu)成電氣連接； 調(diào)光控制單元[5]:根據(jù)光敏傳感器[4]的信號，進行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號提 供給交流直驅(qū)控制器[3]，由交流直驅(qū)控制器[3]控制Lm)發(fā)光單元[7 ]的亮度變化，與交流 直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接； 能量緩沖單元[6]:緩沖Lm)的電流變化，平滑Lm)的亮度，與交流直驅(qū)控制器[3]及LED 發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接； L抓發(fā)光單元[7]:由若干只L抓發(fā)光器件構(gòu)成，對L抓進行分組控制，每組L邸發(fā)光功率 的大小受交流直驅(qū)控制器[3]控制，與交流直驅(qū)控制器[3]及能量緩沖單元[6]構(gòu)成電氣連 接。
[0006] 所述的Lm)發(fā)光單元由m組Lm)發(fā)光器件構(gòu)成，m為正整數(shù)，每組Lm)含有并聯(lián)的n條 支路，n為正整數(shù)，每條支路有k只Lm)發(fā)光二極管串聯(lián)組成Lm)燈串，k為正整數(shù)，每組Lm)由 交流直驅(qū)控制器[3]按輸入電壓瞬時值的大小及調(diào)光控制信號Wpwm的方式驅(qū)動發(fā)光。
[0007] 本發(fā)明是按照上述構(gòu)思使用上述部件組合而成，其工作原理是：輸入的交流電壓 經(jīng)輸入保護后進行全波整流，整流后的脈動電壓向交流直驅(qū)控制器供電，由交流直驅(qū)控制 器精確控制各Lm)燈串的電流，調(diào)光控制單元根據(jù)光敏傳感器的信號的變化向交流直驅(qū)控 制器輸出隨環(huán)境照度變化的控制電壓，通過交流直驅(qū)控制器實現(xiàn)Lm)的調(diào)光。能量緩沖單元 的作用是將Lm)高亮度時的能量吸收一部分，等待交流直驅(qū)控制器內(nèi)部驅(qū)動MOS管關(guān)斷時釋 放所吸收的能量，從而平滑L邸發(fā)光器件瞬時的亮度，降低L邸的閃爍度。
[0008] 本發(fā)明的優(yōu)點及效果： (1)使用交流直驅(qū)控制器，不需要大容量的濾波電容，且外部元件少，因而成本低、可靠 性高。
[0009] (2)利用集成電路的交流直驅(qū)控制器來精確控制各燈串的電流，讓總電流接近正 弦波形，可提高功率因數(shù)和效率，發(fā)熱量小，性能好。
[0010] (3)具有能量緩沖單元，克服了交流直驅(qū)L邸的閃爍現(xiàn)象。
[0011] (4)具有良好的調(diào)光性能，有利于節(jié)能。
【附圖說明】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0013] 圖1是本發(fā)明的電路原理方框圖。
[0014] 圖2是實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0015] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明作進一步的詳細說明，此處所描述的具體實施例僅僅用W解釋本發(fā)明，并不用于限 定本發(fā)明。
[0016] 請參看圖1，一種自動調(diào)光Lm)節(jié)能交通信號燈，包括:輸入保護[1]、整流單元[2]、 交流直驅(qū)控制器[3]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5]、能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元 [7]。其中：輸入保護[1]為Lm)節(jié)能交通信號燈提供過電流或短路保護及吸收浪涌電壓，與 整流單元[2]構(gòu)成電氣連接;整流單元[2]將交流輸入電壓進行全波整流，為交流直驅(qū)控制 器及L邸提供單向脈動電壓，與整流單元[2]及交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接;交流直驅(qū) 控制器[3]根據(jù)整流后的脈動電壓的瞬時值的大小，驅(qū)動不同組的LED發(fā)光，與整流單元
[2]、調(diào)光控制單元[引及能量緩沖單元[6]、L邸發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接;光敏傳感器[4] 用于感受環(huán)境光照度，與調(diào)光控制單元[5]構(gòu)成電氣連接;調(diào)光控制單元[5]根據(jù)光敏傳感 器[4]的信號，進行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號提供給交流直驅(qū)控制器[3]，由交流直驅(qū) 控制器[3]控制Lm)發(fā)光單元[7]的亮度變化，與交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接;能量緩 沖單元[6]能緩沖Lm)的電流變化，平滑Lm)的亮度，與交流直驅(qū)控制器[3]及Lm)發(fā)光單元 [7]構(gòu)成電氣連接;L抓發(fā)光單元[7]由若干只L抓發(fā)光器件構(gòu)成，對L抓進行分組控制，每組 L邸發(fā)光功率的大小受交流直驅(qū)控制器[3]控制，與交流直驅(qū)控制器[3]及能量緩沖單元[6] 構(gòu)成電氣連接。
[0017] L抓發(fā)光單元由m組L抓發(fā)光器件構(gòu)成，m為正整數(shù)，每組L抓含有并聯(lián)的n條支路，n 為正整數(shù)，每條支路有k只Lm)發(fā)光二極管串聯(lián)組成Lm)燈串，k為正整數(shù)，每組L抓由交流直 驅(qū)控制器按輸入電壓瞬時值的大小及調(diào)光控制信號Wpwm的方式驅(qū)動發(fā)光。
[0018] 請進一步參看圖2,輸入保護由保險絲Fl和壓敏電阻RVl組成;整流單元由整流橋 BGl擔任;交流直驅(qū)控制器由集成電路UU型號為FL77944)、電容Cl及電阻Rl、R2組成;光敏 傳感器由光敏電阻R3擔任；調(diào)光控制單元由集成電路U2(型號為LM258)、電阻R3~R5、可調(diào) 電阻RWl、電容C2、齊納二極管Dl組成;能量緩沖單元有4組，第1組能量緩沖單元包括二極管 Dl 1、電容Cll、電阻Rl 1，第2組能量緩沖單元包括二極管D21、電容C21、電阻R21，第3組能量 緩沖單元包括二極管D31、電容C31、電阻R31，第4組能量緩沖單元包括二極管D41、電容C41、 電阻R41;Lm)發(fā)光單元由4組L邸發(fā)光器件構(gòu)成，每組Lm)含有并聯(lián)的n條支路，n為正整數(shù)，在 本實施例中，第1組Lm)的支路數(shù)n = 4，第2組L邸的支路數(shù)n = 3，第3組L邸的支路數(shù)n = 3，第4 組Lm)的支路數(shù)n = 2,每條支路有k只Lm)發(fā)光二極管串聯(lián)組成Lm)燈串，k為正整數(shù)。第1組 L抓由L抓燈串L抓11~L抓14組成，第2組L抓由L抓燈串L邸21~L抓23組成，第3組LED由LED 燈串LED31~LED33組成，第4組L邸由L邸燈串LED41~LED42組成。
[0019] 每組L邸的發(fā)光功率取決于通過該組各Lm)燈串的電流，其大小受交流直驅(qū)控制器 Ul控制并與各組能量緩沖單元的參數(shù)有關(guān)，由Ul第10引腳外接的電阻R2設(shè)定允許的最大電 流值，由Ul第11引腳的電壓調(diào)節(jié)LED的電流大小。
[0020] 第1組LED各燈串化抓11~LEDl 4)相并聯(lián)，即每個燈串的陽極連接在一起，每個燈 串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各L邸燈串再與第1組能量緩沖單元的電容C11、電阻Rll并聯(lián)， 燈串陽極及電容Cll的正極與第1組能量緩沖單元的二極管Dll的陰極連接，二極管Dll的陽 極與整流橋BGl的上端(正極)相連;第1組L邸各燈串的陰極及電容器Cll的負極與交流直驅(qū) 控制器Ul的LEDl引腳及第2組能量緩沖單元的二極管D21的陽極相連。
[0021] 第2組L抓各燈串化抓21~LED23)相并聯(lián)，即每個燈串的陽極連接在一起，每個燈 串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各L邸燈串再與第2組能量緩沖單元的電容C21、電阻R21并聯(lián)， 燈串陽極及電容C21的正極與第2組能量緩沖單元的二極管D21的陰極連接，二極管D21的陽 極與第1組Lm)各燈串的陰極及電容器Cll的負極相連;第2組L邸各燈串的陰極及電容器C21 的負極與交流直驅(qū)控制器Ul的LED2引腳及第3組能量緩沖單元的二極管D31的陽極相連。
[0022] 第3組L抓各燈串化抓31~LED33)相并聯(lián)，即每個燈串的陽極連接在一起，每個燈 串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各L邸燈串再與第3組能量緩沖單元的電容C31、電阻R31并聯(lián)， 燈串陽極及電容C31的正極與第3組能量緩沖單元的二極管D31的陰極連接，二極管D31的陽 極與第2組Lm)各燈串的陰極及電容器C21的負極相連;第3組L邸各燈串的陰極及電容器C31 的負極與交流直驅(qū)控制器Ul的LED3引腳及第4組能量緩沖單元的二極管D41的陽極相連。
[0023] 第4組L抓各燈串化抓41~LED42)相并聯(lián)，即每個燈串的陽極連接在一起，每個燈 串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各L邸燈串再與第4組能量緩沖單元的電容C41、電阻R41并聯(lián)， 燈串陽極及電容C41的正極與第4組能量緩沖單元的二極管D41的陰極連接，二極管D41的陽 極與第3組Lm)各燈串的陰極及電容器C31的負極相連;第4組L邸各燈串的陰極及電容器C41 的負極與交流直驅(qū)控制器Ul的LED4引腳相連。
[0024] 交流直驅(qū)控制器Ul的第1引腳經(jīng)串聯(lián)電阻Rl連接到整流橋BGl的上端(正極），U1的 第9、14、16引腳連到整流橋BGl的下端（負極，GND)，U1的第10引腳經(jīng)電阻R2連接到整流橋 BGl的下端(負極，GND)，U1的第15引腳(VDD)與GND之間連接電容Cl。
[0025]交流直驅(qū)控制器Ul是一款交流直接Lm)驅(qū)動器，內(nèi)部有4個集成式高壓L邸恒流源， 提供切相調(diào)光，具有較寬的調(diào)光范圍、平穩(wěn)高光控制和良好的調(diào)光器兼容性，通過高功率因 數(shù)和低THD來實現(xiàn)高效率，具有過溫保護及模擬、數(shù)字調(diào)光功能，外部采用最少數(shù)量的RC無 源元件，特別適用于高效率L邸照明系統(tǒng)。
[00%] L邸單元的電流通過電流檢測電阻R2按如下公式設(shè)置：
其中Iledi、ILED2、ILED3、ILED4分別為交流直驅(qū)控制器Ul的L抓1、LED2、L抓3、LED4引腳（即 第3、5、7、12引腳)灌電流的調(diào)節(jié)目標電流值。
[0027] 在參數(shù)設(shè)計時，根據(jù)輸入電壓的有效值W及預測的輸入功率，可按下面的公式初 步確定電流檢測電阻R2的值：
式中:Vac.rms為輸入電壓的有效值，Pin為預測的輸入功率。
[0028] 各組能量緩沖單元的作用是將Lm)高亮度時的能量吸收一部分，等待交流直驅(qū)控 制器內(nèi)部驅(qū)動MOS管關(guān)斷時釋放所吸收的能量，從而平滑Lm)發(fā)光器件瞬時的亮度，大大地 降低了LED的閃爍度。W第1組能量緩沖單元為例說明如下：當交流直驅(qū)控制器Ul的LEDl~ LED4引腳在內(nèi)部PWM信號的驅(qū)動下有其中一個導通時，就有電流通過二極管Dll對電容Cll 充電，當Cll上的電壓上升到第1組L抓各燈串化抓11~LED14)的最低發(fā)光電壓時，L抓燈串 中就開始有電流流入并開始發(fā)光，隨后一部分電流對電容Cll充電，一分部電流流入LED燈 串發(fā)光，隨著電容Cll的充電，電容Cll的電壓不斷上升，直到通過二極管Dll的電流幾乎全 部流入第1組LED燈串發(fā)光，電容Cl 1的電壓才保持不變，電容Cl 1的電壓越高，所儲存的能量 越多；當交流直驅(qū)控制器Ul的LEDl~LED4引腳全部關(guān)斷時，就沒有電流通過二極管Dll，運 時電容Cl 1開始向第1組L邸各燈串化邸11~LEDl 4 )放電，維持燈串發(fā)光，直到交流直驅(qū)控制 器Ul的LEDl~LED4引腳在下一次有其中一個導通時，才有電流通過二極管Dll對電容Cll充 電，如此循環(huán)。電阻Rll是為了給電容Cll提供放電支路，由于電阻Rll的阻值較大，流過的電 流很小，幾乎不影射Cll的正常充放電和LED燈串的發(fā)光，但當交流電源關(guān)斷時間較長時，電 阻Rll使得電容Cll上的電壓不至于維持過久。其它組能量緩沖單元的工作原理與此類似。 運樣，在能量緩沖單元的作用下，能有效避免交流直驅(qū)電路的缺點，使行人基本觀察不到 LED信號燈的高頻閃爍現(xiàn)象，提高了視覺感受。
[0029] 電阻R3與光敏二極管GM并聯(lián)后，一端連接到V孤，另一端連接到放大器V2A的第3引 腳，電阻R5與可調(diào)電阻RWl串聯(lián)后與齊納二極管Dl并聯(lián)，一端與放大器V2A的第3引腳連接， 另一端與GND連接；電容C3連接在放大器V2A的第3引腳與GND之間；電阻R4與電容C2并聯(lián)后， 連接到放大器V2A的第巧I腳和第1引腳之間;放大器V2A的第8引腳接VDD，第4引腳接GND^ 大器V2A的第1引腳連接到交流直驅(qū)控制器Ul的第11引腳，控制Lm)的亮度，當白天環(huán)境光線 強時，光敏二極管GM的光電流增大，放大器V2A的第3引腳的電位(相對于GND)上升，V2A的第 1引腳輸出電壓增高，m驅(qū)動LED的電流增大，LED亮度增強；當夜晚環(huán)境光線弱時，光敏二極 管GM的光電流減小，放大器V2A的第3引腳的電位(相對于GND)下降，V2A的第I引腳輸出電壓 降低，叫驅(qū)動L抓的電流減小，L抓亮度減弱，運樣，既避免了L抓燈在夜晚太亮太刺眼，又節(jié) 能了電能。齊納二極管Dl的作用是限制U2A第3引腳的電壓，從而防止U2A第1腳輸出電壓超 過交流直驅(qū)控制器Ul第11引腳的允許值。
【主權(quán)項】
1. 一種自動調(diào)光LED節(jié)能交通信號燈，其特征在于，包括:輸入保護[1]、整流單元[2]、 交流直驅(qū)控制器[3]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5]、能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元 [7];其中： 輸入保護[1]:為LED節(jié)能交通信號燈提供過電流或短路保護及吸收浪涌電壓，與整流 單元[2]構(gòu)成電氣連接； 整流單元[2]:將交流輸入電壓進行全波整流，為交流直驅(qū)控制器及LED提供單向脈動 電壓，與整流單元[2]及交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接； 交流直驅(qū)控制器[3]:根據(jù)整流后的脈動電壓的瞬時值的大小，驅(qū)動不同組的LED發(fā)光， 與整流單元[2]、調(diào)光控制單元[5]及能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接； 光敏傳感器[4]:用于感受環(huán)境光照度，與調(diào)光控制單元[5]構(gòu)成電氣連接； 調(diào)光控制單元[5]:根據(jù)光敏傳感器[4]的信號，進行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號提 供給交流直驅(qū)控制器[3]，由交流直驅(qū)控制器[3]控制LED發(fā)光單元[7 ]的亮度變化，與交流 直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接； 能量緩沖單元[6]:緩沖LED的電流變化，平滑LED的亮度，與交流直驅(qū)控制器[3]及LED 發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接； LED發(fā)光單元[7 ]:由若干只LED發(fā)光器件構(gòu)成，對LED進行分組控制，每組LED發(fā)光功率 的大小受交流直驅(qū)控制器[3]控制，與交流直驅(qū)控制器[3]及能量緩沖單元[6]構(gòu)成電氣連 接。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動調(diào)光LED節(jié)能交通信號燈，其特征在于，所述的LED發(fā) 光單元由m組LED發(fā)光器件構(gòu)成，m為正整數(shù)，每組LED含有并聯(lián)的η條支路，η為正整數(shù)，每條 支路有k只LED發(fā)光二極管串聯(lián)組成LED燈串，k為正整數(shù)，每組LED由交流直驅(qū)控制器[3]按 輸入電壓瞬時值的大小及調(diào)光控制信號以PWM的方式驅(qū)動發(fā)光。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自動調(diào)光LED節(jié)能交通信號燈，其特征在于，所述的調(diào)光 控制單元的電阻R3與光敏二極管GM并聯(lián)后，一端連接到VDD，另一端連接到放大器V2A的第3 引腳，電阻R5與可調(diào)電阻RW1串聯(lián)后與齊納二極管D1并聯(lián)，一端與放大器V2A的第3引腳連 接，另一端與GND連接;電容C3連接在放大器V2A的第3引腳與GND之間；電阻R4與電容C2并聯(lián) 后，連接到放大器V2A的第2引腳和第1引腳之間；放大器V2A的第8引腳接VDD，第4引腳接 GND;放大器V2A的第1引腳連接到交流直驅(qū)控制器U1的第11引腳，控制LED的亮度。
【文檔編號】H05B33/08GK105828490SQ201610401485
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年6月10日
【發(fā)明人】涂金龍, 徐有軍, 李艷霞, 何葉
【申請人】南京交通職業(yè)技術(shù)學院