專利名稱：一種模擬日光照明裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明技術(shù)，特別涉及一種LED (發(fā)光二極管)照明裝置。
背景技術(shù)：
自然日光的色溫和照度會隨著時間的變化而變化。早上色溫低，照度低；中午色溫高，照度高；傍晚色溫低，照度低。千百年來，人類的感官系統(tǒng)已經(jīng)適應(yīng)了自然日光的變化規(guī)律，因而自然日光使人們感到舒適和愜意。大量的研究和試驗證明，在低色溫高照度的情況下，人體會有悶熱的感覺；在高色溫低照度的情況下，人體會有壓抑的感覺。圖I示出了人的感覺與照度和色溫的關(guān)系，當(dāng)照度坐標(biāo)和色溫坐標(biāo)處于曲線LL’和KK’之間的范圍內(nèi)時，人體感覺比較舒適，否則人體會有悶熱或壓抑的感覺。
LED照明裝置是近年發(fā)展較快的一種高效率照明裝置，LED作為一種新型固態(tài)光源，具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長等優(yōu)點?，F(xiàn)有技術(shù)的LED照明裝置，通常采用PWM (脈沖寬度調(diào)制)技術(shù)進行恒流驅(qū)動，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電流的精確控制和連續(xù)調(diào)節(jié)，而且隨著新型半導(dǎo)體發(fā)光材料的應(yīng)用，人們開發(fā)了各種不同色溫的LED光源模組，為LED照明裝置實現(xiàn)色溫調(diào)節(jié)和照度控制奠定了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種模擬日光照明裝置，根據(jù)不同的時間，調(diào)整照明裝置的照度和色溫，使其照明效果與自然日光的變化規(guī)律趨于吻合，促進照明裝置的人性化，提高人們感官的舒適度。本發(fā)明解決所述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案是，一種模擬日光照明裝置，包括電源模塊、驅(qū)動模塊、LED光源模組和控制模塊，所述驅(qū)動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅(qū)動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅(qū)電流，所述驅(qū)動模塊控制端與控制模塊連接，根據(jù)控制模塊輸出的驅(qū)動信號控制其輸出的驅(qū)動電流；其特征在于，所述控制模塊具有模擬日光的控制裝置，所述控制裝置包括時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器，所述實時時鐘模塊與微處理器連接，為微處理器提供時鐘信號，所述傳感器模塊與微處理器連接，將環(huán)境參數(shù)輸入微處理器，所述微處理器讀取時鐘信號和傳感器信號進行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果改變驅(qū)動信號參數(shù)，對照明裝置照度和色溫進行控制，使不同照度對應(yīng)的色溫處于設(shè)定的色溫范圍，或不同色溫對應(yīng)的照度處于設(shè)定的照度范圍。本發(fā)明的照明裝置，以LED作為光源，以微處理器作為控制核心，采集環(huán)境參數(shù)和實時時間信號，通過調(diào)整控制模塊輸出的PWM脈沖傳輸，對LED光源的驅(qū)動電流進行控制，使照明裝置的照度和色溫處于設(shè)定范圍內(nèi)，到達模擬自然日光照明效果的目的，提高人體舒適度。進一步的，所述驅(qū)動信號為脈沖寬度調(diào)制信號。脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號是一種技術(shù)成熟的控制技術(shù)，通常用于控制模擬量的大小，目前大多數(shù)微處理器(MCU)都具有相應(yīng)的PWM信號輸出端口。這種控制方式電路結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高。具體的,所述驅(qū)動信號參數(shù)包括脈沖占空比。脈沖寬度調(diào)制技術(shù)最基本的控制方式就是改變脈沖占空比，脈沖占空比是PWM信號的主要參數(shù)，通過改變脈沖占空比可以非常容易的實現(xiàn)本發(fā)明的照明裝置照度和色溫的控制和調(diào)節(jié)。具體的，所述色溫范圍和照度范圍滿足人體舒適度要求。本方案將色溫范圍和照度范圍控制在圖I所示的曲線LL’和KK’之間的范圍內(nèi)，滿足人體舒適度要求。進一步的，所述LED光源模組由冷光模組和暖光模組構(gòu)成，冷光模組和暖光模組與驅(qū)動模塊輸出端連接。本方案采用不同色溫的冷光源模組和暖光源模組，分別控制其驅(qū)動電流實現(xiàn)組合 光的色溫和照度調(diào)節(jié)，以最少的LED光源模組實現(xiàn)色溫范圍和照度范圍的控制。所述電源模塊為AC-DC轉(zhuǎn)換器，其輸入端與交流電網(wǎng)連接。本方案采用交流電為照明裝置供電，是應(yīng)用普遍的一種照明裝置。進一步的，所述驅(qū)動模塊包括恒流驅(qū)動單元和功率開關(guān)器件，所述恒流驅(qū)動單元的輸入端與電源模塊連接，輸出端與LED光源模組連接，所述功率開關(guān)器件與所述LED光源模組連接，其控制端與所述微處理器連接。采用恒流驅(qū)動模式驅(qū)動LED光源模組，符合LED的特性要求，驅(qū)動可靠、安全。具體的，所述功率開關(guān)器件為場效應(yīng)晶體管，或者雙極性晶體管。采用場效應(yīng)晶體管或雙極性晶體管等半導(dǎo)體器件，有助于提高功率開關(guān)器件的可靠性，降低控制電路的復(fù)雜度和成本。本發(fā)明的有益效果是，控制模塊能夠根據(jù)實時時間和環(huán)境參數(shù)，將照明裝置的照度和色溫控制在人體感覺舒適的范圍，模擬自然日光的照明效果，提高照明裝置的人性化和舒適度。


圖I是人的感覺與照度和色溫的關(guān)系示意圖；圖2是實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案，以便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明。如圖I所示，在低色溫高照度的情況下，人體會有悶熱的感覺。在高色溫低照度的情況下，人體會有壓抑的感覺。本發(fā)明模擬日光的LED照明裝置基于這一曲線關(guān)系進行設(shè)計，使照明裝置的色溫與照度處于人體感覺舒適的范圍。本發(fā)明的模擬日光照明裝置，由電源模塊、驅(qū)動模塊、LED光源模組和控制模塊等幾個主要部分構(gòu)成。電源模塊可以是一個AC-DC轉(zhuǎn)換器，如常用的開關(guān)電源模塊或線性電源模塊，也可以采用太陽能電池或蓄電池等為照明裝置提供電能，包括控制模塊的工作電流、驅(qū)動模塊的驅(qū)動電流。驅(qū)動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅(qū)動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅(qū)電流。驅(qū)動模塊控制端與控制模塊連接，根據(jù)控制模塊輸出的驅(qū)動信號控制其輸出的驅(qū)動電流。本發(fā)明的控制模塊包括有時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器構(gòu)成的模擬日光的控制裝置，能夠根據(jù)實時時鐘模塊傳輸給微處理器的時鐘信號，以及傳感器模塊采集的環(huán)境參數(shù)進行分析處理，并據(jù)此改變驅(qū)動信號參數(shù)，控制驅(qū)動模塊輸出的驅(qū)動電流，使不同照度對應(yīng)的色溫處于設(shè)定的色溫范圍，或不同色溫對應(yīng)的照度處于設(shè)定的照度范圍，以達到提高提高人體感覺舒適度的目的。實施例本例照明裝置包括電源模塊10、驅(qū)動模塊20、LED光源模組30和控制裝置40?？刂蒲b置40包括實時時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器。驅(qū)動模塊20包括恒流驅(qū)動單元和功率開關(guān)器件Kl、K2。LED光源模組包括冷光源Dl和暖光源D2。如圖2所示。電源模塊10的輸入端與市電交流電網(wǎng)連接，將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，輸出端 與驅(qū)動模塊連接，為其提供電能。驅(qū)動模塊20輸入端與電源模塊10的輸出端連接，驅(qū)動模塊20的兩個輸出端分別標(biāo)注為輸出端LED+和輸出端LED-。其中，輸出端LED+與冷光源模組Dl和暖光源模組D2正極連接，輸出端LED-與功率開關(guān)器件Kl、K2連接。功率開關(guān)器件Kl和K2可以是場效應(yīng)晶體管，或是雙極性晶體管。本實施例功率開關(guān)器件Kl和K2采用N溝道場效應(yīng)晶體管。功率開關(guān)器件Kl和K2的源極連接在一起并與恒流驅(qū)動單元20的輸出端LED-連接。功率開關(guān)器件Kl和K2的柵極分別與控制裝置40輸出的PWMl信號和PWM2信號連接。功率開關(guān)器件Kl和K2的漏極分別與冷光模組Dl和暖光模組D2的負(fù)極連接。功率開關(guān)器件Kl和K2是高電平導(dǎo)通的功率開關(guān)器件，當(dāng)控制裝置40輸出的PWMl和PWM2信號為高電平時，功率開關(guān)器件Kl和K2導(dǎo)通，相應(yīng)的冷光源模組和暖光源模組點亮，當(dāng)PWMl和PWM2信號為低電平時，功率開關(guān)器件Kl和K2關(guān)斷，相應(yīng)的冷光源模組和暖光源模組熄滅。圖2中，實時時鐘模塊與微處理器連接，其主要作用就是提供穩(wěn)定和精準(zhǔn)的時鐘信號給微處理器。傳感器模塊與微處理器連接，其主要作用是檢測環(huán)境照度，并把結(jié)果輸入到微處理器。微處理器輸出端的PWMl和PWM2信號與驅(qū)動模塊的功率開關(guān)器件Kl和K2連接。PWMl和PWM2信號是時分復(fù)用的驅(qū)動信號,在同一時刻最多只有一個信號為高電平。采用時分復(fù)用方式，可以避免功率峰值疊加帶來的電源功率過載問題，能夠有效地降低電源功率、減小電源體積、減少驅(qū)動模塊數(shù)量、降低照明裝置的總體成本。微處理器接收實時時鐘模塊的時鐘信號作為時鐘基準(zhǔn)，對當(dāng)前時間作出判斷，根據(jù)當(dāng)前時間，調(diào)節(jié)照明裝置的照度與色溫。假如某時刻，需要的照度為y2，微處理器通過改變PWMl和PWM2的脈沖占空比，將照明裝置的色溫控制在Xl x2的設(shè)定色溫范圍；或者，某時刻，需要的色溫為xl，微處理器通過改變PWMl和PWM2的脈沖占空比，將照明裝置的照度控制在yl 12的設(shè)定照度范圍，使照明裝置的照度一色溫曲線處于人體感覺舒適的范圍(參見圖I所示)。從而達到模擬自然日光照明的目的，提高人體感官舒適度，有效地調(diào)節(jié)人體生物節(jié)律和生物效應(yīng)。另一方面，微處理器采樣傳感器模塊的信號，把環(huán)境照度采樣進來，實時地調(diào)節(jié)照明裝置的照度與色溫。當(dāng)環(huán)境照度增加時，降低照明裝置的照度；當(dāng)環(huán)境照度降低時，增加照明裝置的照度，使照明環(huán)境的照度保持在一個特定的值內(nèi)，并將色溫和照度的坐標(biāo)控制 在圖I中曲線LL’和KK’之間的范圍內(nèi)，既有效地節(jié)約了電源，又提供了舒適的照明環(huán)境。
權(quán)利要求
1.一種模擬日光照明裝置，包括電源模塊、驅(qū)動模塊、LED光源模組和控制模塊，所述驅(qū)動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅(qū)動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅(qū)電流，所述驅(qū)動模塊控制端與控制模塊連接，根據(jù)控制模塊輸出的驅(qū)動信號控制其輸出的驅(qū)動電流；其特征在于，所述控制模塊具有模擬日光的控制裝置，所述控制裝置包括時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器，所述實時時鐘模塊與微處理器連接，為微處理器提供時鐘信號，所述傳感器模塊與微處理器連接，將環(huán)境參數(shù)輸入微處理器，所述微處理器讀取時鐘信號和傳感器信號進行分析處理，根據(jù)處理結(jié)果改變驅(qū)動信號參數(shù)，對照明裝置照度和色溫進行控制，使不同照度對應(yīng)的色溫處于設(shè)定的色溫范圍，或不同色溫對應(yīng)的照度處于設(shè)定的照度范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號為脈沖寬度調(diào)制信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號參數(shù)為脈沖占空比。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述色溫范圍和照度范圍滿足人體舒適度要求。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述LED光源模組由冷光模組和暖光模組構(gòu)成，冷光模組和暖光模組與驅(qū)動模塊輸出端連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述電源模塊為AC-DC轉(zhuǎn)換器，其輸入端與交流電網(wǎng)連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I 6所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述驅(qū)動模塊包括恒流驅(qū)動單元和功率開關(guān)器件，所述恒流驅(qū)動單元的輸入端與電源模塊連接，輸出端與LED光源模組連接，所述功率開關(guān)器件與所述LED光源模組連接，其控制端與所述微處理器連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述功率開關(guān)器件為場效應(yīng)晶體管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種模擬日光照明裝置，其特征在于，所述功率開關(guān)器件為雙極性晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及照明技術(shù)。本發(fā)明根據(jù)照度－色溫曲線與人體感覺的關(guān)系，公開了一種模擬日光照明裝置，利用控制裝置對照明裝置照度和色溫進行控制，使不同照度對應(yīng)的色溫處于設(shè)定的色溫范圍，或不同色溫對應(yīng)的照度處于設(shè)定的照度范圍，從而提高人體舒適度。本發(fā)明能夠根據(jù)實時時間和環(huán)境參數(shù)，將照明裝置的照度和色溫控制在人體感覺舒適的范圍，模擬自然日光的照明效果，提高照明裝置的人性化和舒適度。
文檔編號H05B37/02GK102711336SQ20121019801
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月15日
發(fā)明者何天兵, 李東明, 閔波 申請人:四川新力光源有限公司