大功率led機(jī)車前照燈的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及LED燈【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種大功率LED機(jī)車前照燈，包括底座、定距桿、集成線路板、散熱器、若干燈杯和蓋板，底座上通過螺紋連接有一散熱器，蓋板通過定距桿固定在散熱器上，各個燈杯穿過蓋板與集成線路板一起安裝在散熱器上，散熱器的背面設(shè)有風(fēng)扇，集成線路板固定在散熱器和蓋板中間，集成線路板為集成有發(fā)光電路、驅(qū)動電源的PCB線路板，其上集成有大功率LED芯片開路防護(hù)電路、LED芯片斷路報警電路和驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)。本實(shí)用新型所有電路和控制集成在線路板上，不像其他的產(chǎn)品電源驅(qū)動和控制電路集成在外部，可提高大功率LED燈的驅(qū)動電源可靠性。本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)散熱性好、使用壽命長，本實(shí)用新型能起到節(jié)能減排和綠色環(huán)保的效果。
【專利說明】大功率LED機(jī)車前照燈

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及LED燈【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種大功率LED機(jī)車前照燈。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前鐵路上機(jī)車前照燈大部分采用的是鹵鎢燈，實(shí)際有效照射距離30(Γ400米， 平均壽命僅有500小時，且有熱輻射存在火災(zāi)隱患。機(jī)車緊急制動距離是800米，在一些干 線鐵路上，路軌沒有完全封閉，對出現(xiàn)在路軌上的障礙物往往因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)的晚而來不及處理。 前照燈照射距離越遠(yuǎn)，留給機(jī)車司機(jī)的制動距離越長和處理情況的時間越多。因此，鹵鎢燈 在鐵路機(jī)車不斷的提速的現(xiàn)實(shí)面前已難以滿足要求。近年出現(xiàn)的金鹵燈，雖然在照射距離 上有了較大的突破，在使用壽命上也有所提升，平均壽命可以達(dá)到1000多小時，但是金鹵 燈還存在使用壽命不夠長、后期維護(hù)成本高、能耗較大、燈泡含重金屬對環(huán)境會造成污染等 缺點(diǎn)。
[0003] 在國際上，高效節(jié)能環(huán)保的LED燈是目前的發(fā)展趨勢，近年來較大功率的LED遠(yuǎn)光 燈已在奧迪A8、奔馳S級等高端新款車型上陸續(xù)使用。現(xiàn)有技術(shù)中，大功率LED機(jī)車前照燈 的電源驅(qū)動和控制電路都是裝在前照燈外部的。但由于受到散熱問題、驅(qū)動電源技術(shù)和反 射器設(shè)計(jì)等技術(shù)瓶頸的制約，更大功率的機(jī)車LED前照燈在國際上仍然是空白。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0004] 為了克服現(xiàn)有的技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種大功率LED機(jī)車前照燈。
[0005] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種大功率LED機(jī)車前照燈， 包括底座、定距桿、集成線路板、散熱器、若干燈杯和蓋板，底座上通過螺紋連接有一散熱 器，蓋板通過定距桿固定在散熱器上，各個燈杯穿過蓋板和集成線路板一起安裝在散熱器 上，散熱器的背面設(shè)有風(fēng)扇，所述集成線路板固定在散熱器和蓋板中間，所述集成線路板為 集成有發(fā)光電路、驅(qū)動電源的PCB線路板，所述集成線路板集成了大功率LED芯片開路防護(hù) 電路、LED芯片斷路報警電路和驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)。本方案的所有電路和控制集成在線 路板上，位于前照燈內(nèi)部，不像其他的產(chǎn)品電源驅(qū)動和控制電路集成在外部，且本方案可有 效解決大功率LED燈的驅(qū)動電源問題。
[0006] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述大功率LED開路防護(hù)電路設(shè)于 集成線路板上，大功率LED開路防護(hù)電路設(shè)有R4、R5、C1組成的閥值檢測電路。
[0007] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述LED芯片斷路報警電路設(shè)于集 成線路板上，LED芯片斷路報警電路設(shè)有R3、R5、Cl、D1組成的閾值檢測電路，Rl、VI、C2組 成光耦G0D的電源，R2為光耦二極管部分的限流電阻，光耦的輸出信號連接MCU。
[0008] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)包括單片 機(jī)、檢測電路和驅(qū)動電源，驅(qū)動電源分為工作電源和冷備份電源，該驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)同 樣設(shè)于集成線路板上。
[0009] 根據(jù)本實(shí)用新型的另一個實(shí)施例，進(jìn)一步包括所述散熱器周端裝有燈罩，中間由 玻璃密封。本方案使得前照燈具有更高的可靠性和安全性，且安裝方便。
[0010] 本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)散熱性好、使用壽命長，具有高亮 度，可靠性、安全性等高，相較傳統(tǒng)光源的熱輻射，本實(shí)用新型能起到節(jié)能減排和綠色環(huán)保 的效果。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。
[0012] 圖1是本實(shí)用新型的立體示意圖；
[0013] 圖2是本實(shí)用新型的主視圖；
[0014] 圖3是圖2中A-A向側(cè)視圖；
[0015] 圖4是本實(shí)用新型的俯視圖；
[0016] 圖5是本實(shí)用新型的集成線路板結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017] 圖6是本實(shí)用新型大功率LED開路防護(hù)電路示意圖；
[0018] 圖7是本實(shí)用新型LED芯片斷路報警電路示意圖；
[0019] 圖8是本實(shí)用新型的LED驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)示意圖；
[0020] 圖中1、底座，2、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，3、定距桿，4、集成線路板，5、散熱器，6、燈杯，7、蓋板，8、 玻璃，9、燈罩，10、風(fēng)扇。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 圖1、圖2、圖3、圖4是本實(shí)用新型一個實(shí)施例的整體示意圖，一種大功率LED機(jī)車 前照燈，底座1上通過螺紋連接有一散熱器5,蓋板7通過定距桿3固定在散熱器5上，各個 燈杯6穿過蓋板7與集成線路板4 一起安裝在散熱器5上，散熱器5幫助將熱量導(dǎo)出。散 熱器5的背面設(shè)有風(fēng)扇10,對散熱器鰭片進(jìn)行強(qiáng)制風(fēng)冷。底座1與散熱器5之間設(shè)有調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)2,可調(diào)節(jié)散熱器下部距離，調(diào)整LED燈照射水平角度。散熱器5周端裝有燈罩9,中間 由玻璃8密封，使內(nèi)部的燈體更加安全可靠。該結(jié)構(gòu)可應(yīng)用于機(jī)車前部，起夜間照明和警示 作用，具有高亮度、超長壽命、免維護(hù)、高可靠性、高安全性等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)光源相比，它有 效的解決了照射距離短、使用壽命低、熱輻射安全隱患等關(guān)鍵問題，不僅從性能上完全滿足 了使用要求，更節(jié)省了大量維護(hù)資金和使用成本，起到節(jié)能減排和綠色環(huán)保的效果。
[0022] 上述為本實(shí)用新型的一個整體結(jié)構(gòu)，其中集成線路板4為本實(shí)用新型的重要創(chuàng)新 點(diǎn)之一，集成線路板4為集成有發(fā)光電路、驅(qū)動電源的PCB線路板，其主要由大功率LED開 路防護(hù)電路41、LED芯片斷路報警電路42和驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)43等組成，實(shí)現(xiàn)直流供 電、電源接反保護(hù)、逐波控制電流、監(jiān)控驅(qū)動電源故障并自動切換備用電源等功能，通過LED 芯片保護(hù)實(shí)現(xiàn)各芯片相互間不受影響，有死燈或擊穿后其它芯片能正常工作。
[0023] 下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對集成線路板4做進(jìn)一步說明。
[0024] 圖5是本實(shí)用新型的LED驅(qū)動電源集成線路板4,本實(shí)用新型電源形式為DC-DC， 驅(qū)動電源、發(fā)光電路、保護(hù)電路等均集成在該整塊PCB線路板上，本實(shí)用新型采用小型化元 件，利用發(fā)光電路周邊空余位置，將元件分散布置在線路板上。同時，加強(qiáng)LED燈具對PCB 集成線路板的散熱能力，消除驅(qū)動電源發(fā)熱對LED芯片的影響。本方案采用集成結(jié)構(gòu)，將電 子元件和發(fā)光電路設(shè)計(jì)在同一散熱系統(tǒng)中，有效降低元件受熱老化，提高元件實(shí)用壽命。同 時，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)更緊湊，產(chǎn)品造型更美觀。
[0025] 如圖6所示，為本實(shí)用新型的LED芯片保護(hù)電路41，圖5中LED1為大功率LED芯 片，R4、R5、C1組成閥值檢測電路，LED正常工作時，芯片兩端的電壓低于3. 5V，V3的1號腳 電壓低于2. 5V，V3不開通。三極管V2關(guān)斷，可編程基準(zhǔn)電源的觸發(fā)腳為低電平，可編程基 準(zhǔn)電源不導(dǎo)通。當(dāng)LED開路時，芯片兩端的電壓會大于5V，V3的1號腳電壓大于等于2. 5V， V3開通。三極管V2導(dǎo)通，可編程基準(zhǔn)電源的觸發(fā)腳為高電平，可編程基準(zhǔn)電源迅速導(dǎo)通。 從而為電路繼續(xù)提供通路，不影響其他LED的正常工作。試驗(yàn)證明，該大功率LED續(xù)接電路 工作可靠，既不會發(fā)生誤動作也可以有效的為開路LED提供通路。本方案可實(shí)現(xiàn)大電流、大 功率的LED芯片斷路防護(hù)。
[0026] 如圖7所示，為本實(shí)用新型的LED芯片斷路報警電路42, LED回路有16顆大功率 LED芯片串聯(lián)組成。在恒流驅(qū)動的前提下，芯片兩端的電壓基本恒定。在芯片保護(hù)電路的配 合下，可通過檢測回路兩端電壓來判斷正常工作芯片數(shù)量。按照設(shè)計(jì)要求，當(dāng)只有10顆芯 片正常工作時(損壞6顆)需要報警。電路的具體工作原理如下：R8、R10、C2、D1構(gòu)成閥值檢 測電路；R6、V4、C3組成光耦G0D的電源，R7為光耦二極管部分的限流電阻。光耦的輸出信 號連接MCU，為MCU提供信號。當(dāng)正常工作的芯片數(shù)量大于10顆時，D1的1號腳電壓大于 2. 5V，D1開通，光耦的二極管有電流通過，光耦的輸出為高電平（PB4為高電平)，MCU不發(fā)出 警報信號。當(dāng)正常工作的芯片數(shù)量小于等于10顆時，D1的1號腳電壓小于2. 5V，D1變?yōu)?高阻，光耦的二極管沒有電流通過，光耦的輸出為低電平（PB4為低電平)，MCU發(fā)出警報信 號。報警方式：開機(jī)，軟啟動結(jié)束3秒鐘后，MCU檢測PB4的電平，PB4為高電平則繼續(xù)正常 工作；檢測到PB4為低電平時，電路重啟3次后繼續(xù)工作。為了不影響在線工作狀態(tài)，該檢 測只在每次開機(jī)啟動后進(jìn)行，運(yùn)行過程中即使發(fā)生故障也不進(jìn)行報警。本方案可通過自檢， 將發(fā)光電路LED芯片故障識別，并通過報警信號形式通知用戶，方便用戶及時發(fā)現(xiàn)故障，在 LED燈具完全失效前，及時修理更換。
[0027] 本實(shí)用新型驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)43,由三部分組成，一是單片機(jī)、二是檢測電路、 三是驅(qū)動電源。工作驅(qū)動電源發(fā)生故障時檢測電路發(fā)出信號，單片機(jī)接受到檢測電路信號 后將冷備份驅(qū)動電源啟動工作。驅(qū)動電源分工作電源和冷備份電源，兩者采用相同電子元 件配置。圖8是本實(shí)用新型的LED驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)43整體，U3、U4、U7、U9、V6、V14組 成工作組；瓜、似州6、現(xiàn)、￥3、￥13組成備份組。正常情況下工作組工作，同時1?^監(jiān)視電路 的工作狀態(tài)。在工作組中，V6、V14串聯(lián)，V14隨PWM脈沖開通關(guān)斷，而V6隨V14開通關(guān)斷 (V6的驅(qū)動信號正常時一直是高電平)。故障分驅(qū)動電路短路和開路兩種情況，下面分別說 明。短路時：正常工作時，PB3發(fā)出脈沖，主回路電流增加到一定值時，PB3關(guān)斷脈沖。如果 PB3關(guān)斷脈沖發(fā)出后，PD5電平不翻轉(zhuǎn)，則可判定V14無法關(guān)斷(短路)。此時，MCU立刻將PC2 信號轉(zhuǎn)為低電平，關(guān)斷V6。同時停止發(fā)出下一周期的PB3信號。徹底關(guān)斷工作組。延時后 以軟啟動方式開通備份組。使電路繼續(xù)工作，切換過程在0.15秒內(nèi)完成。開路時：電路中 高速光耦U5始終監(jiān)視著M0S管的開通與關(guān)斷，正常時PD3信號有高低變化，頻率在30KHZ左 右，如果在100微秒(約3個周期）內(nèi)PD3電平?jīng)]有變化。則認(rèn)為電路工作在開路狀態(tài)。此 時，立刻啟動備份組，方式與短路時相同。由于短路對LED造成的傷害比開路大很多，監(jiān)測 電路以短路優(yōu)先方式處理。本方案在單片機(jī)切換到備份電源時后系統(tǒng)會在開機(jī)時發(fā)出報警 信號，方便用戶及時發(fā)現(xiàn)故障，在LED燈具完全失效前，及時修理更換。
[0028] 綜上，本實(shí)用新型中由大功率LED開路防護(hù)電路41、LED芯片斷路報警電路42和 驅(qū)動電源冷備份系統(tǒng)43等組成的驅(qū)動電路和控制電路均集成在一塊線路板上。其供電電 源為直流供電，電壓范圍7(Tl40V，設(shè)有全光正極、半光正極和負(fù)極接線柱，由外部控制開 關(guān)切換工作狀態(tài)。驅(qū)動電源具備電源接反保護(hù)、逐波控制電流、監(jiān)控驅(qū)動電源故障并自動 切換備用電源等功能。發(fā)光電路可實(shí)現(xiàn)各LED芯片相互間不受影響，有死燈或擊穿后其它 芯片能正常工作。本實(shí)用新型符合TB/T 2325. 1-2006標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求，照射距離達(dá)到 100(Γ1200米，光強(qiáng)達(dá)到1600X 103cd，從啟動到正常照明時間小于0. 5秒，設(shè)計(jì)使用壽命 30000小時，使大功率LED機(jī)車前照燈的各項(xiàng)性能得到顯著提高。
【權(quán)利要求】
1. 一種大功率LED機(jī)車前照燈，包括底座（1)、定距桿（3)、集成線路板（4)、散熱器 (5 )、若干燈杯（6 )和蓋板（7 )，底座（1)上通過螺紋連接有一散熱器（5 )，蓋板（7 )通過定距 桿（3)固定在散熱器（5)上，各個燈杯（6)通過蓋板（7)和集成線路板（4) 一起安裝在散熱 器（5)上，散熱器（5)的背面設(shè)有風(fēng)扇（10)，其特征是，所述集成線路板（4)固定在散熱器 (5)和蓋板（7)中間，所述集成線路板（4)為集成有發(fā)光電路、驅(qū)動電源的PCB線路板，其上 集成有大功率LED芯片開路防護(hù)電路（41 )、LED芯片斷路報警電路（42)和驅(qū)動電源冷備份 系統(tǒng)（43 )。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率LED機(jī)車前照燈，其特征是，所述散熱器（5)周端裝有 燈罩（9)，中間由玻璃（8)密封。
【文檔編號】H05B37/02GK203836805SQ201420171066
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年4月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月10日
【發(fā)明者】莊瑾, 陳六弟, 王慧敏 申請人:常州慧陽科技發(fā)展有限公司