本發(fā)明涉及l(fā)ed照明技術領域，具體涉及一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光器。

背景技術：

隨著led領域的不斷發(fā)展，其平均使用壽命可達5萬~10萬小時，傳統(tǒng)的led路燈系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障大多來自路燈驅動電源，由于驅動電源使用壽命遠低于led路燈，經(jīng)常發(fā)生因驅動電源故障而產(chǎn)生照明中斷的現(xiàn)象，不僅影響了照明系統(tǒng)的可靠性，還增加了維護成本。同時傳統(tǒng)led路燈系統(tǒng)一般采用交流母線供電方式，一個路燈配備一個驅動電源，如果路燈需要根據(jù)車流量或人流量進行節(jié)能調光，現(xiàn)有方案通常是通過流量檢測裝置檢測，再將信號傳遞給各個led驅動電源中，驅動電源控制器根據(jù)這些信號實時調節(jié)輸出功率，該方案下每個led驅動電源均含有通信模塊，實現(xiàn)方式復雜，成本高。如不采用節(jié)能手段，則在車流量或人流量小的時候，電能浪費嚴重。

技術實現(xiàn)要素：

為解決傳統(tǒng)led路燈與驅動電源壽命不相匹配、節(jié)能方案復雜、成本高等問題。本發(fā)明提供一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光器，通過直流母線電壓實現(xiàn)了車流量檢測模塊與所有dc/dc恒流調光電路的通信，具有成本低、結構簡單，控制方便等優(yōu)點。有效解決了傳統(tǒng)路燈長時間滿功率運行帶來的電能浪費，同時pfc整流模塊的冗余工作模式，可以有效解決led路燈與驅動電源壽命不相匹配的問題。

本發(fā)明采取的技術方案為：

一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光器，包括：兩個pfc整流模塊、恒流調光模塊、車流量檢測模塊、警報器。

第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊的輸入端接入交流市電，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊的輸出端連接直流母線，車流量檢測模塊的輸出端連接第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊；

直流母線連接警報器，

直流母線連接恒流調光模塊，恒流調光模塊連接led路燈；

所述車流量檢測模塊，用于將采樣的車流量電壓信號傳遞給pfc整流模塊；

所述pfc整流模塊，用于根據(jù)車流量電壓信號，調節(jié)輸出電壓的幅值。

所述恒流調光模塊包括dc/dc恒流調光電路、信號調理電路、pwm模塊；

dc/dc恒流調光電路的輸入端進行電壓取樣、并連接信號調理電路，經(jīng)過信號調理電路，轉化為電壓基準值vref；

dc/dc恒流調光電路的輸出端輸出電流進行采樣、并連接比較器，比較器連接pwm模塊，pwm模塊連接dc/dc恒流調光電路；

dc/dc恒流調光電路輸出端輸出電流進行采樣，將得到的采樣電壓v1與電壓基準值vref經(jīng)比較放大，得到誤差信號；再經(jīng)過補償模塊補償后輸入pwm模塊調整，調節(jié)dc/dc恒流調光電路改變輸出電流。

所述信號調理電路包含五個分壓電阻r1、r2、r3、r4、r5，三個限流電阻r6、r7、r8，三個輸出二極管d1、d2、d3，三個窗口電壓比較器；

每一窗口電壓比較器都由兩個電壓比較器和一個電阻構成有五個端口的單元，第一端口①接電壓比較器a1的正相輸入端，第二端口②接電壓比較器a1的反相輸入端，第三端口③接電壓比較器a2的正相輸入端，第四端口④接電壓比較器a2的反相輸入端，電壓比較器a1和a2由vcc2提供電壓，并經(jīng)過電阻r與電壓比較器a1、a2的輸出端同時接第五端口⑤；

第二電阻r2的輸入端由電源vcc1的正極經(jīng)過電阻r1接入，第二電阻r2的一端和另一端分別接第一個窗口電壓比較器的第一端口①和第四端口④，第一個窗口電壓比較器的第二端口②和第三端口③同時接輸入電壓vi，第五端口⑤經(jīng)限流電阻r6接輸出二極管d1的陽極，輸出二極管d1的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口；在限流電阻r6與輸出二極管d1之間的結點接穩(wěn)壓管z1，穩(wěn)壓管z1負極與所述結點相連，正極接地；

第三電阻r3的輸入端接第二電阻r2另一端，第三電阻r3的一端和另一端分別接第二個窗口的電壓比較器的第一接口和第四接口，第二個窗口電壓比較器的第二接口和第三接口同時接輸入電壓vi，第五端口經(jīng)限流電阻r6接輸出二極管d2的陽極，輸出二極管d2的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口；在限流電阻r6與輸出二極管d2之間的結點接穩(wěn)壓管z2，穩(wěn)壓管z2負極與所述結點相連，正極接地；

第四電阻r4的一端接第三電阻r3的另一端，第四電阻r4的另一端經(jīng)過電阻r5接地，第四電阻r4的一端和另一端分別接第三個窗口電壓比較器的第一接口和第四接口，第三個窗口電壓比較器的第二接口和第三接口同時接入輸入電壓vi，第五端口經(jīng)限流電阻r8同時接入穩(wěn)壓二極管z3的陰極和輸出二極管d3的陽極，穩(wěn)壓二極管z3的陽極接地，輸出二極管d3的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口。

一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光方法，將傳統(tǒng)的led驅動電源分開，pfc整流模塊與dc/dc恒流調光電路之間通過直流母線連接，dc/dc恒流調光電路無需電解電容，可靠性高，使用壽命長。

一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光方法，采用兩個相同的第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊，以冗余方式連接，當其中一個出現(xiàn)故障，另一個檢測到輸出功率驟增時，將進入應急工況，即輸出一個特定的電壓幅值，此時恒流調光模塊將輸出功率降低一半，警報器工作。

一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光方法，信號調理電路采用多個窗口電壓比較器，實現(xiàn)了多級范圍電壓輸入對應多級恒定電壓輸出，在每一范圍內信號調理電路輸出一個恒定值，作為誤差放大器的基準值。

本發(fā)明一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光器，技術效果如下：

1.本發(fā)明通過直流母線電壓信號實現(xiàn)了車流量檢測模塊與所有dc/dc恒流調光電路的通信，成本低、結構簡單，控制方便，有效解決了傳統(tǒng)路燈長時間滿功率運行帶來的電能浪費。

2.本發(fā)明采用直流母線連接pfc整流模塊與dc/dc恒流調光電路，同時dc/dc恒流調光電路無需電解電容，可靠性高，使用壽命長。

3.本發(fā)明采用了兩個pfc電源模塊冗余工作模式，有功率因數(shù)校正功能，當其中一個出現(xiàn)故障，系統(tǒng)仍有輸出電流，可靠性高，解決了led路燈與驅動電源壽命不相匹配的問題。

4.本發(fā)明結構簡單，操作方便，如有精確調光需要可在原有設備上加入數(shù)字調光裝置，即可實現(xiàn)。

5.恒流調光模塊內部輸出電流參考基準，受直流母線的電壓信號控制，因而輸出電流可以隨直流母線電壓的變化而變化，在車流量少時減少led路燈輸出功率，實現(xiàn)節(jié)能的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結構示意圖。

圖2為本發(fā)明恒流調光模塊一實施例的原理圖。

圖3為本發(fā)明恒流調光模塊中信號調理電路一實施例的原理圖。

圖4為本發(fā)明采用的窗口電壓比較器的電路圖。

圖5為本發(fā)明信號調理電路一實施例的電路仿真圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，一種基于直母線電壓信號的led節(jié)能調光器，包括兩個pfc整流模塊、恒流調光模塊、車流量檢測模塊、警報器。

第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊的輸入端接入交流市電，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊的輸出端連接直流母線，車流量檢測模塊的輸出端連接第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊。

直流母線連接警報器，

直流母線連接恒流調光模塊，恒流調光模塊連接led路燈。

所述車流量檢測模塊，用于將采樣的車流量電壓信號傳遞給pfc整流模塊。

所述pfc整流模塊，用于根據(jù)車流量電壓信號，調節(jié)輸出電壓的幅值。

直流母線電壓變化由第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊控制，直流母線電壓的波動將直接決定dc/dc恒流調光電路的輸出電流，進而決定led路燈的輸出功率。

車流量檢測模塊可以采用地感車輛檢測器pd132。

警報器可以采用型號:sf-503警報器。

整個照明系統(tǒng)運行狀態(tài)如下：

照明系統(tǒng)輸入交流市電正常工作，車流量檢測模塊實時檢測該路段人或車流量的狀況，當無車流量時，整個系統(tǒng)工作在狀態(tài)1；當有車輛進入該路段時，整個照明系統(tǒng)以狀態(tài)2啟動；車輛增多時，系統(tǒng)轉為狀態(tài)3；車輛過多時，系統(tǒng)轉為狀態(tài)4；車流量減少時，系統(tǒng)逐級轉換狀態(tài)。

第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊其中一個出現(xiàn)故障時，另一個會檢測到輸出功率驟增并進入應急工況，即輸出一個特定的電壓幅值u4，警報器報警，此時dc/dc恒流調光電路將輸出功率降低一半，led路燈仍處于工作狀態(tài)；

狀態(tài)1：無車流量時，車流量檢測模塊不會輸出信號，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊處于待機狀態(tài)，無功率輸出，led路燈不工作。

狀態(tài)2：車流量小時，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊根據(jù)車流量檢測模塊發(fā)出的信號1提高輸出電壓，母線電壓升至u1，dc/dc恒流調光電路根據(jù)u1提高輸出電流至i1，此時的輸出電流為led路燈額定電流的的50%左右，led路燈處于低亮度狀態(tài)。

狀態(tài)3：車流量多時，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊根據(jù)車流量檢測模塊發(fā)出的信號2提高輸出電壓，母線電壓u1升高至u2，dc/dc恒流調光電路根據(jù)u2提高輸出電流至i2，此時的輸出電流為led路燈額定電流的70%左右，led路燈處于中亮度狀態(tài)；

狀態(tài)4：車流量過多時，第一pfc整流模塊、第二pfc整流模塊根據(jù)車流量檢測模塊發(fā)出的信號3提高輸出電壓，母線電壓u2升高至u3，dc/dc恒流調光電路根據(jù)u3提高輸出電流至i3，此時的輸出電流為led路燈額定電流的80%以上，led路燈處于高亮度狀態(tài)。

如圖2所示，恒流調光模塊包括dc/dc恒流調光電路、信號調理電路、pwm模塊。在dc/dc恒流調光電路的輸入端進行電壓取樣、并連接信號調理電路，經(jīng)過信號調理電路，轉化為電壓基準值vref。dc/dc恒流調光電路的輸出端輸出電流進行采樣、并連接比較器，比較器連接pwm模塊，pwm模塊連接dc/dc恒流調光電路。對dc/dc恒流調光電路輸出端輸出電流進行采樣，將得到的采樣電壓v1與電壓基準值vref經(jīng)比較放大，得到誤差信號輸入pwm模塊調整，調節(jié)dc/dc恒流調光電路改變輸出電流達到調光目的。dc/dc恒流調光電路的輸入電壓為350v~400v，正常工作時，輸入電壓在400v左右，電壓基準值vref為3.5v，輸出電流為300ma，此時led路燈處于高亮度狀態(tài)，當輸入電壓降為375v時，電壓基準值vref降為2.65v，同時pwm模塊作用于調光電路，調整輸出電流降為245ma，led路燈處于中亮度狀態(tài)，當輸入電壓降為350v時，電壓基準值vref降為1.75v，同時pwm模塊作用于調光電路，調整輸出電流降為175ma，led路燈處于低亮度狀態(tài)。

pwm模塊可以采用型號tl494的芯片搭建的電路模塊。

如圖3所示，所述信號調理電路包含五個分壓電阻r1、r2、r3、r4、r5，三個限流電阻r6、r7、r8，三個輸出二極管d1、d2、d3，三個窗口電壓比較器（6個電壓比較器和6個電阻構成），窗口電壓比較器的個數(shù)應根據(jù)實際應用場合來確定。

如圖4所示，每一窗口電壓比較器都由兩個電壓比較器和一個電阻構成有五個端口的單元，第一端口①接電壓比較器a1的正相輸入端，第二端口②接電壓比較器a1的反相輸入端，第三端口③接電壓比較器a2的正相輸入端，第四端口④接電壓比較器a2的反相輸入端，電壓比較器a1和a2由vcc2提供電壓，并經(jīng)過電阻r與電壓比較器a1、a2的輸出端同時接第五端口⑤；

第二電阻r2的輸入端由電源vcc1的正極經(jīng)過電阻r1接入，第二電阻r2的一端和另一端分別接第一個窗口電壓比較器的第一端口①和第四端口④，第一個窗口電壓比較器的第二端口②和第三端口③同時接輸入電壓vi，第五端口⑤經(jīng)限流電阻r6接輸出二極管d1的陽極，輸出二極管d1的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口；在限流電阻r6與輸出二極管d1之間的結點接穩(wěn)壓管z1，穩(wěn)壓管z1負極與所述結點相連，正極接地；

第三電阻r3的輸入端接第二電阻r2另一端，第三電阻r3的一端和另一端分別接第二個窗口的電壓比較器的第一接口和第四接口，第二個窗口電壓比較器的第二接口和第三接口同時接輸入電壓vi，第五端口經(jīng)限流電阻r6接輸出二極管d2的陽極，輸出二極管d2的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口；在限流電阻r6與輸出二極管d2之間的結點接穩(wěn)壓管z2，穩(wěn)壓管z2負極與所述結點相連，正極接地；

第四電阻r4的一端接第三電阻r3的另一端，第四電阻r4的另一端經(jīng)過電阻r5接地，第四電阻r4的一端和另一端分別接第三個窗口電壓比較器的第一接口和第四接口，第三個窗口電壓比較器的第二接口和第三接口同時接入輸入電壓vi，第五端口經(jīng)限流電阻r8同時接入穩(wěn)壓二極管z3的陰極和輸出二極管d3的陽極，穩(wěn)壓二極管z3的陽極接地，輸出二極管d3的陰極與其它兩路的輸出二極管并聯(lián)接輸出端口。

如圖5所示，所述信號調理電路一實施例仿真圖，僅給出了輸入為4.1v時的電路仿真圖，此電路可在輸入電壓3.6v-4.2v內實現(xiàn)三個恒定電壓輸出，否則電路輸出電壓為零。輸入電壓在4v-4.2v時，電壓比較器a1、a2輸出高電平，經(jīng)過限流電阻r9由穩(wěn)壓二極管z1將電壓固定在3v，電壓比較器b1、b2、c1、c2輸出低電平，輸出二極管d1、d2、d3的反向截止性決定輸出電壓為3v；輸入電壓在3.8v-4.0v時，電壓比較器b1、b2輸出高電平，經(jīng)過限流電阻r10由穩(wěn)壓二極管z2將電壓穩(wěn)定在2v，電壓比較器a1、a2、c1、c2輸出低電平，輸出電壓為2v；輸入電壓在3.6v-3.8v時，電壓比較器c1、c2輸出高電平，經(jīng)過限流電阻r11由穩(wěn)壓二極管d3將電壓穩(wěn)定在1v，電壓比較器a1、a2、b1、b2輸出低電平，輸出電壓為1v。

綜上所述，本發(fā)明通過直流母線電壓實現(xiàn)了車流量檢測模塊與所有dc/dc恒流調光電路的通信，具有成本低、結構簡單，控制方便等優(yōu)點，有效解決了傳統(tǒng)路燈長時間滿功率運行帶來的電能浪費，同時pfc整流模塊的冗余工作模式可以有效解決led路燈與驅動電源壽命不相匹配的問題，本發(fā)明適用于一般路燈照明的工作環(huán)境，如隧道照明，街道照明，景觀照明等，可以達到高可靠性且節(jié)能的目標，上述實施范例僅僅是為了工作原理闡述簡單而構造恒流調光模塊的一個實例，在實際應用中，可以根據(jù)實際情況對本方案稍作改進，達到優(yōu)化效率和節(jié)約成本的目的。

本發(fā)明的上述實施范例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其他不同形式的變化和變動。這里無法對所有的實施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引申出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。