專利名稱：冷色暖色led色溫可調(diào)恒照度智能led平面照明器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及LED照明裝置，具體涉及一種通過(guò)冷色暖色LED混合實(shí)現(xiàn)的色溫可調(diào)、恒照度的智能LED平面照明器。
背景技術(shù)：
色溫是表示光源光譜質(zhì)量最通用的指標(biāo)。色溫是按絕對(duì)黑體來(lái)定義的。低色溫光源的特征是能量分布中紅光輻射相對(duì)說(shuō)要多些，通常稱為“暖色光”;色溫提高后，能量分布中藍(lán)光輻射的比例增加，通常稱為“冷色光”。由于白光LED是通過(guò)發(fā)射藍(lán)光的發(fā)光半導(dǎo)體，激發(fā)黃色熒光物質(zhì)(有時(shí)也加入其它顏色的熒光物質(zhì))，組合成白光的。通過(guò)不同熒光物質(zhì)和控制熒光物質(zhì)的多少，來(lái)實(shí)現(xiàn)白光LED的相關(guān)色溫。對(duì)于單個(gè)白光LED來(lái)說(shuō)，其色溫是固定不變的(不考慮長(zhǎng)時(shí)間的色溫漂移)?，F(xiàn)有色溫可調(diào)的照明器具有以下特點(diǎn):1.現(xiàn)有色溫可調(diào)LED平面燈或其他照明器，沒(méi)有考慮色溫變化時(shí)，燈發(fā)出總的光通量可能發(fā)生變化，以至于會(huì)出現(xiàn)從一個(gè)色溫變化到另一色溫時(shí)，由于燈的總的光通量發(fā)生變化太大，人眼可以感覺(jué)得到光通量的變化而覺(jué)得不舒適；2.現(xiàn)有色溫可調(diào)LED平面燈或其他照明器，在改變色溫時(shí)，由于對(duì)LED光源的特性研究不充分，沒(méi)有采用色溫補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，實(shí)際混色得到的白光色溫，和設(shè)計(jì)的值有較大偏差;3.現(xiàn)有的燈沒(méi)有監(jiān)測(cè)外界環(huán)境光照的變化，不能依據(jù)外界環(huán)境光的強(qiáng)弱，實(shí)時(shí)調(diào)整燈發(fā)出的光通量。在外界光照較強(qiáng)時(shí)，室內(nèi)只需少量照明就可以滿足使用要求時(shí)，依然以發(fā)出最大光通量的狀態(tài)工作，造成能源浪費(fèi)。另外，傳統(tǒng)的LED驅(qū)動(dòng)電源雖然可以實(shí)現(xiàn)LED亮度調(diào)節(jié)，但是不能實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，輸入功率因數(shù)比較低，諧波比較大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，通過(guò)照度傳感器和微處理器的配合，依據(jù)外界環(huán)境光的強(qiáng)弱，實(shí)時(shí)調(diào)整燈發(fā)出的光通量，同時(shí)采用色溫補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，以解決現(xiàn)有技術(shù)中色溫可調(diào)同時(shí)節(jié)約能源的問(wèn)題。另外，為了使LED驅(qū)動(dòng)電源的輸入電流諧波滿足要求，必須加功率因數(shù)校正，采用單級(jí)PFC反激式的LED驅(qū)動(dòng)電源，解決了現(xiàn)有技術(shù)中LED驅(qū)動(dòng)電源的質(zhì)量問(wèn)題。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型的一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，包括照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置，所述照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置順次電連接。其中，所述LED驅(qū)動(dòng)電源采取單級(jí)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，具體的，所述LED驅(qū)動(dòng)電源包括EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC (Power Factor Correction，功率因數(shù)校正)隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊，所述EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊順次電性連接，所述PWM控制模塊的輸入端還連接至微處理器MCU的輸出端，所述PWM控制模塊的輸出端還連接至單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。所述輸出整流濾波電路的輸出端連接LED光源。進(jìn)一步的，所述單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊的原理方框概圖如圖2所示，其包括PFC級(jí)(PFC轉(zhuǎn)換器)和DC/DC級(jí)(DC-DC控制器)。該單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊只有一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，需要實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)和輸入電流整形，PFC級(jí)和DC/DC級(jí)之間的瞬間不等的能量由儲(chǔ)能電容Cl來(lái)平衡。實(shí)際的控制電路可以對(duì)輸出電壓或電流快速地調(diào)節(jié)，因此單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，半個(gè)交流周期里的占空比D基本不變。因此在固定D條件下，要求電感自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)輸入電流波形的整形。在所有的PFC轉(zhuǎn)換器中，一個(gè)交流周期里瞬態(tài)輸入功率是脈動(dòng)變化的，而后接DC-DC控制器的輸出功率是恒定的。因此，PFC轉(zhuǎn)換器的電路必須有一個(gè)儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)不平衡的能量。同時(shí)單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊為滿足保持時(shí)間的要求，需要大電容量電解電容。進(jìn)一步的，所述PWM控制模塊采用型號(hào)為FAN7527B的有源功率因數(shù)校正控制芯片實(shí)現(xiàn)。該有源功率因數(shù)校正控制芯片F(xiàn)AN7527B的內(nèi)部乘法器電路的優(yōu)異性能，可以用于寬交流市電輸入電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合(85 265VAC)。并使所構(gòu)成電路的THD值很小，從而獲得良好的有源功率因數(shù)校正控制功能。它的啟動(dòng)工作電流只有幾十微安，利用它的零電流檢測(cè)FAN7527B的5腳可以實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷控制功能。進(jìn)一步的，所述照度傳感器為光敏三極管，感受照明器的表面照度變化并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)。本實(shí)用新型的色溫可調(diào)可采用如下方案實(shí)現(xiàn):由多顆暖白LED和冷白LED混色，也即所述LED光源包括若干顆暖白LED和冷白LED，實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)。其中，一般相關(guān)色溫(CCT)在區(qū)間2000-5000內(nèi)的都屬于暖白，色溫區(qū)間為5000-7000的屬于正白，色溫大于7000以上的屬于冷白。另外，所述LED光源優(yōu)選使用LED面光源。本實(shí)用新型的色溫可調(diào)恒照度LED平面照明器(平面燈)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):I采用照度傳感器、微處理器MCU和PWM控制模塊配合，依據(jù)外界環(huán)境光的強(qiáng)弱，實(shí)時(shí)調(diào)整燈發(fā)出的光通量；依據(jù)CIE表色系統(tǒng)三原色理論、顏色混合定律及均勻混色技術(shù)，采用色溫補(bǔ)償?shù)臋C(jī)制，解決了現(xiàn)有技術(shù)中色溫可調(diào)同時(shí)節(jié)約能源的問(wèn)題；2采用單級(jí)PFC反激式的LED驅(qū)動(dòng)電源，具體是通過(guò)EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊的配合，使該LED驅(qū)動(dòng)電源具有較高的傳輸效率，較低的EMI和溫升，提高了 LED驅(qū)動(dòng)電源的可靠性；且采用單級(jí)PFC反激式的LED驅(qū)動(dòng)電源，所用器件少，損耗低，具有較高的功率因數(shù)和效率；3本實(shí)用新型不僅具有LED平面燈節(jié)能、環(huán)保、平面發(fā)光、照度均勻性好、光線柔和、舒適而不失明亮的優(yōu)點(diǎn)，而且進(jìn)一步滿足了人們對(duì)照明環(huán)境的光品質(zhì)和舒適性的要求，可廣泛應(yīng)用于酒店賓館、商業(yè)廣場(chǎng)、會(huì)議室、工廠或辦公室、醫(yī)院、學(xué)校等公共場(chǎng)所，未來(lái)還可進(jìn)入家居場(chǎng)所。

圖1是本實(shí)用新型的系統(tǒng)原理圖；[0019]圖2是本實(shí)用新型的單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊原理方框概圖。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。本項(xiàng)目開(kāi)發(fā)一種色溫可調(diào)恒照度LED平面照明器(平面燈)，在繼承現(xiàn)有LED平面燈優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，可根據(jù)環(huán)境狀況實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)和光通量變化，進(jìn)一步優(yōu)化平面燈的結(jié)構(gòu)，提高平面燈照度均勻性和出光效率，使工作面光照基本恒定，滿足人們對(duì)照明環(huán)境舒適性和照明光品質(zhì)的需求。如圖1所示，一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，包括照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置，所述照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置順次電連接?？紤]到成本和效果，所述照度傳感器為光敏三極管，感受照明器的表面照度變化并轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)。其中，所述LED驅(qū)動(dòng)電源采取單級(jí)反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),具體的,所述LED驅(qū)動(dòng)電源包括EMI (Electro-Magnetic Interference,電磁干擾)濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC(Power Factor Correction,功率因數(shù)校正)隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊，所述EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊順次電性連接，所述PWM控制模塊的輸入端還連接至微處理器MCU的輸出端，所述PWM控制模塊的輸出端還連接至單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊的輸入端。所述輸出整流濾波電路的輸出端連接LED光源。一般LED對(duì)其驅(qū)動(dòng)的要求:高效率、高可靠免維護(hù)、安全隔離、低成本、精確控制、高功率因數(shù)等。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對(duì)各種LED驅(qū)動(dòng)電源方案的研究，得出單級(jí)PFC更適合作為高功率LED驅(qū)動(dòng)。因此，本實(shí)用新型采用單級(jí)PFC反激降壓模塊。并通過(guò)EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊的配合，使該LED驅(qū)動(dòng)電源具有較高的傳輸效率，較低的EMI和溫升，提高了 LED驅(qū)動(dòng)電源的可靠性。其中，所述PWM控制模塊優(yōu)選采用型號(hào)為FAN7527B的有源功率因數(shù)校正控制芯片實(shí)現(xiàn)。該有源功率因數(shù)校正控制芯片F(xiàn)AN7527B的內(nèi)部乘法器電路的優(yōu)異性能，可以用于寬交流市電輸入電壓范圍的應(yīng)用場(chǎng)合(85 265VAC)。并使所構(gòu)成電路的THD值很小，從而獲得良好的有源功率因數(shù)校正控制功能。它的啟動(dòng)工作電流只有幾十微安，利用它的零電流檢測(cè)FAN7527B的5腳可以實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷控制功能。單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊的原理方框概圖如圖2所示，其包括PFC級(jí)(PFC轉(zhuǎn)換器)和DC/DC級(jí)(DC-DC控制器)。該單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊只有一個(gè)開(kāi)關(guān)管和一套控制電路，需要實(shí)現(xiàn)輸出電壓的快速調(diào)節(jié)和輸入電流整形，PFC級(jí)和DC/DC級(jí)之間的瞬間不等的能量由儲(chǔ)能電容Cl來(lái)平衡。實(shí)際的控制電路可以對(duì)輸出電壓或電流快速地調(diào)節(jié)，因此單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊工作在穩(wěn)態(tài)時(shí)，半個(gè)交流周期里的占空比D基本不變。因此在固定D條件下，要求電感自動(dòng)能實(shí)現(xiàn)輸入電流波形的整形。在所有的PFC轉(zhuǎn)換器中，一個(gè)交流周期里瞬態(tài)輸入功率是脈動(dòng)變化的，而后接DC-DC控制器的輸出功率是恒定的。因此，PFC轉(zhuǎn)換器的電路必須有一個(gè)儲(chǔ)能電容存儲(chǔ)不平衡的能量。同時(shí)單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊為滿足保持時(shí)間的要求，需要大電容量電解電容。本實(shí)用新型采用微處理器(MCU)控制和脈沖寬度調(diào)制(PWM)技術(shù)，依據(jù)CIE表色系統(tǒng)三原色理論、顏色混合定律及均勻混色技術(shù)，研制色溫可調(diào)照度均勻恒定平面照明器，使人們根據(jù)環(huán)境狀況的合理選擇光源色溫，既節(jié)能環(huán)保，又滿足人們對(duì)照明品質(zhì)及光環(huán)境的追求。其中，本實(shí)用新型的色溫可調(diào)可采用如下方案實(shí)現(xiàn):由多顆暖白LED和冷白LED混色，也即所述LED光源包括若干顆暖白LED和冷白LED，實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)。其中，一般相關(guān)色溫(CCT)在區(qū)間2000-5000內(nèi)的都屬于暖白，色溫區(qū)間為5000-7000的屬于正白，色溫大于7000以上的屬于冷白。另外，所述LED光源優(yōu)選使用LED面光源。具體的，通過(guò)若干顆暖白LED和冷白LED進(jìn)行混色，是根據(jù)暖白和冷白色光的顏色混合理論，應(yīng)用相關(guān)計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言編制軟件，計(jì)算混合任意色溫白光所需的給定暖白LED和冷白LED的亮度系數(shù)。由于單顆暖白LED和冷白LED的亮度差別也很大，必須研究實(shí)現(xiàn)亮度系數(shù)比例的暖白LED和冷白LED的數(shù)量，再通過(guò)PWM控制模塊利用一種簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖反復(fù)開(kāi)關(guān)光源驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)一脈沖寬度調(diào)制(PWM)調(diào)光技術(shù)，根據(jù)計(jì)算出的亮度系數(shù)產(chǎn)生控制三原色亮度的脈沖信號(hào)，從而根據(jù)需要復(fù)現(xiàn)相應(yīng)色溫。實(shí)驗(yàn)證明，盡管暖白LED和冷白LED混色白光色溫結(jié)果相對(duì)理論計(jì)算值偏差較小，在對(duì)色溫要求較高的環(huán)境中，依然要采用色溫補(bǔ)償技術(shù)。最后，采用勻光技術(shù)，通過(guò)勻光裝置使平面燈均勻發(fā)光與高效率出光。均勻發(fā)光從兩個(gè)方面考慮:一是從光源的角度考慮，測(cè)試分析表明LED面光源比LED點(diǎn)光源的發(fā)光均勻性高，在成本許可的情況下，優(yōu)選考慮采用LED面光源；一是從導(dǎo)光結(jié)構(gòu)上考慮，研究新的導(dǎo)光結(jié)構(gòu)，并用光學(xué)仿真軟件模擬，以提高發(fā)光的均勻性。出光的效率也與導(dǎo)光結(jié)構(gòu)有關(guān)，所以考慮導(dǎo)光結(jié)構(gòu)同時(shí)，導(dǎo)光材料的選擇也至關(guān)重要；決定出光效率的最后一個(gè)環(huán)節(jié)平面燈出光表面的材料，亦必須通過(guò)測(cè)試不同材料的透過(guò)率來(lái)選擇。另外，恒照度技術(shù)是保證工作面光照度按照依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《建筑照明設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50034-2004設(shè)定的值，在環(huán)境自然光照發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)自動(dòng)調(diào)整光源的發(fā)射光通量來(lái)保持基本不變(起伏小于±10%)的技術(shù)。對(duì)于平面照明器，為了便于傳感器的安置于照明器內(nèi)部，一般會(huì)把工作面的照度設(shè)定值依據(jù)照明器的安裝空間折算到其出光平面上。通過(guò)多LED的混光(白光)的均勻性技術(shù)(前面已述)和工作面環(huán)境照度的監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)恒照度技術(shù)。工作面環(huán)境照度的監(jiān)測(cè)，可用光敏三極管作為照度傳感器，利用微處理器MCU作為控制管理單元，通過(guò)照度傳感器對(duì)平面燈出光表面的照度進(jìn)行探測(cè)，讓測(cè)量的照度值與設(shè)定的值進(jìn)行比較，當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，控制光源的光通量增大；當(dāng)測(cè)量值大于設(shè)定值時(shí)，控制光源的光通量減小。采用PID算法實(shí)現(xiàn)控制，通過(guò)PWM控制模塊控制LED光源，實(shí)現(xiàn)照度恒定。由于要滿足調(diào)光過(guò)程中色溫基本不變，所以在調(diào)光過(guò)程中，要保持多LED的亮度系數(shù)比不發(fā)生變化。因此色溫的調(diào)節(jié)和照度的恒定需要結(jié)合起來(lái)綜合考慮，并保證LED光源長(zhǎng)時(shí)間使用后出現(xiàn)光衰后，照明器燈具系統(tǒng)能自動(dòng)補(bǔ)償。本實(shí)用新型通過(guò)上述機(jī)構(gòu)，采用微處理器MCU和PWM控制模塊配合，依據(jù)CIE表色系統(tǒng)三原色理論、顏色混合定律及均勻混色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)色溫可調(diào)照度均勻恒定平面照明器，使人們根據(jù)環(huán)境狀況的合理選擇光源色溫，既節(jié)能環(huán)保，又滿足人們對(duì)照明品質(zhì)及光環(huán)境的追求。盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案具體展示和介紹了本實(shí)用新型，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書(shū)所限定的本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細(xì)節(jié)上可以對(duì)本實(shí)用新型做出各種變化，均為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其特征在于:包括照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置，所述照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置順次電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其特征在于:所述LED光源包括若干顆暖白LED和冷白LED。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其特征在于:所述LED驅(qū)動(dòng)電源包括EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊，所述EMI濾波模塊、全波整流電路、單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊、輸出整流濾波電路、誤差反饋電路和PWM控制模塊順次電性連接，所述PWM控制模塊的輸入端還連接至微處理器MCU的輸出端，所述PWM控制模塊的輸出端還連接至單級(jí)PFC隔離轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所述輸出整流濾波電路的輸出端連接LED光源。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其特征在于:所述PWM控制模塊采用型號(hào)為FAN7527B的有源功率因數(shù)校正控制芯片實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其特征在于:所述照度傳感器為光敏三極管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及LED照明裝置，具體涉及一種冷色暖色LED色溫可調(diào)恒照度智能LED平面照明器，其包括照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置，所述照度傳感器、微處理器MCU、LED驅(qū)動(dòng)電源、LED光源和勻光裝置順次電連接。其中，所述LED光源包括若干顆暖白LED和冷白LED。本實(shí)用新型應(yīng)用于LED照明裝置的色溫可調(diào)。
文檔編號(hào)H05B37/02GK203086809SQ201320024580
公開(kāi)日2013年7月24日 申請(qǐng)日期2013年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者徐代升, 朱翔, 陳偉藝, 陳曉, 鄭黎華, 王陽(yáng) 申請(qǐng)人:廈門(mén)理工學(xué)院