具有自动开关灯功能的LED节能灯的制作方法

本发明涉及一种LED照明灯，特别是具有自动开关灯功能的LED节能灯，属于电气节能照明技术领域。

背景技术：

LED(发光二极管)是一种新型光源，具有耗电小、亮度高、体积小、重量轻、寿命长等优点。用LED作为光源的灯具有可见度好、节能省电、反应快等优点。但目前使用交流市电的LED路灯通常需要整流滤波，而滤波需要较大容量的电容器，体积大，寿命短，并且整流滤波所形成的脉冲电流谐波含量大，降低了灯具的功率因数，影响了LED灯具的性能。因此，LED照明灯的光学设计、电路设计还需要进一步优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出具有自动开关灯功能的LED节能灯，不需要滤波电容和变压器，采用高性能的集成电路精确控制LED电流，有效降低谐波含量，提高效率与功率因数，降低灯具的发热量和体积，并且能够根据光敏元件检测的环境照度自动控制开关灯。

本发明是这样实现的：具有自动开关灯功能的LED节能灯，包括：输入保护单元[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、智能调光单元[5]、工作模式选择开关[6]、能量缓冲单元[7]、LED单元[8]；其中：

输入保护单元［1］：为LED路灯提供过电流或短路保护及吸收浪涌电压，与整流单元［2］构成电气连接；

整流单元［2］：将交流输入电压进行全波整流，为交流直驱控制器及LED提供单向脉动电压，与整流单元[2]及交流直驱控制器[3]构成电气连接；

交流直驱控制器［3］：根据整流后的脉动电压的瞬时值的大小，驱动不同组的LED发光，与整流单元[2]、智能调光单元[5]及能量缓冲单元[7]、LED发光单元[8]构成电气连接；

光敏传感器[4]：用于感受环境光照度，与智能调光单元[5]构成电气连接；

智能调光单元[5]：与交流直驱控制器［3］及光敏传感器[4]、工作模式选择开关[6]构成电气连接，作用是将光敏传感器[4]检测的环境照度转换为数字信号，并根据工作模式选择开关的位置，向交流直驱控制器［3］输出控制信号，控制其开灯或关灯；

工作模式选择开关[6]：通过开关选择是否允许自动开关灯，与智能调光单元[5]构成电气连接；

能量缓冲单元[7]：缓冲LED的电流变化，平滑LED的亮度，与交流直驱控制器［3］及LED单元[8]构成电气连接；

LED单元[8]：由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED发光功率的大小受交流直驱控制器［3］控制，与交流直驱控制器［3］及能量缓冲单元[7]构成电气连接。

所述的LED单元由m组LED发光器件构成，m为正整数，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数。

本发明是按照上述构思使用上述单元部件组合而成，其工作原理是：输入的交流电压经输入保护单元后进行全波整流，整流后的脉动电压向交流直驱控制器供电，由交流直驱控制器精确控制各LED灯串的电流。当工作模式选择开关处于自动开关灯模式时，智能调光单元根据光敏传感器检测的环境照度自动控制开关灯。

本发明的优点及效果：

(1) 使用交流直驱控制器，不需要大容量的滤波电容，且外部元件少，因而成本较低、可靠性高。

(2) 利用集成电路的交流直驱控制器来精确控制各灯串的电流，让总电流接近正弦波形，可提高功率因数和效率，发热量小，性能好。

(3)具有能量缓冲单元，克服了交流直驱LED的闪烁现象。

(4)能够根据光敏元件检测的环境照度自动控制开关灯。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的电路原理方框图。

图2是实施例的基于交流直驱控制器的主电路原理图。

图3是实施例的光敏传感器及智能调光单元电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，具有自动开关灯功能的LED节能灯，包括输入保护单元[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、智能调光单元[5]、工作模式选择开关[6]、能量缓冲单元[7]、LED单元[8]；其中输入保护单元［1］为LED路灯提供过电流或短路保护及吸收浪涌电压，与整流单元［2］构成电气连接；整流单元［2］将交流输入电压进行全波整流，为交流直驱控制器及LED提供单向脉动电压，与整流单元[2]及交流直驱控制器[3]构成电气连接；交流直驱控制器［3］根据整流后的脉动电压的瞬时值的大小，驱动不同组的LED发光，与整流单元[2]、智能调光单元[5]及能量缓冲单元[7]、LED发光单元[8]构成电气连接；光敏传感器[4]用于感受环境光照度，与智能调光单元[5]构成电气连接；智能调光单元[5]与交流直驱控制器［3］及光敏传感器[4]、工作模式选择开关[6]构成电气连接，作用是将光敏传感器[4]检测的环境照度转换为数字信号，并根据工作模式选择开关的位置，向交流直驱控制器［3］输出控制信号，控制其开灯或关灯；工作模式选择开关[6]通过开关选择是否允许自动开关灯，与智能调光单元[5]构成电气连接；能量缓冲单元[7]缓冲LED的电流变化，平滑LED的亮度，与交流直驱控制器［3］及LED单元[8]构成电气连接；LED单元[8]由若干只LED发光器件构成，对LED进行分组控制，每组LED发光功率的大小受交流直驱控制器［3］控制，与交流直驱控制器［3］及能量缓冲单元[7]构成电气连接。

请进一步参看图2，输入保护单元由保险丝F1和压敏电阻RV1组成；整流单元由整流桥BG1担任；交流直驱控制器由集成电路U1（型号为FL77944）、电容C1及电阻R1、R2组成；能量缓冲单元有4组，第1组能量缓冲单元包括二极管D11、电容C11、电阻R11，第2组能量缓冲单元包括二极管D21、电容C21、电阻R21，第3组能量缓冲单元包括二极管D31、电容C31、电阻R31，第4组能量缓冲单元包括二极管D41、电容C41、电阻R41；LED单元由4组超高亮度LED发光器件构成，每组LED含有并联的n条支路，n为正整数，在本实施例中，第1组LED的支路数n＝5，第2组LED的支路数n＝4，第3组LED的支路数n＝4，第4组LED的支路数n＝3，每条支路有k只LED发光二极管串联组成LED灯串，k为正整数，在本实施例中选k＝18。第1组LED由LED灯串LED11～LED15组成，第2组LED由LED灯串LED21～LED24组成，第3组LED由LED灯串LED31～LED34组成，第4组LED由LED灯串LED41～LED43组成。

每组LED的发光功率取决于通过该组各LED灯串的电流，其大小受交流直驱控制器U1控制并与各组能量缓冲单元的参数有关，由U1第10引脚外接的电阻R2设定允许的最大电流值，由U1第11引脚的电压调节LED的电流大小，当U1第11引脚的电压为0时，LED的电流为0，即为关灯状态。

第1组LED各灯串（LED11～LED15）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第1组能量缓冲单元的电容C11、电阻R11并联，灯串阳极及电容C11的正极与第1组能量缓冲单元的二极管D11的阴极连接，二极管D11的阳极与整流桥BG1的正极相连；第1组LED各灯串的阴极及电容器C11的负极与交流直驱控制器U1的LED1引脚及第2组能量缓冲单元的二极管D21的阳极相连。

第2组LED各灯串（LED21～LED24）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第2组能量缓冲单元的电容C21、电阻R21并联，灯串阳极及电容C21的正极与第2组能量缓冲单元的二极管D21的阴极连接，二极管D21的阳极与第1组LED各灯串的阴极及电容器C11的负极相连；第2组LED各灯串的阴极及电容器C21的负极与交流直驱控制器U1的LED2引脚及第3组能量缓冲单元的二极管D31的阳极相连。

第3组LED各灯串（LED31～LED34）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第3组能量缓冲单元的电容C31、电阻R31并联，灯串阳极及电容C31的正极与第3组能量缓冲单元的二极管D31的阴极连接，二极管D31的阳极与第2组LED各灯串的阴极及电容器C21的负极相连；第3组LED各灯串的阴极及电容器C31的负极与交流直驱控制器U1的LED3引脚及第4组能量缓冲单元的二极管D41的阳极相连。

第4组LED各灯串（LED41～LED43）相并联，即每个灯串的阳极连接在一起，每个灯串的阴极连接在一起，并联的各LED灯串再与第4组能量缓冲单元的电容C41、电阻R41并联，灯串阳极及电容C41的正极与第4组能量缓冲单元的二极管D41的阴极连接，二极管D41的阳极与第3组LED各灯串的阴极及电容器C31的负极相连；第4组LED各灯串的阴极及电容器C41的负极与交流直驱控制器U1的LED4引脚相连。

交流直驱控制器U1的第1引脚经串联电阻R1连接到整流桥BG1的正极，U1的第9、14、16引脚连到整流桥BG1的负极（GND），U1的第10引脚经电阻R2连接到GND，U1的第15引脚（VDD）与GND之间连接电容C1。

各组能量缓冲单元的作用是将LED高亮度时的能量吸收一部分，等待交流直驱控制器内部驱动MOS管关断时释放所吸收的能量，从而平滑LED发光器件瞬时的亮度，大大地降低了LED的闪烁度。以第1组能量缓冲单元为例说明如下：当交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚（即第3、5、7、12引脚）在内部PWM信号的驱动下有其中一个导通时，就有电流通过二极管D11，对电容C11充电，当C11上的电压上升到第1组LED各灯串（LED11～LED15）的最低发光电压时，LED灯串中就开始有电流流入并开始发光，随后一部分电流对电容C11充电，一分部电流流入LED灯串发光，随着电容C11的充电，电容C11的电压不断上升，直到通过二极管D11的电流几乎全部流入第1组LED灯串发光，电容C11的电压才保持不变，电容C11的电压越高，所储存的能量越多；当交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚全部关断时，就没有电流通过二极管D11，这时电容C11开始向第1组LED各灯串（LED11～LED15）放电，维持灯串发光，直到交流直驱控制器U1的LED1～LED4引脚在下一次有其中一个导通时，才有电流通过二极管D11对电容C11充电，如此循环。电阻R11是为了给电容C11提供放电支路，由于电阻R11的阻值较大，流过的电流很小，几乎不影响C11的正常充放电和LED灯串的发光，但当交流电源关断时间较长时，电阻R11使得电容C11上的电压不至于维持过久。其它组能量缓冲单元的工作原理与此类似。这样，在能量缓冲单元的作用下，能有效避免交流直驱电路的缺点，使行人基本观察不到LED信号灯的高频闪烁现象，提高了视觉感受。

交流直驱控制器U1（型号：FL77944）是一款交流直接LED驱动器，内部有4个集成式高压LED恒流源，提供切相调光，具有较宽的调光范围、平稳高光控制和良好的调光器兼容性，通过高功率因数和低THD来实现高效率，具有过温保护及模拟、数字调光功能，外部采用最少数量的RC无源元件，特别适用于高效率LED照明系统。

LED单元的电流通过电流检测电阻R₂按如下公式设置：

，，，

其中I_LED1、I_LED2、I_LED3、I_LED4分别为交流直驱控制器U1的LED1、LED2、LED3、LED4引脚（即第3、5、7、12引脚）灌电流的调节目标电流值。

在参数设计时，根据输入电压的有效值以及预测的输入功率，可按下面的公式初步确定电流检测电阻R2的值：

式中：V_AC.RMS为输入电压的有效值，P_IN为预测的输入功率。

请参看图3，智能调光单元由集成电路U2（型号为78L05）、电容C2～C5、单片机U3（型号为STC15W408AS）及插座CZ1组成。其中U2是5V稳压集成电路，提供单片机的工作电压和电流。STC15W408AS单片机是1T 8051单片机,同样工作频率时,速度是传统8051的8～12倍，是宽电压、高速、高可靠、低功耗、超强抗干扰的新一代8051单片机，内部含有8K的Flash程序存储器和512字节SRAM，内部集成了高精度的RC时钟，不需外部晶振和外部复位电路，还有比较器、5个定时器/计数器以及3路CCP/PWM/PCA、8路高速10位AD转换器、1组超高速异步串行通信口等硬件资源。

光敏传感器由光敏二极管GM担任，光敏二极管产生的光电电流通过电阻R3时，在电阻R3上产生电压降，该电压被单片机U3的第15引脚连接的内部ADC0转换为数字信号，作为环境照度测量值。

S1是工作模式选择开关，S1的一端连接到单片机U3的第12引脚及电阻R4，S1的另一端连接到GND，电阻R4的另一端连接到+5V；当开关S1闭合时，单片机U3的第12引脚为低电平，此时处于自动开关灯模式时，智能调光单元根据光敏传感器检测的环境照度自动控制开关灯，当U3第16引脚的输出电压为0时，即为关灯状态。插座CZ1用于给单片机下载程序，在给单片机下载程序时，断开交流供电电源，用TTL电平的串口信号及+5V电源供电。