一种大功率led路灯电源电路系统及照明功率智能调节方法_3

文档序号:8946439阅读:来源:国知局
通过无线通讯网络提供检测环境温度、气象条件、区域 环境亮度信息、LED阵列温度为专家规则算法模块输入,LED阵列功率调节量为输出;
[0070]②LED阵列温度预测模型米用基于ARMA(Auto-RegressiveandMovingAverage Model一一自回归滑动平均模型)的计算法及最小二乘模型参数在线估计算法;根据定时 采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度,将预测结果传递给LED寿命机理模型的 专家规则单元;
[0071] ③LED寿命机理模型的专家规则单元按照产品寿命,根据选用的LED光衰曲线 (见图10),结合按照阿伦尼斯加速寿命模型计算出LED安全工作温度,并以此为基准计算 出LED的安全工作温度范围,作为判定LED阵列预测温度处于哪个范围;当预测温度大于安 全温度10度以上时为高温,当预测温度低于安全温度10度以上时为低温,当预测温度位于 安全温度上下10度范围内时为适中温度;
[0072] ④LED寿命机理模型的专家规则单元在保证LED安全工作的前提下,若环境温度 升高,则下调照明功率,降低发热;若气象条件有利于散热,则为保证照明需求,可以适当提 高照明功率;在保证照明需求条件下,环境自然亮度高则可以减少照明功率,环境自然亮度 低则可以增加照明功率;由LED寿命机理模型确定LED长期安全工作的温度上限。
[0073] 所述步骤①中的气象条件包括雨雪情况和风速信息;所述步骤②中LED阵列温度 预测模型以1分钟为采样时间。
[0074] 为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面结合附图和实施方式对本 发明作进一步的详细说明。
[0075] 图1大功率LED路灯区域管理系统,包括路灯区域管理计算机、无线通讯网络、配 置LED电源控制器的LED路灯。路灯区域管理计算机配置GPRS工业级无线模块,除检测路 灯状态、控制路灯开关外,负责向区域内路灯控制器传送检测环境温度、气象条件(雨雪、 风速)等信息。
[0076] 图2中,无线通讯网络由无线网关、GPRS通讯模块和ZigBee通讯电路构成,无线 网关配置GPRS工业级无线模块和ZigBee通讯模块,接收路灯区域管理计算机发送的状态 信息,并把状态信息利用zigbee网络发送到LED电源控制器。
[0077] 所述配置LED电源控制器的LED路灯包括LED电源控制器、zigbee通讯接口模块、 LED可控电源、LED阵列、路灯机械部件等。
[0078]图3是本发明提供的一种大功率LED路灯照明电源系统结构示意图,其特征在 于,包括LLC谐振变换器主电路、基于DSP的控制电路、GSM/GPRS通讯电路、ZigBee通讯电 路;其中GSM/GPRS通讯电路、ZigBee通讯电路为系统根据需要可选用的通讯模块,都通过RS232串口与DSP主控制芯片实现通讯。GSM/GPRS模块选用法国Wavecom公司的Q2406B, 该模块与DSP的串口相连,在利用AT指令实现短信功能。GSM/GPRS通讯电路所用天线采用 鞭状天线,将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给GSM/GPRS通讯模块;
[0079] 图4是本发明涉及的LLC谐振变换器主电路;半桥LLC谐振变换器主要包括三大 部分:开关网络、谐振网络和输出网络。
[0080] 开关网络由两只功率开关管MOSFET以和S2)构成,由LLC控制器部分直接控制, VDjRVD2是开关管的体二极管,cJrc2是开关管的寄生电容,为了防止电流反向击穿。Si 和&的栅极驱动信号为互补信号(实际信号占空比应小于50%,SJPS22间应有导通死 区),它们的开关频率取决于反馈环路。Cs是谐振电容,L是谐振电感,Lni是励磁电感,即变 压器初次绕组的电感。它们三者共同组成半桥LLC谐振变换器的谐振网络,Cs参与谐振的 同时,也起到隔直电容的作用。对于输出网络,DjP02构成整流电路,C。为滤波电容,时输 出电压可以近似为平滑稳定的直流电压,&为负载电阻(LED阵列等效电阻)。
[0081] 图5是本发明提供的一种大功率LED路灯照明功率智能照明系统DSP控制系统示 意图。Ul为数字信号控制器芯片TMS320F28027。U2采用的是型号为SP3232EEY的RS-232 接口芯片,用于连接GSM/GPRS通讯电路,实现接收路灯开关命令、气象条件等信息。U3采用 AT24C512N-10SI-2. 7,其功能是双线串行的EEPR0M,作用是用于保存系统配置参数,防止数 据丢失。ILpower为芯片供电电源模块,用于把12V电压转换成3. 3V的供电电压,供给芯片 TMS320F2812使用。U_pwm为驱动脉冲信号电路模块,此模块用来产生两路不共地的ePMff 驱动信号分别供给两个功率开关管,防止其互通。其驱动隔离电路如附图4,由于半桥LLC 谐振变换器的两个功率开关管在结构上是串联的,所以开关管接收到的驱动信号时不能共 地的,本设计中采用隔离脉冲变压器隔离信号并进行变压,把驱动信号分成两路单独驱动 每一个功率开关管。
[0082] 散热器温度检测采用TC77集成温度传感器芯片,连接至GPI012,GPI028,GPI020 管脚(13-15管脚),见附图3。
[0083] 图6是隔离驱动电路,是由隔离脉冲式变压器、三极管、二极管、电阻、电容构成, 12V电源电压为2个三极管供电。隔离脉冲式变压器原边采用推挽式电路,副边是两个对称 的线圈,NPNl与NPN2接成对称关系,轮流导通不会发生同时导通的现象。当NPNl导通时, 原边绕组与副边上侧绕组耦合,关断时原边绕组向副边绕组释放能量,NPN2同理。这样的 电路结构可以使得两个功率开关管获得较大的功率输出,足以驱动上下MOSFET管。
[0084] 图7是ZigBee通讯电路,是由天线和CC2530ZigBee协议芯片单元电路、RS232 通讯电路构成。所述天线采用鞭状天线,将接收到的LED路灯电源的控制信号发送给 CC2530ZigBee协议芯片单元电路,天线电路由天线、C251、C261、C252、C262、C253、C254、 C255、L251、L252、L261等原件构成,与CC2530RF_P、RF_N管脚连接;RS232通讯电路选用 SP3232接口电路芯片,与芯片连接的C216、C217、C218、C219、R218、R219构成完整通讯接 口电路,与CC2530P0. 2、PO. 3、PO. 4、PO. 5 管脚连接。
[0085] 图8是系统主流程,LLC谐振变换器的控制在中断服务程序中完成。路灯开关、环 境亮度、气象条件等信息的接收在通讯中断服务程序中完成。在主流程中完成DSP系统初 始化、控制参数初始化,以及循环处理接收到命令信息、环境亮度、气象条件信息、检测到温 度信息,并根据更新后的上述数据调用控制算法子程序,更新LLC谐振变换器配置参数。
[0086] 图9是本发明提供的一种大功率LED路灯照明功率智能控制方法结构示意图,包 括:
[0087] 基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块和ARMA预测模型,ARMA预测模型采 用基于ARMA(自回归滑动平均模型)的计算法以及最小二乘模型参数在线估计算法,根据 定时采集的LED阵列温度预测下一时段LED阵列温度,将预测结果传递给专家规则算法模 块。基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块以路灯区域管理计算机通过无线通讯网络 提供检测环境温度、气象条件(雨雪、风速)、区域环境亮度信息、LED阵列预测温度为专家 规则算法模块输入,LED阵列照明功率调节量为输出;
[0088] 所述基于LED寿命机理模型是按照所设计产品寿命,根据选用的LED光衰曲线 (示例见附图10),结合按照阿伦尼斯(Arrhenius)加速寿命模型计算出LED安全工作温 度,并以此为基准计算出LED的安全工作温度范围,作为判定LED阵列预测温度属于高温 (如,大于安全温度10度)、适中、低温(如,低于安全温度10度)的依据。
[0089] 所述的基于LED寿命机理模型的专家规则算法模块,其特征在于包括LED阵列温 度预测模型以及基于LED寿命机理模型的专家规则,其中:
[0090] 所述基于
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