一种自动调光led节能交通信号灯的制作方法
【专利摘要】一种自动调光LED节能交通信号灯，包括输入保护[1]、整流单元[2]、交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]。交流直驱控制器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。调光控制单元根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提供给交流直驱控制器，由交流直驱控制器控制LED发光单元的亮度变化。能量缓冲单元用于平滑LED的亮度，降低LED的闪烁度。其优点是不需要大容量的滤波电容，外部元件少，功率因数和效率高，具有能量缓冲单元，克服了交流直驱LED的闪烁现象，且调光性能好，有利于节能。
【专利说明】
-种自动调光LED节能交通信号灯
技术领域
[0001] 本发明设及一种交通信号灯，特别是一种自动调光Lm)节能交通信号灯，属于道路 交通照明节能技术领域。
【背景技术】
[0002] 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Lm)作为光源的交通信号灯具有可见度好、节能省电、反应快等优点，逐步取代白 识灯、低压面鹤灯制作道路交通信号灯。
[0003] L抓在交通信号灯方面的应用，其发展非常迅速，由于LED本身所具备的环保、节 能、长寿命等优点，LED在交通领域的应用依然有非常大的空间。但目前大功率Lm)的应用， 需要解决散热和成本问题，提高效率是降低发热的有效途径。由于目前使用交流市电的LED 信号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和效率，影响了 LED信号灯的性能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出一种交流直接驱动的自动调光的LED节能交通信号灯，不 需要滤波电容，在满足交通灯发光亮度的前提下，提高效率与功率因数，降低装置的发热量 和体积，能根据环境光亮度自动调节L邸灯的发光强度，并且易于生产制造。
[0005] 本发明是运样实现的：一种自动调光Lm)节能交通信号灯，包括:输入保护[1]、整 流单元[2]、交流直驱控制器[3 ]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5 ]、能量缓冲单元[6]、LED 发光单元[7];其中： 输入保护[1]:为Lm)节能交通信号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Lm)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Lm)发光， 与整流单元[2]、调光控制单元[引及能量缓冲单元[6]、L邸发光单元[7]构成电气连接； 光敏传感器[4]:用于感受环境光照度，与调光控制单元[引构成电气连接； 调光控制单元[5]:根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提 供给交流直驱控制器[3]，由交流直驱控制器[3]控制Lm)发光单元[7 ]的亮度变化，与交流 直驱控制器[3]构成电气连接； 能量缓冲单元[6]:缓冲Lm)的电流变化，平滑Lm)的亮度，与交流直驱控制器[3]及LED 发光单元[7]构成电气连接； L抓发光单元[7]:由若干只L抓发光器件构成，对L抓进行分组控制，每组L邸发光功率 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[6]构成电气连 接。
[0006] 所述的Lm)发光单元由m组Lm)发光器件构成，m为正整数，每组Lm)含有并联的n条 支路，n为正整数，每条支路有k只Lm)发光二极管串联组成Lm)灯串，k为正整数，每组Lm)由 交流直驱控制器[3]按输入电压瞬时值的大小及调光控制信号Wpwm的方式驱动发光。
[0007] 本发明是按照上述构思使用上述部件组合而成，其工作原理是：输入的交流电压 经输入保护后进行全波整流，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Lm)灯串的电流，调光控制单元根据光敏传感器的信号的变化向交流直驱控 制器输出随环境照度变化的控制电压，通过交流直驱控制器实现Lm)的调光。能量缓冲单元 的作用是将Lm)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L邸发光器件瞬时的亮度，降低L邸的闪烁度。
[0008] 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，因而成本低、可靠 性高。
[0009] (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。
[0010] (3)具有能量缓冲单元，克服了交流直驱L邸的闪烁现象。
[0011] (4)具有良好的调光性能，有利于节能。
【附图说明】
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0013] 图1是本发明的电路原理方框图。
[0014] 图2是实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0015] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，W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W解释本发明，并不用于限 定本发明。
[0016] 请参看图1，一种自动调光Lm)节能交通信号灯，包括:输入保护[1]、整流单元[2]、 交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元 [7]。其中：输入保护[1]为Lm)节能交通信号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L邸提供单向脉动电压，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]、调光控制单元[引及能量缓冲单元[6]、L邸发光单元[7]构成电气连接;光敏传感器[4] 用于感受环境光照度，与调光控制单元[5]构成电气连接;调光控制单元[5]根据光敏传感 器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提供给交流直驱控制器[3]，由交流直驱 控制器[3]控制Lm)发光单元[7]的亮度变化，与交流直驱控制器[3]构成电气连接;能量缓 冲单元[6]能缓冲Lm)的电流变化，平滑Lm)的亮度，与交流直驱控制器[3]及Lm)发光单元 [7]构成电气连接;L抓发光单元[7]由若干只L抓发光器件构成，对L抓进行分组控制，每组 L邸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[6] 构成电气连接。
[0017] L抓发光单元由m组L抓发光器件构成，m为正整数，每组L抓含有并联的n条支路，n 为正整数，每条支路有k只Lm)发光二极管串联组成Lm)灯串，k为正整数，每组L抓由交流直 驱控制器按输入电压瞬时值的大小及调光控制信号Wpwm的方式驱动发光。
[0018] 请进一步参看图2,输入保护由保险丝Fl和压敏电阻RVl组成;整流单元由整流桥 BGl担任;交流直驱控制器由集成电路UU型号为FL77944)、电容Cl及电阻Rl、R2组成;光敏 传感器由光敏电阻R3担任；调光控制单元由集成电路U2(型号为LM258)、电阻R3~R5、可调 电阻RWl、电容C2、齐纳二极管Dl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 Dl 1、电容Cll、电阻Rl 1，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;Lm)发光单元由4组L邸发光器件构成，每组Lm)含有并联的n条支路，n为正整数，在 本实施例中，第1组Lm)的支路数n = 4，第2组L邸的支路数n = 3，第3组L邸的支路数n = 3，第4 组Lm)的支路数n = 2,每条支路有k只Lm)发光二极管串联组成Lm)灯串，k为正整数。第1组 L抓由L抓灯串L抓11~L抓14组成，第2组L抓由L抓灯串L邸21~L抓23组成，第3组LED由LED 灯串LED31~LED33组成，第4组L邸由L邸灯串LED41~LED42组成。
[0019] 每组L邸的发光功率取决于通过该组各Lm)灯串的电流，其大小受交流直驱控制器 Ul控制并与各组能量缓冲单元的参数有关，由Ul第10引脚外接的电阻R2设定允许的最大电 流值，由Ul第11引脚的电压调节LED的电流大小。
[0020] 第1组LED各灯串化抓11~LEDl 4)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L邸灯串再与第1组能量缓冲单元的电容C11、电阻Rll并联， 灯串阳极及电容Cll的正极与第1组能量缓冲单元的二极管Dll的阴极连接，二极管Dll的阳 极与整流桥BGl的上端(正极)相连;第1组L邸各灯串的阴极及电容器Cll的负极与交流直驱 控制器Ul的LEDl引脚及第2组能量缓冲单元的二极管D21的阳极相连。
[0021] 第2组L抓各灯串化抓21~LED23)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L邸灯串再与第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Lm)各灯串的阴极及电容器Cll的负极相连;第2组L邸各灯串的阴极及电容器C21 的负极与交流直驱控制器Ul的LED2引脚及第3组能量缓冲单元的二极管D31的阳极相连。
[0022] 第3组L抓各灯串化抓31~LED33)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L邸灯串再与第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Lm)各灯串的阴极及电容器C21的负极相连;第3组L邸各灯串的阴极及电容器C31 的负极与交流直驱控制器Ul的LED3引脚及第4组能量缓冲单元的二极管D41的阳极相连。
[0023] 第4组L抓各灯串化抓41~LED42)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L邸灯串再与第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Lm)各灯串的阴极及电容器C31的负极相连;第4组L邸各灯串的阴极及电容器C41 的负极与交流直驱控制器Ul的LED4引脚相连。
[0024] 交流直驱控制器Ul的第1引脚经串联电阻Rl连接到整流桥BGl的上端(正极），U1的 第9、14、16引脚连到整流桥BGl的下端（负极，GND)，U1的第10引脚经电阻R2连接到整流桥 BGl的下端(负极，GND)，U1的第15引脚(VDD)与GND之间连接电容Cl。
[0025]交流直驱控制器Ul是一款交流直接Lm)驱动器，内部有4个集成式高压L邸恒流源， 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，具有过溫保护及模拟、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L邸照明系统。
[00%] L邸单元的电流通过电流检测电阻R2按如下公式设置：
其中Iledi、ILED2、ILED3、ILED4分别为交流直驱控制器Ul的L抓1、LED2、L抓3、LED4引脚（即 第3、5、7、12引脚)灌电流的调节目标电流值。
[0027] 在参数设计时，根据输入电压的有效值W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:Vac.rms为输入电压的有效值，Pin为预测的输入功率。
[0028] 各组能量缓冲单元的作用是将Lm)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Lm)发光器件瞬时的亮度，大大地 降低了LED的闪烁度。W第1组能量缓冲单元为例说明如下：当交流直驱控制器Ul的LEDl~ LED4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Dll对电容Cll 充电，当Cll上的电压上升到第1组L抓各灯串化抓11~LED14)的最低发光电压时，L抓灯串 中就开始有电流流入并开始发光，随后一部分电流对电容Cll充电，一分部电流流入LED灯 串发光，随着电容Cll的充电，电容Cll的电压不断上升，直到通过二极管Dll的电流几乎全 部流入第1组LED灯串发光，电容Cl 1的电压才保持不变，电容Cl 1的电压越高，所储存的能量 越多；当交流直驱控制器Ul的LEDl~LED4引脚全部关断时，就没有电流通过二极管Dll，运 时电容Cl 1开始向第1组L邸各灯串化邸11~LEDl 4 )放电，维持灯串发光，直到交流直驱控制 器Ul的LEDl~LED4引脚在下一次有其中一个导通时，才有电流通过二极管Dll对电容Cll充 电，如此循环。电阻Rll是为了给电容Cll提供放电支路，由于电阻Rll的阻值较大，流过的电 流很小，几乎不影射Cll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Rll使得电容Cll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。 运样，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。
[0029] 电阻R3与光敏二极管GM并联后，一端连接到V孤，另一端连接到放大器V2A的第3引 脚，电阻R5与可调电阻RWl串联后与齐纳二极管Dl并联，一端与放大器V2A的第3引脚连接， 另一端与GND连接；电容C3连接在放大器V2A的第3引脚与GND之间；电阻R4与电容C2并联后， 连接到放大器V2A的第巧I脚和第1引脚之间;放大器V2A的第8引脚接VDD，第4引脚接GND^ 大器V2A的第1引脚连接到交流直驱控制器Ul的第11引脚，控制Lm)的亮度，当白天环境光线 强时，光敏二极管GM的光电流增大，放大器V2A的第3引脚的电位(相对于GND)上升，V2A的第 1引脚输出电压增高，m驱动LED的电流增大，LED亮度增强；当夜晚环境光线弱时，光敏二极 管GM的光电流减小，放大器V2A的第3引脚的电位(相对于GND)下降，V2A的第I引脚输出电压 降低，叫驱动L抓的电流减小，L抓亮度减弱，运样，既避免了L抓灯在夜晚太亮太刺眼，又节 能了电能。齐纳二极管Dl的作用是限制U2A第3引脚的电压，从而防止U2A第1脚输出电压超 过交流直驱控制器Ul第11引脚的允许值。
【主权项】
1. 一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，包括:输入保护[1]、整流单元[2]、 交流直驱控制器[3]、光敏传感器[4]、调光控制单元[5]、能量缓冲单元[6]、LED发光单元 [7];其中： 输入保护[1]:为LED节能交通信号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]、调光控制单元[5]及能量缓冲单元[6]、LED发光单元[7]构成电气连接； 光敏传感器[4]:用于感受环境光照度，与调光控制单元[5]构成电气连接； 调光控制单元[5]:根据光敏传感器[4]的信号，进行电压变换，产生合适的电压信号提 供给交流直驱控制器[3]，由交流直驱控制器[3]控制LED发光单元[7 ]的亮度变化，与交流 直驱控制器[3]构成电气连接； 能量缓冲单元[6]: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 发光单元[7]构成电气连接； LED发光单元[7 ]: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[6]构成电气连 接。2. 根据权利要求1所述的一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，所述的LED发 光单元由m组LED发光器件构成，m为正整数，每组LED含有并联的η条支路，η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，每组LED由交流直驱控制器[3]按 输入电压瞬时值的大小及调光控制信号以PWM的方式驱动发光。3. 根据权利要求1所述的一种自动调光LED节能交通信号灯，其特征在于，所述的调光 控制单元的电阻R3与光敏二极管GM并联后，一端连接到VDD，另一端连接到放大器V2A的第3 引脚，电阻R5与可调电阻RW1串联后与齐纳二极管D1并联，一端与放大器V2A的第3引脚连 接，另一端与GND连接;电容C3连接在放大器V2A的第3引脚与GND之间；电阻R4与电容C2并联 后，连接到放大器V2A的第2引脚和第1引脚之间；放大器V2A的第8引脚接VDD，第4引脚接 GND;放大器V2A的第1引脚连接到交流直驱控制器U1的第11引脚，控制LED的亮度。
【文档编号】H05B33/08GK105828490SQ201610401485
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年6月10日
【发明人】涂金龙, 徐有军, 李艳霞, 何叶
【申请人】南京交通职业技术学院