专利名称：照明系统及其照明控制方法
技术领域：
本发明涉及照明领域，特别是涉及一种利用人眼的视觉暂留功能提高光源能效的
照明系统及其照明控制方法。
背景技术：
目前电光源主要有三大类白炽灯、低气压放电灯与高气压放电灯，这三类灯都是由交流50HZ或60HZ交流供电条件下工作，除采用将交流市电整流成直流或变频后成高频电流供电外，一般情况下交流供电的电光源随施加在光源上电压的变化其光源的发光强度也会随之变化。如图l-3是典型气体放电灯的工作电压、灯功率及输出光强的变化曲线。
为了获得更高的光强和更好的照明效果，首选采用高效光源和高效灯具后不得不采用提高灯功率的方法来实现提高照度的目标。但是增加灯功率势必会带来增加照明器具的能耗、成本、发热量等等不利因素。而现有技术中在提高照明光源的能效方法上，除进一步提高光源的光效、降低光源附件镇流器的自身功耗以及改进配套灯具的设计提高有限光通量的利用率外，还没有其他方式能进一步提高光源的能效。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中的照明系统提高能效的同时还会增加能耗、成本和发热量的缺陷，提供一种利用人眼的视觉暂留功能提高光源能效的照明系统及其照明控制方法。 本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的 —种照明系统，其包括若干照明光源，其特点在于，该照明系统还包括一控制单元，该控制单元用于控制所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
较佳地，所述的照明光源为能在毫秒内瞬时启动并达到峰值光强输出的光源。
较佳地，所述的照明光源为LED光源，或者无需预热启动的固态光源、气体放电灯或弧光放电灯。 较佳地，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整流后转换成100周单向脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，该控制单元用于将50HZ交流电经半波整流后转换成50周单向脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，该控制单元包括一脉冲发生器，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整
流后转换成直流后，再由脉冲发生器变换成高于25周的脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，所述若干照明光源分为多组，该控制单元用于控制所述多组照明光源轮换开关，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，该照明系统还包括一幕状发光体，该幕状发光体置于各照明光源与被照物之间。
本发明的另一技术方案为一种前述的照明系统的照明控制方法，其特点在于，用所述的控制单元对所述照明光源的开关工作频率进行控制，使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，所述控制单元将50HZ交流电转换成脉冲电源，该脉冲电源的频率高于人眼的视觉暂留频率。 较佳地，通过改变所述照明电源的启动电压，对脉冲电源的宽度进行控制。 较佳地，通过采用可控硅电子元件的可控电流的导通与关断特性，对脉冲电源的
宽度进行控制。 较佳地，该照明系统的控制单元包括一脉冲发生器，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整流后转换成直流后，再由脉冲发生器变换成高于25周的脉冲电源，该方法通过设置脉冲发生器的开关周期及开关时间，对脉冲电源的宽度进行控制。 本发明的积极进步效果在于本发明在确保照明效果不变的前提下，通过提高整灯的能效来降低灯功率，从而实现减小光源自身功耗和发热量，达到降低整灯成本和进一步节能的目标。
图1为现有技术中的市电50HZ交流电的电压变化图。 图2为现有技术中的由市电供电的光源的光强变化曲线图。 图3为现有技术中的视觉观察到的光源的光强变化效果图。 图4为本发明的脉冲电源的电压变化图。 图5为本发明的由脉冲电源产生的脉冲峰值光强的变化图。 图6为本发明的视觉观察到的光源的光强变化效果图。 图7为本发明的照明系统的原理示意图。 图8为本发明的照明系统做成灯泡状时的结构示意图。 图9为本发明的照明系统做成安装在灯具内时的结构示意图。 图10为本发明的照明系统与灯具安装前后的结构示意图。 图11为本发明中将50HZ交流电经全波整流后转换成100周单向脉冲电源的过程示意图。 图12为图11的电路原理图。 图13为本发明中将50HZ交流电经半波整流后转换成50周单向脉冲电源的过程示意图。 图14为图13的电路原理图。 图15为本发明中采用脉冲控制器控制脉冲电源的示意图。 图16为图15的电路原理图。 图17为本发明采用扫描顺序控制电路控制脉冲电源的电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。 如图4-17所示，本发明的照明系统，包括若干照明光源，该照明系统还包括一控
4制单元，该控制单元用于控制照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。这里先对视觉暂留进行简要介绍，以便于更好地理解本发明。 首先以汽车在行驶中的惯性为例，汽车的行驶油耗一般是由汽车自重与发动机的效率决定的，但在同样的使用条件下，汽车的实际油耗与驾驶员如何控制油门有关，因为汽车在行驶过程中具有动能并产生了惯性，当汽车失去动力后由于惯性的作用会继续前进，这时因无需动力所以实现了节油的目的。同样，在人眼的视觉中同样也存在光的"惯性"作用，通常我们称之为"视觉暂留"现象，利用"视觉暂留"原理我们有了电影和电视。电视屏幕的显像管实际上只有一个光点在移动扫描产生全屏幕的发光，当显像管的扫描一旦停止中间只有一个光点全屏幕会暗下来，其实这时它的光点亮度并未改变。以往我们仅将这一现象和原理仅用了图形成像领域中，而本发明就是根据将视觉暂留现象用于照明系统的原理，设计出的一种高能效的照明系统。如图6所示，其中的视觉暂留区b的面积大于图3中的视觉暂留区的面积，实现了照明系统的高能效。 因为以往几采所有的光源都是由热转化成光(如白炽灯)或由紫外线激发荧光粉
发光，都有一个由暗到亮的启动过程，由于这一启动过程的时间超过人眼的视觉暂留时间，
不能达到上述效果，因此只有能在豪秒内瞬时启动并能达到峰值光强输出的光源才有可能
应用人眼视觉暂留原理来实现提高灯具能效的功能。因此，本发明中的照明光源是能在毫
秒内瞬时启动并达到峰值光强输出的光源，本实施例中采用的是LED光源。本发明在配用
电光源时，须满足瞬时启动要求，即要满足电光源具有瞬时快速启动的特性，除采用LED光
源外，还可采用无需预热启动的固态光源和气体放电灯与弧光放电灯。另外还须瞬时达到
峰值光强，可以采用点阵的方式，将若干个启动快功耗低的小功率点光源以矩阵的方式聚
集成高光强的面光源。点阵光源也可采用多点或多组形式陈列，并可根据点或组，分别单组
供电或控制。还可以采用余辉时间长的荧光粉以获得更好的视觉暂留效果。 本实施例中的LED光源包括发光芯片与驱动电源，本实施例即是在现有的LED光
源基础上，增加一个控制发光芯片开关时间的控制单元。这套控制单元不同于目前常用的
灯光控制单元用于改变灯光开关方式变色调光的目的，一般控制单元控制的时间周期较
长，其变化周期高于人眼的视觉暂留周期，使人的眼睛能观察到这种控制灯光变化的现象。
而本发明所采用的用于提高LED灯能效的控制单元，使开关工作频率高于人眼的视觉暂留
频率，即在每秒25次以上，在一个开关周期内可根据不同的LED峰值光强与所需的照明效
果来选择不同的开关时间比，这个开关时间比可以是预先设定的，也可以是通过调整控制
单元的控制电路进行调整。图7示出了本发明的原理，市电电压1转换成脉冲电压2后，给
LED光源3供电。另外，多个LED点光源形成矩阵式的面光源后，为降低LED光源的眩光和
提高灯具的照明效果，还可以在LED光源与被照物5之间增加一个具有"光扩展"功能的幕
状发光体4。该幕状发光体同时也既"透光"又"不透明"，以使人眼的视觉"暂留"得到最充
足的效果。在使用该照明系统时，用控制单元对照明光源的开关工作频率进行控制，使照明
光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率，从而提高光源的能效。 如图8-10示出了本发明采用的两种结构形式。图8中本发明做成灯泡状，幕状发
光体1罩在外壳6上，外壳6内为LED光源3以及脉冲发生器7，整体通过灯头8接电即可
使用。图9、10为将本发明做在灯具内时的情况，与图8相比，少了灯头8以及幕状发光体
1，脉冲发生器7'也有所不同。图10中的灯罩10与灯具壳体11组合，即可实现照明了。
其中，幕状发光体1位于光源与被照物之间，要求选用透光效果好的材料制成。当这种具有"光扩展"功能的照明用新光源置于传统的具有反光罩的灯具后，借助于反光面可进一步扩展幕状发光体的发光面面积，提高光扩展功能。当将具有"光扩展"功能的照明用新光源置于有灯罩的灯具中时，也可利用灯具灯罩作为幕状发光体，即图10中所采用的形式。 以上介绍了本发明的原理以及结构形式，下面具体阐述本发明的脉冲电源的几种实现方式。本发明对脉冲电源的要求为，与传统的照明光源的选用不同的是，不能局限于市电交流50HZ正弦交流电源或经变频后的高频电源或经镇流后的直流电源，而是一种既能满足电光源正常瞬间启动达到峰值光强的正常工作源，又可在光源达到峰值光强后迅速关断并尽可能降低甚至不再耗能。为此为了能达到获得最多的视觉暂留的效果，对获得的脉冲源也应作相应的要求，1、脉冲电源的频率必须高于人眼的视觉暂留频率每秒25周以上。2、脉冲电源的宽度和截止时间宽度均可按需进行调整。3、脉冲源必须用足够的强度确保向电光源提供足够的电压与电流，确保电光源能在瞬间达到峰值光强。 如图11-16，示出了市电到脉冲源的转换方式，也即前述控制单元的实现方式。其中，控制所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率的方式，可以采用本领域技术人员广泛公知的常规技术手段。下面说明本发明所采用的几种途径，从市电交流50HZ正弦电源转换成所需的可供超视频具有光扩展功能的脉冲源有以下途经。
(1)如图11、12所示，将50HZ交流电经全波整流后转换成100周(HZ)单向脉冲电源。其中VI表示LED激发工作电压，V2表示电源单向正弦峰值电压，50HZ交流市电双向正弦电压，经全波整流后形成IOOHZ单向正弦电压波形，图11的右图为由光源工作电压控制的脉冲工作区，阴影部分为LED光源导通工作区。图12中，交流电经过限流电容C1，整流二极管Dl-D4之后，即形成单向正弦电压波形。 (2)如图13、14所示，将50HZ交流电经半波整流后转换成50周单向脉冲电源。其中VI表示LED激发工作电压，V2表示电源单向正弦峰值电压，50HZ交流市电双向正弦电压，经半波整流后形成50HZ单向正弦电压波形，图13的右图为由光源工作电压控制的脉冲工作区，阴影部分为LED光源导通工作区。图14中，交流电经过限流电阻R1，整流二极管Dl之后，即形成单向正弦电压波形。 (3)如图15、16所示，将50HZ交流电经全波整流后转换成直流后，再由脉冲发生器(或多谐振器)变换成高于25周的脉冲电源。50HZ交流市电双向正弦电压，经全波整流后形成IOOHZ单向正弦电压波形，图15的右图为由多谐振器控制输出的脉冲电源，阴影部分为脉冲电源宽度。 另外如图17所示，通过采用扫描顺序控制电路以依次点燃多组电光源也可以实现脉冲的效果。采用若干组LED光源通过控制单元进行顺序扫描间隙开灯，由于每组光源只是在瞬间开关，借助于人眼的视觉暂留功能使人们实际观察到连续不变的照明效果。各组LED光源轮换开关的工作周期可以预先设定，或者通过调整控制单元的控制电路进行调整。 对于脉冲电源的宽度时间控制，可以采用本领域技术人员广泛公知的常规技术手段。下面说明本发明所采用的几种途径。 (1)、改变选配电光源的启动电压。当经全波或半波整流后的脉冲电流随时间正弦逐步达到电光源的启动电压后方导通，因此选用不同启动电压的电光源便可获得不同的脉冲宽度。 (2)、采用可控硅电子控制元件。本领域技术人员可以采用可控硅电子元件的可控电流导通与关断特性，来获取所需要的脉冲电源。
(3)、通过设置改变脉冲发生器的开关周期及开关时间来实现。 虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些
仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变
更或修改。因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
权利要求
一种照明系统，其包括若干照明光源，其特征在于，该照明系统还包括一控制单元，该控制单元用于控制所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
2. 如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，所述的照明光源为能在毫秒内瞬时启动并达到峰值光强输出的光源。
3. 如权利要求2所述的照明系统，其特征在于，所述的照明光源为LED光源，或者无需预热启动的固态光源、气体放电灯或弧光放电灯。
4. 如权利要求1-3任意一项所述的照明系统，其特征在于，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整流后转换成100周单向脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
5. 如权利要求1-3任意一项所述的照明系统，其特征在于，该控制单元用于将50HZ交流电经半波整流后转换成50周单向脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
6. 如权利要求l-3任意一项所述的照明系统，其特征在于，该控制单元包括一脉冲发生器，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整流后转换成直流后，再由脉冲发生器变换成高于25周的脉冲电源，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
7. 如权利要求l-3任意一项所述的照明系统，其特征在于，所述若干照明光源分为多组，该控制单元用于控制所述多组照明光源轮换开关，以使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
8. 如权利要求1所述的照明系统，其特征在于，该照明系统还包括一幕状发光体，该幕状发光体置于各照明光源与被照物之间。
9. 一种如权利要求1所述的照明系统的照明控制方法，其特征在于，用所述的控制单元对所述照明光源的开关工作频率进行控制，使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。
10. 如权利要求9所述的照明控制方法，其特征在于，所述控制单元将50HZ交流电转换成脉冲电源，该脉冲电源的频率高于人眼的视觉暂留频率。
11. 如权利要求IO所述的照明控制方法，其特征在于，通过改变所述照明电源的启动电压，对脉冲电源的宽度进行控制。
12. 如权利要求10所述的照明控制方法，其特征在于，通过采用可控硅电子元件的可控电流的导通与关断特性，对脉冲电源的宽度进行控制。
13. 如权利要求IO所述的照明控制方法，其特征在于，该照明系统的控制单元包括一脉冲发生器，该控制单元用于将50HZ交流电经全波整流后转换成直流后，再由脉冲发生器变换成高于25周的脉冲电源，该方法通过设置脉冲发生器的开关周期及开关时间，对脉冲电源的宽度进行控制。
全文摘要
本发明公开了一种照明系统，其包括若干照明光源，该照明系统还包括一控制单元，该控制单元用于控制所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。本发明还公开了一种前述的照明系统的照明控制方法，用所述的控制单元对所述照明光源的开关工作频率进行控制，使所述照明光源的开关工作频率高于人眼的视觉暂留频率。本发明在确保照明效果不变的前提下，通过提高整灯的能效来降低灯功率，从而实现减小光源自身功耗和发热量，达到降低整灯成本和进一步节能的目标。
文档编号H05B41/30GK101765276SQ201010110729
公开日2010年6月30日 申请日期2010年2月12日 优先权日2010年2月12日
发明者吴文信, 章开明, 章旻乾, 谢坤 申请人:上海新凯元照明科技有限公司