一种隔离智能PFM调光水底灯的制作方法

本申请涉及户外led照明技术领域，尤其是涉及一种隔离智能pfm调光水底灯。

背景技术：

led户外调光灯具具有低能耗和高光亮度等特性，亮度和能耗与传统的钨丝灯泡效能相差60%以上。将led户外调光灯具制作成可调光，即可根据实际情况调整灯光的亮度，从而影响环境的光线明暗，衬托出不同的环境氛围，同时还可以节约能源，减少碳排放量。

但是相关技术中的led户外调光灯具调光方案，存在人员误触碰导致触电的情况，安全隐患较高。

技术实现要素：

为了降低人员触电风险，提高使用的安全性，本申请提供一种隔离智能pfm调光水底灯。

本申请提供的一种隔离智能pfm调光水底灯，采用如下的技术方案：

一种隔离智能pfm调光水底灯，包括中空设置且具有密闭性的壳体﹑固设于壳体内的电源板和led灯珠板，所述电源板上设有供电隔离电路，所述led灯珠板上设有用于led灯珠调光的控制电路，所述供电隔离电路与控制电路之间设有用于电连接的连接机构，所述电源板上连接有用于给供电隔离电路提供电源的电源线，所述电源线通过开设在壳体上的贯穿孔进入壳体，所述贯穿孔与电源线之间设有维持壳体密闭性的密封机构。

通过采用上述技术方案，密闭性的壳体，使放置在壳体内的电源板和led灯珠板具有防水密封性，同时形成物理的隔绝，避免人员直接触碰到带电部件；

壳体内部分为电源板和led灯珠板两个独立区域，使两个区域之间存在物理隔离，且通过连接机构进行电气连接，实现led灯珠板的供电；

密封机构将电源线与贯穿孔之间的缝隙进行封堵，提高壳体的整体密封性，同时也实现对电源线在贯穿孔位置的固定，减少电源线在壳体内部发生晃动的情况。

优选的，所述供电隔离电路包括供电模块和信号隔离模块，所述供电模块包括输入ac整流滤波单元、dc-dc功率转换稳压单元、隔离变压器和输出整流滤波单元；所述信号隔离模块包括光电耦合单元，所述供电隔离电路和控制电路通过光电耦合单元实现电信号连接。

通过采用上述技术方案，电源板为交流输入开关电源主板，高压交流电通过输入ac整流滤波单元、dc-dc功率转换稳压单元、隔离变压器和输出整流滤波单元，变成低压直流电且向led灯珠板上的led灯珠进行供电，且led灯珠板的工作电压低于人体安全电压，从而在物理隔离的基础上，实现电源板和led灯珠板的电气隔离，降低人员触电风险，提高使用的安全性；光电耦合单元实现供电隔离电路和控制电路之间的电信号连接，即通过电-光-电的方式进行信号传递，能够很好的隔离输入信号和输出信号，让其不会受到彼此的干扰。

优选的，所述密封机构包括固设在贯穿孔上且与电源线紧贴的密封件。

通过采用上述技术方案，密封件将电源线与贯穿孔之间的缝隙进行封堵，提高密封性的同时，起到固定电源线的作用，减少电源线在壳体内发生晃动的情况。

优选的，所述控制电路包括用于控制led灯珠板供电的零功耗保护模块、用于检测输入交流电源的隔离过零检测模块、用于调光控制的mcu调光程序控制模块和频率滞后调光模块。

通过采用上述技术方案，零功耗保护模块用于控制led灯珠板上led灯珠的供电，作为过温，过流，过压，过功率，负载短路等异常保护，使整机更为稳定可靠；隔离过零检测模块用于对输入的ac交流信号进行同步检测，作为判断输入的ac交流电压是否有无的参考以及断电计时的初始信号；mcu调光程序控制模块用于对led灯珠调光进行控制，驱动led灯珠发出单基色光或者多种复合彩色光；频率滞后调光模块也是一种调光控制，利用频率的迟滞导致视觉暂停，形成强度不同的单色光或复合彩色光。

优选的，所述零功耗保护模块包括第一电阻器r1、第二电阻器r2、第三电阻器r3、第四电阻器r4、第五电阻器r5、稳压二极管zd1、第一二极管d1、功率开关管q1、功率开关管q2、第一极性电容器e1和第二极性电容器e2；

所述第一极性电容器e1，阳极连接于电源输入端vin，阴极接地；

所述第二极性电容器e2，阳极连接于电源输入端vin，阴极接地；

所述稳压二极管zd1，阳极连接于电源输入端vin，阴极连接于第一电阻器r1的一端；

所述功率开关管q1，基极连接于第一电阻器r1的另一端、第四电阻器r4的一端、第五电阻器r5的一端和第一二极管d1的阳极，集电极连接于第三电阻器r3的一端，发射极连接于第四电阻器r4的另一端和接地；

所述功率开关管q2，基极连接于第三电阻器r3的另一端和第二电阻器r2的一端，集电极连接于频率滞后调光模块，发射极连接于电源输入端vin；

第二电阻器r2的另一端连接于电源输入端vin；

第一二极管d1的阴极连接于第五电阻器r5的另一端和com端。

通过采用上述技术方案，当com端为高电平时，功率开关管q2处于断开状态，等同于开关的断开，使整个led灯珠板因无电压供电，处于无损关断状态，确保零待机功耗的功能；当com端为低电平时，功率开关管q2处于导通状态，等同于开关的闭合，led灯珠板处于正常工作状态。零功耗电路可以通过控制com的控制电压，开通和关断led灯珠板的供电，可作为过温，过流，过压，过功率，负载短路等异常保护，使整机更为稳定可靠。

优选的，所述隔离过零检测模块包括光电三极管pc1、第七电阻器r7、第八电阻器r8和第二非极性电容器c2；

所述光电三极管pc1，集电极连接于电源输入端vcc，发射极连接于pf端、第七电阻器r7的一端和第八电阻器r8的一端；

所述第七电阻器r7的另一端连接于第二非极性电容器c2的一端；

所述第八电阻器r8的另一端连接于第二非极性电容器c2的另一端和接地。

通过采用上述技术方案，隔离过零检测模块可以通过光电三极管pc1对输入ac交流信号的过零点进行同步检测，得到一个与之相对的同相位方波检测信号，以作为后级控制芯片判定输入ac交流电压是否有无的参考以及断电计时的初始信号。

优选的，所述mcu调光程序控制模块包括mcu芯片u1、第九电阻器r9和第三非极性电容器c3；

所述mcu芯片u1，第一端口连接于电源输入端vcc和第三非极性电容器c3的一端，第二端口连接于调光控制r端，第三端口连接于调光控制g端，第四端口连接于第九电阻器r9的一端，第五端口连接于on/off端和第七电阻器r7与第二非极性电容器c2之间的结合点，第六端口连接于调光控制b端，第七端口连接于调光控制w端，第八端口连接于第三非极性电容器c3的另一端和接地；

第九电阻器r9的另一端连接于电源输入端vcc。

通过采用上述技术方案，预先在mcu芯片u1内烧写好固定的调光程序，分别从mcu芯片u1四个引脚输出r，g，b，w四种基色的调光控制信号，四种信号之间可以作为单基色控制信号输出，也可以进行相互复合，从而形成多种不同的复合颜色的调光信号输出，驱动led灯珠发出单基色光或者多种复合彩色光。

优选的，所述频率滞后调光模块包括芯片u2、第一电感器l1、第三极性电容器e3、第一非极性电容器c1、第十一电阻器r11、第十二电阻器r12、第二二极管d2、第六电阻器r6和若干发光二极管led1-ledn；

所述芯片u2，第一端口连接于功率开关管q2的集电极和第一非极性电容器c1的一端，第二端口连接于第十一电阻器r11的一端、第十二电阻器r12的一端、第三极性电容器e3的阳极和发光二极管led1的阳极，第三端口连接于第六电阻器r6的一端，第四端口连接于第二二极管d2的阳极和第一电感器l1的一端，第五端口连接于第一非极性电容器c1的另一端和接地，第六端口连接于第一非极性电容器c1的另一端和接地；

所述第六电阻器r6的另一端连接于mcu芯片u1的第二端口、第三端口、第六端口和第七端口；

所述第二二极管d2的阴极连接于第十一电阻器r11的另一端、第十二电阻器r12的另一端和第一非极性电容器c1的另一端；

所述第一电感器l1的另一端连接于第三极性电容器e3的阴极和发光二极管ledn的阴极。

通过采用上述技术方案，在正常开机状态下，电源输入端vin经功率开关管q2输出电压给芯片u2供电，同时前级mcu芯片u1各调光信号输出脚输出的调光信号，经限流后送至芯片u2的调光输入脚，通过芯片u2进行频率迟滞pfm调光，以驱动输出led灯珠发光，通过对led灯珠进行排布，从而利用视觉暂停形成强度不同的单色光或复合彩色光，达到调光目的。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1：本申请的结构设计合理，防水性能好，在不影响产品整体外观和电性能的前提下，可实现良好的物理隔绝和电气绝缘隔离效果，制作工艺简单，适合自动化批量生产，且能保证一定强度的安装性能；

2：本申请中led灯珠板上设置控制电路，实现多种不同的安全检测、调光控制和异常保护功能，使整机更为稳定可靠。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中供电隔离电路和控制电路的逻辑示意图；

图3是本申请实施例中零功耗保护模块和频率滞后调光模块的示意图；

图4是本申请实施例中隔离过零检测模块和mcu调光程序控制模块的示意图。

附图标记说明：1、壳体；2、电源板；3、led灯珠板；4、电源线；5、贯穿孔；6、供电隔离电路；7、供电模块；8、信号隔离模块；9、控制电路；10、零功耗保护模块；11、隔离过零检测模块；12、mcu调光程序控制模块；13、频率滞后调光模块。

具体实施方式

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

相关技术中的led户外调光灯具的调光方式，主要有以下二种：

第一种采用非隔离高频调光方案：其主功率部分为非隔离方式，led灯珠与高频开关功率管直接串联，输入与输出共地；调光控制部分采用负反馈闭环控制。工作原理：输入ac交流电源经过整流滤波电路变换成平滑的直流电压，再进行高频斩波，通过电压闭环调整和电流闭环调整，使之转换为所需幅值的直流电压和直流电流，在高频直流-直流幅值变换的同时，通过调节串联在主电路中的高频开关功率管控制端的驱动信号占空比，可使流过led灯珠二端的工作电流和工作电压随之改变，从而起到调光和开/关的控制作用。这种调光方案，其缺点在于：虽然可以实现占空比调光，但由于ac高电压输入部分和led灯珠供电低电压部分，没有有效的电气隔离和绝缘保护，交流电流自输入到输出形成通路，使输出的参考地线带电，致使整个灯具的内部电路和零部件均带有交流高压，在户外﹑水下或人可触及的场所使用时，具有较大的安全隐患。

第二种采用低频线性调光方案：其主功率部分为非隔离方案，led灯珠与低频线性调整管直接串联，输入与输出共地，调光控制部分采用负反馈闭环控制。工作原理：输入低压交流电压经过整流滤波电路变换成平滑的直流电压，直接加到灯珠的正极，通过调光控制电路进行电压和电流采样，形成一个随之变化的误差控制电压，送至内阻抗可变的低频线性调整晶体管（可以为三极管或场效应管等）的控制极，通过改变串联在led灯珠两端的低频线性调整晶体管的控制极电压或电流，来改变其内阻，从而使串联在主电路中的led灯珠电流改变，实现了对led灯珠的调光。这种调光电路虽然输入电压比较低，通常低于人身所能承受的安全电压以下。但由于采用线性调节，转换效率低，内阻可变的低频线性调整晶体管一直工作于放大状态，存在着硬损耗，且随着电流或者阻抗的增加，其内部的结温会成倍上升，需要安装较大的散热器进行散热，在中大功率或电压降高的场合，其使用受到了较大的限制，大多用于小功率的调光电路，具有一定的使用局限性。

本申请实施例公开一种隔离智能pfm调光水底灯，如图1所示，包括壳体1﹑电源板2和led灯珠板3，且电源板2和led灯珠板3均固定在壳体1的内部。具体的，壳体1包括上盖、下壳和绝缘密封圈，上盖和下壳均为不锈钢金属材质制成。通过将上盖、绝缘密封圈和下盖的边缘位置对准且压合在一起，从而形成一个完整的中空密闭防水结构。

电源板2上固定连接有电源线4，电源线4用于给电源板2提供外部电源。壳体1的周壁上开设有贯穿孔5，电源线4通过贯穿孔5进入壳体1的内部。贯穿孔5与电源线4之间设置有密封机构，密封机构为密封件，密封件固定连接在贯穿孔5上，且密封件将电源线4与贯穿孔5之间的缝隙封堵，提高壳体1的密封完整性。

如图1所示，电源线4为三芯电缆线，包括黑色线头、白色线头和黄绿双色接地线，其中，黑色线头拧接在电源板2的l端，白色线头拧接在电源板2的n端，黄绿双色接地线拧接在壳体1的接地端。

电源板2优选采用pr-4环氧板材，且厚度满足安全间距的绝缘要求。led灯珠板3优选采用散热好的金属铝基板材或铜基板材，确保led灯珠的散热良好。

如图1和图2所示，电源板2上设置有供电隔离电路6，led灯珠板3上设置有控制电路9。供电隔离电路6与控制电路9之间设有连接机构，连接机构包括两个连接插座和连接在两个连接插座上的排线，两个连接插座分别固定在电源板2与led灯珠板3上，故供电隔离电路6通过连接插座和排线与led灯珠板3上的控制电路9形成电气连接。

供电隔离电路6包括供电模块7和信号隔离模块8。其中，供电模块7包括输入ac整流滤波单元、dc-dc功率转换稳压单元、隔离变压器和输出整流滤波单元。工作原理：电源线4输入的交流高电压通过输入ac整流滤波单元，得到一个平滑的直流电压，直流电压经过dc-dc功率转换稳压单元和隔离变压器进行稳压和降压，通过输出整流滤波单元给led灯珠板3上的控制电路9进行供电。

信号隔离模块8包括光电耦合单元，光电耦合单元优选为光电耦合器，即光敏二极管或光敏三极管等，从而能够很好的隔离输入信号和输出信号，使电源板2上的输入信号和led灯珠板3上的输出信号不会受到彼此的干扰。

如图3和图4所示，控制电路9包括零功耗保护模块10﹑隔离过零检测模块11﹑mcu调光程序控制模块12﹑频率滞后调光模块13。

具体的，零功耗保护模块10包括第一电阻器r1、第二电阻器r2、第三电阻器r3、第四电阻器r4、第五电阻器r5、稳压二极管zd1、第一二极管d1、功率开关管q1、功率开关管q2、第一极性电容器e1和第二极性电容器e2。具体连接方式为：

第一极性电容器e1的阳极连接于电源输入端vin，第一极性电容器e1的阴极接地。第二极性电容器e2的阳极连接于电源输入端vin，第二极性电容器e2的阴极接地。稳压二极管zd1的阳极连接于电源输入端vin，稳压二极管zd1的阴极连接于第一电阻器r1的一端。功率开关管q1的基极连接于第一电阻器r1的另一端、第四电阻器r4的一端、第五电阻器r5的一端和第一二极管d1的阳极，第一二极管d1的阴极连接于第五电阻器r5的另一端和com端；功率开关管q1的集电极连接于第三电阻器r3的一端；功率开关管q1的发射极连接于第四电阻器r4的另一端和接地。功率开关管q2的基极连接于第三电阻器r3的另一端和第二电阻器r2的一端，第二电阻器r2的另一端连接于电源输入端vin，功率开关管q2的集电极连接于频率滞后调光模块13，功率开关管q2的发射极连接于电源输入端vin。

工作原理为：当com端为高电平时，功率开关管q2处于断开状态，等同于开关的断开，整个led灯珠板3上的led灯珠因无电压供电，处于无损状态，确保了零待机功耗的功能；当com端为低电平时，功率开关管q2处于导通状态，等同于开关的闭合，led灯珠板3的led灯珠可处于正常工作状态。com端的控制电压可以是开关机信号，也可以是各种保护信号。

如图3和图4所示，隔离过零检测模块11隔离过零检测模块11包括光电三极管pc1、第七电阻器r7、第八电阻器r8和第二非极性电容器c2。具体连接方式为：

光电三极管pc1的集电极连接于电源输入端vcc，光电三极管pc1的发射极连接于pf端、第七电阻器r7的一端和第八电阻器r8的一端，第七电阻器r7的另一端连接于第二非极性电容器c2的一端，第八电阻器r8的另一端连接于第二非极性电容器c2的另一端和接地。

工作原理为：当输入的交流正弦波电压为正半波时，光电三极管pc1导通，过零点检测pf端输出高电平信号；当输入交流正弦波电压为负半波时，光电三极管pc1截止，过零点检测pf端输出低电平信号，经循环检测，得到一个与输入交流正弦波正负半波电压相对应的方波信号，将方波信号送给后级的控制芯片，从而实现对隔离变压器原边交流高压侧过零信号的隔离检测。

mcu调光程序控制模块12包括mcu芯片u1、第九电阻器r9和第三非极性电容器c3。具体连接方式为：

mcu芯片u1的第一端口连接于电源输入端vcc和第三非极性电容器c3的一端；

mcu芯片u1的第二端口连接于调光控制r端；

mcu芯片u1的第三端口连接于调光控制g端；

mcu芯片u1的第四端口连接于第九电阻器r9的一端，第九电阻器r9的另一端连接于电源输入端vcc；

mcu芯片u1的第五端口连接于on/off端和第七电阻器r7与第二非极性电容器c2之间的结合点；

mcu芯片u1的第六端口连接于调光控制b端；

mcu芯片u1的第七端口连接于调光控制w端；

mcu芯片u1的第八端口连接于第三非极性电容器c3的另一端和接地。

工作原理为：预先在mcu芯片u1内烧写好固定的调光程序，分别从mcu芯片u1的第二端口、第三端口、第六端口和第七端口输出r，g，b，w，四种基色的调光控制信号。四种信号之间可以作为单基色控制信号输出，也可以进行相互复合，从而形成多种不同的复合颜色的调光信号输出，驱动led灯珠发出单基色光或者多种复合彩色光。

如图3和图4所示，频率滞后调光模块13包括芯片u2、第一电感器l1、第三极性电容器e3、第一非极性电容器c1、第十一电阻器r11、第十二电阻器r12、第二二极管d2、第六电阻器r6和若干发光二极管led1-ledn。

具体连接方式为：

芯片u2的第一端口连接于功率开关管q2的集电极和第一非极性电容器c1的一端；

芯片u2的第二端口连接于第十一电阻器r11的一端、第十二电阻器r12的一端、第三极性电容器e3的阳极和发光二极管led1的阳极；

芯片u2的第三端口连接于第六电阻器r6的一端，第六电阻器r6的另一端连接于mcu芯片u1的第二端口、第三端口、第六端口和第七端口；

芯片u2的第四端口连接于第二二极管d2的阳极和第一电感器l1的一端，第二二极管d2的阴极连接于第十一电阻器r11的另一端、第十二电阻器r12的另一端和第一非极性电容器c1的另一端，第一电感器l1的另一端连接于第三极性电容器e3的阴极和发光二极管ledn的阴极；

芯片u2的第五端口连接于第一非极性电容器c1的另一端和接地；

芯片u2的第六端口连接于第一非极性电容器c1的另一端和接地。

工作原理为：在正常开机状态下，电源输入端vin经功率开关管q2输出电压给芯片u2供电，同时前级mcu芯片u1各调光信号输出脚输出的调光信号，经限流后送至芯片u2的调光输入脚，通过芯片u2进行频率迟滞pfm调光，以驱动输出led灯珠发光，通过对led灯珠进行排布，从而利用视觉暂停形成强度不同的单色光或复合彩色光，达到调光目的。

芯片u2以频率滞后技术控制为基础，无需回路补偿，并具有快速负载瞬间响应功能，避免传统pwm调光处于轻载状态下的低效率和灯闪，可达到轻载时的最佳效率，使轻载调光更为稳定可靠。

实施原理为：

电源板2与led灯珠板3均固定在壳体1内，且壳体1构成一个完整的防水结构，在不影响产品整体外观和电性能的前提下，避免了因电源线4及电源板2与led灯珠板3和壳体1在受到使用者的正常外力作用时产生松动、错位而造成接触不良及漏水等不良现象，且能保证一定强度的安装性能。

led灯珠板3的供电取自电源板2的隔离变压器的副边低压侧，且工作电压低于人身安全电压，属于低压安全区，并通过隔离过零检测模块11实时监控和检测led灯珠的工作电压及电流，同步通过零功耗保护模块10控制功率开关管q2的开通时间和关断时间，作为过温，过流，过压，过功率，负载短路等异常保护，使整机更为稳定可靠；通过mcu调光程序控制模块12和频率滞后调光模块13，使led灯珠的工作电压和电流随之改变，从而起到调光控制的作用。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。