具有选频功能的雷达感应电路和雷达感应灯电路的制作方法

本实用新型涉及LED照明及微波技术，特别是涉及雷达感应灯电路和具有选频功能的雷达感应电路。

背景技术：

每天公共场所照明设施不间断工作，消耗大量电能。一些地方如停车场、仓库、公共楼道等处只是偶尔有人进出，无必要持续照明。就算安装墙壁开关，行人进出都是匆匆而过，难以保证行人能够随手关灯，忘记关灯会造成电能浪费。设法在灯具上加装感应装置，感知周围人员来去，自动调节明暗亮灭，可以节约大量电能，这就是感应灯的设计思想。它必须具备探测和控制两种基本功能：以某种方式探测附近情况，依据这个探测信号控制灯的明暗亮灭。目前市面上的感应灯主要由三种，包括采用声音、红外线、雷达，分别称声控感应灯，红外线感应灯和雷达感应灯。

对于雷达感应灯来说，是根据多普勒效应原理进行设计的，依靠雷达探测运动物体，获得雷达感应信号，再以雷达感应信号去控制灯的明暗亮灭。现有技术中的雷达感应电路的本质为一个高频自激振荡电路，其包括三极管和发射天线。所述三极管的发射极连接发射天线。三极管基极与信号地之间存在寄生电感(不是独立元件，未画出)和三极管基极-发射极间存在寄生电容。发射天线兼起发射微波和耦合电感的作用。三极管的发射极电流通过发射天线耦合给基极的寄生电感，再输入基极。耦合到基极的信号为反馈信号，且与原输入信号同相位，是正反馈，从而能够形成自激振荡。M是电感耦合的互感系数。形成稳定自激振荡的条件是：

或

式中为振荡器开环放大倍数、为反馈系数。为放大电路相移，为反馈电路相移， n为整数。

同时，该高频自激振荡电路兼具混频作用。三极管与地之间寄生电感和电容(高频自激振荡电路的输入端器件本身或者布线等产生的寄生参数)兼作接收天线接收反射信号，该反射信号是高频自激振荡电路的发射天线产生发射信号，遇到物体后(包括静止物体、运动物体)，发射信号被反射回来而形成的。经过泰勒级数和傅里叶级数展开分析，该雷达感应电路的输出电流ic包含振荡电压的基波、二次以至多次谐波，还包含ω0+ωs，2ω0+ωs，...， nω0+ωs；ω0-ωs，2ω0-ωs，...，nω0-ωs等各种频率。其中，ω0为发射角频率，ωs为反射角频率，ω0-ωs＝2π(f0-fs)＝2πΔf称作差频，是反射信号的频率与发射信号的频率之差，即频移。前文述及静止物体的反射波无频移，即Δf＝0(Δω＝0)，不产生差频信号，不引起信号处理器动作。运动物体的反射波产生频移，即Δf≠0(Δω≠0)，形成差频信号引起信号处理器动作，使灯由暗转亮。

在该雷达感应电路的后方接一个低通滤波电路即可以取出差频信号，并利用该差频信号控制灯的明暗亮灭。

但是输入端器件本身或者布线一经确定就无法改变，并且总会有误差或偏差，从而雷达感应灯的这些寄生参数在生产时无法改变或控制，高频自激振荡电路的谐振频率无法精确地调节，所以生产线无法批量控制产品性能，这是目前的雷达感应灯和雷达感应电路存在的缺陷。

技术实现要素：

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种具有选频功能的雷达感应电路，其具有能够精确控制雷达感应灯的谐振频率，微波探测的结果更为准确，精度更高的优点。

一种具有选频功能的雷达感应电路，包括晶体管，选频网络和用作发射天线的第一电感；所述晶体管包括输入端和输出端；所述选频网络连接至所述晶体管的输入端；所述第一电感连接至所述晶体管的输出端；所述选频网络包括用作接收天线的第二电感，所述第一电感与所述第二电感耦合。

相较于现有技术，本实用新型的雷达感应电路增加了选频网络，使得雷达感应电路的谐振频率能够精确地控制和调节，从而输出的混频信号通过接上后续的滤波电路后能够精确地反映物体的运动，从而使得微波探测的结果更为准确，精度更高。

进一步地，所述选频网络为第二电感和一个电容并联后串联另一个电容而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述晶体管的输入端。

进一步地，所述选频网络为第二电感串联一个电容后和另一个电容并联而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述晶体管的输入端。

进一步地，所述第一电感和电容为寄生电感、寄生电容或独立元件。实现方式多样。

本实用新型同时保护一种雷达感应灯电路，其具有能够精确控制雷达感应灯的谐振频率，能批量控制产品性能，提高良品率的优点。

一种雷达感应灯电路，其特征在于：包括驱动电源电路，信号处理电路、低通滤波电路和具有选频功能的雷达感应电路；所述驱动电源电路与所述信号处理电路连接，所述驱动电源电路的输出端连接发光体，如LED；所述信号处理电路与所述雷达感应电路连接；所述雷达感应电路包括晶体管，选频网络和用作发射天线的第一电感；所述晶体管包括输入端和输出端；所述第一电感连接至所述晶体管的输出端；所述选频网络连接至所述晶体管的输入端；所述选频网络包括用作接收天线的第二电感，所述第一电感与所述第二电感耦合；所述低通滤波电路与所述第一电感连接。

本实用新型所述的雷达感应灯电路。通过在雷达感应电路增加选频网络，使得雷达感应电路的谐振频率能够精确地控制和调节，从而输出的差频信号精确地反映物体的运动，经过信号处理电路后转为调光信号使得所述驱动电源电路更能精确地根据物体运动。调节感应灯的亮度，减少调光误差，提高感应灵敏度；同时，增加选频网络使得生产线能批量控制雷达感应灯性能，提高良品率，改善雷达感应灯质量。

进一步地，所述选频网络为第二电感和一个电容并联后串联另一个电容而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述晶体管的输入端。

进一步地，所述选频网络为第二电感串联一个电容后和另一个电容并联而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述晶体管的输入端。

进一步地，所述第一电感和电容为寄生电感、寄生电容或独立元件。

进一步地，所述驱动电源电路包括整流电路、场效应管、变压器和控制芯片；所述整流电路、变压器初级线圈和场效应管依次串联在电源正压和地之间；其中，所述变压器的初级线圈的放电端依次通过一个二极管的阳极和阴极连接所述感应灯；所述场效应管的漏极连接变压器初级线圈的放电端，栅极通过第二电阻连接所述控制芯片的驱动端。

进一步地，所述信号处理电路包括信号处理器和转换电路；差频信号连接所述信号处理器，所述信号处理器通过所述转换电路连接到所述驱动电源电路；所述信号处理器包括运算放大器，用于放大差频信号；所述转换电路为由两晶体管组成的共发射极电路，其发射极接地；其中一个晶体管的基极连接所述信号处理器，集电极连接另一个晶体管的基极，另一个晶体管的集电极连接所述控制芯片。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路的第一种实施方式的电路原理图；

图2为本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路的第二种实施方式的电路原理图；

图3为本实用新型的雷达感应灯电路的结构示意图；

图4为本实用新型的雷达感应灯电路的电路原理图。

具体实施方式

如前文所述，利用三极管的输入端的器件本身或者线路板布线产生的寄生参数形成自激振荡是雷达感应电路的工作基础。但是利用三极管的输入端的器件本身或者线路板布线产生的寄生参数无法控制，当自激振荡电路的元件和线路板布线确定了之后，其寄生参数就固定无法改变了，并且每个雷达感应电路元件细微的差异与布线误差也会引起各个雷达感应电路的寄生参数不同，因此即使是同一批次的雷达感应电路也无法保证谐振频率一致，电路的谐振频率无法精确地控制，不利于批量生产，同时雷达感应的结果容易出现偏差，精度不高。为此，本实用新型在雷达电路中增加了选频网络以改善性能，以使谐振频率得以精确地控制。

请参见图1，其为本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路的第一种实施方式的电路原理图。本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路包括串联在+5V电源和地之间的三极管基极偏置电阻R1、R2、R3，发射极偏置电阻R4，三极管Q1，发射天线L1，退耦电容C1，并联的滤波电容C2～C5，旁路电容C6、C7。所述三极管Q1的基极连接在电阻R2和R3之间，发射极依次连接发射天线L1和发射极偏置电阻R4，电阻R1、R2、R3，R4为三极管 Q1提供合适的静态工作点。并联的滤波电容C2～C5一端接地，一端连接三极管Q1的集电极。旁路电容C6、C7并联在发射极偏置电阻R4两端。

在三极管Q1的输入端引入选频网络，所述选频网络为第二电感L2和一个电容Cb1并联后串联另一个电容Cb2而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述三极管Q1的输入端即基极。第二电感L2兼做接收天线，可以在线路板上画成一块铜箔或一条曲线，亦可做成小的空芯线圈。L2与L1有耦合关系，利用这一关系形成正反馈，与三极管Q1构成自激振荡电路。图1谐振条件为：

解得振荡频率：

请参见图2，其为本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路的第二种实施方式的电路原理图。该种实施方式与第一种实施方式的区别仅在于选频网络的电路结构不同，本实施方式的选频网络的电路结构为：所述选频网络为第二电感L2和一个电容Cb1串联后并联另一个电容Cb2而形成的二端网络；所述选频网络的一个端口接地，另一个端口连接所述三极管Q1 的输入端即基极。图2谐振条件为：

解得振荡频率：

由(4)和(6)可得，谐振频率可由选频网络的谐振元件(第二电感L2、电容Cb1和电容Cb2)参数完全确定，而选频网络本身独立于自激振荡电路(仅有第二电感L2与第一电感L1耦合)，从而通过人为地调节这些谐振元件可以改变谐振频率，修正自激振荡电路本身的寄生参数带来的偏差，便于生产控制。

至于这些谐振元件的实现，可以是独立元件，也可以利用其它元件、线路板的寄生参数形成。图1、图2仅表示出其中二种选频网络的连接方式，本实用新型包括但不限于这种连接方式的选频网络，还可以采用其他方式实现的选频网络。并且，本实用新型的具有选频功能的雷达感应电路不但可以应用在雷达感应照明领域，也可以应用在微波探测的其他方面。

与此同时，本实用新型还保护一种雷达感应灯电路。所述雷达感应灯电路是上述具有选频功能的雷达感应电路在雷达感应照明领域的具体应用。

请参见图3，其为本实用新型的雷达感应灯电路的结构示意图。本实用新型的雷达感应灯电路包括驱动电源电路，信号处理电路、雷达感应电路和低通滤波电路。所述驱动电源电路，信号处理电路、雷达感应电路和低通滤波电路之间构成供电线路和控制线路。其中，供电线路由A1，A2，A3，A4构成，由工频交流电接入驱动电源电路，驱动电源电路对电源进行处理分别形成后续电路的工作电源，供电给所述信号处理电路、雷达感应电路和感应灯，而低通滤波电路为无源滤波电路，无需供电。控制线路由B1，B2，B3，B4构成，并且内部信号流向也是B1→B2→B3→B4，由雷达感应电路输出雷达感应信号至所述低通滤波电路，所述低通滤波电路滤除雷达感应信号的高频信号，输出差频信号至所述信号处理电路，所述信号处理电路将所述差频信号放大和转换为调光信号并输出至所述驱动电源电路，所述驱动电源电路根据所述调光信号调节感应灯的亮暗明灭。

请参见图4，其为本实用新型的雷达感应灯电路的电路原理图。

所述驱动电源电路包括整流电路、场效应管Q5、变压器TR1、控制芯片U3、电流采样电路和反馈回路。所述整流电路、负载(LED和C26并联)、变压器初级线圈和场效应管依次串联在所述电源正压和地之间，作为所述驱动电源电路的主回路。所述电流采样电路和反馈回路连接所述控制芯片U3，使所述控制芯片U3通过控制所述场效应管Q5的导通、关断实现高精度恒流输出。

其中，所述整流电路为由二极管D1～D4组成的桥式整流电路，市电经过二极管D1～D4 整流成单向脉动馒头波，并且所述整流电路还并联一个滤波电容C20，用于消除整流桥的死区，滤除后续电路中接入的场效应管的高频杂波。

所述控制芯片U3的型号为BP2318，作为整个电路的控制中心。所述控制芯片U3的管脚2为VCC，是电源脚，经电阻R19、R20连接到所述整流电路的输出端，用于启动U3工作。BP2318脚1通过电容C25接地，用于环路补偿，防止启动时电流过冲；脚3为FB，参与构成反馈回路，用于维持输出电流恒定；脚4为CS，用于接收电流采样信号；脚5为驱动端，通过电阻R34连接所述场效应管Q5的栅极，控制Q5导通和关断；BP2318脚6接地。脚7是调光输入端，不调光可悬空，本实用新型中脚7接信号处理电路输出端，控制LED明暗；脚8为过热调节端，悬空。

所述变压器TR1初级线圈为主绕组，起分压作用，承担主回路与负载(发光体如LED与滤波电容C26并联)之间的压差，也称降压电感。此外，所述变压器TR1的初级线圈的放电端依次通过一个二极管D8的阳极和阴极连接所述感应灯。所述变压器TR1次级线圈又称辅助绕组，依次通过电阻R24、二极管D6、D5连接到所述控制芯片U3的管脚2VCC，为所述控制芯片U3供电；所述变压器TR1次级线圈通过二极管D6、三极管Q2和集成电路U1为信号处理电路、雷达感应电路供电；集成电路U1是三端稳压器，输出电压5V±3％。所述变压器TR1次级线圈连接分压器，所述分压器包括电阻R18、R22、R23，电阻R18和R22并联后与电阻R23串联在所述变压器次级线圈和地之间；所述控制芯片U3的脚3FB连接在电阻分压器R18、R22、R23的节点；所述分压器、变压器次级线圈和所述控制芯片U3的脚3FB 组成反馈回路，用于检测输出电压和电流过零信号；同时，分压器也起过压保护作用，限定最高输出电压，防止输出开路引起电压过高。

所述场效应管Q5的漏极连接变压器初级线圈的放电端，栅极通过第二电阻R34连接所述控制芯片U3的驱动端；源极并联三个电阻R30，R31，R32，所述控制芯片U3的脚4CS 连接在源极和电阻R30、R31、R32之间，电阻R30，R31，R32和CS脚形成电流采样电路。

所述驱动电源电路输出恒流的工作原理为：串接在场效应管(场效应管，作主回路开关之用，在此也称开关管)源极的电流采样电路进行电流采样，采样信号送达所述控制芯片U3的 CS脚。当场效应管Q5导通，即主回路导通时，电流上升，电流达到峰值，所述控制芯片 U3即关断场效应管Q5，所述变压器TR1初级线圈从二极管D8放电。该二极管D8作续流之用，为变压器放电提供通道，场效应管Q5导通二极管D8反向截止，场效应管Q5关断二极管D8正向导通。待所述变压器TR1初级线圈放电结束(退磁电流过零)，所述控制芯片U3 的FB脚通过反馈回路检测到过零信号，重新开启Q5，进入下个开关周期，如此循环。

所述控制芯片U3采用固定导通模式，在50Hz或60Hz工频的一个周期内，开关管导通时间固定，保证输入电流的包络线呈正弦波，且与输入电压同相位，以提高功率因数。如果电网电压有波动，则通过反馈回路调节导通时间，控制输入电流变化，以维持输出稳定。在一个工频周期内开关管的电流峰值是变化的，峰值决定退磁时间，而退磁时间决定关断时间，所以关断时间也是变化的，开关频率也变。所述控制芯片U3的驱动端脚5能发出数十千赫至一百多千赫的信号控制Q5开关。

综上所述，所述控制芯片U3根据两个采样信号FB、CS控制场效应管Q5开关，实现输入高功率因数、输出恒流的性能。

所述雷达感应电路如图1或2所示，其连接关系和原理说明见前文，此处不再赘述。

所述低通滤波电路为RC低通滤波电路，包括串联连接的第一电阻R5和第一电容C8；所述信号处理电路连接在所述第一电阻R5和第一电容C8之间。所述低通滤波电路从所述雷达感应电路的雷达感应信号(混频信号)过滤出差频信号(能反映发射信号与反射信号的频移，由多普勒效应，该频移与物体运动速度有关)输入所述信号处理电路。

所述信号处理电路包括信号处理器和转换电路；所述差频信号连接所述信号处理器U2，所述信号处理器U2通过所述转换电路连接到所述驱动电源电路；所述信号处理器U2包括运算放大器，用于放大所述差频信号。本实用新型的信号处理器U2的型号为BISS0001，内含两个运算放大器(简称运放)和逻辑电路。脚14、15为运放一的输入端，脚16为运放一的输出端。脚13为运放二输入端，脚12为运放二输出端。脚3、4、5、6外接阻容网络，控制信号延迟时间。脚2是信号输出端。具体地，所述差频信号输出到所述信号处理器的脚14，经两级运放放大和逻辑运算后，从脚2输出至所述转换电路。

所述转换电路为由两三极管Q3，Q4组成的共发射极电路，其发射极接地；其中三极管 Q3的基极连接所述信号处理器的脚2，集电极连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极连接所述控制芯片U3的调光输入端脚7。

整个雷达感应灯的工作原理为：

附近有物体运动，则雷达感应电路通过发射微波和接收反射波，探测到反射波发生频移，产生微弱的差频信号，经低通滤波电路R5、C8送给信号处理器U2脚14。经过两级放大和逻辑运算，由脚2输出高电平(接近于供电电压5V)，经三极管Q3、Q4转换成调光信号，通过电阻R29送给所述控制芯片U3的调光输入脚。于是U3加大开关管Q5的占空比来加大输出电流，增加灯的亮度，为行人照明。若附近没有物体运动，则雷达接收反射波频率等于发射波频率，无频移，不产生差频信号。如果一段时间之内(称作“延迟时间”，依客户要求设定，如30秒、60秒)，所述控制芯片U2接收不到差频信号，则内部逻辑运算判断为无人， U2的Vo脚输出转为低电平(近于0V)，通过所述三极管Q3、Q4转换成调光信号送给U3调光输入脚。于是U3减小开关管Q5的占空比，从而降低输出电流，使灯变暗。如此人来灯亮，人去灯暗，实现节电之功效。信号处理器外接阻容网络控制延迟时间，改变阻容元件参数可以调节延迟时间。

其中：开关管导通时间ton与整个开关周期T之比称作开关管的占空比，记作D，一般说D越大输出功率越大，灯越亮。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。