一種模擬日光照明裝置的製作方法
2023-05-11 07:31:21
專利名稱：一種模擬日光照明裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及照明技術，特別涉及一種LED (發光二極體)照明裝置。
背景技術：
自然日光的色溫和照度會隨著時間的變化而變化。早上色溫低，照度低；中午色溫高，照度高；傍晚色溫低，照度低。千百年來，人類的感官系統已經適應了自然日光的變化規律，因而自然日光使人們感到舒適和愜意。大量的研究和試驗證明，在低色溫高照度的情況下，人體會有悶熱的感覺；在高色溫低照度的情況下，人體會有壓抑的感覺。圖I示出了人的感覺與照度和色溫的關係，當照度坐標和色溫坐標處於曲線LL』和KK』之間的範圍內時，人體感覺比較舒適，否則人體會有悶熱或壓抑的感覺。LED照明裝置是近年發展較快的一種高效率照明裝置，LED作為一種新型固態光 源，具有節能、環保、壽命長等優點。現有技術的LED照明裝置，通常採用PWM (脈衝寬度調製)技術進行恆流驅動，能夠實現驅動電流的精確控制和連續調節，而且隨著新型半導體發光材料的應用，人們開發了各種不同色溫的LED光源模組，為LED照明裝置實現色溫調節和照度控制奠定了基礎。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題，就是提供一種模擬日光照明裝置，根據不同的時間，調整照明裝置的照度和色溫，使其照明效果與自然日光的變化規律趨於吻合，促進照明裝置的人性化，提高人們感官的舒適度。本實用新型解決所述技術問題，採用的技術方案是，一種模擬日光照明裝置，包括電源模塊、驅動模塊、LED光源模組和控制模塊，所述驅動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅電流，所述驅動模塊控制端與控制模塊連接，根據控制模塊輸出的驅動信號控制其輸出的驅動電流；其特徵在於，所述控制模塊具有模擬日光的控制裝置，所述控制裝置包括時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器，所述實時時鐘模塊與微處理器連接，為微處理器提供時鐘信號，所述傳感器模塊與微處理器連接，將環境參數輸入微處理器，所述微處理器讀取時鐘信號和傳感器信號進行分析處理，根據處理結果改變驅動信號參數，對照明裝置照度和色溫進行控制，使不同照度對應的色溫處於設定的色溫範圍，或不同色溫對應的照度處於設定的照度範圍。本實用新型的照明裝置，以LED作為光源，以微處理器作為控制核心，採集環境參數和實時時間信號，通過調整控制模塊輸出的PWM脈衝傳輸，對LED光源的驅動電流進行控制，使照明裝置的照度和色溫處於設定範圍內，到達模擬自然日光照明效果的目的，提高人體舒適度。進一步的，所述驅動信號為脈衝寬度調製信號。脈衝寬度調製(PWM)信號是一種技術成熟的控制技術，通常用於控制模擬量的大小，目前大多數微處理器(MCU)都具有相應的PWM信號輸出埠。這種控制方式電路結構簡單，控制精度高。具體的,所述驅動信號參數包括脈衝佔空比。脈衝寬度調製技術最基本的控制方式就是改變脈衝佔空比，脈衝佔空比是PWM信號的主要參數，通過改變脈衝佔空比可以非常容易的實現本實用新型的照明裝置照度和色溫的控制和調節。具體的，所述色溫範圍和照度範圍滿足人體舒適度要求。本方案將色溫範圍和照度範圍控制在圖I所示的曲線LL』和KK』之間的範圍內，滿足人體舒適度要求。進一步的，所述LED光源模組由冷光模組和暖光模組構成，冷光模組和暖光模組與驅動模塊輸出端連接。 本方案採用不同色溫的冷光源模組和暖光源模組，分別控制其驅動電流實現組合光的色溫和照度調節，以最少的LED光源模組實現色溫範圍和照度範圍的控制。所述電源模塊為AC-DC轉換器，其輸入端與交流電網連接。本方案採用交流電為照明裝置供電，是應用普遍的一種照明裝置。進一步的，所述驅動模塊包括恆流驅動單元和功率開關器件，所述恆流驅動單元的輸入端與電源模塊連接，輸出端與LED光源模組連接，所述功率開關器件與所述LED光源模組連接，其控制端與所述微處理器連接。採用恆流驅動模式驅動LED光源模組，符合LED的特性要求，驅動可靠、安全。具體的，所述功率開關器件為場效應電晶體，或者雙極性電晶體。採用場效應電晶體或雙極性電晶體等半導體器件，有助於提高功率開關器件的可靠性，降低控制電路的複雜度和成本。本實用新型的有益效果是，控制模塊能夠根據實時時間和環境參數，將照明裝置的照度和色溫控制在人體感覺舒適的範圍，模擬自然日光的照明效果，提高照明裝置的人性化和舒適度。
圖I是人的感覺與照度和色溫的關係示意圖；圖2是實施例的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖及實施例詳細描述本實用新型的技術方案，以便本領域的技術人員更好地理解本實用新型。如圖I所示，在低色溫高照度的情況下，人體會有悶熱的感覺。在高色溫低照度的情況下，人體會有壓抑的感覺。本實用新型模擬日光的LED照明裝置基於這一曲線關係進行設計，使照明裝置的色溫與照度處於人體感覺舒適的範圍。本實用新型的模擬日光照明裝置，由電源模塊、驅動模塊、LED光源模組和控制模塊等幾個主要部分構成。電源模塊可以是一個AC-DC轉換器，如常用的開關電源模塊或線性電源模塊，也可以採用太陽能電池或蓄電池等為照明裝置提供電能，包括控制模塊的工作電流、驅動模塊的驅動電流。驅動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅電流。驅動模塊控制端與控制模塊連接，根據控制模塊輸出的驅動信號控制其輸出的驅動電流。本實用新型的控制模塊包括有時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器構成的模擬日光的控制裝置，能夠根據實時時鐘模塊傳輸給微處理器的時鐘信號，以及傳感器模塊採集的環境參數進行分析處理，並據此改變驅動信號參數，控制驅動模塊輸出的驅動電流，使不同照度對應的色溫處於設定的色溫範圍，或不同色溫對應的照度處於設定的照度範圍，以達到提高提高人體感覺舒適度的目的。實施例本例照明裝置包括電源模塊10、驅動模塊20、LED光源模組30和控制裝置40。控制裝置40包括實時時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器。驅動模塊20包括恆流驅動單元和功率開關器件K1、K2。LED光源模組包括冷光源Dl和暖光源D2。如圖2所示。電源模塊10的輸入端與市電交流電網連接，將交流電壓轉換為直流電壓，輸出端與驅動模塊連接，為其提供電能。·[0030]驅動模塊20輸入端與電源模塊10的輸出端連接，驅動模塊20的兩個輸出端分別標註為輸出端LED+和輸出端LED-。其中，輸出端LED+與冷光源模組Dl和暖光源模組D2正極連接，輸出端LED-與功率開關器件K1、K2連接。功率開關器件Kl和K2可以是場效應電晶體，或是雙極性電晶體。本實施例功率開關器件Kl和K2採用N溝道場效應電晶體。功率開關器件Kl和K2的源極連接在一起並與恆流驅動單元20的輸出端LED-連接。功率開關器件Kl和K2的柵極分別與控制裝置40輸出的PWMl信號和PWM2信號連接。功率開關器件Kl和K2的漏極分別與冷光模組Dl和暖光模組D2的負極連接。功率開關器件Kl和K2是高電平導通的功率開關器件，當控制裝置40輸出的PWMl和PWM2信號為高電平時，功率開關器件Kl和K2導通，相應的冷光源模組和暖光源模組點亮，當PWMl和PWM2信號為低電平時，功率開關器件Kl和K2關斷，相應的冷光源模組和暖光源模組熄滅。圖2中，實時時鐘模塊與微處理器連接，其主要作用就是提供穩定和精準的時鐘信號給微處理器。傳感器模塊與微處理器連接，其主要作用是檢測環境照度，並把結果輸入到微處理器。微處理器輸出端的PWMl和PWM2信號與驅動模塊的功率開關器件Kl和K2連接。PWMl和PWM2信號是時分復用的驅動信號,在同一時刻最多只有一個信號為高電平。採用時分復用方式，可以避免功率峰值疊加帶來的電源功率過載問題，能夠有效地降低電源功率、減小電源體積、減少驅動模塊數量、降低照明裝置的總體成本。微處理器接收實時時鐘模塊的時鐘信號作為時鐘基準，對當前時間作出判斷，根據當前時間，調節照明裝置的照度與色溫。假如某時刻，需要的照度為y2，微處理器通過改變PWMl和PWM2的脈衝佔空比，將照明裝置的色溫控制在Xl x2的設定色溫範圍；或者，某時刻，需要的色溫為xl，微處理器通過改變PWMl和PWM2的脈衝佔空比，將照明裝置的照度控制在yl 12的設定照度範圍，使照明裝置的照度一色溫曲線處於人體感覺舒適的範圍(參見圖I所示)。從而達到模擬自然日光照明的目的，提高人體感官舒適度，有效地調節人體生物節律和生物效應。另一方面，微處理器採樣傳感器模塊的信號，把環境照度採樣進來，實時地調節照明裝置的照度與色溫。當環境照度增加時，降低照明裝置的照度；當環境照度降低時，增加照明裝置的照度，使照明環境的照度保持在一個特定的值內，並將色溫和照度的坐標控制在圖I中曲線LL』和KK』之間的範圍內，既有效地節約了電 源，又提供了舒適的照明環境。
權利要求1.一種模擬日光照明裝置，包括電源模塊、驅動模塊、LED光源模組和控制模塊，所述驅動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅電流，所述驅動模塊控制端與控制模塊連接，根據控制模塊輸出的驅動信號控制其輸出的驅動電流；其特徵在於，所述控制模塊具有模擬日光的控制裝置，所述控制裝置包括時鐘模塊、傳感器模塊和微處理器，所述實時時鐘模塊與微處理器連接，為微處理器提供時鐘信號，所述傳感器模塊與微處理器連接，將環境參數輸入微處理器，所述微處理器讀取時鐘信號和傳感器信號進行分析處理，根據處理結果改變驅動信號參數，對照明裝置照度和色溫進行控制，使不同照度對應的色溫處於設定的色溫範圍，或不同色溫對應的照度處於設定的照度範圍。
2.根據權利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述驅動信號為脈衝寬度調製信號。
3.根據權利要求2所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述驅動信號參數為脈衝佔空比。
4.根據權利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述色溫範圍和照度範圍滿足人體舒適度要求。
5.根據權利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述LED光源模組由冷光模組和暖光模組構成，冷光模組和暖光模組與驅動模塊輸出端連接。
6.根據權利要求I所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述電源模塊為AC-DC轉換器，其輸入端與交流電網連接。
7.根據權利要求I 6所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述驅動模塊包括恆流驅動單元和功率開關器件，所述恆流驅動單元的輸入端與電源模塊連接，輸出端與LED光源模組連接，所述功率開關器件與所述LED光源模組連接，其控制端與所述微處理器連接。
8.根據權利要求7所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述功率開關器件為場效應電晶體。
9.根據權利要求7所述的一種模擬日光照明裝置，其特徵在於，所述功率開關器件為雙極性電晶體。
專利摘要本實用新型涉及照明技術。本實用新型根據照度－色溫曲線與人體感覺的關係，公開了一種模擬日光照明裝置，本實用新型包括電源模塊、驅動模塊、LED光源模組和控制模塊，所述驅動模塊輸入端與電源模塊的輸出端連接，驅動模塊輸出端與LED光源模組連接，為LED光源模組提供驅電流，所述驅動模塊控制端與控制模塊連接，根據控制模塊輸出的驅動信號控制其輸出的驅動電流，所述控制模塊具有模擬日光的控制裝置。本實用新型能夠根據實時時間和環境參數，將照明裝置的照度和色溫控制在人體感覺舒適的範圍，模擬自然日光的照明效果，提高照明裝置的人性化和舒適度。
文檔編號H05B37/02GK202713708SQ20122028436
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月15日 優先權日2012年6月15日
發明者何天兵, 李東明, 閔波 申請人:四川新力光源股份有限公司