用於led路燈的供電系統的製作方法

2023-10-10 06:15:49

用於led路燈的供電系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種用於LED路燈的供電系統，包括電源和電連接至所述電源的至少一個負載，其中供電系統還包括連接在電源和至少一個負載之間的開關電源裝置，其中，來自電源的第一電信號在輸入至開關電源裝置後，由開關電源裝置輸出預定波形的交流的第二電信號至至少一個負載。根據本實用新型的供電系統具有高的功率轉換效率，並且系統結構簡單，使得系統的應用以及維護的成本較低。
【專利說明】用於LED路燈的供電系統
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用於LED路燈的供電系統。
【背景技術】
[0002]對於路燈照明而言，能源效率是至關重要的，與傳統的光源相比較，例如與螢光燈或者白熾燈相比，LED照明技術具有長壽命和高照明效率等優點，其中，LED照明會需要直流電源而不是交流電源，通過將交流電源轉換成直流電源，可以在LED路燈照明中實現額外的節能效果。然而，與交流電源相比，直流電源的實現更為困難並且成本較高。
[0003]為了將傳統的交流電源轉換成對於LED而言更有效的直流電源，現有的技術提出了通過在每個LED路燈中使用複雜的電子控制器(ECG)來將交流電源轉換成用於LED的直流電源，使得原來為傳統的正弦交流電能夠分別由每個LED路燈上的驅動裝置來轉換成適於LED的直流電。然而，驅動裝置的額定功率通常視具體應用環境為幾十至二百瓦，而且驅動裝置的轉換效率會比高功率的中央電源轉換器的效率更低。此外，對於傳統的由可再生能源供電的LED路燈而言，每個燈都配備有單獨的本地的能源收集裝置，即每個路燈是獨立的。儘管無需在各個路燈之間鋪設線纜，但路燈的可靠性會根據各自的位置和運行狀態而變化，因此，這樣的LED路燈的照明效果無法得到保障。
實用新型內容
[0004]為了解決以上所述的技術問題，本實用新型提出一種新型的用於LED路燈的供電系統，根據本實用新型的供電系統具有高的功率轉換效率，並且該供電系統結構簡單，採用優化的電源電網，更適用於採用LED技術的路燈，使得系統的應用以及維護的成本較低。
[0005]本實用新型的目的通過這樣一種用於LED路燈的供電系統來實現，即一種供電系統，包括電源和電連接至電源的至少一個負載，其中供電系統還包括連接在電源和至少一個負載之間的開關電源裝置，其中，來自電源的第一電信號在輸入至開關電源裝置後，由開關電源裝置輸出具有預定波形的交流的第二電信號至至少一個負載。根據上述的設計，該供電系統能夠有效的向作為負載的LED路燈提供更適於採用LED技術的路燈的交流電源，例如，優選的提供具有準方形波形的交流電源，即該供電系統能夠將傳統的具有正弦波形的交流電轉換成準方波波形後再傳輸給各個LED負載。這樣，供電系統不僅提供了更高的功率轉換效率，也向各個負載提供了更優化的電源。此外，根據本實用新型的設計，也可根據現有的傳統的路燈的供電系統的結構進行簡單的改進而獲得本實用新型提出的改進的供電系統。
[0006]根據本實用新型的一種實施例，開關電源裝置包括控制單元、信號檢測單元、第一信號轉換單元以及連接至第一信號轉換單元的輸出端的第二信號轉換單元，其中，信號檢測單元、第一信號轉換單元以及第二信號轉換單元分別連接至控制單元，並且信號檢測單元分別連接至第一信號轉換單元的輸入端和輸出端以及第二信號轉換單元的輸出端。通過設置閉環形式的結構，該開關電源裝置能有效地自適應地調整輸出的交流電波形，使得輸出信號能達到預定的要求。此外，由於提供了不同於第一信號轉換單元的第二信號轉換單元，該供電系統不僅能將傳統電源信號進行轉換，以更合適的方式輸出至LED負載，而且具有提高功率轉換效率的可能性和由第二信號轉換單元所提供的對作為負載的LED路燈進行調光的可能性。
[0007]根據一種優選的實施例，控制單元根據信號檢測單元的檢測信號控制第一信號轉換單元基於第一電信號輸出第三電信號，並且控制第二信號轉換單元基於第三電信號輸出第二電信號。通過將來自電源的初始信號，即第一電信號，例如正弦波形的交流電壓信號，先轉換成中間信號，即第三電信號，再隨後轉換成第二電信號，使得供電系統具有提高電源功率轉換效率的可能性。
[0008]優選的是，信號檢測單元包括第一子檢測單元、第二子檢測單元以及第三子檢測單元，其中第一子檢測單元連接至第一信號轉換單元的輸入端，第二子檢測單元連接至第一信號轉換單元的輸出端，並且第三子檢測單元連接至第二信號轉換單元的輸出端。藉助第一子檢測單元和第二子檢測單元分別監測第一信號轉換單元的輸入端和輸出端，控制單元能夠有效地利用閉環設計有效的自適應調整第一信號轉換單元的輸出信號。此外，控制單元能夠藉助第三子檢測單元對第二信號轉換單元的輸出進行監測，實現利用閉環設計進行高效地調整第二信號轉換單元的輸出信號，使得該輸出信號具有預定的適於提供至負載的波形。
[0009]優選的是，第一信號轉換單元設置為AC/DC轉換器，第二信號轉換單元設置為將直流信號轉換為交流信號的開關網絡。藉助AC/DC轉換器，第一信號轉換單元將來自電源的第一電信號從傳統的交流電信號轉換成直流電信號，再藉助開關網絡將直流電信號轉換成優化的具有預定波形的交流的第二電信號，使得作為負載的LED路燈能具有更合適的輸入電壓，並且能對LED路燈進行一致的和同步的調光。
[0010]有利的是，開關網絡由多個功率MOSFET構成。這樣的開關網絡具有聞效的可控的開關效果，並具有穩定的工作狀態，控制單元能夠持續地通過控制功率MOSFET的開關來實現最終輸出具有預定波形的第二電信號。
[0011]根據本實用新型的一種實施例，電源設置為可再生能源電源。可再生能源在未來具有更廣泛的應用，並且對環境的危害更小，使用壽命更長，並且能代替傳統的公用電網電源作為電源向作為負載的LED路燈供電。
[0012]優選的是，開關電源裝置包括控制單元、信號檢測單元以及信號轉換單元，其中，信號檢測單元和信號轉換單元分別連接至控制單元，並且信號檢測單元分別連接至信號轉換單元的輸入端和輸出端。在可再生能源作為電源的情況下，能夠提供直流電信號，並藉助這樣的開關電源裝置將直流電信號轉換後得到最終的更適合用於LED路燈的電源信號。
[0013]優選的是，控制單元根據信號檢測單元的檢測信號控制信號轉換單元基於第一電信號輸出具有預定波形的第二電信號。開關電源裝置能夠在輸入電源信號為直流信號的情況下將該直流信號轉換成優化的交流信號。
[0014]優選的是，信號轉換單元為DC/AC轉換器。
[0015]有利的是，負載包括驅動裝置，其中驅動裝置具有可調光開關。藉助可調光開關，在電源為可再生能源的情況下，作為負載的LED路燈能夠獨立地控制各自的調光效果。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖構成本說明書的一部分，用於幫助進一步理解本實用新型。這些附圖圖解了本實用新型的實施例，並與說明書一起用來說明本實用新型的原理。在附圖中相同的部件用相同的標號表不。圖中不出:
[0017]圖1示出根據本實用新型的第一實施例的供電系統的結構示意圖；
[0018]圖2示出根據本實用新型的第一實施例的開關電源裝置的功能結構示意圖
[0019]圖3示出根據本實用新型的第一實施例的開關網絡的示意圖；
[0020]圖4示出根據本實用新型的第一實施例的具有預定波形的第二電信號和基於第二電信號整流的具有預定波形的直流信號的波形示意圖；
[0021]圖5示出根據本實用新型的第一實施例的可調光的第二電信號的波形示意圖；
[0022]圖6示出根據本實用新型的第二實施例的供電系統的結構示意圖；
[0023]圖7示出根據本實用新型的第二實施例的開關電源裝置的功能結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]圖1示出根據本實用新型的第一實施例的供電系統100的結構示意圖。如圖1可見，供電系統100包括電源1、開關電源裝置2以及多個連接至開關電源裝置2的負載10，其中開關電源裝置2連接至電源I的輸出端，接收來自電源I的輸入交流電壓vAC和輸入交流電流iAC，開關電源裝置2並且連接至負載10的輸入端，可檢測輸出至負載10的輸出交流電壓vPS和輸出交流電流iPS。此處，負載10可設計為根據本實用新型的LED路燈，即路燈的光源採用了 LED技術。此外，在每個負載10上還設置有驅動裝置28，該驅動裝置可例如簡單地實施為電子控制器(ECG)，實現將交流信號轉換成直流信號，但無需具備可調光的功能，因為開關電源裝置2中的設計為開關網絡的第二信號轉換裝置(下文將描述)能夠實現調光功能。
[0025]圖1中的開關電源裝置2將由電源I提供的第一電信號SI轉換成優化後的第二電信號S2，其中，第一電信號SI在傳統的電源中，往往是傳統的正弦交流信號，而經過開關電源裝置2優化後的第二電信號S2為具有準方波波形的交流信號，該信號更適合提供至作為負載10的LED路燈。此處，與可再生能源相比，傳統的能源包括以非可再生能源產生的公用電網電源，例如利用煤發電產生的電能等。根據本實用新型的設計，改進的供電系統100可與現有的傳統供電系統兼容，並只需簡單的改進就可實施根據本實用新型的供電系統100，以實施高效率的對LED路燈進行供電。
[0026]圖2示出根據本實用新型的第一實施例的開關電源裝置2的功能結構示意圖。如圖2所示，開關電源裝置2包括控制單元21、第一信號轉換單元23、第二信號轉換單元24以及信號檢測單元22，其中第一信號轉換單元23、第二信號轉換單元24以及信號檢測單元22連接至控制單元21，信號檢測單元22還包括三個子檢測單元，即第一子檢測單元221、第二子檢測單元222和第三子檢測單元223。
[0027]其中，由圖2示出的三個子檢測單元221、222、223可分別連接至控制單元21的不同埠，這樣控制單元21可分別從不同的子檢測單元接收檢測信號，例如第一子檢測單元221在第一信號轉換單元23的輸入端檢測輸入交流電壓vA。和輸入交流電流iA。，並將檢測結果傳輸至控制單元21 ;第二子檢測單元222在第一信號轉換單元23的輸出端檢測內部直流電壓VD。和內部直流電流ID。，並將檢測結果傳輸至控制單元21 ;第三子檢測單元223在第二信號轉換單元24的輸出端檢測輸出交流電壓vPS和輸出交流電流iPS，並將檢測結果傳輸至控制單元21。根據本實用新型的設計，第一信號轉換單元23設計為AC/DC轉換器，因此，在第一信號轉換單元23的輸出端檢測到的內部直流電壓VD。和內部直流電流ID。即為經SAC/DC轉換器轉換後的直流信號，即第三電信號S3。此外，將第二信號轉換單元24設計成開關網絡，例如由多個功率MOSFET構成的開關網絡，此處，類似功率MOSFET的其他器件也可用於實現開關網絡，以最終將作為直流信號的第三電信號S3轉換成具有準方波波形的交流信號，即第二電信號S2。
[0028]圖3示出了根據本實用新型的第一實施例的開關網絡的示意圖。根據本實用新型的開關網絡可設計為圖3左邊示出的雙刀雙擲型的開關網絡，或者可設計為圖3右邊示出的四個開關構成的開關網絡，通過打開和閉合開關網絡中的開關對，實現例如將內部直流電壓Vdc轉換成輸出交流電壓vPS，開關網絡還可以作為調光開關實現對路燈的調光功能，當然可以實現類似效果的開關網絡的設計也是由本領域技術人員所知的。
[0029]圖4示出根據本實用新型的第一實施例的具有預定波形的第二電信號S2和基於第二電信號S2整流的具有預定波形的直流信號的波形示意圖。直流信號可由根據本實用新型的第一實施例設計的開關網絡轉換成如圖4的準方波交流信號，並經過例如整流橋的處理形成最終的用於LED光源的準方波直流信號。
[0030]圖5示出根據本實用新型的第一實施例的可調光的第二電信號S2的波形示意圖。如圖5所示，根據本實用新型的每個路燈的同步的可調光功能通過開關網絡生成脈衝形式的經優化的交流波形獲得。
[0031]圖6示出根據本實用新型的第二實施例的供電系統100的結構示意圖。圖6示出的是將供電系統100的電源I設置成可再生能源而不是傳統的公用電網電源時的供電系統100的結構示意圖，其中如圖6所示，電源I包括能夠利用可再生能源進行供電的部分，例如可再生能源EN、充電器CA以及電池組BB。開關電源裝置2接收和檢測來自電源I的電池組BB所提供的電池電流Ibat和電池電壓Vbat，並接收和檢測輸出至多個負載10的輸出交流電壓Vps和輸出交流電流iPS。其中，開關電源裝置2將來自由電池組BB釋放的直流電源信號轉換成輸出至負載10的交流信號。此外，根據本實用新型的第二實施例的每個負載10可分別設置具有可調光開關的可調光碟機動裝置29，這樣負載10可根據需要進行調光。
[0032]圖7示出根據本實用新型的第二實施例的開關電源裝置2的功能結構示意圖。如圖7所示，第二實施例的開關電源裝置2包括信號檢測單元26，該信號檢測單元26包括分別檢測信號轉換單元27的輸入端和輸出端的第二子檢測單元262和第一子檢測單元261，控制單元25根據檢測信號控制信號轉換單元27例如將來自電源側的直流電池電壓和直流電池電流轉換成輸出至負載10的經過優化的交流信號，例如具有如第一實施例類似的準方波波形的交流信號，以更適合提供至LED路燈。因此，信號轉換單元27可設計為DC/AC轉換器。
[0033]以上僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
[0034]參考標號[0035]I電源
[0036]2開關電源裝置
[0037]10負載
[0038]100供電系統
[0039]SI第一電信號
[0040]S2第二電信號
[0041]S3第三電信號
[0042]21控制單元
[0043]22信號檢測單元
[0044]23第一信號轉換單元
[0045]24第二信號轉換單元
[0046]25控制單元
[0047]26信 號檢測單元
[0048]27信號轉換單元
[0049]28驅動裝置
[0050]29可調光碟機動裝置
[0051]261第一子檢測單元
[0052]262第二子檢測單元
[0053]221第一子檢測單元
[0054]222第二子檢測單元
[0055]223第三子檢測單元
[0056]CA充電器
[0057]EN可再生能源
[0058]BB電池組
[0059]Vac輸入交流電壓
[0060]iAC輸入交流電流
[0061]Vps輸出交流電壓
[0062]iPS輸出交流電流
[0063]Vdc內部直流電壓
[0064]Idc內部直流電流
[0065]Vbat電池電壓
[0066]Ibat電池電流。
【權利要求】
1.一種用於LED路燈的供電系統(100)，包括電源(I)和電連接至所述電源(I)的至少一個負載(10)，其特徵在於，所述供電系統(100)還包括連接在所述電源(I)和所述至少一個負載(10)之間的開關電源裝置(2)，其中，來自所述電源(I)的第一電信號(SI)在輸入至所述開關電源裝置(2)後，由所述開關電源裝置(2)輸出具有預定波形的交流的第二電信號(S2)至所述至少一個負載(10)。
2.根據權利要求1所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述開關電源裝置(2)包括控制單元(21)、信號檢測單元(22)、第一信號轉換單元(23)以及連接至所述第一信號轉換單元(23)的輸出端的第二信號轉換單元(24)，其中，所述信號檢測單元(22)、所述第一信號轉換單元(23)以及所述第二信號轉換單元(24)分別連接至所述控制單元(21 )，並且所述信號檢測單元(22)分別連接至所述第一信號轉換單元(23)的輸入端和所述輸出端以及所述第二信號轉換單元(24)的輸出端。
3.根據權利要求2所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述控制單元(21)根據所述信號檢測單元(22)的檢測信號控制所述第一信號轉換單元(23)基於所述第一電信號(SI)輸出第三電信號(S3)，並且控制所述第二信號轉換單元(24)基於所述第三電信號(S3)輸出所述第二電信號(S2)。
4.根據權利要求2所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述信號檢測單元(22)包括第一子檢測單元(221)、第二子檢測單元(222)以及第三子檢測單元(223)，其中所述第一子檢測單元(221)連接至所述第一信號轉換單元(23)的輸入端，所述第二子檢測單元(222)連接至所述第一信號轉換單元(23)的輸出端，並且所述第三子檢測單元(223)連接至所述第二信號轉換單元(24)的輸出端。
5.根據權利要求2或3所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述第一信號轉換單元(23)設置為AC/DC轉換器，所述第二信號轉換單元(24)設置為將直流信號轉換為交流信號的開關網絡。
6.根據權利要求5所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述開關網絡由多個功率MOSFET 構成。
7.根據權利要求1所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述電源(I)設置為可再生能源電源。
8.根據權利要求7所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述開關電源裝置(2)包括控制單元(25)、信號檢測單元(26)以及信號轉換單元(27)，其中，所述信號檢測單元(26)和所述信號轉換單元(27)分別連接至所述控制單元(25)，並且所述信號檢測單元(26)分別連接至所述信號轉換單元(27)的輸入端和輸出端。
9.根據權利要求8所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述控制單元(25)根據所述信號檢測單元(26)的檢測信號控制所述信號轉換單元(27)基於所述第一電信號(SI)輸出具有預定波形的所述第二電信號(S2 )。
10.根據權利要求8或9所述的供電系統(100)，其特徵在於，所述信號轉換單元(27)為DC/AC轉換器。
【文檔編號】H05B37/02GK203813999SQ201420061366
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年2月10日 優先權日:2014年2月10日
【發明者】何中一, 諾貝特·林德 申請人:歐司朗有限公司