CN101713508B - 色温智能可调型led照明灯具 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种色温智能可调型LED照明灯具，包括多个LED器件和控制所述LED器件工作的驱动控制模块，所述多个LED器件为具有不同色温的白光LED器件，并依据色温的不同分为若干LED器件组，所述驱动控制模块控制各个所述LED器件组单组通电发光或多组同时通电发光。该灯具还可以采用遥控器红外遥控所述驱动控制电路，以获得多种不同的色温模式。由于采用了结构上的优化，既提高了照明灯具的显色性，延长了使用寿命，还避免了照明灯具的眩光问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED照明灯具，特别涉及一种色温智能可调型LED照明灯具，可应用于家居照明、办公室、医院等高档室内照明。
背景技术
LED因体积小、驱动电压低且不含汞等有害物质，已成为了节能、环保的新兴光源。特别是近年来，随着LED外延片与芯片技术的提高，LED发光效率得到持续的提升，已达到100流明每瓦。同时，LED的制造成本也不断下降，其应用范围已从早期的户外照明，扩大到商业照明，又进入了普通照明领域，使半导体照明成为当今照明技术的发展趋势。
随着生活水平的提高，人们对照明灯具的需求不再是单一的照明模式，而是如天花灯、吸顶灯、格栅灯、嵌灯、射灯等可实现多种亮暗调节，并可添加装饰照明效果。为了达到光源色温可调的效果，超市、商场等商业场曾采用两支高、低色温的传统日光灯或节能灯共同安装于格栅灯灯架内，使灯具照明的光成为正白，以避免颜色过冷或偏暖。
在LED照明方面，调节灯具色温的方法及相应产品也陆续问世。其中部分厂家提出了色温可调的照明灯具，常见的有两种：①通过分别调节白光LED支路、蓝光LED支路和红光LED支路三条支路的亮度，达到调节LED照明系统色温变化的目的。该技术的缺点是：白光LED与蓝光LED、红光LED的空间颜色分布不均匀，且白光LED和蓝光LED所用芯片是基于InGaN三元半导体材料，而红光LED所用的芯片是基于AlGaInP四元半导体材料，两者老化过程不一致，影响了灯具的寿命。②采用滑动变阻器调节驱动输出的电流进而调节两组高亮度LED灯组的驱动电流，该两组高亮度LED灯组分别为冷白色高亮度白光LED和黄色高亮度LED。该技术的缺点是：一方面滑动变阻器为机械调节，易于损坏；另一方面，采用黄色LED把冷白色LED的色温调低，由于黄色LED的光谱窄，破坏了白光LED光谱的均衡性，导致照明灯具的显色性降低。
发明内容
为了克服上述缺陷，本发明提供了一种色温智能可调型LED照明灯具，充分利用白光LED显色性好，光输出衰减低，可稳定工作，以及色温范围大等优势，采用具有不同色温的低光衰白光LED器件作为光源，并采用遥控器红外遥控照明灯具的驱动控制电路调节不同色温的X种(X≥2)白光LED，使灯具呈N种(N≥3)色温模式。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种色温智能可调型LED照明灯具，包括多个LED器件和驱动控制模块，所述多个LED器件包括多种不同色温的白光LED器件，并依据色温的不同分为若干LED器件组，所述驱动控制模块用于分别控制所述各LED器件组的工作状态。
所述驱动控制模块通常包括LED调光控制电路，所述LED调光控制电路中含有多个色温控制开关，每个所述色温控制开关连接一组所述LED器件组，以控制该LED器件组中LED电流的通断。
所述驱动控制模块还可以包括电源电路和第一微处理单元，所述电源电路的第一电源输出端通过电源控制开关与所述LED调光控制电路的电源输入端相连，第二电源输出端与所述第一微处理单元的电源输入端相连，所述第一微处理单元的PWM控制信号输出端与所述电源控制开关连接，以控制该电源控制开关的通断状态，所述第一微处理单元的色温控制信号输出端与所述LED调光控制电路的信号输入端相连，以控制各个所述色温控制开关的通断。
所述电源电路可以包括设有两路输出的EMI电路，其中一路依次连接整流滤波电路、无源PFC电路和LED恒流驱动电路，另一路依次连接降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路，所述LED恒流驱动电路的输出端为所述电源电路的第一电源输出端，所述稳压电路的输出端为所述电源电路的第二电源输出端，所述EMI电路为所述电源电路的输出端。
本色温智能可调型LED照明灯具还可以包括无线发射模块和无线接收模块，所述无线发射模块包括用于接收用户指令的输入装置，将所述用户指令发射出去的无线发射电路以及协调、控制所述输入装置和用于所述无线发射电路的第二微处理单元，所述无线接收模块包括用于接收所述无线发射电路发射信号的无线接收电路，所述无线接收电路的输出端与所述第一微处理单元的信号输入端连接，所述色温智能可调型LED照明灯具还设有遥控器，所述无线发射模块设置于所述遥控器中。
本色温智能可调型LED照明灯具通常还包括用于安装和排布所述各LED器件的LED线路板，位于所述LED线路板下方的用于设置所述驱动控制模块的驱动控制板，以及将所述LED线路板和所述驱动控制板设置在其中的灯具外壳。
所述LED线路板通常可以为玻纤板、铝基板或硅基板，并均匀分布有所述不同色温的多种LED器件。
所述LED器件优选低光衰LED器件，所述LED器件的封装形式可以为直插式封装、贴片式封装或板上芯片封装，所述LED器件由带反射杯的支架、涂有荧光粉的LED芯片和外围胶体组成。
所述灯具外壳通常包括外罩和基座，所述外罩上设有光学散射剂层。
所述LED线路板和所述驱动控制板可以安装在所述基座上，所述驱动控制板位于所述LED线路板与所述基座之间。
本发明相比现有的色温可调的照明灯具具有如下优点：
1、通过驱动控制电路调节X种(X≥2)不同色温的白光LED，使LED照明灯具的色温呈现多种(至少三种)模式，且根据使用环境对照明效果的要求，通过增加LED器件色温的数量，及提高驱动控制电路的控制路数可显著增加可供选择的色温模式的数量。
2、充分利用白光LED的诸多光学性能方面的优点，实现色温可调的同时还不降低照明灯具的显色性。
3、由于采用了遥控器，可以便捷地控制LED照明灯具的“开启”“关闭”和色温选择模式。
4、由于采用了低衰减白光LED，其衰减特性1000小时衰减低于5％，解决了照明灯具光衰，延长了照明灯具的寿命。
5、由于采取了光学模拟对低衰减白光LED器件的分布进行有效的设计，避免了照明灯具的眩光问题，保证了照明灯具的均匀发光。
6、通过设有PWM控制器的第一微处理单元对LED调光控制电路的输入进行PWM控制，通过控制电源控制开关的通断实现对该输出占空比的调节，有利于提高对LED发光强度的控制精度。
附图说明
图1为本发明的电路原理框图；
图2为本发明的带有遥控功能时的电路原理框图；
图3为本发明的结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的色温智能可调型LED照明灯具，充分利用白光LED显色性好，光输出衰减低，可稳定工作，以及色温范围大等优势，采用具有不同色温的白光LED器件作为光源，并依据色温分成多个白光LED器件组，再分别对各个LED器件组进行通、断组合控制，利用混光达到用户需要的色温。
图1是本发明的电路原理框图，本发明的色温智能可调型LED照明灯具，包括LED器件1和控制所述LED器件点亮与否的驱动控制模块2，所述LED器件为具有不同色温的白光LED器件，并依据色温的不同分为若干LED器件组，所述驱动控制模块控制各个所述LED器件组单组单独点亮或多组同时点亮。
选用白光LED器件主要考虑到其具有以下优点：①白光LED可通过封装技术中调节荧光粉配比实现2700K-10000K内所有色温的白光；②白光LED的光输出衰减低，可稳定工作。
不同色温的白光LED器件组数量越多，可实现的色温模式越多，设有X种(X≥2)色温的白光LED，则灯具可呈现N种(N≥3)色温模式，各种不同色温的LED的不同组合方式，可以形成灯具不同的色温模式。所述驱动控制模块2的控制路数与所述白光LED器件1不同色温的LED种类X相适应，根据色温模式控制相应的一种或多种不同色温的LED通电发光。
所述驱动控制模块包括LED调光控制电路21，所述LED调光控制电路中含有多个色温控制开关。通常，每个所述色温控制开关对应一组所述LED器件组，所述色温控制开关可以为场效应管，如FET管。
所述驱动控制模块还包括电源电路22和第一微处理单元23(如单片机)，所述电源电路的第一电源输出端A与所述LED调光控制电路的电源输入端相连，中间设有用于控制通断的电源控制开关，该开关为电子开关，可以采用场效应管等。所述电源电路的第二电源输出端B与所述第一微处理单元的电源输入端相连，所述第一微处理单元的第一信号输出端C与电源控制开关的控制信号输入端相连，以PWM方式控制所述LED调光控制电路的输入。所述第一微处理单元的第二信号输出端D与所述LED调光控制电路的色温信号输入端相连，以控制各个所述色温控制开关的通断，从而间接控制了流经LED器件的电流的通断，使其中的某一种或几种不同色温的LED通电发光，形成相应的色温模式。
所述电源电路具有一路输入、两路输出，其输入端设有EMI(电磁干扰)电路221，所述EMI电路的输入端构成所述电源电路的电网接入端，通常可以连接交流220V市电。所述EMI电路221的一路输出依次电连接整流滤波电路222、无源PFC(功率因数校正)电路223和LED恒流驱动电路224，所述LED恒流驱动电路的输出端为所述电源电路的第一电源输出端。所述EMI电路的另一路输出依次经过降压、整流、滤波电路连接到稳压电路，所述稳压电路的输出端为所述电源电路的第二电源输出端(可参见图2)。
所述LED恒流驱动电路的作用是利用恒流驱动LED，其中恒流源电流的大小可由第一微处理单元23通过PWM控制，在0-100％占空比范围内进行调光。
其中，EMI电路的作用是滤除由电网进来的各种干扰信号，防止电源开关电路形成的高频扰窜电网；无源PFC电路的作用是功率因数校正电路，有助于提升电源的转换效率。
为了实现远距离控制，且使控制操作简单、方便，本发明的色温智能可调型LED照明灯具还可以设置无线发射模块3和无线接收模块4，如图2所示，所述无线发射模块包括接收用户指令的输入装置31(如按键)，将所述用户指令发射出去的无线发射电路32以及协调控制所述输入装置和所述无线发射电路的第二微处理单元33，所述无线接收模块包括用于接收所述无线发射电路发射信号的无线接收电路41，所述无线接收电路的输出端与所述第一微处理单元23的信号输入端连接，所述第一微处理单元23接收来自所述无线接收电路的信号。所述第一微处理单元23可以置于所述无线接收模块内。该色温智能可调型LED照明灯具还设有遥控器，所述无线发射模块设置于所述遥控器中。
其中，无线发射模块3是将输入装置31(如按键)输入的内容(即用户指令，包括“开启”、“关闭”和选择的“色温模式”)编码后调制在38K的频率里，经红外发射二极管发射出去。无线接收模块4是将无线发射模块发射过来的红外信号接收后解码出输入装置31处接收的按键内容，第一微处理单元(如单片机)根据按键的内容执行相应的操作，包括通过所述第一信号输出端控制LED恒流驱动电路224的恒流输出电流的大小，以及通过所述第二信号输出端控制LED调光控制电路21实现色温模式选择。
如图3所示，本发明的色温智能可调型LED照明灯具还包括排布所述LED器件的LED线路板5，位于所述LED线路板下方的用于设置所述驱动控制模块的驱动控制板6，以及罩于所述LED线路板和所述驱动控制板外围的灯具外壳7。对于采用遥控方式实现色温可调的情况，无线接收模块也可以设置在所述驱动控制板上。
所述灯具外壳7的形状可以根据LED吸顶灯、LED日光灯、LED天花灯不同要求进行设计。所述遥控器通过所述第二微处理单元实现灯具“开启”、“关闭”和N种(N≥3)色温模式选择的功能。所述LED器件1在所述LED线路板5上的排布在设计阶段通过光学模拟，因此保证了最佳的输出效果。
所述LED线路板5可以采用玻纤板、铝基板或硅基板，所述铝基板或硅基板可根据COB封装技术定制为带反射杯的高散热线路板。
所述LED器件1优选低光衰LED器件，所述LED器件的封装形式可以为直插式封装、贴片式封装或板上芯片(COB)封装，光衰特性为1000小时光衰小于5％，光斑分布为朗伯型。所述LED器件由带反射杯的支架、涂有荧光粉的LED芯片和外围胶体组成。
所述灯具外壳包括外罩71和基座72，所述外罩加有光学散射剂，使灯具整体发光均匀。
所述LED线路板安装在所述基座上，所述驱动控制板安装在所述LED线路板与所述基座之间。
本发明的色温智能可调型LED照明灯具的设计步骤为：
首先根据LED照明灯具的用途与外观进行灯具外壳的结构设计，初步确认LED灯(LED器件)与灯具外壳之间的间距，进而确认低衰减白光LED的色温、发光角度等参数。接着根据前述已确定结构进行光学模拟，对不同色温的白光LED在LED线路板上进行有效排布，以实现混色均匀和照度均匀。接着，根据LED线路板的设计方案，设计驱动控制板和遥控器。最后将LED线路板、驱动控制板进行有效电气连接，配合经过美学设计、安全设计的灯具外壳，即组成时尚、智能的色温可调型LED照明灯具。
以下是本发明的两个具体的实施例。
实施例1：
参见图3，采用晶元、广镓或其他厂家的高亮度芯片，如2310芯片封装发光角度均为110～120°，色温分别为2700-4000K，7000-10000K的草帽型低衰减白光LED两款各72颗，单颗白光LED光通量均高于61m。所述白光经过光学模拟仿真排布于圆形LED线路板上，LED线路板直径约为20cm，距离灯壳间距为5～10mm。所述LED线路板安装于圆形外壳基座上，LED线路板和基座之间存在一定的空间用于放置驱动控制板。驱动控制板上包含接收遥控器输入信号的无线接收模块。
所述LED照明灯具出射的光强分布均匀且出光效率高于85％，通过遥控器智能可调色温分别为2700-4000K、4000-7000K、7000-10000K的3种模式，其中4000-7000K可作为室内照明的主照明模式。该LED照明灯具可替代传统吸顶灯，成为色温可调型的LED吸顶灯。
实施例2：
采用铝基板制作LED线路板，所述LED线路板的特征是铝基板上分布有144个反射杯，反射杯形状采用结构和光学软件设计可实现LED发光角度为110～120°以获得更好的照明效果。所述LED线路板上分设暖白LED支路和冷白LED支路。在所述铝基板上采用COB封装技术固上同一厂家的高亮度蓝光LED芯片，并在冷白LED支路72个反射杯的芯片上涂覆黄色荧光粉，使发出的白光呈高色温冷白色，暖白LED支路72个反射杯的芯片上涂覆暖白色荧光粉，使发出的白光呈低色温暖白色。所述LED线路板安装于圆形外壳基座上，LED线路板和基座之间存在一定的空间用于放置驱动控制板。该驱动控制板上设置有包含电源电路和LED调光控制电路的驱动控制模块以及无线接收模块。
所述LED照明灯具出射的光具有暖白、正白、冷白三种可调模式，其光强和照度分布均匀，可替代传统吸顶灯，成为色温可调型的LED照明灯具。
实施例1和实施例2表明，采用本发明所述色温智能可调型LED照明灯具，可根据用户对照明光源的参数确定，实现同一灯具不同色温的智能调控，还可以实现光色均匀，避免传统灯具的眩光效果。因其光强均匀分布，因此可满足室内高档照明的需求。
Claims (7)
1.一种色温智能可调型LED照明灯具，包括多个LED器件和驱动控制模块，其特征在于所述多个LED器件包括多种不同色温的白光LED器件，并依据色温的不同分为若干LED器件组，所述驱动控制模块用于分别控制所述各LED器件组的工作状态，所述驱动控制模块包括LED调光控制电路，所述LED调光控制电路中含有多个色温控制开关，每个所述色温控制开关连接一组所述LED器件组，以控制该LED器件组中LED电流的通断，所述驱动控制模块还包括电源电路和第一微处理单元，所述电源电路的第一电源输出端通过电源控制开关与所述LED调光控制电路的电源输入端相连，第二电源输出端与所述第一微处理单元的电源输入端相连，所述第一微处理单元的PWM控制信号输出端与所述电源控制开关连接，以控制该电源控制开关的通断状态，通过对输出占空比的调节提高对LED发光强度的控制精度，所述第一微处理单元的色温控制信号输出端与所述LED调光控制电路的信号输入端相连，以控制各个所述色温控制开关的通断，根据色温模式控制相应的一种或多种不同色温的LED通电发光，所述电源电路包括设有两路输出的EMI电路，其中一路依次连接整流滤波电路、无源PFC电路和LED恒流驱动电路，另一路依次连接降压电路、整流电路、滤波电路和稳压电路，所述LED恒流驱动电路的输出端为所述电源电路的第一电源输出端，所述稳压电路的输出端为所述电源电路的第二电源输出端，所述EMI电路为所述电源电路的输出端。
2.根据权利要求1所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于还包括无线发射模块和无线接收模块，所述无线发射模块包括用于接收用户指令的输入装置，将所述用户指令发射出去的无线发射电路以及协调、控制所述输入装置和用于所述无线发射电路的第二微处理单元，所述无线接收模块包括用于接收所述无线发射电路发射信号的无线接收电路，所述无线接收电路的输出端与所述第一微处理单元的信号输入端连接，所述色温智能可调型LED照明灯具还设有遥控器，所述无线发射模块设置于所述遥控器中。
3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于还包括用于安装和排布所述各LED器件的LED线路板，位于所述LED线路板下方的用于设置所述驱动控制模块的驱动控制板，以及将所述LED线路板和所述驱动控制板设置在其中的灯具外壳。
4.根据权利要求3所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于所述LED线路板为玻纤板、铝基板或硅基板，并均匀分布有所述不同色温的多种LED器件。
5.根据权利要求4所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于所述LED器件采用低光衰LED器件，所述LED器件的封装形式为直插式封装、贴片式封装或板上芯片封装，所述LED器件由带反射杯的支架、涂有荧光粉的LED芯片和外围胶体组成。
6.根据权利要求5所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于所述灯具外壳包括外罩和基座，所述外罩上设有光学散射剂层。
7.根据权利要求6所述的色温智能可调型LED照明灯具，其特征在于所述LED线路板和所述驱动控制板安装在所述基座上，所述驱动控制板位于所述LED线路板与所述基座之间。
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