本發(fā)明涉及一種交通信號(hào)燈，特別是一種自動(dòng)調(diào)光LED節(jié)能交通信號(hào)燈，屬于道路交通照明節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

LED(發(fā)光二極管)是一種新型光源，具有耗電小、亮度高、體積小、重量輕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。用LED作為光源的交通信號(hào)燈具有可見度好、節(jié)能省電、反應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，逐步取代白熾燈、低壓鹵鎢燈制作道路交通信號(hào)燈。

LED在交通信號(hào)燈方面的應(yīng)用，其發(fā)展非常迅速，由于LED本身所具備的環(huán)保、節(jié)能、長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，LED在交通領(lǐng)域的應(yīng)用依然有非常大的空間。但目前大功率LED的應(yīng)用，需要解決散熱和成本問題，提高效率是降低發(fā)熱的有效途徑。由于目前使用交流市電的LED信號(hào)燈通常需要整流濾波，而濾波需要較大容量的電容器，體積大，壽命短，并且整流濾波所形成的脈沖電流諧波含量大，降低了燈具的功率因數(shù)和效率，影響了LED信號(hào)燈的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種交流直接驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)調(diào)光的LED節(jié)能交通信號(hào)燈，不需要濾波電容，在滿足交通燈發(fā)光亮度的前提下，提高效率與功率因數(shù)，降低裝置的發(fā)熱量和體積，能根據(jù)環(huán)境光亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)LED燈的發(fā)光強(qiáng)度，并且易于生產(chǎn)制造。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種自動(dòng)調(diào)光LED節(jié)能交通信號(hào)燈，包括：輸入保護(hù)[1]、整流單元[2]、交流直驅(qū)控制器[3]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5]、能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]；其中：

輸入保護(hù)［1］：為L(zhǎng)ED節(jié)能交通信號(hào)燈提供過電流或短路保護(hù)及吸收浪涌電壓，與整流單元［2］構(gòu)成電氣連接；

整流單元［2］：將交流輸入電壓進(jìn)行全波整流，為交流直驅(qū)控制器及LED提供單向脈動(dòng)電壓，與整流單元[2]及交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接；

交流直驅(qū)控制器［3］：根據(jù)整流后的脈動(dòng)電壓的瞬時(shí)值的大小，驅(qū)動(dòng)不同組的LED發(fā)光，與整流單元 [2]、調(diào)光控制單元[5]及能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接；

光敏傳感器[4]：用于感受環(huán)境光照度，與調(diào)光控制單元[5]構(gòu)成電氣連接；

調(diào)光控制單元[5]：根據(jù)光敏傳感器[4]的信號(hào)，進(jìn)行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號(hào)提供給交流直驅(qū)控制器［3］，由交流直驅(qū)控制器［3］控制LED發(fā)光單元[7]的亮度變化，與交流直驅(qū)控制器［3］構(gòu)成電氣連接；

能量緩沖單元[6]：緩沖LED的電流變化，平滑LED的亮度，與交流直驅(qū)控制器［3］及LED發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接；

LED發(fā)光單元[7]：由若干只LED發(fā)光器件構(gòu)成，對(duì)LED進(jìn)行分組控制，每組LED發(fā)光功率的大小受交流直驅(qū)控制器［3］控制，與交流直驅(qū)控制器［3］及能量緩沖單元[6]構(gòu)成電氣連接。

所述的LED發(fā)光單元由m組LED發(fā)光器件構(gòu)成，m為正整數(shù)，每組LED含有并聯(lián)的n條支路，n為正整數(shù)，每條支路有k只LED發(fā)光二極管串聯(lián)組成LED燈串，k為正整數(shù)，每組LED由交流直驅(qū)控制器［3］按輸入電壓瞬時(shí)值的大小及調(diào)光控制信號(hào)以PWM的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光。

本發(fā)明是按照上述構(gòu)思使用上述部件組合而成，其工作原理是：輸入的交流電壓經(jīng)輸入保護(hù)后進(jìn)行全波整流，整流后的脈動(dòng)電壓向交流直驅(qū)控制器供電，由交流直驅(qū)控制器精確控制各LED燈串的電流，調(diào)光控制單元根據(jù)光敏傳感器的信號(hào)的變化向交流直驅(qū)控制器輸出隨環(huán)境照度變化的控制電壓，通過交流直驅(qū)控制器實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光。能量緩沖單元的作用是將LED高亮度時(shí)的能量吸收一部分，等待交流直驅(qū)控制器內(nèi)部驅(qū)動(dòng)MOS管關(guān)斷時(shí)釋放所吸收的能量，從而平滑LED發(fā)光器件瞬時(shí)的亮度，降低LED的閃爍度。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及效果：

(1)使用交流直驅(qū)控制器，不需要大容量的濾波電容，且外部元件少，因而成本低、可靠性高。

(2)利用集成電路的交流直驅(qū)控制器來(lái)精確控制各燈串的電流，讓總電流接近正弦波形，可提高功率因數(shù)和效率，發(fā)熱量小，性能好。

(3)具有能量緩沖單元，克服了交流直驅(qū)LED的閃爍現(xiàn)象。

(4)具有良好的調(diào)光性能，有利于節(jié)能。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明的電路原理方框圖。

圖2是實(shí)施例的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

請(qǐng)參看圖1，一種自動(dòng)調(diào)光LED節(jié)能交通信號(hào)燈，包括：輸入保護(hù)[1]、整流單元[2]、交流直驅(qū)控制器[3]、光敏傳感器[4]、調(diào)光控制單元[5]、能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]。其中：輸入保護(hù)［1］為L(zhǎng)ED節(jié)能交通信號(hào)燈提供過電流或短路保護(hù)及吸收浪涌電壓，與整流單元［2］構(gòu)成電氣連接；整流單元［2］將交流輸入電壓進(jìn)行全波整流，為交流直驅(qū)控制器及LED提供單向脈動(dòng)電壓，與整流單元[2]及交流直驅(qū)控制器[3]構(gòu)成電氣連接；交流直驅(qū)控制器［3］根據(jù)整流后的脈動(dòng)電壓的瞬時(shí)值的大小，驅(qū)動(dòng)不同組的LED發(fā)光，與整流單元 [2]、調(diào)光控制單元[5]及能量緩沖單元[6]、LED發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接；光敏傳感器[4]用于感受環(huán)境光照度，與調(diào)光控制單元[5]構(gòu)成電氣連接；調(diào)光控制單元[5]根據(jù)光敏傳感器[4]的信號(hào)，進(jìn)行電壓變換，產(chǎn)生合適的電壓信號(hào)提供給交流直驅(qū)控制器［3］，由交流直驅(qū)控制器［3］控制LED發(fā)光單元[7]的亮度變化，與交流直驅(qū)控制器［3］構(gòu)成電氣連接；能量緩沖單元[6]能緩沖LED的電流變化，平滑LED的亮度，與交流直驅(qū)控制器［3］及LED發(fā)光單元[7]構(gòu)成電氣連接；LED發(fā)光單元[7]由若干只LED發(fā)光器件構(gòu)成，對(duì)LED進(jìn)行分組控制，每組LED發(fā)光功率的大小受交流直驅(qū)控制器［3］控制，與交流直驅(qū)控制器［3］及能量緩沖單元[6]構(gòu)成電氣連接。

LED發(fā)光單元由m組LED發(fā)光器件構(gòu)成，m為正整數(shù)，每組LED含有并聯(lián)的n條支路，n為正整數(shù)，每條支路有k只LED發(fā)光二極管串聯(lián)組成LED燈串，k為正整數(shù)，每組LED由交流直驅(qū)控制器按輸入電壓瞬時(shí)值的大小及調(diào)光控制信號(hào)以PWM的方式驅(qū)動(dòng)發(fā)光。

請(qǐng)進(jìn)一步參看圖2，輸入保護(hù)由保險(xiǎn)絲F1和壓敏電阻RV1組成；整流單元由整流橋BG1擔(dān)任；交流直驅(qū)控制器由集成電路U1（型號(hào)為FL77944）、電容C1及電阻R1、R2組成；光敏傳感器由光敏電阻R3擔(dān)任；調(diào)光控制單元由集成電路U2（型號(hào)為L(zhǎng)M258）、電阻R3～R5、可調(diào)電阻RW1、電容C2、齊納二極管D1組成；能量緩沖單元有4組，第1組能量緩沖單元包括二極管D11、電容C11、電阻R11，第2組能量緩沖單元包括二極管D21、電容C21、電阻R21，第3組能量緩沖單元包括二極管D31、電容C31、電阻R31，第4組能量緩沖單元包括二極管D41、電容C41、電阻R41；LED發(fā)光單元由4組LED發(fā)光器件構(gòu)成，每組LED含有并聯(lián)的n條支路，n為正整數(shù)，在本實(shí)施例中，第1組LED的支路數(shù)n＝4，第2組LED的支路數(shù)n＝3，第3組LED的支路數(shù)n＝3，第4組LED的支路數(shù)n＝2，每條支路有k只LED發(fā)光二極管串聯(lián)組成LED燈串，k為正整數(shù)。第1組LED由LED燈串LED11～LED14組成，第2組LED由LED燈串LED21～LED23組成，第3組LED由LED燈串LED31～LED33組成，第4組LED由LED燈串LED41～LED42組成。

每組LED的發(fā)光功率取決于通過該組各LED燈串的電流，其大小受交流直驅(qū)控制器U1控制并與各組能量緩沖單元的參數(shù)有關(guān)，由U1第10引腳外接的電阻R2設(shè)定允許的最大電流值，由U1第11引腳的電壓調(diào)節(jié)LED的電流大小。

第1組LED各燈串（LED11～LED14）相并聯(lián)，即每個(gè)燈串的陽(yáng)極連接在一起，每個(gè)燈串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各LED燈串再與第1組能量緩沖單元的電容C11、電阻R11并聯(lián)，燈串陽(yáng)極及電容C11的正極與第1組能量緩沖單元的二極管D11的陰極連接，二極管D11的陽(yáng)極與整流橋BG1的上端（正極）相連；第1組LED各燈串的陰極及電容器C11的負(fù)極與交流直驅(qū)控制器U1的LED1引腳及第2組能量緩沖單元的二極管D21的陽(yáng)極相連。

第2組LED各燈串（LED21～LED23）相并聯(lián)，即每個(gè)燈串的陽(yáng)極連接在一起，每個(gè)燈串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各LED燈串再與第2組能量緩沖單元的電容C21、電阻R21并聯(lián)，燈串陽(yáng)極及電容C21的正極與第2組能量緩沖單元的二極管D21的陰極連接，二極管D21的陽(yáng)極與第1組LED各燈串的陰極及電容器C11的負(fù)極相連；第2組LED各燈串的陰極及電容器C21的負(fù)極與交流直驅(qū)控制器U1的LED2引腳及第3組能量緩沖單元的二極管D31的陽(yáng)極相連。

第3組LED各燈串（LED31～LED33）相并聯(lián)，即每個(gè)燈串的陽(yáng)極連接在一起，每個(gè)燈串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各LED燈串再與第3組能量緩沖單元的電容C31、電阻R31并聯(lián)，燈串陽(yáng)極及電容C31的正極與第3組能量緩沖單元的二極管D31的陰極連接，二極管D31的陽(yáng)極與第2組LED各燈串的陰極及電容器C21的負(fù)極相連；第3組LED各燈串的陰極及電容器C31的負(fù)極與交流直驅(qū)控制器U1的LED3引腳及第4組能量緩沖單元的二極管D41的陽(yáng)極相連。

第4組LED各燈串（LED41～LED42）相并聯(lián)，即每個(gè)燈串的陽(yáng)極連接在一起，每個(gè)燈串的陰極連接在一起，并聯(lián)的各LED燈串再與第4組能量緩沖單元的電容C41、電阻R41并聯(lián)，燈串陽(yáng)極及電容C41的正極與第4組能量緩沖單元的二極管D41的陰極連接，二極管D41的陽(yáng)極與第3組LED各燈串的陰極及電容器C31的負(fù)極相連；第4組LED各燈串的陰極及電容器C41的負(fù)極與交流直驅(qū)控制器U1的LED4引腳相連。

交流直驅(qū)控制器U1的第1引腳經(jīng)串聯(lián)電阻R1連接到整流橋BG1的上端（正極），U1的第9、14、16引腳連到整流橋BG1的下端（負(fù)極，GND），U1的第10引腳經(jīng)電阻R2連接到整流橋BG1的下端（負(fù)極，GND），U1的第15引腳（VDD）與GND之間連接電容C1。

交流直驅(qū)控制器U1是一款交流直接LED驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部有4個(gè)集成式高壓LED恒流源，提供切相調(diào)光，具有較寬的調(diào)光范圍、平穩(wěn)高光控制和良好的調(diào)光器兼容性，通過高功率因數(shù)和低THD來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率，具有過溫保護(hù)及模擬、數(shù)字調(diào)光功能，外部采用最少數(shù)量的RC無(wú)源元件，特別適用于高效率LED照明系統(tǒng)。

LED單元的電流通過電流檢測(cè)電阻R₂按如下公式設(shè)置：

， ， ，

其中I_LED1、I_LED2、I_LED3、I_LED4分別為交流直驅(qū)控制器U1的LED1、LED2、LED3、LED4引腳（即第3、5、7、12引腳）灌電流的調(diào)節(jié)目標(biāo)電流值。

在參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)輸入電壓的有效值以及預(yù)測(cè)的輸入功率，可按下面的公式初步確定電流檢測(cè)電阻R2的值：

式中：V_AC.RMS為輸入電壓的有效值，P_IN為預(yù)測(cè)的輸入功率。

各組能量緩沖單元的作用是將LED高亮度時(shí)的能量吸收一部分，等待交流直驅(qū)控制器內(nèi)部驅(qū)動(dòng)MOS管關(guān)斷時(shí)釋放所吸收的能量，從而平滑LED發(fā)光器件瞬時(shí)的亮度，大大地降低了LED的閃爍度。以第1組能量緩沖單元為例說(shuō)明如下：當(dāng)交流直驅(qū)控制器U1的LED1～LED4引腳在內(nèi)部PWM信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下有其中一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，就有電流通過二極管D11對(duì)電容C11充電，當(dāng)C11上的電壓上升到第1組LED各燈串（LED11～LED14）的最低發(fā)光電壓時(shí)，LED燈串中就開始有電流流入并開始發(fā)光，隨后一部分電流對(duì)電容C11充電，一分部電流流入LED燈串發(fā)光，隨著電容C11的充電，電容C11的電壓不斷上升，直到通過二極管D11的電流幾乎全部流入第1組LED燈串發(fā)光，電容C11的電壓才保持不變，電容C11的電壓越高，所儲(chǔ)存的能量越多；當(dāng)交流直驅(qū)控制器U1的LED1～LED4引腳全部關(guān)斷時(shí)，就沒有電流通過二極管D11，這時(shí)電容C11開始向第1組LED各燈串（LED11～LED14）放電，維持燈串發(fā)光，直到交流直驅(qū)控制器U1的LED1～LED4引腳在下一次有其中一個(gè)導(dǎo)通時(shí)，才有電流通過二極管D11對(duì)電容C11充電，如此循環(huán)。電阻R11是為了給電容C11提供放電支路，由于電阻R11的阻值較大，流過的電流很小，幾乎不影射C11的正常充放電和LED燈串的發(fā)光，但當(dāng)交流電源關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，電阻R11使得電容C11上的電壓不至于維持過久。其它組能量緩沖單元的工作原理與此類似。這樣，在能量緩沖單元的作用下，能有效避免交流直驅(qū)電路的缺點(diǎn)，使行人基本觀察不到LED信號(hào)燈的高頻閃爍現(xiàn)象，提高了視覺感受。

電阻R3與光敏二極管GM并聯(lián)后，一端連接到VDD，另一端連接到放大器V2A的第3引腳，電阻R5與可調(diào)電阻RW1串聯(lián)后與齊納二極管D1并聯(lián)，一端與放大器V2A的第3引腳連接，另一端與GND連接；電容C3連接在放大器V2A的第3引腳與GND之間；電阻R4與電容C2并聯(lián)后，連接到放大器V2A的第2引腳和第1引腳之間；放大器V2A的第8引腳接VDD，第4引腳接GND；放大器V2A的第1引腳連接到交流直驅(qū)控制器U1的第11引腳，控制LED的亮度，當(dāng)白天環(huán)境光線強(qiáng)時(shí)，光敏二極管GM的光電流增大，放大器V2A的第3引腳的電位（相對(duì)于GND）上升，V2A的第1引腳輸出電壓增高，U1驅(qū)動(dòng)LED的電流增大，LED亮度增強(qiáng)；當(dāng)夜晚環(huán)境光線弱時(shí)，光敏二極管GM的光電流減小，放大器V2A的第3引腳的電位（相對(duì)于GND）下降，V2A的第1引腳輸出電壓降低，U1驅(qū)動(dòng)LED的電流減小，LED亮度減弱，這樣，既避免了LED燈在夜晚太亮太刺眼，又節(jié)能了電能。齊納二極管D1的作用是限制U2A第3引腳的電壓，從而防止U2A第1腳輸出電壓超過交流直驅(qū)控制器U1第11引腳的允許值。