分析传感器技术在LED照明灯具中应用-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

光敏传感器红外传感器LED照明

　　LED照明灯具与传统的照明灯具最大的区别，LED照明灯具是一个完全的电子产品，而传统的照明灯具仅是一个电器产品。因此LED灯具可以很方便地与各种类型的传感器关联，从而实现光控、红外控制等多种自动控制功能。如LED路灯的自动开关，用一个光敏传感器就可简单实现；社区夜间走道和庭院照明，可以用红外传感器采集人类活动信息，自动开闭照明灯具……

　　LED照明灯具开关自动控制

　　传感器作为信号采集和机电转换的器件，其机电技术都已相当成熟，近几年MEMS技术兴起又将传感器技术向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步迈进。光敏传感器、红外传感器等各种类型的传感器都可与LED照明灯具组成一个智能控制系统，传感器将采集来的各种物理量信号转换成电信号，可以经由集成电路化的AD转换器、MCU、DA转换器对所采集的信号进行智能化处理，从而控制LED照明灯具开启和关闭。人类可以籍此在MCU上设定各种控制要求，控制LED灯的开关时间、亮度、显色、多彩变幻，从而达到省电节能的目标。传感器与LED灯具组成的系统框图如图1所示。目前的集成电路制造技术已经可以将AD、DA、MCU集成在一个5X5mm或更小的封装内，安装在灯具内既不占面积而且十分方便。

图1：传感器与LED灯具系统框图

　　光敏传感器与LED灯具组合

　　风光电LED路灯是一种高度智能化和无人值守的道路照明灯具，利用风力、阳光发电，用蓄电池储能，因此能源的自动管理是十分重要的。光敏传感器是比较理想的因天亮、天暗（日出、日落）时照度变化而能控制电路自动开关的电子传感器。图2所示是一种光敏传感器的外貌。图3是光敏传感器的光敏电阻板，它对光线的明暗亮度十分敏感。图4是光电转换的基本原理图。光控LED灯具照明系统工作原理如图1所示。

图2 一种光敏传感器的外貌

图3 光电转换的基本原理图

　　光敏传感器，可根据天气、时间段和地区自动控制商场LED照明灯具开闭。在明亮的白天通过减少其输出功率来降低耗电量，与使用荧光灯时相比，店铺面积为200m2的便利店最大可降低53%的耗电量。寿命也长达约510万小时。一般情况下，LED照明灯具的寿命为4万小时左右；发光的颜色也可采用RGB多彩变幻的方式，使商场灯光更多彩，气氛更活跃；与配套使用$荧光体的原蓝色LED相比，配套使用红、绿、蓝三色荧光体的紫色LED的演色性更高。

　　红外传感器与LED灯具组合

　　红外传感器是靠探测人体发射的红外线而工作的。主要原理是：人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔滤光透镜增强后到热释电元件PIR上，当人活动时红外辐射的发射位置就会发生变化，该元件就会失去电荷平衡，发生热释电效应向外释放电荷，红外传感器（PIR）将透过菲涅尔滤光透镜的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。在被动红外探测器的探测区内无人体移动时，红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进人探测区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异，信号被采集后与系统中已存在的探测数据进行比较以判断是否真的有人等红外线源进入探测区域。

　　被动式红外传感器有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜，热释电红外传感器（PIR）和匹配低噪放大器。菲涅尔透镜有两个作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射在PIR上：二是将探测区内分为若干个明区和暗区，使进入探测区的移动物体（人）能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。一般还会匹配低噪放大器，当探测器上的环境温度上升，尤其是接近人体正常体温（37℃）时，传感器的灵敏度下降，经由它对增益进行补偿，增加其灵敏度。输出信号可用来驱动电子开关，实现LED照明电路的开关控制。图5是红外传感器外貌，图6 是红外传感器内部结构与内部电路图。图7 是带红外传感器的LED照明灯具，这是一款E27标准螺口灯头的灯具，它的电源适用范围是 AC180V-250V （50/60Hz），红外传感器检测范围大约在3M—15M，它的标准产品 IFS-Bulb 3W灯具达80 lm ，5W灯具达140 lm 。在LED光源模块的中央部分嵌入红外线传感器。一旦红外传感器检测到人的体温，LED电灯泡将会在50秒内自动开启与关闭。适用于任何一种室内应用，如走廊、储藏室、楼梯和大厅入口处。

图4：红外传感器内部结构与内部电路图

图5：带红外传感器的LED照明灯具

　　与红外传感器应用相仿的超声波传感器近年在自动探测移动物体中得到更多的应用。超声波传感器主要利用多普勒原理，通过晶振向外发射超过人体能感知的高频超声波，一般典型的选用25～40kHz波，然后控制模块检测反射回来波的频率，如果区域内有物体运动，反射波频率就会有轻微的波动，即多普勒效应，以此来判断照明区域的物体移动，从而达到控制开关的目的。图8是超声波传感器和微处理器组合的应用方案。

　　超声波的纵向振荡特性，可以在气体、液体及固体中传播且其传播速度不同；它还有折射和反射现象，在空气中传播其频率较低，衰减较快，而在固体、液体中则衰减较小，传播较远。超声波传感器正是利用超声波的这些特性。超声波传感器有敏感范围大，无视觉盲区，不受障碍物干扰等特点，这项技术已经在商业和安全领域被使用25年多了，已经被证明是检测小物体运动最有效的方法。因此与LED灯具组成系统可灵敏控制开关。

图6：超声波传感器和微处理器的应用方案

　　由于超声波传感器灵敏度高，空气振动、通风采暖制冷系统及周围邻近空间的运动都会引起超声波传感器产生误触发，所以超声波传感器需要及时校准。表1是关于红外PIR传感器和超声波传感器的性能比较。

　　表1：被动红外传感器和超声波传感器性能比较

　　温度传感器做LED灯具的过温保护

　　温度传感器NTC做LED灯具的过温保护被比较早的广泛应用。LED灯具如采用大功率LED光源，就必须采用多翼的铝散热器，由于室内照明用的LED灯具本身空间很小，散热问题到目前还是最大的技术瓶颈之一。LED灯具散热不爽的话，会导致LED光源因过热而早期光衰。LED灯具开启后热量还会因热空气自动上升而向灯头富集，影响电源的寿命（图7）。因此在设计LED灯具时可以在铝散热器靠近LED光源方紧贴一个NTC，以便实时采集灯具的温度，当灯杯铝散热器温度升高时可利用此电路自动降低恒流源输出电流，使灯具降温；当灯杯铝散热器温度升高到限用设定值时自动关断LED电源，实现灯具过温保护，当温度降低后，自动再将灯开启（图8）。

图7：LED灯具热量富集现象

图8：NTC过温保护方案

　　结语

　　正因为LED灯具是一个完整的电子产品，随着LED灯具结构多样化、应用扩大化，随着LED照明灯具设计的更多的创意、创新，将有更多的传感器被结合应用在LED照明和亮化工程的系统中去。一个智能化的LED照明新时代正在到来，人类的照明生活将越来越亮堂和舒适。

关键字：传感器技术 LED照明编辑：探路者引用地址：分析传感器技术在LED照明灯具中应用

上一篇：LED发光二极管焊接的技术要求
下一篇：浅谈倒装共晶LED技术

推荐阅读最新更新时间：2023-10-12 22:43

LED照明系统设计技巧

LED照明将会取代主流的白炽照明和其他照明技术，占据市场主导位置。但从旧技术到新技术的转换还需要多年时间。在此期间，LED灯设计师所面临的挑战是如何确保新设计与原本为白炽照明开发的现有控制器和布线架构实现兼容和可靠工作。本文所介绍的是可同时适用于低功率和高功率LED照明系统的解决方案，它久经考验，非常成熟 LED灯泡的构造一个LED灯包含一个到十几个甚至更多的LED芯片，它们通常串联在一起。每个芯片的发光亮度由通过其中的电流大小决定。由于采用串联连接方式，灯泡内每个LED芯片会自动通过相同的电流，但每个芯片上的电压各不相同。LED的正向电压降通常为3.4V，但会在2.8V到4.2V之间变化。可以对LED进行分类以限

[电源管理]

电子技术在LED照明应用分析

与传统的照明方式相比， LED照明有许多独特的地方，主要表现在：从结构上看，传统照明的光源和灯具是分离的，而LED照明在结构可以实现配光、散热及灯具的一体化设计；从功能上看，只有少部分的传统照明可以实现调光，而LED照明不仅能实现亮度的调节，还能实现色彩与色温的调节。此外，LED照明比传统照明方式更适合智能化与数字化的控制，组成复杂的照明系统。基于LED照明的这些特性，大体可以给出了三种模型，分别针对 LED 的通用照明、LED照明的智能控制、LED照明与太阳能风能的结合设计，说明电子信息技术在LED照明中一些应用。模型一：电源 +光源现代电光源的工作本质就是将电能转

[电源管理]

LED照明产业日趋成熟，飞利浦、欧司朗等接下来做什么？

在经过几年的低价竞争以及行业整合之后，LED照明产业已经步入成熟期。产品性价比大幅提升，应用市场渗透率提高，传统应用市场逐渐饱和。企业的优势竞争力正在从企业规模和产品成本逐渐向产品和技术能力转移，产品的附加价值作用日渐凸显。物联网的崛起，带动LED照明走向小型连网的高值化数字照明。智能系统可以通过各种传感器收集用户、环境和其他信息，并进行数据分析，再进行设备调节。融合个人化、以人为本的智慧照明正在成为未来产业发展的重点。 2017年，随着技术发展、产品成熟、厂商积极推动、智慧照明相关概念普及，全球智慧照明市场进入高速发展阶段，市场规模接近46亿美元，年成长率达到95％。未来几年预计市场会将持续成长，至2020年全球智能照

[嵌入式]

采用LED照明电源的单级PFC高频变压器设计步骤

由于LED照明电源要求：民用照明PF值必需大于0.7，商业照明必需大于0.9。对于10~70W的LED驱动电源，一般采用单级PFC来设计。即节省空间又节约成本。接下来我们来探讨一下单级PFC高频变压器设计。以一个60W的实例来进行讲解：输入条件：电压范围：176~265Vac 50/60Hz PF 0.95 THD 25% 效率ef〉0.87 输出条件：输出电压：48V 输出电流：1.28A 第一步：选择ic 和磁芯： Ic用士兰的SA7527，输出带准谐振，效率做到0.87应该没有问题。按功率来选择磁芯，根据以下公式： Po

[电源管理]

采用<font color='red'>LED照明</font>电源的单级PFC高频变压器设计步骤

汽车LED照明趋势及矩阵式全LED前照灯方案

近年来，凭借光效增高、能耗低、可靠性高、寿命长、尺寸小及环保等众多优势，LED在汽车内部及外部照明中的应用日渐增多，已经从最初不那么紧要的汽车照明应用，如座舱内照明、停车灯及仪表板背光，跨越到了前照灯及组合尾灯等更宽广应用。特别是由于尺寸小，LED能够配合丰富的形状和线条变化，有助提升车灯辨识度，被指定用于众多中高档车的前照灯系统，配合漂亮的外观造型设计。图1所示的是如今典型的汽车LED照明应用。图1：典型汽车LED照明应用。汽车LED照明——不仅是漂亮，更助提升汽车主动安全性 LED照明给汽车带来的直观好处，并不限于漂亮造型。根据美国全国公路交通安全管理局(NHTSA)和欧洲委员会(EC)统

[嵌入式]

LED照明测试技术分析

近几年LED作为新型节能光源在全球和中国都赢得得了很高的投资热情和极大关注，并由户外向室内照明应用市场渗透，中国也涌现出大大小小上万家LED照明企业。让LED照明大放异彩的最主要原因正是其宣扬的具有节能、环保、长寿命、易控制、免维护等特点。　　然而颇具讽刺意味的是，我们常常听闻由于LED驱动电源本身的寿命直接拖累LED照明灯具变得并不“长寿”，极大地增加了维护/使用成本；或者驱动电源的效率不高导致LED照明灯具的能效转换比并不是想象中那么高，或者由于输出电流纹波没有得到很好的控制影响了发光品质，使得LED照明的绿色节能优势大打折扣，甚至影响了市场普及。　　因此， LED产业链的完善和成熟，驱动电源也是其中重要的一环。但

[电源管理]

一种高可靠性LED照明驱动电路

　　 0 引言　　随着固态照明工业领域的兴起与不断改进，发光二极管（LED）因其具有高效、节能、寿命长、环保等特点，已成为现今照明技术的可选方案，并逐渐被应用于照明。促使人们关注LED 照明技术的一个关键因素是，其大大降低了能源的消耗，并可实现长期可靠的工作。有理由相信，这种新型的固态照明，必将带来人类照明领域的第三次革命。　　当然，采用LED 照明，首先需要考虑的是其亮度、成本以及寿命。由于影响LED 寿命的主要原因是其频繁启动瞬间的电流冲击，外界的各种浪涌脉冲，以及正常工作时的电流限制等，本电路综合了这些因素，从电路设计上尽量避免大电流对LED 照明灯具的冲击，并将其工作电流稳定在某一范围内，解决了目前LE

[电源管理]

一种高可靠性<font color='red'>LED照明</font>驱动电路

技术细节决定LED照明设计

LED照明灯具在近期得到飞跃的发展，LED作为绿色环保的清洁光源得到广泛的认可。LED光源使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低，因而在家庭照明都将得到海量的应用，欧司朗光学半导体公司2008年调查统计，全球每年家庭照明灯座出货量约为500亿个。 LED光源的技术日趋成熟，每瓦发光流明迅速增长，促使其逐年递减降价。以1WLED光源为例，2008年春的价格已是2006年春的价格三分之一，2009年春将降至2006年的四分之一。 LED绿色灯具的海量市场和持续稳定数年增长需求将是集成电路行业继VCD、DVD、手机、MP3之后的消费电子市场的超级海啸！ LED灯具的高节能、长寿命、利环保

[电源管理]