一種無線供電LED燈制造技術(shù)

一種無線供電LED燈，包括依次連接的整流濾波電路、可控高頻功率信號發(fā)生電路、無線發(fā)射電路、無線接收電路、高頻整流電路、自適應(yīng)調(diào)諧電路和動態(tài)調(diào)光電路，所述無線發(fā)射電路和無線接收電路均采用串聯(lián)高頻諧振線圈，接收線圈和發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值相同。本實用新型專利技術(shù)提供了一種不需要布置供電線、擴展應(yīng)用場景的無線供電LED燈，以電磁能量諧振機理為基礎(chǔ)進行無線供電，在接收端采用自適應(yīng)動態(tài)調(diào)諧尋優(yōu)，并且以發(fā)射端的控制實現(xiàn)接收端LED動態(tài)調(diào)光的控制方式。

A kind of wireless power LED lamp

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種無線供電LED燈
本技術(shù)涉及一種LED燈，尤其是一種無線供電、同時具有動態(tài)調(diào)光功能LED燈的控制方法。
技術(shù)介紹
LED燈因其低功耗、表現(xiàn)形式多樣和控制靈活性好的優(yōu)點，近年來在各行各業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。通常LED燈具采用交流供電，整流濾波為直流，進而采用恒流源芯片進行恒流驅(qū)動，通過外部電阻或者電壓信號進行調(diào)光。雖然LED燈具應(yīng)用廣泛、功耗非常低，但仍需要持續(xù)供電，在大量的裝飾性場合，由于供電線路的存在，極大地影響了美觀，也影響LED在一些特殊位置的應(yīng)用。與此同時，雖然LED的功耗較小，仍需要敷設(shè)專門的供電線路，一方面是產(chǎn)生了大量的成本，另一方面則存在線路老化后的安全隱患問題，為此，針對小功率LED的應(yīng)用，采用無線供電并實現(xiàn)調(diào)光控制，則可克服上述缺點，同時大大擴展LED的應(yīng)用場景。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了克服已有LED燈的需要布置供電線、應(yīng)用受限的不足，本技術(shù)提供了一種不需要布置供電線、擴展應(yīng)用場景的無線供電LED燈，以電磁能量諧振機理為基礎(chǔ)進行無線供電，并且以發(fā)射端的控制實現(xiàn)接收端LED動態(tài)調(diào)光的控制方式。本技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種無線供電LED燈，包括依次連接的整流濾波電路、可控高頻功率信號發(fā)生電路、無線發(fā)射電路、無線接收電路、高頻整流電路、自適應(yīng)調(diào)諧電路和動態(tài)調(diào)光電路，所述無線發(fā)射電路和無線接收電路均采用串聯(lián)高頻諧振線圈，接收線圈和發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值相同。本技術(shù)的技術(shù)構(gòu)思為：將220V，50HZ的交流電源以變壓器和整流濾波的形式轉(zhuǎn)換為低壓直流電源；采用可編程的單片機作為核心，以石英振蕩器為信號基準(zhǔn)，以可控電阻分壓作為單片機輸入量，生成定頻變壓(VVCF)的SPWM波形，繼而通過以高頻MOS管為核心的開關(guān)電路實現(xiàn)功率放大，形成可控幅值固定頻率的高頻功率信號發(fā)生電路；采用串聯(lián)諧振機理的諧振線圈，用于發(fā)射高頻電磁能量；采用串聯(lián)諧振機理的諧振線圈，其本征頻率的設(shè)計值與發(fā)射線圈相同，用于接收高頻電磁能量；采用二極管和電容的全橋高頻整流濾波電路，將接收到的高頻交流信號轉(zhuǎn)換為直流電源；在接收側(cè)采用單片機，以直流電源為參考量，以接收線圈的直流偏磁作為控制量，進行接收線圈的諧振效果動態(tài)尋優(yōu)；以恒流源驅(qū)動芯片為核心，借助電壓源芯片給恒流源芯片提供工作電源，實現(xiàn)對LED進行恒流驅(qū)動。在進行LED動態(tài)調(diào)光時，采用偏移發(fā)射端高頻功率信號的脈沖頻率和接受、發(fā)射線圈本征頻率相對關(guān)系的方法，調(diào)節(jié)接收線圈處接收到的高頻電磁能量的大小和電壓幅值，從而恒流源驅(qū)動芯片以接收端高頻濾波電壓的大小為判斷條件，以PWM方式調(diào)節(jié)LED的驅(qū)動電流，從而實現(xiàn)動態(tài)調(diào)光的目的。本技術(shù)的有益效果主要表現(xiàn)在：實現(xiàn)小功率LED燈的無線供電；通過接收線圈諧振效果的動態(tài)尋優(yōu)保證了諧振效果和傳輸效率；在小功率LED燈以無線供電情況下，通過發(fā)射端的信號調(diào)節(jié)，實現(xiàn)接收端LED燈動態(tài)調(diào)光的目的。附圖說明圖1是一種無線供電LED燈的基本原理圖；圖2是本技術(shù)采用電磁諧振原理進行無線能量傳遞的電路模型圖；圖3是高頻信號頻率和無線能量傳遞效率的關(guān)系圖圖4是本技術(shù)在發(fā)射端的電路圖；圖5是本技術(shù)在接收端的電路圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖對本技術(shù)做進一步說明。參照圖1～圖5，一種無線供電LED燈，包括依次連接的整流濾波電路1、可控高頻功率信號發(fā)生電路2、無線發(fā)射電路3、無線接收電路4、高頻整流電路5、自適應(yīng)調(diào)諧電路6和恒流驅(qū)動動態(tài)調(diào)光電路7。以上各部分的關(guān)系見圖1。所述無線發(fā)射電路3和無線接收電路4均采用串聯(lián)LC高頻諧振線圈，接收線圈和發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值相同。根據(jù)麥克斯韋方程組，變化的電場和磁場產(chǎn)生耦合作用，這種耦合以波的形式存在于空間中，以電磁場的形式傳遞。當(dāng)具有一定能量的高頻功率信號施加于發(fā)射線圈，對外發(fā)射特定頻率的電磁波，那么處于近距離的接收線圈就可以產(chǎn)生交流電，這一過程就實現(xiàn)了能量從發(fā)射線圈到接收線圈的傳遞。當(dāng)發(fā)射線圈和接收線圈具有同樣的本征頻率，并且高頻功率信號的頻率與線圈本征頻率一致時，對于能量傳遞效率的提升有極大的促進作用。根據(jù)電磁諧振的原理，可以采用的形式有串聯(lián)-串聯(lián)、串聯(lián)-并聯(lián)、并聯(lián)-串聯(lián)、并聯(lián)-并聯(lián)形式，各有優(yōu)缺點，但考慮到串聯(lián)-串聯(lián)諧振方式在負載發(fā)生變化時，對諧振特性和傳輸效率影響較小，因此本設(shè)計采用串聯(lián)-串聯(lián)的電磁諧振方式。根據(jù)圖2的電路模型，可列寫電壓方程為由式(1)、(2)，可以得到在理想情況下，傳輸功率和傳輸效率分別為由上式(3)、(4)可見，傳輸功率除物理參數(shù)電阻R1、R2、RL、互感M外，主要受控于控制參數(shù)電壓Us和頻率ω，而在理想情況下，高頻功率信號的頻率、發(fā)射線圈的本征頻率和接收線圈的本征頻率應(yīng)一致，因而本設(shè)計采用控制電壓Us的方法來控制傳輸功率。又，在實際的電路中，事實上難以保證前述功率信號、發(fā)射線圈和接收線圈本征頻率的嚴格一致，而從圖3可見一旦產(chǎn)生頻率偏差，則傳輸效率將受到大幅度的影響，因而本設(shè)計采用對接收線圈進行調(diào)諧匹配的方式保證電磁諧振的有效性和傳輸效率。將220V，50Hz的交流電源以變壓器和整流濾波的形式轉(zhuǎn)換為低壓直流電源，可采用的拓撲多樣且成熟。所述可控高頻功率信號發(fā)生電路基于低壓直流電源，可以采用單片機作為核心，以石英振蕩器為信號基準(zhǔn)，以可控電阻分壓作為單片機輸入量，生成定頻變壓(VVCF)的SPWM調(diào)制波形，其固定的正弦頻率為發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值，繼而通過以高頻MOS管為核心的開關(guān)電路實現(xiàn)功率放大，驅(qū)動發(fā)射線圈，見圖4；目前常見的高頻MOS管達到300kHz的開關(guān)頻率并不困難，因而合成正弦頻率在30kHz左右的SPWM波形是完全可行的。所述無線發(fā)射電路3為采用串聯(lián)諧振機理的LC諧振線圈，用于發(fā)射高頻電磁能量；所述無線接收電路4為采用串聯(lián)諧振機理的LC諧振線圈，其本征頻率設(shè)計值與發(fā)射線圈相同，用于接收高頻電磁能量。所述高頻整流電路5為采用二極管和電容的全橋高頻整流濾波電路，將接收到的高頻交流信號轉(zhuǎn)換為直流；從圖3可見，信號頻率偏離最優(yōu)的線圈本征頻率時，能量傳遞效率的顯著變化。由于在負載發(fā)生變化時，對諧振效果將產(chǎn)生影響，而諧振效果對于傳輸效率影響很大，因而可采用自適應(yīng)調(diào)諧的設(shè)計。常規(guī)的調(diào)諧設(shè)計多采用手動調(diào)節(jié)電感磁芯或者以開關(guān)管調(diào)節(jié)電容導(dǎo)通的方式實現(xiàn)，前者在無線輸電應(yīng)用中顯然不適用，后者影響高頻諧振的能量傳輸效果。為解決上述問題，可設(shè)計自適應(yīng)調(diào)諧電路6，在接收線圈的同一磁芯上繞制一個調(diào)節(jié)線圈，其調(diào)節(jié)線圈由單片機控制，加以可控占空比的直流電流，以接收線圈高頻整流后的直流電壓為單片機的控制輸入，以通過不斷調(diào)節(jié)占空比獲得最高的直流電壓作為控制目的。其原理為磁芯上繞制的線圈加以不同的直流電流可以調(diào)節(jié)磁芯的飽和度，進而調(diào)節(jié)磁芯上另一線圈在交流作用下的電感，從而控制接收線圈的電磁諧振效果。該效應(yīng)通過直流電磁感應(yīng)實現(xiàn)，對于交流側(cè)的電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種無線供電LED燈，其特征在于，包括依次連接的整流濾波電路、可控高頻功率信號發(fā)生電路、無線發(fā)射電路、無線接收電路、高頻整流電路、自適應(yīng)調(diào)諧電路和動態(tài)調(diào)光電路，所述無線發(fā)射電路和無線接收電路均采用串聯(lián)高頻諧振線圈，接收線圈和發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值相同。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無線供電LED燈，其特征在于，包括依次連接的整流濾波電路、可控高頻功率信號發(fā)生電路、無線發(fā)射電路、無線接收電路、高頻整流電路、自適應(yīng)調(diào)諧電路和動態(tài)調(diào)光電路，所述無線發(fā)射電路和無線接收電路均采用串聯(lián)高頻諧振線圈，接收線圈和發(fā)射線圈本征頻率的設(shè)計值相同。

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【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊夢云，
申請(專利權(quán))人：楊夢云，
類型：新型
國別省市：浙江;33