專利名稱：環保型智能高壓鈉燈節能器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節能器，具體地，涉及一種環保型智能高壓鈉燈節能器。
背景技術：
我國各大中城市用電都存在著明顯的峰、谷期，市區內用電峰期與谷期的電壓變 化又比較突出。在深夜23點以后居民與企業用電量銳減，趨于谷期，此時供電線路中電流 相對減少，線路損耗降低，電壓隨之升高。對于380伏的路燈電路一般線間會高出10-30伏， 由于路燈耗電功率與電壓成正比，所以此時工作的路燈都高出額定功率許多。而目前路燈 大都使用高壓鈉燈和汞燈，它的特點是工作電壓緩慢變化土 10%時，光通亮變化并不明顯， 這就說明，高出路燈額定電壓的部分產生的功大都轉換成了熱能，只有少部分轉換成了光 能。現有技術中，傳統的高壓鈉燈節電器多采用自耦降壓式調零控制節能裝置、可控 硅斬波型照明節能裝置、無級調功式調壓節能裝置或者自耦降壓式固定調壓節能裝置這四 種方式。這四種調壓節能裝置體積碩大，占據環境空間較大，也影響市容美觀，給安裝帶來 不便；且其節電率只能在10%到20%之間，并且對鈉燈及其相關附件使用壽命具有很大的 影響，維護費用遠遠超出節能值，省電但不經濟。例如自耦降壓式調零控制節能裝置，其通過調節變壓器副邊零線接頭來調節變 比，從而調整輸出電壓，但是其在調壓瞬間電壓升高容易導致其它電器配件的損壞。又例如可控硅斬波型照明節能裝置，其采用可控硅斬波原理，通過控制晶閘管的 導通角，將電網輸入的正弦波電壓斬掉一部分，從而降低了輸出電壓的平均值，達到控壓節 電的目的。但該調壓方式由于存在斬波，使電壓無法實現正弦波輸出，還會出現大量諧波， 對線路、電網和用電設備均帶來不利影響，對鄰近通信電路干擾大；且裝置自身功耗大，功 率器件承受過壓過流能力較差，極易損壞，不能在電容補償電路中使用。又例如無級調功式調壓節能裝置，其通過調節碳刷位置可以連續調節輸出電壓， 電壓連續平滑可調，達到調壓節能目的。但其體積大、笨重，不便于三相獨立調節；且存在機 械磨損(例如碳刷及傳動機構等)，在發生短路故障后碳刷會出現卡死現象，使用壽命短， 維護及維修費用高。又例如自耦降壓式固定調壓節能裝置，其通過一個自耦變壓器機芯，根據輸入電 壓高低情況，接連不同的固定變壓器抽頭，根據某個時間段設定的調控電壓進行工作轉換， 將電網電壓降低到所設定的檔，從而達到降壓節電的目的。但其切換時大多采用接觸器，中 間有斷電，導致燈光閃斷，不能跟隨電網的變化而動態調整輸出電壓；且壓降固定，對燈具 無保護功能，電網電壓波動時會出現閃光或熄燈現象，降低了燈具的使用壽命。作為現有高壓鈉燈節能器的一種改進，中國專利申請號為CN02233615. X的《路燈 節電控制裝置》披露了一種這樣的結構路燈節電控制裝置，其主要由光控開關、電子時控 開關、三相大功率晶閘、三相自動穩壓電路、與光控開關、電子時空開關相連接的軟啟動電 路和十六步緩降控制電路、鎖相環電路及由三級管與脈沖變壓器初級相連的脈沖隔離輸出電路等連接構成，該裝置在電網相間電壓偏高時自動的把路燈的兩端電壓做適當下調，在 不影響照明的前提下使路燈在用電谷期處于低功率狀態下運行。該路燈節電控制裝置根 據照明時段的要求及波谷電壓的情況，通過電子時控開光的頻率來實現節電節能的作用， 但是實際夜間的電網電壓隨著時間及季節的不同是有變化的，該實用新型并不能夠根據電 壓的變化及時對鈉燈的實際輸入電壓做出調整，而且夜間照明對車輛的安全行駛的影響很 大，隨意的調整鈉燈工作電壓是相當危險的。又例如中國專利申請號為CN200710019586. 6的《高壓鈉燈電子鎮流器的壓控調 光電路及其工作方法》披露了一種這樣的結構一種高壓鈉燈電子鎮流器的壓控調光電路， 其包括用于接收電壓控制信號的比較電路、觸發器和用于與高壓鈉燈電子鎮流器的功率控 制輸入端相連以控制高壓鈉燈電子鎮流器輸出功率的開關電路；比較電路的輸出端接觸發 器的觸發信號輸入端；觸發器的觸發信號輸出端接開關電路的開關控制輸入端。這種高壓 鈉燈電子鎮流器僅能夠在照明效果要求低的時段調整高壓 鈉燈輸出功率，而不能根據電網 電壓的變化自動調節鈉燈的輸入電壓，工作的智能化程度較低，不能主動地根據實際電壓 情況做出調整，已達到省電節能的目的。綜上所述，現有保險箱面板還可作進一步改進。
實用新型內容本實用新型要解決的問題是克服現有的鈉燈節電器的不足，采用單片機嵌入技 術，提供一種結構合理、體積小、節電率高且使用壽命長的智能化高效節能器。本實用新型所采用的技術方案是提供一種環保型智能高壓鈉燈節能器，包括電 壓處理裝置，所述電壓處理裝置連接外部電源，其包括變壓整流電路，對外部電源進行降壓 整流后輸出；其特征在于還包括檢測控制裝置及換壓裝置；所述變壓整流電路根據檢測 控制裝置的可檢測電壓范圍對外部電源進行降壓整流；所述檢測控制裝置包括檢測端、至 少兩個的信號端及單片機，所述檢測端輸入所述電壓處理裝置輸出的電流，所述單片機判 斷所述檢測端輸入的電流大小，并根據判斷結果選擇相應的一個信號端持續輸出開啟信 號；所述換壓裝置包括電感元件以及至少兩個常斷的開關電路，開關電路的數量與所述檢 測控制裝置的信號端相一致，每個開關電路包括一個控制端，所述控制端分別連接相應的 一個信號端，在相應的信號端輸出開啟信號時相應的開關電路導通，每個開關電路與電感 元件、鈉燈及外部電源形成回路且每個回路中電感元件的電感值不同，該電感值根據相應 的開關電路導通時的外部電源電壓相對于鈉燈的正常工作電壓所需降壓的電壓值來確定。進一步地，各個回路中的電感元件的電感值依次增加，當外部電源電壓增大時，所 述檢測控制裝置的單片機依次控制電感元件的電感值更大的回路的開關電路的控制端所 連接的信號端輸出開啟信號。進一步地，其中一個回路中的電感元件的電感值為零，當外部電源電壓不大于鈉 燈的正常工作電壓時，所述檢測控制裝置的單片機控制該電感元件的電感值為零的回路的 開關電路的控制端所連接的信號端輸出開啟信號，當外部電源電壓逐漸增大超過鈉燈正常 工作電壓時，所述檢測控制裝置的單片機再依次控制電感元件的電感值更大的回路的開關 電路的控制端所連接的信號端輸出開啟信號。優選地，所述檢測控制裝置包括四個信號端。[0016]進一步地，所述開關電路包括繼電器開關，所述繼電器開關的控制端連接所述檢 測控制裝置的信號端。具體地，所述檢測控制裝置的單片機采用TINY20PU單片機，所述TINY20PU單片機 的一個帶有數字信號/模擬信號轉換功能的引腳作為所述檢測控制裝置的檢測端，將所述 檢測端輸入的電流模擬信號轉換成數字信號并判斷其大小，所述TINY20PU單片機根據判 斷結果選擇相應的一個引腳所述檢測控制裝置作為信號端輸出開啟信號。進一步地，所述電壓處理裝置還包括濾波穩壓電路，所述濾波穩壓電路根據 TINY20PU單片機的工作電壓進行濾波穩壓，所述濾波穩壓電路一端連接所述變壓整流電路 從而輸入經所述變壓整流電路進行降壓整流后的電流，另一端連接所述TINY20PU單片機 的電壓輸入端從而向所述TINY20PU單片機輸出經所述濾波穩壓電路進行濾波穩壓后的電 流。具體地，所述穩壓電路采用固定式三端穩壓器LM7805芯片。與現有技術相比，本實用新型提供的環保型智能高壓鈉燈節能器，其優點在于本 產品采用單片機嵌入技術來控制輸出電壓，本身耗電極低，而且能夠根據道路實際情況及 電網特性設定本產品參數，能將高壓鈉燈的實際輸入電壓調節到適合的范圍，從而節省高 壓鈉燈的耗電量；本產品使用時不需要改變鈉燈本身的工作電壓，無需改變原鈉燈供電系 統，產品通用性高；節能器保證了高壓鈉燈在其安全工作電壓范圍內進行照明工作，因此避 免了電壓過高或者過低對燈具造成的不良影響，延長其使用壽命，降低了更換及維修燈具 的費用；此外，本產品還能在高低溫環境及潮濕環境中工作。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特 征、目的和優點將會變得更明顯圖1示出了本實用新型提供的環保型智能高壓鈉燈節能器的功能模塊示意圖。圖2示出了本實用新型的環保型智能高壓鈉燈節能器的電路示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述實施例如圖1至圖2所示，本實施例中的環保型智能高壓鈉燈節能器通過連接外 部電源(市電電網)及高壓鈉燈進行工作，其包括電壓處理裝置1、檢測控制裝置2及換壓 裝置3。電壓處理裝置1包括變壓整流電路11及濾波穩壓電路12。變壓整流電路11包括變壓整流電路輸入端及變壓整流電路輸出端，變壓整流電 路輸入端連接外部電源，變壓整流電路11根據檢測控制裝置2的可檢測電壓范圍對外部電 源進行降壓整流后，通過變壓整流電路輸出端輸出。濾波穩壓電路12包括濾波穩壓電路輸入端及濾波穩壓電路輸出端，濾波穩壓電 路輸入端連接變壓整流電路輸出端，濾波穩壓電路12根據檢測控制裝置2的工作電壓對變 壓整流電路輸入端輸入的電流進行濾波穩壓后，通過濾波穩壓電路輸出端向檢測控制裝置 2輸出，從而作為檢測控制裝置2的工作電壓。檢測控制裝置2包括單片機、檢測端及至少兩個的信號端。單片機的工作電壓通過連接濾波穩壓電路輸出端輸入。檢測端連接變壓整流電路輸出端，檢測控制裝置2將檢 測端輸入的電流信號轉換成數字信號并判斷其大小，并根據判斷結果選擇相應的一個信號 端輸出開啟信號。該選擇方式是當判斷結果顯示外部電源的電壓較小時，選擇導通降壓幅 度小的開關電路，而當外部電源的電源較大時，選擇導通降壓幅度大的開關電路，從而保證 高壓鈉燈輸入的電壓不會過大，其具體實現方式及電路連接將在下文中闡述，在此不予贅 述換壓裝置3包括電感元件及至少兩個的開關電路，電感元件包括電感元件輸入端 及至少兩個的電感元件輸出端，開關電路及電感元件輸出端的數量與檢測控制裝置2的信 號端相一致，電感元件輸入端連接外部電源，電感元件輸出端連接相應的開關電路的一端， 每個開關電路的另一端均連接高壓鈉燈，每個開關元件還包括連接相應檢測控制裝置2信 號端的控制端。在信號端持續輸出開啟信號時，相應的開關電路保持導通，不同的電感元件 輸出端與電感元件輸入端之間的電感值不同，使得每個電感元件與外部電源、高壓鈉燈及 開關電路形成回路中的電感值不同，該電感值根據相應的開關電路導通時的外部電源的電 壓相對于鈉燈的正常工作電壓所需降壓的電壓值來確定。例如當外部電源的電壓過大時， 所需相應回路的降壓幅度大，故回路中的電感元件的電感值較大；而當外部電源的電壓較 小時，所需相應回路的降壓幅度小，故回路中的電感元件的電感值較小。本實用新型的工作原理如圖1所示，外部電源電壓經過變壓整流電路11變壓整流 后，并由檢測控制裝置2進行檢測，以判斷此時外部電壓的電壓值，并根據判斷結果向換壓 裝置3輸出信號，開啟某一回路的開關電路，由于不同回路的電感值不同，對外部電壓的降 壓效果不同，選擇導通特定的回路即可使得外部電源電壓降到合適的電壓值并向高壓鈉燈 輸出，使得當外部電源電壓過高時，仍舊能夠保持高壓鈉燈的輸入電壓為其正常工作所需 的工作電壓。本實用新型的電路連接方式如圖2所示，換壓裝置3設置于外部電源U與高壓鈉 燈D的回路中。換壓裝置3包括第一開關電路K1、第二開關電路K2、第三開關電路K3及 第四開關電路K4，且電感元件L包括相應的第一、第二、第三及第四這四個電感元件輸出 端，每個開關電路設有常斷的繼電器開關，繼電器開關的控制端連接檢測控制裝置2的信 號端，當檢測控制裝置2的信號端輸出開啟信號時，繼電器開關閉合。具體地，第一開關電 路Kl連接單片機Il的引腳ΡΒ0、第二開關電路K2連接單片機Il的引腳PB1、第三開關電 路K3連接單片機Il的引腳PB2及第四開關電路K4連接單片機Il的引腳PB3。每個開關 電路由二極管、三極管、電阻及繼電器開關組成，其具體方式可以參照附圖2及現有技術進 行，在此不予贅述。第一、第二、第三及第四電感元件輸出端與電感元件輸入端之間的電感值依次增 力口，當外部電源U電壓增大到一定特定范圍時，相應的與電感元件輸入端之間的電感值更 大的電感元件輸出端所對應的信號端持續輸出開啟信號導通相對應的開關電路。由于繼電 器開關是常斷的，當檢測控制裝置2的信號端停止輸出開啟信號時，繼電器開關斷開，故此 能夠始終僅有一個開關電路的通電回路是導通的，保證高壓鈉燈D始終能夠正常工作。這 樣，檢測控制裝置2能根據外部電壓的大小控制換壓裝置3輸出四種電感量串入到鈉燈回 路，外部電源U電壓越高串入的電感量越大，電感元件L上的壓降越大，使得鈉燈D兩端的 電壓基本保持恒定。[0033]由于當外部電源U電壓過低，高壓鈉燈D的工作電壓高于外部電壓時，外部電源U 的電壓并不需要降壓。故此，本實用新型設計使得第一電感元件輸出端與電感元件輸入端 之間的電感值為零，即直接進行短接。當外部電源U電壓低于鈉燈D的正常工作電壓時，第 一電感元件輸出端相對應的檢測控制裝置2的信號端輸出開啟信號導通相對應的開關電 路；當外部電源U電壓逐漸增大超過正常工作電壓時，與電感元件輸入端之間的電感值更 大的其他電感元件輸出端所對應的信號端再依次輸出開啟信號導通相對應的開關電路。即 當檢測到的市電電網的電壓小于一定值的時候，檢測控制裝置2的輸出開啟信號，閉合開 關電路K1的繼電器開關，從而將換壓裝置3短路，使得鈉燈D兩端的電壓不至于過低，保證 鈉燈的正常工作；而當外部電源U電壓大于預定值的時候，檢測控制裝置2的輸出開啟信 號，閉合開關電路K2的繼電器開關(假設此時外部電源U電壓略大于預定值)，將換壓裝置 3的電感元件L的一部分電感的串入到回路中，降低了納燈D兩端的輸入電壓，從而減小了 鈉燈D的功耗，由于串入的電感元件本身不消耗電能，從而實現了省電節能的目的。例如，當外部電源電壓不大于220V時，導通開關電路K1，此時回路中的電感元件L 的電感值為0 ；當外部電源電壓大于220V不大于225時，導通回路中的電感元件L的電感值 較開關電路K1更大的開關電路K2 ；當外部電源電壓大于225V不大于235時，導通導通回 路中的電感元件L的電感值較開關電路K2更大的開關電路K3 ；當外部電源電壓大于235V 不大于245時，導通導通回路中的電感元件L的電感值較開關電路K3更大的開關電路K4。檢測控制裝置2包括TINY20PU單片機II，外部電源U電壓通過變壓整流裝置降 壓整流以后以直流信號的方式輸入到TINY20PU單片機II的引腳PB4，由于TINY20PU單片 機II的引腳PB4帶有A/D (數字信號/模擬信號)轉換功能，通過把輸入的直流模擬信號 轉換成數字信號來判斷外部電源U電壓的大小，根據所得到的外部電源U電壓大小去控制 換壓裝置3的輸出。所述TINY20PU單片機II的工作電壓通過引腳VCC輸入，引腳GND接 地，其引腳連接及程序編輯可以參照附圖2及現有技術進行，在此不予贅述。變壓整流電路11包括電源變壓器T及橋式整流電路B，外部電源U通過連接電源 變壓器T變壓后，在通過連接橋式整流電路B實現整流。濾波穩壓裝置采用固定式三端穩壓器LM7805芯片12，固定式三端穩壓器LM7805 芯片12能提供多種固定的輸出電壓，應用范圍廣，內含過流、過熱和過載保護電路。帶散熱 片時，輸出電流可達1A，輸出電壓可達5V，輸入電壓可達35V，輸出電壓在5 18V。濾波穩 壓電路12具體電路組成如圖2所示，其中在固定式三端穩壓器LM7805芯片12兩端并聯有 電解電容C1、C3，從而起到濾波的作用。此外，在固定式三端穩壓器LM7805芯片12兩端還 并聯有電容C2、C4，從而起到防止固定式三端穩壓器LM7805芯片12自激的作用。固定式 三端穩壓器LM7805芯片12的具體腳連接可以參照附圖2及現有技術進行，在此不予贅述。 220V交流市電通過電源變壓器T變換成交流低壓，再經過橋式整流電路B和濾波電容C1、 C3的整流和濾波，在固定式三端穩壓器LM7805芯片12兩端形成一個并不十分穩定的直流 電壓，該電壓常常會因為市電電壓的波動或負載的變化等原因而發生變化。此直流電壓經 過LM7805的穩壓和電容C3的濾波便在輸出端產生了精度高、穩定度好的直流輸出電壓。
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權利要求一種環保型智能高壓鈉燈節能器，包括電壓處理裝置(1)，所述電壓處理裝置(1)連接外部電源，其包括變壓整流電路(11)，對外部電源進行降壓整流后輸出；其特征在于還包括檢測控制裝置(2)及換壓裝置(3)；所述變壓整流電路(11)根據檢測控制裝置(2)的可檢測電壓范圍對外部電源進行降壓整流；所述檢測控制裝置(2)包括檢測端、至少兩個的信號端及單片機(I1)，所述檢測端輸入所述電壓處理裝置(1)輸出的電流，所述單片機(I1)判斷所述檢測端輸入的電流大小，并根據判斷結果選擇相應的一個信號端持續輸出開啟信號；所述換壓裝置(3)包括電感元件以及至少兩個常斷的開關電路，開關電路的數量與所述檢測控制裝置(2)的信號端相一致，每個開關電路包括一個控制端，所述控制端分別連接相應的一個信號端，在相應的信號端輸出開啟信號時相應的開關電路導通，每個開關電路與電感元件、鈉燈及外部電源形成回路且每個回路中電感元件的電感值不同，該電感值根據相應的開關電路導通時的外部電源電壓相對于鈉燈的正常工作電壓所需降壓的電壓值來確定。
2.根據權利要求1所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于各個回路中的電 感元件的電感值依次增加，當外部電源電壓增大時，所述檢測控制裝置(2)的單片機(Il) 依次控制電感元件的電感值更大的回路的開關電路的控制端所連接的信號端輸出開啟信號。
3.根據權利要求2所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于其中一個回路中 的電感元件的電感值為零，當外部電源電壓不大于鈉燈的正常工作電壓時，所述檢測控制 裝置(2)的單片機(Il)控制該電感元件的電感值為零的回路的開關電路的控制端所連接 的信號端輸出開啟信號，當外部電源電壓逐漸增大超過鈉燈正常工作電壓時，所述檢測控 制裝置(2)的單片機(Il)再依次控制電感元件的電感值更大的回路的開關電路的控制端 所連接的信號端輸出開啟信號。
4.根據權利要求1或2或3所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于所述檢 測控制裝置(2)包括四個信號端。
5.根據權利要求1或2或3所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于所述開 關電路包括繼電器開關，所述繼電器開關的控制端連接所述檢測控制裝置(2)的信號端。
6.根據權利要求1或2或3所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于所述檢 測控制裝置(2)的單片機(Il)采用TINY20PU單片機，所述TINY20PU單片機的一個帶有 數字信號/模擬信號轉換功能的引腳作為所述檢測控制裝置(2)的檢測端，將所述檢測端 輸入的電流模擬信號轉換成數字信號并判斷其大小，所述TINY20PU單片機根據判斷結果 選擇相應的一個引腳所述檢測控制裝置(2)作為信號端輸出開啟信號。
7.根據權利要求6所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于所述電壓處理裝 置⑴還包括濾波穩壓電路(12)，所述濾波穩壓電路(12)根據TINY20PU單片機的工作電 壓進行濾波穩壓，所述濾波穩壓電路(12) —端連接所述變壓整流電路(11)從而輸入經所 述變壓整流電路(11)進行降壓整流后的電流，另一端連接所述TINY20PU單片機的電壓輸 入端從而向所述TINY20PU單片機輸出經所述濾波穩壓電路(12)進行濾波穩壓后的電流。
8.根據權利要求7所述的環保型智能高壓鈉燈節能器，其特征在于所述濾波穩壓電路(12)包括固定式三端穩壓器LM7805芯片(12)。
專利摘要本實用新型提供了一種環保型智能高壓鈉燈節能器，包括電壓處理裝置、檢測控制裝置及換壓裝置；檢測控制裝置的單片機判斷檢測端輸入的電流大小并選擇相應的一個信號端持續輸出開啟信號；換壓裝置的每個開關電路與電感元件、鈉燈及外部電源形成回路且每個回路中電感元件的電感值不同，該電感值根據相應的開關電路導通時的外部電源電壓相對于鈉燈的正常工作電壓所需降壓值來確定。本實用新型的優點在于能根據道路等級、用戶地區電網特性、道路情況等量身設定參數進行調光，而且節能器本身耗電極低，可以將高壓鈉燈的耗電量節省40％以上，并降低了更換燈具的費用及維修費用，還能在高低溫環境及潮濕環境中工作。
文檔編號H05B41/36GK201750618SQ201020296249
公開日2011年2月16日 申請日期2010年8月16日 優先權日2010年8月16日
發明者王濤, 馬立峰 申請人:寧波傳奇光電科技有限公司