一种无线供电LED灯制造技术

一种无线供电LED灯，包括依次连接的整流滤波电路、可控高频功率信号发生电路、无线发射电路、无线接收电路、高频整流电路、自适应调谐电路和动态调光电路，所述无线发射电路和无线接收电路均采用串联高频谐振线圈，接收线圈和发射线圈本征频率的设计值相同。本实用新型专利技术提供了一种不需要布置供电线、扩展应用场景的无线供电LED灯，以电磁能量谐振机理为基础进行无线供电，在接收端采用自适应动态调谐寻优，并且以发射端的控制实现接收端LED动态调光的控制方式。

A kind of wireless power LED lamp

【技术实现步骤摘要】
一种无线供电LED灯
本技术涉及一种LED灯，尤其是一种无线供电、同时具有动态调光功能LED灯的控制方法。
技术介绍
LED灯因其低功耗、表现形式多样和控制灵活性好的优点，近年来在各行各业都得到了广泛应用。通常LED灯具采用交流供电，整流滤波为直流，进而采用恒流源芯片进行恒流驱动，通过外部电阻或者电压信号进行调光。虽然LED灯具应用广泛、功耗非常低，但仍需要持续供电，在大量的装饰性场合，由于供电线路的存在，极大地影响了美观，也影响LED在一些特殊位置的应用。与此同时，虽然LED的功耗较小，仍需要敷设专门的供电线路，一方面是产生了大量的成本，另一方面则存在线路老化后的安全隐患问题，为此，针对小功率LED的应用，采用无线供电并实现调光控制，则可克服上述缺点，同时大大扩展LED的应用场景。
技术实现思路
为了克服已有LED灯的需要布置供电线、应用受限的不足，本技术提供了一种不需要布置供电线、扩展应用场景的无线供电LED灯，以电磁能量谐振机理为基础进行无线供电，并且以发射端的控制实现接收端LED动态调光的控制方式。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种无线供电LED灯，包括依次连接的整流滤波电路、可控高频功率信号发生电路、无线发射电路、无线接收电路、高频整流电路、自适应调谐电路和动态调光电路，所述无线发射电路和无线接收电路均采用串联高频谐振线圈，接收线圈和发射线圈本征频率的设计值相同。本技术的技术构思为：将220V，50HZ的交流电源以变压器和整流滤波的形式转换为低压直流电源；采用可编程的单片机作为核心，以石英振荡器为信号基准，以可控电阻分压作为单片机输入量，生成定频变压(VVCF)的SPWM波形，继而通过以高频MOS管为核心的开关电路实现功率放大，形成可控幅值固定频率的高频功率信号发生电路；采用串联谐振机理的谐振线圈，用于发射高频电磁能量；采用串联谐振机理的谐振线圈，其本征频率的设计值与发射线圈相同，用于接收高频电磁能量；采用二极管和电容的全桥高频整流滤波电路，将接收到的高频交流信号转换为直流电源；在接收侧采用单片机，以直流电源为参考量，以接收线圈的直流偏磁作为控制量，进行接收线圈的谐振效果动态寻优；以恒流源驱动芯片为核心，借助电压源芯片给恒流源芯片提供工作电源，实现对LED进行恒流驱动。在进行LED动态调光时，采用偏移发射端高频功率信号的脉冲频率和接受、发射线圈本征频率相对关系的方法，调节接收线圈处接收到的高频电磁能量的大小和电压幅值，从而恒流源驱动芯片以接收端高频滤波电压的大小为判断条件，以PWM方式调节LED的驱动电流，从而实现动态调光的目的。本技术的有益效果主要表现在：实现小功率LED灯的无线供电；通过接收线圈谐振效果的动态寻优保证了谐振效果和传输效率；在小功率LED灯以无线供电情况下，通过发射端的信号调节，实现接收端LED灯动态调光的目的。附图说明图1是一种无线供电LED灯的基本原理图；图2是本技术采用电磁谐振原理进行无线能量传递的电路模型图；图3是高频信号频率和无线能量传递效率的关系图图4是本技术在发射端的电路图；图5是本技术在接收端的电路图。具体实施方式下面结合附图对本技术做进一步说明。参照图1～图5，一种无线供电LED灯，包括依次连接的整流滤波电路1、可控高频功率信号发生电路2、无线发射电路3、无线接收电路4、高频整流电路5、自适应调谐电路6和恒流驱动动态调光电路7。以上各部分的关系见图1。所述无线发射电路3和无线接收电路4均采用串联LC高频谐振线圈，接收线圈和发射线圈本征频率的设计值相同。根据麦克斯韦方程组，变化的电场和磁场产生耦合作用，这种耦合以波的形式存在于空间中，以电磁场的形式传递。当具有一定能量的高频功率信号施加于发射线圈，对外发射特定频率的电磁波，那么处于近距离的接收线圈就可以产生交流电，这一过程就实现了能量从发射线圈到接收线圈的传递。当发射线圈和接收线圈具有同样的本征频率，并且高频功率信号的频率与线圈本征频率一致时，对于能量传递效率的提升有极大的促进作用。根据电磁谐振的原理，可以采用的形式有串联-串联、串联-并联、并联-串联、并联-并联形式，各有优缺点，但考虑到串联-串联谐振方式在负载发生变化时，对谐振特性和传输效率影响较小，因此本设计采用串联-串联的电磁谐振方式。根据图2的电路模型，可列写电压方程为由式(1)、(2)，可以得到在理想情况下，传输功率和传输效率分别为由上式(3)、(4)可见，传输功率除物理参数电阻R1、R2、RL、互感M外，主要受控于控制参数电压Us和频率ω，而在理想情况下，高频功率信号的频率、发射线圈的本征频率和接收线圈的本征频率应一致，因而本设计采用控制电压Us的方法来控制传输功率。又，在实际的电路中，事实上难以保证前述功率信号、发射线圈和接收线圈本征频率的严格一致，而从图3可见一旦产生频率偏差，则传输效率将受到大幅度的影响，因而本设计采用对接收线圈进行调谐匹配的方式保证电磁谐振的有效性和传输效率。将220V，50Hz的交流电源以变压器和整流滤波的形式转换为低压直流电源，可采用的拓扑多样且成熟。所述可控高频功率信号发生电路基于低压直流电源，可以采用单片机作为核心，以石英振荡器为信号基准，以可控电阻分压作为单片机输入量，生成定频变压(VVCF)的SPWM调制波形，其固定的正弦频率为发射线圈本征频率的设计值，继而通过以高频MOS管为核心的开关电路实现功率放大，驱动发射线圈，见图4；目前常见的高频MOS管达到300kHz的开关频率并不困难，因而合成正弦频率在30kHz左右的SPWM波形是完全可行的。所述无线发射电路3为采用串联谐振机理的LC谐振线圈，用于发射高频电磁能量；所述无线接收电路4为采用串联谐振机理的LC谐振线圈，其本征频率设计值与发射线圈相同，用于接收高频电磁能量。所述高频整流电路5为采用二极管和电容的全桥高频整流滤波电路，将接收到的高频交流信号转换为直流；从图3可见，信号频率偏离最优的线圈本征频率时，能量传递效率的显著变化。由于在负载发生变化时，对谐振效果将产生影响，而谐振效果对于传输效率影响很大，因而可采用自适应调谐的设计。常规的调谐设计多采用手动调节电感磁芯或者以开关管调节电容导通的方式实现，前者在无线输电应用中显然不适用，后者影响高频谐振的能量传输效果。为解决上述问题，可设计自适应调谐电路6，在接收线圈的同一磁芯上绕制一个调节线圈，其调节线圈由单片机控制，加以可控占空比的直流电流，以接收线圈高频整流后的直流电压为单片机的控制输入，以通过不断调节占空比获得最高的直流电压作为控制目的。其原理为磁芯上绕制的线圈加以不同的直流电流可以调节磁芯的饱和度，进而调节磁芯上另一线圈在交流作用下的电感，从而控制接收线圈的电磁谐振效果。该效应通过直流电磁感应实现，对于交流侧的电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无线供电LED灯，其特征在于，包括依次连接的整流滤波电路、可控高频功率信号发生电路、无线发射电路、无线接收电路、高频整流电路、自适应调谐电路和动态调光电路，所述无线发射电路和无线接收电路均采用串联高频谐振线圈，接收线圈和发射线圈本征频率的设计值相同。/n

【技术特征摘要】
1.一种无线供电LED灯，其特征在于，包括依次连接的整流滤波电路、可控高频功率信号发生电路、无线发射电路、无线接收电路、高频整流电路、自适应调谐电路和动态调光电路，所述无线发射电路和无线接收电路均采用串联高频谐振线圈，接收线圈和发射线圈本征频率的设计值相同。

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【专利技术属性】
技术研发人员：杨梦云，
申请(专利权)人：杨梦云，
类型：新型
国别省市：浙江;33