带PWM调光功能的面阵LED轨道交通车辆照明灯具的制作方法

本发明涉及轨道交通车辆客室内部照明创新应用领域，具体说是一种带PWM调光功能的面阵LED轨道交通车辆照明灯具。

背景技术：

随着社会现代化的快速发展，轨道交通越来越受到不同国家、不同地区、不同城市的重视。中国在轨道交通方面是发展最快的国家之一，中国已建成了全世界最发达的高铁运输网络，70％的省会城市都有了地铁或有了建设地铁计划。在十三五国家战略规划中，中国准备建设八纵八横的高铁网络，所有到二级城市都有轨道交通车辆通过，轨道交通迎来了又一个发展高峰。

在轨道交通大项目发展中，车内照明是不可忽视的重点项目之一。随着生活水平不断提高，人们对坐车照明的要求也越来越高。然而，目前90％的轨道交通用车内部照明还是采用普通荧光灯照明，普通荧光灯存在使用寿命短、显色性差、耗电量大等缺点。有些最新设计制造的车辆内部照明虽然采用了LED照明，但由于采用点阵LED照明，车内照明环境中明显存在眩光值高、舒适度低的缺点。

因此，设计一种使用寿命长、显色性好、眩光值低、舒适度高、可调光，符合轨道交通车辆内部照明特点的灯具，就成了快速发展的轨道交通行业中亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明就是为了解决现有轨道交通车辆内部照明灯具寿命短、显色性差、耗电量大、眩光值高、舒适度低的技术问题，提供一种寿命长、显色性好、眩光值低、舒适度高、可调光的带PWM调光功能的面阵LED轨道交通车辆照明灯具。

本发明的技术方案是，包括电源输入模块、电源转换模块、PWM驱动模块、面阵LED光源模块、MCU模块和按键功率显示模块，电源输入模块的输出端与电源转换模块的输入端连接，电源转换模块的输出端与PWM驱动模块的输入端连接，PWM驱动模块的输出端与面阵LED光源模块连接，MCU模块与PWM驱动模块连接，按键功率显示模块与MCU模块连接。

优选地，PWM驱动模块包括芯片UC3843B、电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C7、电容C9、电容C13、二极管D2、双二极管D1、场效应管Q1和电感L2，电阻R2与芯片UC3843B的第1引脚连接，电阻R6与芯片UC3843B的第4引脚连接，电阻R4与芯片UC3843B的第7引脚连接；电容C7的一端与UC3843B的第1引脚连接，另一端接地；电容C13的一端与芯片UC3843B的第3引脚连接，另一端通过电阻R11与场效应管Q1的第3引脚连接，电阻R11与电容C13之间的节点接地；电阻R9的一端与芯片UC3843B的第3引脚连接，另一端与场效应管Q1的第3引脚连接；场效应管Q1的第3引脚通过电阻R10和电阻R8与芯片UC3843B的第6引脚连接，场效应管Q1的第1引脚通过电阻R7与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与芯片UC3843B的第6引脚连接，电阻R10和电阻R8之间的节点与场效应管Q1的第1引脚连接；场效应管Q1的第2引脚与双二极管D1的阳极连接，双二极管D1的阴极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C9的一端，电容C9的另一端与双二极管D1的阳极连接。

优选地，MCU模块包括由PIC16F1823芯片、电阻R5、电容C12和电容C6，电阻R5与电容C12组成按键消抖电路，电阻R5的一端与5伏电压相连，另一端与电容C12的一端相连后再与PIC16F1823芯片的第7脚相连；电容C6的一端与电源地相连，另一端与PIC16F1823芯片的第1脚相连；

按键功率显示模块包括PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4、限流电阻R12、限流电阻R13、限流电阻R14、限流电阻R15和触摸按键S1，所述PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5的发射极均接电源，PNP三极管Q2的集电极通过限流电阻R12与发光二极管LED1的阳极连接，发光二极管LED1的阴极接地；PNP三极管Q3的集电极通过限流电阻R13与发光二极管LED2的阳极连接，发光二极管LED2的阴极接地；PNP三极管Q4的集电极通过限流电阻R14与发光二极管LED3的阳极连接，发光二极管LED3的阴极接地；PNP三极管Q5的集电极通过限流电阻R15与发光二极管LED4的阳极连接，发光二极管LED4的阴极接地；PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5的基极分别接PIC16F1823芯片的第11、10、9、8引脚；触摸按键S1的一端接地，另一端PIC16F1823芯片的第7引脚连接。

优选地，还包括过欠压检测报警模块，所述过欠压检测报警模块连接于电源转换模块和MCU模块之间；

过欠压检测报警模块包括LM258芯片U2A、LM258芯片U2B、电源监视器T5、二极管D9、二极管D10、二极管D11、场效应管Q2、继电器JDQ1、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20和电容C21，所述电阻R15、电阻R18、电阻R19和电阻R23串联后一端接电源，另一端接地；电容C20与电阻R23并联；电阻R19和电阻R23之间的节点与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端分两路，一路与LM258芯片U2A的反相输入端连接，另一路与LM258芯片U2B的同相输入端连接；电阻R16、电阻R22、电阻R24和电阻R26串联后一端接电源，另一端接地；电容C21与电阻R26并联；电阻R24和电阻R26之间的节点通过电阻R25与LM258芯片U2B的反相输入端连接，电阻R16和电阻R22之间的节点通过电阻R17与LM258芯片U2A的同相输入端连接；电源监视器T5的一端与电阻R16和电阻R22之间的节点连接，另一端接地；电容C17与电源监视器T5并联；LM258芯片U2A的输出端与二极管D10的阴极连接，二极管D10的阳极与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接电源；二极管D11的阳极与二极管D10的阳极连接，二极管D11的阴极与LM258芯片U2B的输出端连接；继电器JDQ1的一端接电源，另一端与场效应管Q2的第3引脚连接，二极管D9与继电器JDQ1并联；场效应管Q2的第1引脚通过电阻R20与电容C18的一端连接，电容C18的另一端接地；场效应管Q2的第2引脚接地，电容C19的一端与场效应管Q2的第2引脚连接，另一端与场效应管Q2的第3引脚连接。

本发明的有益效果是：

(1)采用小功率LED灯珠并采用面阵方式组成面光源，不仅能使光源光效高达170lm/W，而且使LED工作结温低于60℃，使用寿命比传统LED提高了2倍以上。

(2)通过PWM方式调整初始发光功率，延长光源使用寿命，而且在达到同等照度下，可节电30％以上。

(3)采用小功率LED灯珠并采用面阵方式组成面光源，使车内照明眩光值降低，舒适度提高，而且产品性价比高，经济实用性强，有很强的市场推广应用价值。

本发明进一步的特征和方面，将在以下参考附图的具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是灯具的原理框图；

图2是电源输入模块的原理图；

图3是电源转换模块的原理图；

图4是PWM驱动模块的原理图；

图5是面阵LED光源模块的截面结构图；

图6是面阵LED光源模块横面结构图；

图7是面阵LED光源模块中LED灯珠连接原理图；

图8是过欠压检测报警模块的原理图；

图9是MCU模块的原理图；

图10是按键功率显示模块的原理图。

图中符号说明：

10.电源输入模块；20.电源转换模块；30.PWM驱动模块；40.面阵LED光源模块；50.过欠压检测报警模块；60.MCU模块；70.按键功率显示模块。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，带PWM调光功能的面阵LED轨道交通车辆照明灯具包括电源输入模块10、电源转换模块20、PWM驱动模块30、面阵LED光源模块40、过欠压检测报警模块50、MCU模块60和按键功率显示模块70，电源输入模块10的输出端与电源转换模块20的输入端连接，电源转换模块20的输出端与PWM驱动模块30的输入端连接，PWM驱动模块30的输出端与面阵LED光源模块40连接。MCU模块60与PWM驱动模块30连接，按键功率显示模块70与MCU模块60连接，过欠压检测报警模块50连接于电源转换模块20和MCU模块60之间。

MCU模块60是控制核心，电源输入模块10经电源转换模块20转换后，向其它模块输送合适的工作电源。按键功率显示模块70把功率信号传递给MCU模块60，功率信号经过MCU模块60处理后，经过PWM驱动模块30驱动面阵LED光源模块40，同时也在按键功率显示模块70上显示对应的照明输出功率。过欠压检测报警模块50把检测到的电源转换模块电压信号传递给MCU模块60，电压信号经过MCU模块60处理后再传递到过欠压检测报警模块50，显示相应的报警信号。

电源输入模块10由安全保护电路、滤波电路、电源极性防接错电路组成。安全保护电路向后级电路提供防雷击、抗浪涌、抗过电流保护，滤波电路滤除经电源线输入的传导干扰，并把后级电路产生的干扰滤除掉，防止干扰进入输入电源系统。电源极性放接错电路实时监控电源输入极性，一旦电源输入极性接错，就会立即切断向后级电路供电，保护后级电路不受损坏。

如图2所示，电源输入模块10是产品电源输入处理中心，由保险丝FUSE1、压敏电阻VAR1、电容C1、电容C2、共模电感L1、二极管D1组成，保险丝FUSE1起限流防浪涌冲击作用，压敏电阻VAR1起防雷击、电源电压突然大幅度变化作用，电容C1、电容C2过滤掉输入电源线上差模干扰，共模电感L1过滤掉输入电源线上共模干扰。二极管D1限制电源输入极性，防止输入电压极性接错。

如图3所示，电源转换模块20由48伏转换模块、12伏转换模块、5伏转换模块组成。三个转换模块共接输入电源输入模块1，分别输出给相应的供电电路。三个模块是隔离输出，防止模块之间相互干扰。48伏电源向面阵LED光源模块40供电，12伏向过欠压检测报警模块50供电，5伏向MCU模块60和按键功率显示模块70供电。

如图4所示，PWM驱动模块30是驱动LED光源的动力来源，由芯片UC3843B、电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电容C7、电容C9、电容C10、电容C11、电容C13、二极管D2、双二极管D1、场效应管Q1、电感L2组成，电阻R2与芯片UC3843B的第1引脚连接，电阻R6与芯片UC3843B的第4引脚连接。电阻R4的一端上拉15v电源，另一端与芯片UC3843B的第7引脚连接。电容C10的一端与芯片UC3843B的第7引脚连接，另一端接地。电容C11的一端与芯片UC3843B的第7引脚连接，另一端接地。电容C7的一端与UC3843B的第1引脚连接，另一端接地。电容C13的一端与芯片UC3843B的第3引脚连接，另一端通过电阻R11与场效应管Q1的第3引脚连接，电阻R11与电容C13之间的节点接地。电阻R9的一端与芯片UC3843B的第3引脚连接，另一端与场效应管Q1的第3引脚连接。场效应管Q1的第3引脚通过电阻R10和电阻R8与芯片UC3843B的第6引脚连接，场效应管Q1的第1引脚通过电阻R7与二极管D2的阳极连接，二极管D2的阴极与芯片UC3843B的第6引脚连接，电阻R10和电阻R8之间的节点与场效应管Q1的第1引脚连接。场效应管Q1的第2引脚与双二极管D1的阳极连接，双二极管D1的阴极与电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C9的一端，电容C9的另一端与双二极管D1的阳极连接。

芯片UC3843B是控制核心，把PWM信号整形为标准的驱动信号来驱动场效应管Q1，二极管D2用来加速场效应管Q1的快速关断，双二极管D1整流输出电流，电感L2用来滤除输出电流上纹波电流，保证输出电流稳定。

MCU模块60发出的PWM信号经PWM信号整形电路处理后，传递给场效应管电路，场效应管电路把电源能量信号按照PWM模式处理后，再经滤波整流电路，然后驱动后级面阵LED光源模块40。

如图5、6和7所示，面阵LED光源模块40由接插件1、散热铝基板2、3528LED灯珠3(功率为0.05瓦)、灯具固定板4、拉伸铝外壳5、PC透光板6、PC端板7组成，通过串并联方式把多个LED灯珠3焊接到散热铝板2上，散热铝板2再固定到拉伸铝外壳5上，PC透光板6插入拉伸铝外壳5中固定槽中，PC端板7插入拉伸铝外壳5的固定槽中。光源部分采用14颗3528LED灯珠串联，工作电压采用直流48伏，根据输出功率大小确定并联3528LED灯珠串联数量。每组串联3528LED灯珠电流通过集成电路U2(芯片LC1912)确定，具体的电流数值通过限流电阻R1、限流电阻R2、限流电阻R3决定。PC透光板6采用低烟无卤防紫外线材料制作，防止PC透光板长久使用后变质发黄。面阵LED光源功率由灯具的长度来决定，一般设计原则是10W/m。

如图8所示，过欠压检测报警模块50由集成运放U2(LM258芯片)、电源监视器T5、二极管D9、二极管D10、二极管D11、场效应管Q2、继电器JDQ1、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电容C17、电容C18、电容C19、电容C20、电容C21组成。电阻R15、电阻R18、电阻R19、电阻R23串联对DC110V电源分压，电容C20与电阻R23并联。电阻R19和电阻R23之间的节点与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端分两路，一路与LM258芯片U2A的反相输入端连接，另一路与LM258芯片U2B的同相输入端连接。电阻R16、电阻R22、电阻R24、电阻R26串联对DC5V电源分压，电容C21与电阻R26并联。电阻R24和电阻R26之间的节点通过电阻R25与LM258芯片U2B的反相输入端连接，电阻R16和电阻R22之间的节点通过电阻R17与LM258芯片U2A的同相输入端连接。电源监视器T5的一端与电阻R16和电阻R22之间的节点连接，另一端接地。电容C17与电源监视器T5并联。LM258芯片U2A的输出端与二极管D10的阴极连接，二极管D10的阳极与电阻R14的一端连接，电阻R14的另一端接5V电源。二极管D11的阳极与二极管D10的阳极连接，二极管D11的阴极与LM258芯片U2B的输出端连接。继电器JDQ1的一端接12V电源，另一端与场效应管Q2的第3引脚连接，二极管D9与继电器JDQ1并联。场效应管Q2的第1引脚通过电阻R20与电容C18的一端连接，电容C18的另一端接地。场效应管Q2的第2引脚接地，电容C19的一端与场效应管Q2的第2引脚连接，另一端与场效应管Q2的第3引脚连接。

电源监视器T5产生标准参考电压2.5伏，集成运放U2的U2A运放检测电源过压信号，集成运放U2的U2B运放检测电源欠压信号。集成运放U2产生的过欠压报警信号分别经过二极管D10、二极管D11驱动场效应管Q2，场效应管Q2再驱动继电器JDQ1，继电器JDQ1通过开和关的闭合启动报警电路进行报警。二极管D9是保护二极管，与继电器JDQ1的驱动线圈并联，在继电器JDQ1工作时保护场效应管Q2，不被继电器JDQ1产生的过压脉冲击穿。

如图9所示，MCU模块60由MCU单片机U1(芯片PIC16F1823)、电阻R5、电容C12、电容C6组成，电阻R5与电容C12组成按键消抖电路，电阻R5的一端与5伏电压相连，另一端与电容C12的一端相连后再与MCU单片机U1的第7脚相连。电容C6的一端与电源地相连，另一端与MCU单片机U1的第1脚相连。MCU单片机U1的其它管脚分别与其它电路模块相应的驱动相连。

如图10所示，按键功率显示模块70由PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5、发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4、限流电阻R12、限流电阻R13、限流电阻R14、限流电阻R15、触摸按键S1组成。PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5的发射极均接5V电源，PNP三极管Q2的集电极通过限流电阻R12与发光二极管LED1的阳极连接，发光二极管LED1的阴极接地。PNP三极管Q3的集电极通过限流电阻R13与发光二极管LED2的阳极连接，发光二极管LED2的阴极接地。PNP三极管Q4的集电极通过限流电阻R14与发光二极管LED3的阳极连接，发光二极管LED3的阴极接地。PNP三极管Q5的集电极通过限流电阻R15与发光二极管LED4的阳极连接，发光二极管LED4的阴极接地。PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5的基极分别接PIC16F1823芯片的第11、10、9、8引脚。触摸按键S1的一端接地，另一端PIC16F1823芯片的第7引脚连接。

PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5分别驱动发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4，限流电阻R12、限流电阻R13、限流电阻R14、限流电阻R15分别对相应的发光二极管限流。PNP三极管Q2、PNP三极管Q3、PNP三极管Q4、PNP三极管Q5都采用低电平驱动方式，触摸按键S1也采用低电平为有效方式。发光二极管LED1、发光二极管LED2、发光二极管LED3、发光二极管LED4，分别指示功率的70％、80％、90％、100％。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡是在本发明的权利要求限定范围内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应在本发明的保护范围之内。