一种恒定亮度的照明灯具

1.本实用新型涉及一种能够实现工作环境恒定亮度的技术，尤其一种可以自动控制灯泡的亮度，使其与射入的自然光的亮度相互匹配和协调的照明电路。


背景技术：

2.众多工作场合，要求照到某处的光线亮度尽可能保持恒定，这一点有时候极为重要。比如当太阳从云后突然出现时，照到房间里或照到某个物体上的亮度便会急剧增加，大家深有体会，这种突然变化的自然光会使正在绘画阅读的和其他用眼工作人员的眼睛感到不适和疲劳。
3.如果我们不希望工作环境的光线变化太大，该怎么办呢！设计一种“具有恒定亮度的工作室照明灯具”，可使这个问题迎刃而解。
4.这个电路可以自动控制灯泡的亮度，使其与射入的自然光的亮度相互匹配和协调，例如：每当太阳消失在云后时，屋中灯泡变会自动变得更亮些，从而使房间里光线亮度仍旧保持与原来一样。
5.当然本电路也能与起居室或学习室的光源相连，如果室外较暗时，室内光线将会得到补偿而亮起来，假如您不喜欢在半明不暗的环境中工作或生活，本电路确实是一种切实可行的解决途径。


技术实现要素：

6.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的基于恒流源电路的恒定亮度照明灯具电路。
[0007] 为实现上述目的，本实用新型提供一种恒定亮度的照明灯具，其包括可预调的恒流源电路、光照变化灵敏度电路、光敏集成电路、频率保持同步电路、具有过零控制的光电耦合器电路、双向可控硅电路、照明灯具电路、直流u
b
电压产生电路；所述直流u
b
电压产生电路由220v交流电、变压器t、桥堆b、整流二极管d1、滤波电容c2构成，直流u
b
电压可以供给恒流源电路、光敏集成电路、光电耦合器电路以及频率保持同步电路作为工作电源；所述可预调的恒流源电路，由晶体管t2、t3、电位器p、电阻r4、r5、r6组成，电解电容c3构成所述光照变化灵敏度电路，所述光敏集成电路由ic1、电阻r7、电容c4、c6构成，晶体管t3的集电极同时连接电容c3的正极、ic1的1脚，所述频率保持同步电路由电阻r1、r2、r3、晶体管t1构成，晶体管t1的集电极连接ic1的4脚，直流u
b
电压依次通过电阻r8、所述具有过零控制的光电耦合器电路ic2的发光管、电容c5连接工作地，ic1的7脚连接光耦ic2的2脚，光耦ic2的6脚通过电阻r9连接所述双向可控硅电路th1的第一阳极1脚，ic2的4脚连接th1的栅极，同时ic2的4脚通过电阻r10连接th1的第二阳极2脚，th1的第二阳极2脚通过电感l1、电容c7连接th1的第一阳极1脚，th1的第一阳极通过所述照明灯具电路灯泡lamp连接220v交流电源。
[0008]
所述可预调的恒流源电路，u
b
电压依次通过电位器p、电阻r4、晶体管t2的c
‑
e极、电阻r5连接工作地，晶体管t2的基极同时连接t2的集电极、晶体管t3的基极，t3的发射极通
过电阻r6连接工作地。
[0009]
所述频率保持同步电路，桥堆b的2脚即二极管d1的正极依次通过电阻r1、r2连接工作地，电阻r1、r2的连接点连接晶体管t1的基极，u
b
电压依次通过电阻r3、晶体管t1的c
‑
e极连接工作地。
附图说明
[0010]
附图1、附图2、附图3用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本技术的一部分，附图1 是基于恒流源电路的恒定亮度照明灯具原理图；附图2是比例电流源原理图；附图3是与可控硅过零触发信号频率同步的市电频率产生电路图。
具体实施方式
[0011]
基于恒流源电路的恒定亮度照明灯具的设计
[0012]
恒定亮度照明灯具的电路的原理十分简单：一个光敏器件用来测量连在电路中的灯泡的亮度和自然光的亮度。当自然光亮度变化时，立即使照明灯泡的亮度改变，从而使总的亮度保持恒定，本设计电路如图1所示。
[0013]
从图1可以看到，该设计包括可预调的恒流源电路、光照变化灵敏度电路、光敏集成电路、频率保持同步电路、具有过零控制的光电耦合器电路、双向可控硅电路、照明灯具电路、直流u
b
电压产生电路组成。
[0014]
恒流源电路
[0015]
在图1中，三极管t2、t3组成恒流源电路，实际上t2、t3组成了一个比例电流源电路，比例电流源电路的特点是利用较小的基准电流可以取得较大的负载电流，只要基准电流恒定，负载电流同样稳定，为了理解比例电流源的工作原理，可以参照图2来描述比例电流源的基准电流与负载电流的关系。
[0016]
比例电流源电路改变了镜像电流源中i
c1
≈i
r
的关系，从而使i
c1
可以大于i
r
或小于i
r
，与i
r
成比例关系，克服了镜像电流源的上述缺点，从电路可知
[0017]
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
（1）
[0018]
由于在忽略晶体管基区电阻r
bb，
上的电压时，晶体管发射极电流与b
‑
e 间的关系约为
[0019]
，故可得
[0020]
㏑
[0021]
由于t0与t1的特性完全相同，所以
[0022]
㏑
[0023]
代入式（1），整理可得
[0024]
+
㏑
[0025]
当β>>2时，,,所以
[0026]
+
㏑
[0027]
在一定的取值范围内，若上式中的对数项可忽略，则
[0028][0029]
可见，只要改变r
e0
和r
e1
的阻值，就可以改变i
c1
和i
r
的比例关系。式中基准电流
[0030][0031]
与典型的静态工作点稳定电路一样，r
e0
和r
e1
是电流负反馈电阻，因此，与镜像电流源比较，比例电流源的输出电流i
c1
具有更高的温度稳定性。
[0032]
光敏集成电路
[0033]
本电路的核心技术是一个恒流源电路以及一个型号为opl100的专用集成电路，后者是由美国trw公司的optron分公司设计生产的一款光电集成产品，它封装在一个8足的dil(双列直插式分装)中，其顶部是透明的，内部装有光敏二极管和控制电路。
[0034]
晶体管t2和t3组成的恒流源，由电位器p预调后所产生的恒定电流，即作为光敏集成电路ic1的参考电源。
[0035]
这个集成电路通过第1脚供给的电流控制它的输出脉冲宽度（也就是控制了照明灯泡lamp的亮度）。而第1脚的供给电流是和照到光敏器件的光量成正比的，等于流过晶体管t3的电流，该电流可由电位器p预调。
[0036]
假如自然光的亮度降低，通过第1脚提供的电流也将降低，如果流经t3的校准电流大于通过第1脚所提供的电流，则第1脚的电压降低，并使输出信号（7脚）的脉冲宽度发生变化。这样就使双向可控硅th1在电源的每一周中的导通时间长一些，从而使灯泡更亮一些，直到环境自然光的亮度恢复到原有水平为止。
[0037]
电容器c3用来确保电路的平滑控制，同时c3的值也决定了电路对光照变化的反应速度，当c3值较小时，电路的反应较快，但c3的容量必须大于1vf。
[0038]
具有过零控制的光电耦合器电路控制双向可控硅在过零点时导通
[0039]
普通光电耦合器控制可控硅的方式，在负载通断瞬间会产生大量高频干扰谐波，可对其他电器（如收音机、电视机、计算机或其他机电设备等）造成很大的干扰。而且，所控制的负载功率愈大，电流的瞬变幅度越大，造成的干扰越严重，越难用滤波器来滤除。
[0040]
过零控制触发使双向可控硅在交流电源电压通过零点时的瞬间导通并接通负载，这种“过零控制触发”有诸多优点，故可以广泛应用于工业、交通等领域中的电气控制部分，可以实现交流调压、电机调速、交流开关、温度控制等等多种功能。而且也可应用于固态继电器（ssr）和固态接触器电路中，可以简化甚至省去防干扰滤波器，使工作现场简洁、安全卫生。
[0041]
光敏集成电路ic1输出端（7脚）输出脉宽发生变化的的脉冲信号，通过具有过零检测功能的光电耦合器ic2（moc3061），使双向可控硅th1在交流电源电压通过零点时的瞬间导通并接通灯泡，交流电源在整个周期内向负载（灯泡）供电，由于负载的通断发生在电源电
压的零点，这样即使在大负载电流下工作也不会产生很大的干扰，且效率较高。
[0042]
光电耦合器ic2可保证控制电路与交流市电电气绝缘，电感l1用来消除干扰，而且可以延长照明灯泡的寿命。
[0043]
直流u
b
电压产生电路
[0044]
参见图1，市电通过变压器t降压、桥堆b整流、整流二极管d1、滤波电容c2产生不稳定的直流电压u
b
，以供给恒流源电路、光敏集成电路、光电耦合器电路以及以下介绍的频率保持同步电路作为工作电源。
[0045]
市电频率与光敏集成电路输出触发脉冲频率保持同步电路
[0046]
在图1中，工频220v交流电压经降压变压器t降压后，经过桥堆b整流输出脉动直流电压，其频率是工频频率的两倍100hz，如图3。
[0047]
在图1的电路设计中，市电频率可以直接用来开关晶体管t1，故晶体管t1与电阻r1、r2、r3以及二极管d1构成了一个频率同步电路，晶体管t1集电极输出的同步脉冲信号（100hz）直接连接光敏集成电路的触发端（trig，4脚），这样可确保光敏集成电路提供给双向可控硅的触发脉冲频率(100hz)和市电频率（市电一个周期两次过零）保持同步。
[0048]
制作注意事项
[0049]
对电源变压器t的选择务必小心，因为在测试我们装的样机时，我们发现小型廉价的变压器（可装在印刷版上的），会引起明显的相移，甚至在太阳光完全照射到光敏器件上时，照明灯泡也仍就亮着而毫无减弱的反应；而高质量的变压器中这种相移是极小的，照明灯完全可以在电源每半周的180
°
全范围受控。
[0050]
本设计电路可以提供的最大功率限于1000w（电阻性负载），依次为例可以推广到更多的应用领域。
[0051]
本设计巧妙地利用一个恒流源给一个专用光敏集成电路提供一个基准源，光线的变化导致光敏电路输出脉冲的宽度发生变化，从而双向可控硅的导通量发生变化，促使灯泡的亮度发生变化。本设计可以作为工作室照明的控制电路，特别对于画家、文学工作者和精密仪表工作者更具有实际意义，本设计也可推广到农业科学实验里，对作物进行恒定光照射等研究中。