两阶式发光二极管安全监控照明装置

1.一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，包括一发光单元、一负载及功率控制单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元与一电源管理单元，该发光单元包括一个或多个串联的发光二极管，该负载及功率控制单元接收该光敏开关控制单元及该行动检测单元的信号来开启该发光单元内的一个或多个串联的发光二极管，分别发出一低阶亮度或一高阶亮度进行照明，其中该负载及功率控制单元包括一微控制器，以写入程序运作；
其中，所述微控制器电性连接一晶体管，所述晶体管电性串接所述电源管理单元和所述发光单元；
其中，具程序码的所述微控制器输出一脉波宽度调变信号(PWM)至所述晶体管的一栅极，以控制所述晶体管的导通时间及截止时间，所述晶体管的导通时间及截止时间用于从所述电源管理单元传递不同的平均电流，以驱动所述发光单元产生不同的亮度，其中所述微控制器控制所述晶体管对应具有一导通周期，以使所述发光单元对应产生所述低阶亮度或所述高阶亮度进行照明。
2.根据权利要求1所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，所述多个串联的发光二极管具有相同或不同的发光功率及色温。
3.根据权利要求1所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，所述微控制器在白昼关闭所述发光单元，在天黑时所述微控制器启动一光控模式，开启所述发光单元，使所述发光单元产生所述高阶亮度一段时间之后切入所述低阶亮度进行照明的一节能模式。
4.根据权利要求3所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，在所述光控模式下，由于所述晶体管的导通的时间长，使得驱动所述发光单元的平均电流较高，所述发光单元的亮度属于所述高阶亮度。
5.根据权利要求3所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，在所述节能模式下，由于所述晶体管的导通的时间短，使得驱动所述发光单元的平均电流较低，所述发光单元的亮度属于所述低阶亮度。
6.根据权利要求3所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，在所述节能模式下，当所述行动检测单元检测到人时，所述发光单元将切换至所述高阶亮度以达到照明或警示的作用。
7.根据权利要求3所述的两阶式发光二极管安全监控照明装置，其特征在于，所述微控制器耦接于一时间设定单元，所述时间设定单元可供使用者设定所述光控模式下所述发光单元的所述高阶亮度的持续时间，或者一全亮模式的时间。

两阶式发光二极管安全监控照明装置\n[0001] 本申请是申请日为2011年07月14日、申请号为201110201785.5、发明名称为“两阶式发光二极管安全监控照明装置”发明专利的分案申请。\n技术领域\n[0002] 本发明涉及一种照明装置，且特别涉及一种具有高低阶亮度的两阶式发光二极管安全监控照明装置。\n背景技术\n[0003] 白炽灯，荧光灯，卤素灯，及发光二极管等各型光源是现有的照明装置。户外照明装置通常运用光敏电阻来自动启动灯具的光源，称为光控工作模式(Photo-Control Mode，简称PC模式)，在光控模式下，运用计时器控制光源在全亮一段固定时间之后把灯具的照明熄灭或切换成为较低亮度，称为节能工作模式(Power-Saving Mode，简称PS模式)，在节能模式下常运用行动检测器，当检测到人员靠近灯具时再启动灯具，作全亮照明一个短暂时间，之后回复节能模式。无论是通过检测背景光亮度来自动启动照明，定时全亮及通过检测人员行动从全暗或较低功率的亮度照明到全亮，或调整光亮度的控制，常运用繁复的电路技术来实现。特别在发光二极管的驱动，仍然属于复杂及高制作成本的技术。\n[0004] 各型光源亮度的控制，尤其在发光二极管的照明控制，针对如何增强照明亮度及色温的对比，提出简易有效的作法，是本发明的课题。\n发明内容\n[0005] 本发明的目的在于提出一种两阶式亮度的发光二极管安全监控照明装置，其可利用调整电流或光源负载的方式，在节能模式下检测到人员行动时，立即切换至高阶亮度并持续一段时间以达到警示的作用。在未检测到有人时，维持在低阶照明的状态下以节省能源。\n[0006] 本发明提供一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，包括一电源管理单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元、一负载及功率控制单元与一发光单元，该发光单元包括一个或多个串联的发光二极管；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度低于一预设值时，该负载及功率控制单元开启该发光单元，使该发光单元产生一高阶或一低阶亮度；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度高于该预设值时，该负载及功率控制单元关闭该发光单元；在节能模式下，当该行动检测单元检测到人员行动时，该负载及功率控制单元提高流经该发光单元的电流，使该发光单元产生一高阶亮度且持续一段预设时间。\n[0007] 本发明还提供一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，包括一电源管理单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元、一负载及功率控制单元与一发光单元，该发光单元包括多个串联的发光二极管，当该光敏开关控制单元检测到环境亮度低于一预设值时，该负载及功率控制单元开启该发光单元中的全部或部分发光二极管，使该发光单元产生一高阶或一低阶亮度；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度高于该预设值时，该负载及功率控制单元关闭该发光单元中的所有发光二极管；在节能模式下，当该行动检测单元检测到人员行动时，该负载及功率控制单元开启该发光单元中的全部个数的发光二极管，使该发光单元产生一高阶亮度并持续一段预设时间；在此实施例结合定电流控制电路，以固定的直流电流驱动该发光单元内的发光二极管。\n[0008] 本发明又提供一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，包括一电源管理单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元、一负载及功率控制单元与一发光单元，该发光单元包括一相角控制器与一个或多个并联的交流光源，该相角控制器耦接于上述一个或多个并联的交流光源与交流电源之间；其中，该负载及功率控制单元经由该相角控制器调整该发光单元的平均电功率；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度低于一预设值时，该负载及功率控制单元开启该发光单元，使该发光单元产生一高阶或一低阶的亮度；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度高于该预设值时，该负载及功率控制单元关闭该发光单元；在节能模式下，当该行动检测单元检测到人员行动时，该负载及功率控制单元提高该发光单元的平均电功率，使该发光单元产生一高阶亮度且持续一段预设时间。\n[0009] 本发明还提出一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，包括一电源管理单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元、一负载及功率控制单元与一发光单元，该发光单元由X个高瓦特数的交流发光二极管与Y个低瓦特数的交流发光二极管相互并联组成，当该光敏开关控制单元检测到环境亮度低于一预设值时，该负载及功率控制单元开启该些低瓦特数的交流发光二极管，使该发光单元产生一低阶亮度；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度高于该预设值时，该负载及功率控制单元关闭该发光单元；当该行动检测单元检测到一入侵行动时，该负载及功率控制单元同时开启该些高瓦特数的发光二极管与该些低瓦特数的发光二极管，使该发光单元产生一高阶亮度且持续一段预设时间，其中X、Y为正整数。\n[0010] 本发明又提出一种两阶式发光二极管安全监控照明装置，包括一电源管理单元、一光敏开关控制单元、一行动检测单元、一负载及功率控制单元与一发光单元，该发光单元包括一整流电路与一个或多个并联的交流光源，该整流电路耦接于上述交流光源与交流电源之间；其中，该负载及功率控制单元经由该整流电路调整该发光单元的平均电功率；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度低于一预设值时，该负载及功率控制单元开启该发光单元，使该发光单元产生一低阶亮度；当该光敏开关控制单元检测到环境亮度高于该预设值时，该负载及功率控制单元关闭该发光单元；当该行动检测单元检测到一入侵行动时，该负载及功率控制单元提高该发光单元的平均电功率，使该发光单元产生一高阶亮度且持续一段预设时间，其中该整流电路包括并联的一开关与一二极管，该开关受控于该负载及功率控制单元。\n[0011] 综上所述，本发明实施例所提供的两阶段亮度的发光二极管安全监控照明装置，可以执行光控及节能工作模式。在光控模式下，天黑时自动开启照明，并在黎明时自动关闭照明。光控模式先产生高阶亮度照明一段设定时间，之后自动经由控制单元切换成为产生低阶亮度照明的节能模式。在节能模式下，当行动检测器检测到人时，照明装置会立即切换至高阶亮度并维持一段短暂的预设时间，以达到照明或警示的效用。在预设时间后，照明装置会自动切换回到低阶亮度的照明以节省能源。\n[0012] 为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利范围作任何的限制。\n附图说明\n[0013] 图1为本发明第一实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路结构图。\n[0014] 图2A为本发明第一实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0015] 图2B为本发明第一实施例的脉波宽度调变信号PWM的波形图。\n[0016] 图3A为本发明第二实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0017] 图3B为本发明第二实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0018] 图4A为本发明第三实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0019] 图4B为本发明第三实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的波形示意图。\n[0020] 图5为本发明第三实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0021] 图6为本发明第四实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0022] 图7为本发明第五实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路示意图。\n[0023] 其中，附图标记说明如下：\n[0024] 100：两阶式发光二极管安全监控照明装置；\n[0025] 110：电源管理单元；\n[0026] 120：光敏开关控制单元；\n[0027] 130：行动检测单元；\n[0028] 140：负载及功率控制单元；\n[0029] 150、250、350、450、550、650、750：发光单元；\n[0030] 220：光传感器；\n[0031] 230：行动检测器；\n[0032] 240：微控制器；\n[0033] 260：时间设定单元；\n[0034] L1～L3：发光二极管；\n[0035] ACLED、ACLED1～3：交流发光二极管；\n[0036] 451、551：相角控制器；\n[0037] 452、552、553：可控硅；\n[0038] 651、652、751～753：开关；\n[0039] Q1、Q2、Q4、Q5：晶体管\n[0040] R、R1、R2、R16、R17：电阻；\n[0041] GND：接地端；\n[0042] J1、J2：继电器。\n具体实施方式\n[0043] (第一实施例)\n[0044] 参照图1，其所示为本发明第一实施例的两阶式发光二极管安全监控照明装置的电路结构图。两阶式发光二极管安全监控照明装置(简称照明装置)100包括电源管理单元\n110、光敏开关控制单元120、行动检测单元130、负载及功率控制单元140与发光单元150。电源管理单元110用于提供系统运作所需的电源，其结构包括例如现有的交/直流电压转换电路(AC/DC voltage converter)。光敏开关控制单元120例如是光敏电阻，其耦接于负载及功率控制单元140，用于检测环境亮度以判断白天与黑夜。行动检测单元130例如是无源红外线检测器(Passive Infrared Sensor，PIR)，其耦接于负载及功率控制单元140，用于检测是否有人进入。当有人进入行动检测单元130的检测范围内时，行动检测单元130会发出检测信号，传送给负载及功率控制单元140。\n[0045] 负载及功率控制单元140可使用微控制器实现，其耦接于发光单元150，可根据光敏开关控制单元120与行动检测单元130的检测信号，控制发光单元150的亮度。发光单元\n150可包括多个发光二极管与开关元件。负载及功率控制单元140可以控制发光单元150，以产生至少两种以上的亮度变化。\n[0046] 在本实施例中，当光敏开关控制单元120检测到环境亮度低于预设值时(天黑)，负载及功率控制单元140执行光控模式，开启发光单元150，使发光单元150产生高阶亮度，又经过一个预设时间，切换成为低阶亮度的节能模式。当光敏开关控制单元120检测到环境亮度高于预设值时(黎明)，负载及功率控制单元140会关闭发光单元150。在节能模式下，当行动检测单元130检测到人员行动时，负载及功率控制单元140会提高流经发光单元150的电流，使发光单元150产生高阶亮度且持续一段短暂预设时间。在短暂的预设时间之后，会自动降低流经发光单元150的电流，使发光单元150产生低阶亮度以节省能源。\n[0047] 请参照图2A，其所示为本发明第一实施例的照明装置100的电路示意图。光敏开关控制单元120以光传感器220实现；行动检测单元130以行动检测器230实现；负载及功率控制单元140由微控制器240实现。发光单元250包括串联的三个发光二极管L1～L3。发光二极管L1～L3连接于一个直流电源与晶体管Q1之间，其直流电源可由电源管理单元110提供。晶体管Q1为N通道金氧半场效晶体管(NMOS)。晶体管Q1连接于串联的三个发光二极管L1～L3与接地GND之间。负载及功率控制单元140以微控制器240实现，其可以输出脉波宽度调变信号(PWM)至晶体管Q1的栅极，以控制发光单元250所导通的平均电流。值得注意的是，上述图\n2A的元件仅为本发明的一实施例，本发明并不限制于图2A的元件。\n[0048] 请同时参照图2B，其所示为本发明第一实施例的脉波宽度调变信号PWM的波形图。\n在光控模式下，PWM信号使晶体管Q1导通的时间Ton较截止时间Toff长。在节能模式下，PWM信号使晶体管Q1导通的时间Ton较截止时间Toff短。比较两种工作模式的照明亮度，在光控模式下，由于Q1导通的时间Ton长，使得驱动发光单元250的平均电流较高，所以亮度较高，属于高阶亮度；在节能模式下，由于Q1导通的时间Ton短，使得驱动发光单元250的平均电流较低，所以亮度较低，属于低阶亮度。\n[0049] 微控制器240会在白昼关闭发光单元250，在天黑时启动光控模式，开启发光单元\n250，使其产生高阶亮度一段时间之后切入低阶照明的节能模式。在节能模式下，当行动检测器230检测到人时，会将发光单元250切换至高阶亮度以达到照明或警示的作用。发光单元250维持在高阶亮度一段短暂时间后，会自动切换至低阶亮度以节省能源。\n[0050] 另外，微控制器240耦接于一时间设定单元260，此时间设定单元260可供使用者设定光控模式下其高阶亮度的持续时间或者全亮模式的时间，本实施例并不受限。\n[0051] (第二实施例)\n[0052] 再参照图1，其发光单元150的亮度变化也可以通过调整开启的光源负载的数目来产生至少两种以上的亮度。在本实施例中，照明装置100可以通过点亮部份发光二极管或者全部的发光二极管来产生低阶亮度与高阶亮度。\n[0053] 请同时参照图3A，其所示为本发明第二实施例的照明装置100的电路示意图。图3A与图2A主要差别在于发光单元350，其中包括三个发光二极管L1～L3及NMOS晶体管Q1、Q2。\n发光二极管L1～L3与晶体管Q1串联，并且连接于直流电源与定电流控制电路310之间。另外，晶体管Q2与发光二极管L2及L3的两端成并联连接。晶体管Q1及Q2的栅极分别连接到微控制器240标示PC及PS的接脚。在本实施例中，定电流控制电路310限制驱动发光二极管L1～L3的电流为定电流，即L1～L3以恒电流模式(Constant-Current Mode)发光。\n[0054] 参照图3A，微控制器240的PC接脚控制晶体管Q1导通或截止；当PC接脚是高电位或低电位，分别使得Q1导通或截止，用来开启或关闭所有发光二极管L1～L3。微控制器240的PS接脚控制晶体管Q2导通或截止，可在发光单元350上形成两个电流回路351、352。当微控制器240的PS接脚是高电位，Q2导通，电流回路351通过发光二极管L1与晶体管Q2；当PS接脚是低电位，Q2截止，电流回路352通过全部的发光二极管L1～L3。如此，微控制器240可以通过晶体管Q2控制所要开启的发光二极管数目，以产生高或低阶亮度。\n[0055] 当光传感器220检测到环境亮度高于预设值时，微控制器240从PC接脚送出一个低电位电压，晶体管Q1截止并且关闭发光单元350中的全部的发光二极管L1～L3。当光传感器\n220检测到环境亮度低于预设值时，微控制器240启动光控模式，也即从PC接脚送出一个高电位电压并且PS接脚是低电位，使得晶体管Q1导通并且晶体管Q2截止，形成图3A标示的电流回路352，开启发光单元350中的三个发光二极管L1～L3来产生高阶亮度。高阶亮度持续一段预设的时间之后，微控制器240进入节能模式，也即PC接脚维持高电位，但是PS接脚送出一个高电位电压使晶体管Q2导通，形成图3A标示的电流回路351，因此只有单一发光二极管L1发光，产生低阶亮度。\n[0056] 在节能模式下，当行动检测器230检测到人员行动时，微控制器240的PS接脚短暂从高电位切换成低电位电压，使晶体管Q2短暂截止，形成电流回路352，开启发光单元350中的所有发光二极管L1～L3，使发光单元350短暂产生高阶亮度。其中，发光单元350是以定电流(定值)驱动，所以其亮度会直接与所点亮的发光二极管个数成正比例。图3B是图3A的另一型实施方式，以继电器J1及J2替代NMOS晶体管Q1及Q2的开关功能。微控制器240经由控制NPN晶体管(NPN bipolar junction transistor)Q4、Q5来控制继电器J2及J1。电阻R16、R17为限流电阻。\n[0057] 在光控模式下，继电器J1吸合，且继电器J2弹开，定电流驱动所有发光二极管L1～L3产生高阶亮度；在节能模式下，继电器J1及J2吸合，定电流只驱动发光二极管L1产生低阶亮度，并且当行动检测器230检测到人员行动时，微控制器240的PS接脚短暂从高电位切换成低电位电压，使得继电器J2短暂弹开再吸合，产生短暂的高阶亮度。\n[0058] 为了加大高/低阶亮度的对比，发光二极管L1可以采用2700K色温发光二极管，而发光二极管L2、L3可以采用5000K色温发光二极管。发光单元350所包括发光二极管个数可以超过三个，例如5个或6个。晶体管Q2可以相对并联于多个发光二极管的两端，以调整高/低阶亮度的差异。另外，发光单元350也可包括多个晶体管Q2，分别耦接于每个发光二极管的两端以提供更多选择方式。微控制器240可以依照设计需求，在不同的情况下，决定所要点亮的发光二极管个数。在经由上述实施例的说明后，本技术领域具有通常知识者应可推知其实施方式，在此不加赘述。\n[0059] (第三实施例)\n[0060] 再参照图1，其发光单元150也可以包括相角控制器与一个或多个并联的交流发光二极管，相角控制器耦接于上述一个或多个并联的交流发光二极管与交流电源之间。在本实施例中，负载及功率控制单元140可经由相角控制器来调整发光单元150的平均电功率，以产生低阶亮度与高阶亮度的变化。\n[0061] 请参照图4A，其所示为本发明第三实施例的照明装置100的电路示意图。图4A与图\n3主要差别在于发光单元450的光源负载是交流发光二极管ACLED，耦接到交流电源，并且发光单元450还包括相角控制器451。相角控制器451包括可控硅452、过零点检测电路453与电阻R。当光传感器220检测到环境亮度高于预设值时，微控制器240关闭发光单元450。当光传感器220检测到环境亮度低于预设值时，微控制器240启动光控模式，开启发光单元450。在光控模式下，微控制器240选用一支控制脚，经由电阻R送出脉冲信号以触发可控硅452，产生一个大的导通相角，使发光单元450产生高阶亮度，持续一段预设的时间之后，由同一支控制脚送出节能模式的脉冲信号以触发可控硅452，产生一个小的导通相角，使发光单元\n450从高阶亮度切换成为低阶亮度的节能模式。在节能模式下，当行动检测单元230检测到人员行动时，微控制器240由同一支控制脚短暂送出光控模式的脉冲信号，使发光单元450产生高阶亮度，并且持续一段短暂时间之后回复低阶亮度。\n[0062] 在交流发光二极管ACLED的照明控制，微控制器240结合过零点检测电路453，通过所检测到的过零点时间(例如交流波形通过零电压时)，送出与交流电源同步的脉冲信号，触发相角控制器451内的可控硅452使之导通，由此改变输入到发光单元450的平均电功率。\n因为交流发光二极管ACLED具有一个开始导通的切入电压Vt，若脉冲信号触发可控硅452使之导通的时间点不准确，在触发脉冲出现时，交流电压的瞬间值小于交流发光二极管ACLED的切入电压Vt，可能会造成交流发光二极管ACLED闪烁或不发光的现象。所以，微控制器240产生的脉冲信号必须落后交流电源电压弦波的过零点一个合适的时间差距。\n[0063] 假设交流电源的电压振幅为Vm，频率为f，则针对具有切入电压Vt的光源负载，微控制器240输出触发脉冲的过零点时间差距tD必须限制在一个范围：to