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[00133531]以专用高频电源为基础构建高效节能道路照明系统

交易价格: 300 万元

所属行业: 微电子

类型: 发明专利

技术成熟度: 正在研发

专利所属地:中国

专利号:200510124538.4

交易方式: 技术转让 技术转让

联系人: 常涛涛

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所在地:陕西西安市

服务承诺
产权明晰
资料保密
对所交付的所有资料进行保密
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技术详细介绍

为了能简略介绍本专利的思想和内容,首先,提出几个问题,以作思考和讨论:   1、 荧光灯的电子镇流器已应用多年,这个由分立元件构成的简单电路,既要保证对灯管的驱动效率,又要压低电流谐波、抑制电磁辐射,还要考虑完备的保护功能,这个电路的器件及功能模块之间,关联性极强,牵一发而动全身,为了对其进行改进和完善,无数人倾注了大量的心思和智慧。今天,功能完备、性能优异的电路方案已经有了,但是,迫于“成本”的巨大压力,理想或完美的电路方案常被束之高阁,实用中的荧光灯电子镇流器实际上是分为许多层次的,品质参差不齐、价格悬差距大,绝大多数是“残缺”或“带病”的。想要在不增加成本或少量增加成本的前提下显著提高电子镇流器的品质,需要绞尽脑汁、费尽思量,即便如此,也常常会徒劳无功,犹如陷入一个“泥潭”,难于自拔。从电气工程师的角度试想一下,实用中的电子镇流器能令人“满意”甚或“得意”吗?提供这样的产品,其中包含了多少隐忧、不安与无奈?荧光灯电子镇流器的发展是否已面临“瓶颈”或“壁垒”?支撑电子镇流器产业繁荣泡沫的关键因素,是否正是对一些重要指标或参数的舍弃,正是它的“低质易耗”?如果追求技术上的理想和完备,过高的成本和复杂度是否仍能被容许和接受?   2、 高气压气体放电灯(高压钠灯和金卤灯等)是道路照明的主力军,由于工作环境严酷、恶劣,长期以来,只能使用铁芯电感作为镇流器,但很显然,这个电感偏高的无功损耗(功率因数偏低)和铁损发热(效率偏低)不能令人满意。于是,不少勇敢的工程师试图将钠灯镇流器电子化、高频化,以期取得类似荧光灯镇流器从铁芯电感过渡到高频电子的巨大飞跃和辉煌成就,然而,这也是一个深不可测的泥潭,悲壮的结果一再向这种可敬的尝试说“NO”。有什么方法,能让这一梦想成真,可以让钠灯和金卤灯摆脱硕大的铁芯工频电感,使高气压气体放电灯的镇流驱动电子化、高频化?   3、 发光半导体(LED)是照明领域的发展方向和希望所在,光源的理论寿命可达50年以上,理论光效可达200Lm/W以上,足以让其他任何电光源相形见拙、无地自容。但是,随着研究和试验的深入,越来越多的困难构成深重的困扰和羁绊,使发光半导体的前景扑朔迷离。灯芯的散热和驱动成为两个致命问题。试想一下,什么样的电路可以驱动LED50年?在工频市电条件下,何以高可靠地实现降压和变流,提供出LED所需的低压直流电源环境?   4、 如果照明领域和照明工程师们面对的不是工频市电电源,而是数十KHz的高频电源,灯芯连同驱动电路共同构成的灯具的实现是否会轻快、易然?前述三个问题的困惑是否豁然开朗、旦夕可解?如果是这样,何不将电源问题交给电力部门或是电源工程师去解决?而照明工程师只需搞好照明的事就OK了。   5、 工频市电电源非常适合电动机的需要,也非常适合白炽灯的工作,但却未必最适合现代节能照明灯具和照明技术。按着现代电气技术的能力,以任何一种形式的电源为基础,电源工程师都不难将其变换为其他任意形式、适合任何需要的专用电源,那么,何必钟情和痴迷于工频市电这一并不适合现代照明应用的电源?何不从“电源”这个“根”上寻求破解照明难题的方法和途径?   三、 发明内容   本发明正是要解决以上种种疑难和困惑,给出全新的思想,开辟全新的路径。其核心要旨是:在“工频市电电源—驱动电路—灯芯”这个体系结构中重新划定“照明电源”与“照明负载”的界线,而这条线就是高频电源,就是共享与集约的最大化,就是让照明回归本真,不再涉及电源问题,让灯具瘦身,不再包容电源装置,让电源成为真正的、专用的照明电源,解放照明灯具的实现,促进照明技术的发展。   本发明的目的是这样实现的,一种高效节能照明系统,它至少包括照明负载、一高频电源,其特征是:通过电源线路电连接于高频电源上的两个以上照明负载由该高频电源集中供电;所述高频电源的输出频率由该高频电源自身决定,为了输出高频形态电能,高频电源包括有电源变换装置,电源变换装置是电力电子电路,或是高频震荡电路;所述的电源线路是专用于传输高频形态电能的电源线路,或是通过频率过滤电路将高频电“加载”于工频线路上、使工频与高频两种形态电能“同线”传输的频率调制电源线路;所述的照明负载适合于高频电源环境,是单个灯具或是由多个灯具与不改变频率的电气装置共同构成的电路系统。   四、 实现方案   以现有技术为基础、实际应用本专利构建照明系统时,“高频电源”和“照明负载” 都易于实现,只有传输高频的“电源线路”,实现起来似有障碍和顾虑。因此,特别对“电源线路”的实现方案作以详细解说和启示。   高频电源线路存在两个问题:一是高频电流的“集肤效应”会使有效载流截面变小,二是高频辐射损耗。这两个问题也是应用本专利的制约或“瓶颈”。解决高频电源传输的传统方案是使用集束的微小线径漆包线,绝缘漆皮可阻断超过单根线径的高频感应环流,从而减弱“集肤效应”,但对辐射损耗作用甚微,因而并不彻底。在这里特别介绍一种“磁包线”方案,用于从根本上解决高频电传输问题,也为本专利的应用扫清障碍。   其结构特征是:在导线外周覆盖一层高频导磁材料,根据线路载流量的预设以及磁材料的导磁率,该导磁层应有一定厚度。该导磁层可以设置在导线与其外周的绝缘层之间,也可以包裹绝缘层、在绝缘层之外,还可以与绝缘层融为一体,掺入绝缘层,或是成为绝缘层的一个或多个夹层。如果将磁包线思想与集束漆包线的方案结合,还可以形成磁包集束线,其截面似蜂窝状,窝壁为磁层,蜂孔为导线。   磁包线能够彻底解决“集肤效应”和“辐射损耗”两个问题,其原理是:“集肤效应”产生的原因是高频电流在导线本体内部同时激发感应环流,该环流会冲抵导线轴心线附近的电流,而加大导线外周附近的电流;辐射损耗产生的原因是高频电流在导线外部附近的空间区域激发高频磁场,该高频磁场再向外激发高频电场,如此反复,从而以电磁辐射的形式将导线内传输的电能向外输出,形成损耗。“磁包线”方案中所设置的“导磁层”可以大幅减弱导线本体内部的高频磁场,从而减弱“集肤效应”,同时,可以阻隔导线外部空间电磁场的辐射,从而显著减弱甚至避免辐射损耗,因而是高频电能传输的理想载体。   现实的问题是,通用的电源线都是针对工频市电设计生产的,尚未有面向高频电能传输的专用线材,也即,磁包线尚需经历试验、研制、定型、量产的发展历程,但既然原理可通,相信得到最终产品可堪迅捷、并非难事,只是时间问题而已。“磁包线”是一种全新的线材,必定会有广泛用途,它也是本专利应用的制约条件,通过控制该型导线的生产和供应,也可以有效防范本专利被仿冒或侵权。   五、 应用方向   1、 以荧光灯作光源的室内照明系统的构建。对于学校、商场、超市、车间及办公室等集中使用荧光灯的场所,可以按本专利技术方案在一定区域范围内设置高频电源,实现高效节能照明系统。该区域范围可以是一个房间、一层楼、一幢楼、甚至可以是一个院落。对于改造项目,选取区域范围的标准应当是:工频与高频线路易于分离,性价比高;对于新建项目,则需要综合考虑线路成本和高频电源的单位容量成本,获取最高性价比。   2、 以高气压气体放电灯作光源的道路及广场照明系统的电子化、高频化。用于市政道路、高速公路、大型广场以及园林景观等方面的照明,可以把高频模块置于电源控制柜中,使脆弱器件远离灯头,也就远离了严酷环境,高频电源被直接送入灯头,只需一只高频电感和一只电容即可实现对灯芯的触发镇流,格外简洁和可靠,如此一来,摆脱工频铁芯电感的夙愿具有了现实可行性。   3、 简化发光半导体驱动电路,增强可靠性,延长寿命。LED因其超长寿命而被认为是实现免维护灯具的理想光源,但如果因为驱动电路的损坏、更换而导致对灯具的经常性维修,那么,“免维护”就名不副实。可见,驱动电路成为LED照明的寿命制约,因而,简化LED驱动电路,增强其可靠性,对于充分发挥LED灯芯的寿命潜力、实现真正的免维护灯具非常重要且意义重大。应用高频照明电源,在驱动电路中通过微小体积的高频变压器就可以方便实现降压,较之使用工频变压器或是高频开关器件斩波降压,都更有优势,即:低耗、简洁、可靠。当然可以考虑一种似乎很合理的方案:通过设置功率容量较大的电源变换装置将工频市电变换为低压直流供众多LED灯具直接接取和使用。但是, 5V或10V的低压直流因其电源线路功率容量较小对传输非常不利,如果不增大线径,就需要付出更多线路损耗、造成更大的线路压降,而增大线径则意味着传输代价的升高和线路利用率的降低。因而,5V或10V的低压直流并不适合作为LED灯具的集约式共享电源。   4、 实现专用高频照明电源的工作,可以由电力部门来进行。如同供水部门将饮用水、清洁用水及热水分管网供给一样,电力部门也需要针对不同用途提供相应的供电品种。照明用途的电力供应,是电力部门全部电力供应的重要组成部分,照明负载普遍存在、数量巨大,电力部门完全有必要向照明领域提供专门品种的电力供应。倘能如此,电力部门便可综合其设施、资金、技术、管理等方面的优势,造成照明领域的深刻变革,带来重大而深远的社会效益。   六、 意义和价值   1、 集约式高频电源可以使灯具驱动电路大幅瘦身,可靠性、寿命、成本、效率、电气性能指标等得到全面改善和同步优化,曾经的“残缺”、“带病”以及产品设计研发中的矛盾、困扰荡然无存,使真正高品质的节能照明成为现实。   2、 本专利的思想彻底摆脱了电子镇流器思维的束缚,从体系结构上为照明技术的进步及照明产品的品质跃升释放广阔空间。   3、 根据环境光状况以及照明要求,通过控制电源频率,易于实现控光和调光,使照明节能更加精细和彻底。   4、 减少因电子镇流器损坏废弃造成的电子垃圾,节约资源,保护环境。   5、 提供工频市电以外的高频电源选项,除照明用途外,还会有更多更广泛的用途,应用潜力空间巨大。   七、 受让对象   1、 品牌照明产品和服务提供商。   2、 供电/电力部门。   3、 专业电源产品和服务供应商。   4、 系统节能方案提供商/节能改造工程承揽商。   5、 新型/专用电缆线材生产供应商。
为了能简略介绍本专利的思想和内容,首先,提出几个问题,以作思考和讨论:   1、 荧光灯的电子镇流器已应用多年,这个由分立元件构成的简单电路,既要保证对灯管的驱动效率,又要压低电流谐波、抑制电磁辐射,还要考虑完备的保护功能,这个电路的器件及功能模块之间,关联性极强,牵一发而动全身,为了对其进行改进和完善,无数人倾注了大量的心思和智慧。今天,功能完备、性能优异的电路方案已经有了,但是,迫于“成本”的巨大压力,理想或完美的电路方案常被束之高阁,实用中的荧光灯电子镇流器实际上是分为许多层次的,品质参差不齐、价格悬差距大,绝大多数是“残缺”或“带病”的。想要在不增加成本或少量增加成本的前提下显著提高电子镇流器的品质,需要绞尽脑汁、费尽思量,即便如此,也常常会徒劳无功,犹如陷入一个“泥潭”,难于自拔。从电气工程师的角度试想一下,实用中的电子镇流器能令人“满意”甚或“得意”吗?提供这样的产品,其中包含了多少隐忧、不安与无奈?荧光灯电子镇流器的发展是否已面临“瓶颈”或“壁垒”?支撑电子镇流器产业繁荣泡沫的关键因素,是否正是对一些重要指标或参数的舍弃,正是它的“低质易耗”?如果追求技术上的理想和完备,过高的成本和复杂度是否仍能被容许和接受?   2、 高气压气体放电灯(高压钠灯和金卤灯等)是道路照明的主力军,由于工作环境严酷、恶劣,长期以来,只能使用铁芯电感作为镇流器,但很显然,这个电感偏高的无功损耗(功率因数偏低)和铁损发热(效率偏低)不能令人满意。于是,不少勇敢的工程师试图将钠灯镇流器电子化、高频化,以期取得类似荧光灯镇流器从铁芯电感过渡到高频电子的巨大飞跃和辉煌成就,然而,这也是一个深不可测的泥潭,悲壮的结果一再向这种可敬的尝试说“NO”。有什么方法,能让这一梦想成真,可以让钠灯和金卤灯摆脱硕大的铁芯工频电感,使高气压气体放电灯的镇流驱动电子化、高频化?   3、 发光半导体(LED)是照明领域的发展方向和希望所在,光源的理论寿命可达50年以上,理论光效可达200Lm/W以上,足以让其他任何电光源相形见拙、无地自容。但是,随着研究和试验的深入,越来越多的困难构成深重的困扰和羁绊,使发光半导体的前景扑朔迷离。灯芯的散热和驱动成为两个致命问题。试想一下,什么样的电路可以驱动LED50年?在工频市电条件下,何以高可靠地实现降压和变流,提供出LED所需的低压直流电源环境?   4、 如果照明领域和照明工程师们面对的不是工频市电电源,而是数十KHz的高频电源,灯芯连同驱动电路共同构成的灯具的实现是否会轻快、易然?前述三个问题的困惑是否豁然开朗、旦夕可解?如果是这样,何不将电源问题交给电力部门或是电源工程师去解决?而照明工程师只需搞好照明的事就OK了。   5、 工频市电电源非常适合电动机的需要,也非常适合白炽灯的工作,但却未必最适合现代节能照明灯具和照明技术。按着现代电气技术的能力,以任何一种形式的电源为基础,电源工程师都不难将其变换为其他任意形式、适合任何需要的专用电源,那么,何必钟情和痴迷于工频市电这一并不适合现代照明应用的电源?何不从“电源”这个“根”上寻求破解照明难题的方法和途径?   三、 发明内容   本发明正是要解决以上种种疑难和困惑,给出全新的思想,开辟全新的路径。其核心要旨是:在“工频市电电源—驱动电路—灯芯”这个体系结构中重新划定“照明电源”与“照明负载”的界线,而这条线就是高频电源,就是共享与集约的最大化,就是让照明回归本真,不再涉及电源问题,让灯具瘦身,不再包容电源装置,让电源成为真正的、专用的照明电源,解放照明灯具的实现,促进照明技术的发展。   本发明的目的是这样实现的,一种高效节能照明系统,它至少包括照明负载、一高频电源,其特征是:通过电源线路电连接于高频电源上的两个以上照明负载由该高频电源集中供电;所述高频电源的输出频率由该高频电源自身决定,为了输出高频形态电能,高频电源包括有电源变换装置,电源变换装置是电力电子电路,或是高频震荡电路;所述的电源线路是专用于传输高频形态电能的电源线路,或是通过频率过滤电路将高频电“加载”于工频线路上、使工频与高频两种形态电能“同线”传输的频率调制电源线路;所述的照明负载适合于高频电源环境,是单个灯具或是由多个灯具与不改变频率的电气装置共同构成的电路系统。   四、 实现方案   以现有技术为基础、实际应用本专利构建照明系统时,“高频电源”和“照明负载” 都易于实现,只有传输高频的“电源线路”,实现起来似有障碍和顾虑。因此,特别对“电源线路”的实现方案作以详细解说和启示。   高频电源线路存在两个问题:一是高频电流的“集肤效应”会使有效载流截面变小,二是高频辐射损耗。这两个问题也是应用本专利的制约或“瓶颈”。解决高频电源传输的传统方案是使用集束的微小线径漆包线,绝缘漆皮可阻断超过单根线径的高频感应环流,从而减弱“集肤效应”,但对辐射损耗作用甚微,因而并不彻底。在这里特别介绍一种“磁包线”方案,用于从根本上解决高频电传输问题,也为本专利的应用扫清障碍。   其结构特征是:在导线外周覆盖一层高频导磁材料,根据线路载流量的预设以及磁材料的导磁率,该导磁层应有一定厚度。该导磁层可以设置在导线与其外周的绝缘层之间,也可以包裹绝缘层、在绝缘层之外,还可以与绝缘层融为一体,掺入绝缘层,或是成为绝缘层的一个或多个夹层。如果将磁包线思想与集束漆包线的方案结合,还可以形成磁包集束线,其截面似蜂窝状,窝壁为磁层,蜂孔为导线。   磁包线能够彻底解决“集肤效应”和“辐射损耗”两个问题,其原理是:“集肤效应”产生的原因是高频电流在导线本体内部同时激发感应环流,该环流会冲抵导线轴心线附近的电流,而加大导线外周附近的电流;辐射损耗产生的原因是高频电流在导线外部附近的空间区域激发高频磁场,该高频磁场再向外激发高频电场,如此反复,从而以电磁辐射的形式将导线内传输的电能向外输出,形成损耗。“磁包线”方案中所设置的“导磁层”可以大幅减弱导线本体内部的高频磁场,从而减弱“集肤效应”,同时,可以阻隔导线外部空间电磁场的辐射,从而显著减弱甚至避免辐射损耗,因而是高频电能传输的理想载体。   现实的问题是,通用的电源线都是针对工频市电设计生产的,尚未有面向高频电能传输的专用线材,也即,磁包线尚需经历试验、研制、定型、量产的发展历程,但既然原理可通,相信得到最终产品可堪迅捷、并非难事,只是时间问题而已。“磁包线”是一种全新的线材,必定会有广泛用途,它也是本专利应用的制约条件,通过控制该型导线的生产和供应,也可以有效防范本专利被仿冒或侵权。   五、 应用方向   1、 以荧光灯作光源的室内照明系统的构建。对于学校、商场、超市、车间及办公室等集中使用荧光灯的场所,可以按本专利技术方案在一定区域范围内设置高频电源,实现高效节能照明系统。该区域范围可以是一个房间、一层楼、一幢楼、甚至可以是一个院落。对于改造项目,选取区域范围的标准应当是:工频与高频线路易于分离,性价比高;对于新建项目,则需要综合考虑线路成本和高频电源的单位容量成本,获取最高性价比。   2、 以高气压气体放电灯作光源的道路及广场照明系统的电子化、高频化。用于市政道路、高速公路、大型广场以及园林景观等方面的照明,可以把高频模块置于电源控制柜中,使脆弱器件远离灯头,也就远离了严酷环境,高频电源被直接送入灯头,只需一只高频电感和一只电容即可实现对灯芯的触发镇流,格外简洁和可靠,如此一来,摆脱工频铁芯电感的夙愿具有了现实可行性。   3、 简化发光半导体驱动电路,增强可靠性,延长寿命。LED因其超长寿命而被认为是实现免维护灯具的理想光源,但如果因为驱动电路的损坏、更换而导致对灯具的经常性维修,那么,“免维护”就名不副实。可见,驱动电路成为LED照明的寿命制约,因而,简化LED驱动电路,增强其可靠性,对于充分发挥LED灯芯的寿命潜力、实现真正的免维护灯具非常重要且意义重大。应用高频照明电源,在驱动电路中通过微小体积的高频变压器就可以方便实现降压,较之使用工频变压器或是高频开关器件斩波降压,都更有优势,即:低耗、简洁、可靠。当然可以考虑一种似乎很合理的方案:通过设置功率容量较大的电源变换装置将工频市电变换为低压直流供众多LED灯具直接接取和使用。但是, 5V或10V的低压直流因其电源线路功率容量较小对传输非常不利,如果不增大线径,就需要付出更多线路损耗、造成更大的线路压降,而增大线径则意味着传输代价的升高和线路利用率的降低。因而,5V或10V的低压直流并不适合作为LED灯具的集约式共享电源。   4、 实现专用高频照明电源的工作,可以由电力部门来进行。如同供水部门将饮用水、清洁用水及热水分管网供给一样,电力部门也需要针对不同用途提供相应的供电品种。照明用途的电力供应,是电力部门全部电力供应的重要组成部分,照明负载普遍存在、数量巨大,电力部门完全有必要向照明领域提供专门品种的电力供应。倘能如此,电力部门便可综合其设施、资金、技术、管理等方面的优势,造成照明领域的深刻变革,带来重大而深远的社会效益。   六、 意义和价值   1、 集约式高频电源可以使灯具驱动电路大幅瘦身,可靠性、寿命、成本、效率、电气性能指标等得到全面改善和同步优化,曾经的“残缺”、“带病”以及产品设计研发中的矛盾、困扰荡然无存,使真正高品质的节能照明成为现实。   2、 本专利的思想彻底摆脱了电子镇流器思维的束缚,从体系结构上为照明技术的进步及照明产品的品质跃升释放广阔空间。   3、 根据环境光状况以及照明要求,通过控制电源频率,易于实现控光和调光,使照明节能更加精细和彻底。   4、 减少因电子镇流器损坏废弃造成的电子垃圾,节约资源,保护环境。   5、 提供工频市电以外的高频电源选项,除照明用途外,还会有更多更广泛的用途,应用潜力空间巨大。   七、 受让对象   1、 品牌照明产品和服务提供商。   2、 供电/电力部门。   3、 专业电源产品和服务供应商。   4、 系统节能方案提供商/节能改造工程承揽商。   5、 新型/专用电缆线材生产供应商。

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