螢光燈兩線制調光控制裝置的製作方法
2023-06-19 22:44:11 2
專利名稱：螢光燈兩線制調光控制裝置的製作方法
技術領域：
螢光燈兩線制調光控制裝置
技術領域：
本實用新型專利涉及電子鎮流器螢光燈的調光控制技術，特別是 一種螢光燈兩線制調光控制裝置。背景技術：
目前，室內照明的光源中，白熾燈因發光效率低、耗電高、壽命 短而已逐漸被淘汰。隨著新穎材料，新型結構、新設計理論和製造工 藝的進展，螢光燈的綜合性能得到了大幅提升。以不斷發展的節能高 效技術優勢，螢光燈己成為當前主要的建築照明光源。
可調光螢光燈電子鎮流器具有明顯的節電效果，近年來得到了迅 速發展和應用。
螢光燈是一種低壓氣體放電燈，是負電阻性負載。因此，螢光燈 調光控制技術要比白熾燈調光複雜得多。螢光燈調光是通過調節燈管 電流來實現的。電子鎮流器調節燈電流的方法有調節鎮流器逆變電 路的直流總線電壓；調節電子鎮流器逆變電路開關的驅動電壓佔空 比；調節電子鎮流器逆變電路頻率等多種方式。
調光控制信號的傳送，有模擬方式和數字方式兩類。可以通過另 外鋪設信號線的辦法傳送調光信號，也可以利用電力供應線在向電子 鎮流器提供交流電源的同時，向鎮流器提供螢光燈亮度控制的控制信 號。這其中有通過電力線上疊加載波傳送控制信號的兩線制調光方
法，利用可控矽相控(斬波法)的兩線制調光方法等。
上述第二種調光法是目前廣泛使用的調光方法。它是通過控制可 控矽的導通角，將電網輸入電子鎮流器的正弦波電壓斬掉一部分，電
源電壓受雙向可控矽切角5之後的波形如圖2所示。電子鎮流器中 的檢測電路檢出不同的導通角量值，將電源電壓波形導通角的變化轉 換成低壓直流模擬量信號，進而改變鎮流器的工作頻率，達到控制燈 電流(即亮度)的目的。
圖1是常用的可控矽控制調光螢光燈電子鎮流器電路。這種控制 方式具有很寬的調光範圍，但由於在調光深度加大時最大電壓波形切 角可能接近180度，因此隨著調光深度的加大，鎮流器功率因數可 能降低到0.5以下，總,流諧波失真在30%以上。這種在電子鎮 流器輸入端非正弦波電壓輸入造成的總電流諧波失真將十分嚴重。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是為了克服傳統可控矽相控調 光方法在電子鎮流器工作期間，其輸入電壓波形始終保持有一定的較 大切角而帶來的總電流諧波失真大的缺陷，提供一種螢光燈兩線制調 光控制裝置。
本實用新型所涉及的螢光燈兩線制調光控制裝置由用戶調光控 制端以及電子鎮流器端通過單相交流電輸送線連接而成，用戶調光控 制端包括雙向可控矽電路，電子鎮流器端包括依次連接的橋式整流電 路、功率因數校正電路和逆變電路，其特徵是用戶調光控制端還包括 由第一微處理器構成的調光控制信號輸入電路，該調光控制信號輸入
電路的信號輸出端連接到阻抗切換電路的信號輸入端，阻抗切換電路 與雙向可控矽電路連接，並構成為雙向可控矽電路中移相電路的一部 分，微處理器供電電路連接交流電相線並供給第一微處理器工作電源 電壓，電子鎮流器端還包括波形轉換電路，該波形轉換電路的輸入端 連接橋式整流電路的輸出端，波形轉換電路的輸出端連接由第二微處 理器構成的波形識別和數/模轉換電路的輸入端，波形識別和數/模轉 換電路的輸出端連接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端 連接到逆變電路的調光控制信號輸入端，逆變電路輸出可變頻的高頻 工作電流驅動螢光燈。
木實用新型所述的螢光燈兩線制調光控制裝置僅在作調光控制
操作(一般小於10秒鐘)的短時間內有幾個到幾百個工頻的具有較大
切角(p的交流電電壓波形，通過電子鎮流器端波形轉換和識別後，第 二微處理器將控制信號轉換為相應的直流模擬調光控制信號電壓。而 在調光控制操作結束後的工作期間，單相交流電輸送線輸入到電子鎮
流器的電壓波形維持一個小於30度的初始切角e ，電壓波形如圖3
所示。大切角脈衝的數量與用戶的調光請求相對應，系統通過對帶大 切角(p的單相交流電電壓波形的識別，從而獲知用戶的調光請求，通 過波形處理後進一步得到螢光燈電子鎮流器中逆變器控制螢光燈亮
度所需的電信號。參見圖3。
由於本實用新型調光電子鎮流器工作時，單相交流電輸送線輸入 到電子鎮流器的電壓波形只作較小的初始切角，而僅在用戶進行調光 操作過程的短時間內，對單相交流電輸送線輸入到電子鎮流器的交流
電電壓波形正半周或負半周或正負半周才作固定大小的較大切角
cp(—般大於始切角e ，小於180° )處理，因此無論螢光燈調光深度
如何改變，鎮流器的功率閔數PF都能保持在0.95以上，總電流諧 波失真ATHD則保持為小於20 %，從而大大降低了鎮流器產生對電 網的電流諧波幹擾。
圖1為現有技術中調頻式可控矽螢光燈調光電路圖2為圖1調光電路中有切角的電子鎮流器輸入電壓波形圖3為本實用新型在用戶調光控制端發送的電源電壓波形信號
圖4為本實用新型螢光燈兩線制調光控制裝置的電路圖； 圖5為本實用新型螢光燈兩線制調光控制裝置的另一實施例電 路圖。
圖中各序號分別表示為 1-用戶調光控制端
3- 雙向可控矽電路
T-雙向可控矽 A2-雙向可控矽第二陽極 D-雙向觸發二極體 C-移相電容器
4- 阻抗切換電路 B-橋式整流器
2-電子鎮流器端
Al-雙向可控矽第一陽極
G-雙向可控矽控制極
R4-雙向觸發二極體限流電阻
a-橋式整流器B的輸入端c-橋式整流器B的另一輸入端 Ql-第一晶體極管
U-光電耦合器 D3-整流二極體
5- 徹處理器供電電路
R3-限流降壓電阻
D2-第二整流二極體
DZ-穩壓二極體
6- 調光控制信號輸人電路
MCU1-第一微處理器
SW1、 SWl…SWn-調光控制開關
7- 橋式整流電路
9- 逆變電路
10- 波形轉換電路 Zl-鉗位穩壓二極體 Q2-第二晶休極管 R5、 R6-分壓電阻
11- 波形識別和數/模轉換電路
MCU2-第二微處理器
12- 低通濾波電路
C4、 C5-低通濾波電容器 L-相線
Rl-固定電阻 R2-第一電晶體偏置電阻
D4-整流二極體
Dl-第一整流二極體 Cl、 C2-濾波電容器
13-用戶調光接口裝置
LED1、 LED2…LEDn-調光指示燈
8-功率因數校正電路
C3-濾波電容器 R7-輸出電阻
R8、 R9-低通濾波電阻 N-零線
Ll-單相交流電輸送線
R-可變移相電阻 Vac-交流輸入電壓
9 -初始切角 cp-大切角具體實施方式
參見圖4，本實用新型所述的螢光燈兩線制調光控制裝置由用戶 調光控制端1以及電子鎮流器端2通過單相交流電輸送線Ll連接而 成。
用戶調光控制端1中由第一微處理器MCU1構成調光控制信號輸 入電路6，該調光控制信號輸入電路6的信號輸出端連接阻抗切換電 路4,阻抗切換電路4中的電阻R1與雙向可控矽電路3連接，並構 成為雙向可控矽電路3中移相電路(由圖4中移相電容器C、固定移 相電阻R1、第一電晶體偏置電阻R2所構成)的一部分。第一微處理 器MCU1的通用輸入/輸出埠連接用戶調光接口裝置13(參見圖5)， 用戶調光接口裝置13可以是由控制開關SW1、 SWl…SWn以及相應的 調光指示燈LED1、 LED2…LEDn-調光指示燈所構成(參見圖4)，控制 開關當然也可以由其他相同功能的按鍵、旋鈕或者滑杆形式的開關或 者可變電阻器等電器元件所構成。第一微處理器MCU1的信號輸出端 連接阻抗切換電路4中的光電耦合器U輸入端。
用戶調光控制端1中的阻抗切換電路4由光電耦合器U、橋式整 流器B、第一電晶體Q1及其偏置電阻R2、固定電阻R1構成，光電耦 合器U輸出端的兩極分別連接第一電晶體Ql的基極和發射極，其集 電極與基極之間連接偏置電阻R2，集電極與發射極分別連接橋式整
流器B的輸出端，該橋式整流器B的輸入端分別連接雙向可控矽T的 第二陽極A2和固定電阻R1。
參見圖5，本實用新型中所述的阻抗切換電路4也可以由光電耦 合器U、整流二極體D3、 D4、第一電晶體Q1及其偏置電阻R2、固定 電阻Rl構成，光電耦合器U輸出端的兩極分別連接第一電晶體Ql的 基極和發射極，其集電極與基極之間連接偏置電阻R2，集電極與整 流二極體D4的負極相連接，發射極與整流二極體D3的正極相連接， 整流二極體D3、 D4，的另一端共同連接雙向可控矽T的第二陽極A2， 固定電阻Rl—端連接電容器C和雙向觸發二極體限流電阻R4的公共 端，另一端連接第一電晶體Ql發射極與整流二極體D3的公共端。
雙向可控矽電路3中雙向可控矽T通過第一陽極Al，第二陽極 A2串接在單向交流電輸送線L1 (相線)上，其控制極G經雙向觸發 二極體D及限流電阻R4，連接移相電路的輸出端，即移相電容器C 和阻抗切換電路4中固定電阻R1的公共點。
在用戶調光控制端1中微處理器供電電路5連接交流電輸送線 Ll (相線)，供給第一微處理器MCU1工作電源電壓。微處理器供電電 路5巾第一整流二極體Dl正極與第二整流二極體D2負極連接，並通 過降壓限流電阻R3後與雙向可控矽第二陽極A2相連接，第一整流二 極管Dl負極和第二整流二極體D2正極分別與兩串接的濾波電容器 Cl、 C2以及穩壓二極體DZ負極和正極相連接，兩串接的電容器C1、 C2公共點連接雙向可控矽的第一陽極Al，穩壓二極體DZ兩端連接第 一微處理器MCU1的工作電源輸入端，供給第一微處理器MCU1所需
之穩定的直流電壓。
本實用新型電子鎮流器端2包括依次連接的橋式整流電路7、功 率因數校正電路8和逆變電路9。
在電子鎮流器端2中還包含有波形轉換電路10。該波形轉換電 路10的輸入端連接橋式整流電路7的輸出端，波形轉換電路10的輸 出端連接由第二微處理器MCU2構成的波形識別和數/模轉換電路11 的輸入端，波形識別和數/模轉換電路11的輸出端連接低通濾波電路 12的輸入端，低通濾波電路12的輸出端連接到逆變電路9，逆變電 路9產生高頻電流驅動螢光燈。
如上所述的波形轉換電路為由分壓電阻R5、 R6、鉗位穩壓二極 管Z1、濾波電容器C3、第二電晶體Q2以及輸出電阻R7所構成的晶 體管開關電路。當然，波形轉換電路10不局限於上述電路構造，也 可以採用比較器等來構成波形轉換電路(圖中未列出)。
如上所述的低通濾波電路12為由低通濾波電阻R8、R9以及低通 濾波電容器C4、 C5所構成的二階低通濾波器。低通濾波器也可以是 其他形式的一階、二階或多階低通濾波電路。
以下簡要敘述本實用新型調光控制的工作原理以及過程(以圖4 實施例為例)
1、在用戶調光控制端1，在用戶作調光操作時，第一微處理器 MCU1接收用戶輸入的對應於不同調光要求的電平信號請求，並向阻 抗切換電路4中的光電耦合器U輸出相應的在一時間段內的高電平 直流信號。用戶輸入的對應於不同調光要求的電平信號請求可以通過
第一微處理器MCU1上的通用輸入/輸出埠輸入第一微處理器MCU1 中。上述時間段一般大於等於0.02秒，小於等於10秒。在這段時間 內，第一微處理器MCU1向阻抗切換電路4中光電耦合器U輸出持續 的高電平。至於持續時間可根據用戶的調光請求相應預先設置，例如， 0. 15秒對應用戶需要調到50%的亮度，0. 2秒對應用戶需要調到20 %的亮度等等。
2、 阻抗切換電路4通過上述高電平直流信號，使其連接的雙向 可控矽電路3中移相電路的阻抗發生變化。
具體地，光電耦合器U在收到第一微處理器MCU1發來的調光請 求的高電平信號後，使電晶體Ql截止，橋式整流器B的輸入端a 與另一輸入端c之間等於接入了電阻R2，電阻網絡等效總阻值為電 阻R1 +電阻R2。在一時間段後，第一微處理器MCU1輸出低電平，光 電耦合器U使電晶體Ql導通，此時橋式整流器B的輸入端a與另 一輸入端c之間阻值很小，電阻網絡的等效總電阻值變成Rl。
3、 雙向可控矽電路4根據移相電路的阻抗變化改變其導通角， 在所述的時間段內輸出交流電正負半周都具有大切角cp的電壓波形 信號(可參見圖3)。所述的具有大切角cp的電壓波形信號，其切角 (p大於初始切角9 ，小於180度。所述的初始切角e —般可以估女到 小於30度。
進一步地說，在本實施例中，當阻抗切換電路4中的等效總電阻 值變大時，觸發二極體D觸發延遲，雙向可控矽T開始導通的交流電 壓的相角增大，即交流電壓波形為具有大切角(p狀態。當阻抗切換
電路4中的等效總電阻值變小時，交流電壓波形恢復為初始切角e狀 態。
對應用戶不同的調光請求，第一微處理器MCU1向阻抗切換電路 4中的光電耦合器U輸出的高電平持續時間不同，所以阻抗切換電路 呈現大電阻的時間也不同，從而輸入到電子鎮流器的交流電輸送線 U (相線)上呈現的具有較大切角(p的電壓脈衝數量也不同，此電 壓脈衝的數量與用戶的調光請求相對應，例如5個大切角(p電壓脈 衝對應用戶需要向上調光，10個大切角(p電壓脈衝對應用戶需要向 下調光，15個大切角(p電壓脈衝對應用戶需要調到50%的亮度，20 個大切角cp電壓脈衝對應用戶需要調到20^的亮度，等等。
4、 上述具有大切角(p的電壓波形信號通過單相交流電輸送線Ll 傳輸至電子鎮流器端2的橋式整流電路7。
5、 電子鎮流器端2中的第二微處理器MCU2對單相交流電輸送線 Ll輸入到電了鎮流器的具有大切角<p的電壓波形進行檢測和處理， 給出與用戶調光請求相對應於的逆變電路調光控制信號電壓。
具休地，波形轉換電路10從整流電路7的輸出端接收整流後的
具有大切角(p的脈動直流電壓波形信號，並將該電壓波形信號轉換 成相應的脈衝方波信號輸出給第二微處理器MCU2 。
在本實施例中的波形轉換電路10上，當電壓波形無論有切角cp 或初始切角9時，第二電晶體Q2都截止，並輸出高電平。但是切角 愈大，第二電晶體Q2相對輸出持續高電平的時間就愈長，即脈衝寬 度就愈寬。第二微處理器MCU2對波形轉換電路10提供的信號進行檢測，具 體地，第二微處理器MCU2是對波形轉換電路10提供的信號中的脈衝 寬度與個數進行檢測。並根據檢測結果給出與用戶請求信號相對應的 脈衝寬度調製信號，經低通濾波電路12後向螢光燈逆變電路9提供 調光控制信號電壓。關於第二微處理器MCU2的檢測條件和輸出結果 及其它們之間的對應關係等都可以通過預先編制微處理器程序而達 到，這裡不再贅述。
6、用戶完成調光操作後，步驟(1)所述的時間段結束，單相交
流電輸送線輸入到電子鎮流器的電壓波形恢復為初始切角0狀態。
木實用新型中雙向可控矽T僅在用戶作調光操作時的短時間內 對電源電壓波形作數量有限的較大切角(p，從而大大降低了電子鎮流 器因電壓波形畸變對電網產生附加的電流諧波幹擾。
權利要求1、一種螢光燈兩線制調光控制裝置，由用戶調光控制端以及電子鎮流器端通過單相交流電輸送線連接而成，用戶調光控制端包括雙向可控矽電路，電子鎮流器端包括依次連接的橋式整流電路、功率因數校正電路和逆變電路，其特徵在於用戶調光控制端還包括由第一微處理器構成的調光控制信號輸入電路，該調光控制信號輸入電路的信號輸出端連接阻抗切換電路的信號輸入端，阻抗切換電路與雙向可控矽電路連接，並構成為雙向可控矽電路中移相電路的一部分，微處理器供電電路連接交流電相線並供給第一微處理器工作電壓，電子鎮流器端還包括波形轉換電路，該波形轉換電路的輸入端連接橋式整流電路的輸出端，波形轉換電路的輸出端連接由第二微處理器構成的波形識別和數/模轉換電路的輸入端，波形識別和數/模轉換電路的輸出端連接低通濾波電路的輸入端，低通濾波電路的輸出端連接逆變電路的調光控制信號輸入端，逆變電路輸出高頻電流驅動螢光燈。
2、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在於由第一微處理器構成的調光控制信號輸入電路中，第一微處理 器通用輸入/輸出埠連接調光控制裝置及相應的調光指示燈，第一 微處理器的信號輸出端連接阻抗切換電路中的光電耦合舉輸入端。
3、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在於阻抗切換電路由光電耦合器、橋式整流器、第一電晶體及其偏 置電阻、固定電阻構成，光電耦合器輸出端的兩極分別連接第一晶體 管的基極和發射極，其集電極與基極之間連接偏置電阻，集電極與發 射極分別連接橋式整流器的輸出端，該橋式整流器的輸入端分別連接 雙向可控矽的第二陽極和固定電阻。
4、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在於本實用新型中所述的阻抗切換電路還可以由光電耦合器、兩整 流二極體、第一電晶體及其偏置電阻、固定電阻構成，光電耦合器輸 出端的兩極分別連接第一電晶體的基極和發射極，其集電極與基極之 間連接偏置電阻，集電極與一整流二極體的負極相連接，發射極與另 一整流二極體的正極相連接，兩整流二極體的另一端共同連接雙向可 控矽的第二陽極，固定電阻一端連接電容器和雙向觸發二極體限流電 阻的公共端，另一端連接第一電晶體發射極與整流二極體的公共端。
5、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在於雙向可控矽電路中雙向可控矽通過第一、第二陽極串接在交流 電壓相線上，其控制極經雙向觸發二極體及其限流電阻後，接移相電 路的輸出端，即移相電容器和阻抗切換電路中固定電阻的公共點。
6、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在於微處理器供電電路中第一整流二極體正極與第二整流二極體負 極連接，並通過降壓限流電阻後與雙向可控矽第二陽極相連接，第一 整流二極體負極和第二整流二極體正極分別與兩串接的濾波電容器 以及穩壓二極體負極和正極相連接，兩串接的電容器公共點連接雙向 可控矽的第一陽極，穩壓二極體兩端連接第一微處理器的工作電源輸入端o
7、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在于波形轉換電路為由分壓電阻、濾波電容器、第二電晶體、輸出 電阻以及鉗位穩壓二極體所構成的電晶體開關電路。
8、 根據權利要求1所述的螢光燈兩線制調光控制裝置，其特徵 在于波形轉換電路也可以由比較器構成。
專利摘要一種螢光燈兩線制調光裝置，由用戶控制端及電子鎮流器端通過交流電線連接而成。用戶控制端包括調光控制信號輸入電路、阻抗切換電路以及雙向可控矽電路；電子鎮流器端包括依次連接的整流電路、功率因數校正電路和逆變電路，及波形轉換電路、波形識別和數/模轉換電路和低通濾波電路。本實用新型工作時用戶控制端微處理器接收用戶請求信號，使電路中阻抗變化，從而在一段時間內交流電線上形成大切角電壓波形信號，經電子鎮流器端波形轉換、信號檢測處理後給出調光控制信號。本實用新型僅在作調控操作的短時間內形成大切角電壓波形，而在其他時間僅維持較小初始切角，因此鎮流器功率因數能保持在0.95以上，總電流諧波失真則可改善為小於20％。
文檔編號H05B41/38GK201188713SQ20082005753
公開日2009年1月28日 申請日期2008年4月21日 優先權日2008年4月21日
發明者楊建文, 桂蔓村, 忠 陳 申請人:縱領電子(上海)有限公司