一種DALI調光控制系統的製作方法

2023-05-18 14:30:46

本實用新型涉及照明燈調光技術領域，尤其涉及一種DALI調光控制系統。

背景技術：

LED可調光照明燈應用於鎮流器具有明顯的節電效果，故在近幾年中得到了迅速發展和應用。照明燈是一種低壓氣體放電燈，是非電阻性負載。因此，照明燈調光控制技術要比白熾燈調光複雜得多。照明燈調光技術分模擬調光和數字調光兩種類型。對於緊湊型節能燈檯燈的調光，通常採用模擬技術。而對於用於家庭、辦公室、商場、車間等場所照明的調光照明燈，則採用數字調光方案。數字調光電子鎮流器，代表了該照明電器未來發展的方向。

照明燈調光通過調節燈管功率來實現。燈管功率調節又有兩種方法：一種是調節頻率改變鎮流器輸出級LC網絡的阻抗來調節燈電流，從而改變燈功率和燈亮度；另一種是通過凋節燈電流與燈電壓之間的相位，來調節燈功率。

現有調光控制系統只能通過調節一個鎮流器的輸出阻抗來調節一個照明燈，也就是說在集中使用數量很多的鎮流器的娛樂場所、工程大廈等地方，需要配置很多的調光控制系統，資源消耗很大。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本實用新型提出了一種DALI調光控制系統，該該系統具有整體、分組、點對點控制特點，DALI總線上可掛載64個節點電子鎮流模塊，實現了對多個電子鎮流模塊的有效調節和控制，解決了現有調光控制系統只能通過調節一個鎮流器的輸出阻抗來調節一個照明燈，資源消耗大的問題。

為了實現上述目的，本實用新型技術方案如下：

一種DALI調光控制系統，包括DALI調光模塊、若干電子鎮流模塊。DALI 調光模塊分別與各電子鎮流模塊相連接。各電子鎮流模塊分別與若干個燈管一一連接。電子鎮流模塊用於對燈管進行開關和調光控制。DALI調光模塊對電子鎮流模塊進行功率調節，進而調節燈管的亮度。

進一步地，DALI調光模塊包含DALI控制單元、DALI驅動單元、DALI總線。 DALI總線包含一驅動線、一控制線。驅動線連接DALI驅動單元與各電子鎮流模塊。控制線連接DALI控制單元與各電子鎮流模塊。DALI控制單元通過控制線對DALI驅動單元進行控制，DALI驅動單元根據DALI控制單元的控制信號通過驅動線對電子鎮流模塊進行功率調節，進而調節燈管的亮度。

進一步地，電子鎮流模塊包含橋式整流單元、升壓單元、鎮流控制單元、耦合隔離單元、輸出單元。市電依次通過橋式整流單元、升壓單元與輸出單元的第一輸入端相連接。耦合隔離單元通過鎮流控制單元與輸出單元的第二輸入端相連接。耦合隔離單元用於連接DALI調光模塊。鎮流控制單元用於與DALI調光模塊進行通信，並調節輸出單元的輸出功率。

進一步地，電子鎮流模塊還包含EMI濾波單元。市電通過EMI濾波單元與橋式整流單元相連接。

進一步地，升壓單元包含第一電感、方波產生單元、第一開關管、第一二極體、第一電容。橋式整流單元的輸出端經過第一電感與第一二極體的陽極相連接；第一二極體的陽極並且經過第一開關管接地；方波產生單元與第一開關管的控制信號輸入端相連接；第一二極體的陰極經過第一電容接地；第一二極體的陰極並且與輸出單元相連接。

進一步地，輸出單元包括電荷泵、第二電感、第二電容。升壓單元的輸出端與電荷泵的電源端相連接；電荷泵的輸出端通過第二電感與燈管相連接；鎮流控制單元的輸出端與電荷泵的控制信號輸入端相連接。第二電容與燈管相併聯。

進一步地，耦合隔離單元為光耦合器。

本實用新型的有益效果：

(1)該系統具有整體、分組、點對點控制特點，DALI總線上可掛載64個節點電子鎮流模塊，實現了對多個電子鎮流模塊的有效調節和控制；使用範圍廣泛，使用領域涉及娛樂場所、工程大廈、辦公區、橋梁等。

(2)該系統的電子鎮流模塊中的耦合隔離單元避免了DALI調光模塊與電子鎮流模塊之間的信號幹擾。

(3)該系統的電子鎮流模塊2採用數字調光，調光範圍為1％～100％，並具有完善的安全保護功能和高效率與高功率因數。

附圖說明

圖1為本實用新型的電路方框示意圖。

圖2為圖1中電子鎮流模塊2的電路原理示意圖。

圖3為圖2中鎮流控制單元24的電路原理示意圖。

圖4為圖3中耦合隔離單元25與第二晶片IC2的電路原理示意圖。

圖5為DALI調光模塊1與第二晶片IC2的信號時序圖。

其中，圖1至圖5的附圖標記為：DALI調光模塊1、電子鎮流模塊2、燈管 3；DALI控制單元11、DALI驅動單元12、DALI總線13；EMI濾波單元21、橋式整流單元22、升壓單元23、鎮流控制單元24、耦合隔離單元25、輸出單元26。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，進一步闡述本實用新型。

如圖1所示，一種DALI調光控制系統，包括DALI調光模塊1、若干電子鎮流模塊2。

DALI調光模塊1分別與各電子鎮流模塊2相連接。各電子鎮流模塊2分別與若干個燈管3(如圖2顯示)一一連接。電子鎮流模塊2用於對燈管3進行開關和調光控制。DALI調光模塊1根據接收的信號對電子鎮流模塊2進行功率調節，進而調節燈管3的亮度。

具體地，如圖1所示，DALI調光模塊1包含DALI控制單元11、DALI驅動單元12、DALI總線13。

DALI總線13包含一驅動線、一控制線。驅動線連接DALI驅動單元12與各電子鎮流模塊2。控制線連接DALI控制單元11與各電子鎮流模塊2。

DALI控制單元11對各電子鎮流模塊2實現分組控制、調光控制、場景設定等。每個電子鎮流模塊2都有一個唯一的地址標識。DALI控制單元11對哪個電子鎮流模塊2進行控制就根據唯一的地址標識選擇相應的電子鎮流模塊2，然後進行相應控制。DALI控制單元11通過控制線對DALI驅動單元進行控制，DALI 驅動單元12根據DALI控制單元11的控制信號通過驅動線對電子鎮流模塊2進行功率調節，進而調節燈管3的亮度。

具體地，如圖2所示，電子鎮流模塊2包含EMI濾波單元21、橋式整流單元 22、升壓單元23、鎮流控制單元24、耦合隔離單元25、輸出單元26。

交流市電依次通過EMI濾波單元21、橋式整流單元22、升壓單元23與輸出單元26的第一輸入端相連接。耦合隔離單元25通過鎮流控制單元24與輸出單元26的第二輸入端相連接。耦合隔離單元25用於連接DALI調光模塊1，並且對DALI調光模塊1與電子鎮流模塊2進行電氣隔離，防止二者相互幹擾。輸出單元26的輸出端與燈管3相連接。

EMI濾波單元21用於將電子鎮流模塊2與市電進行電氣隔離，防止市電系統中的雜波對電子鎮流模塊2造成幹擾，並防止電子鎮流模塊2產生的雜波進入市電系統中。橋式整流單元22對輸入的交流市電進行整流，產生直流電。升壓單元23用於為輸出單元26提供高壓。鎮流控制單元24用於與DALI調光模塊1 進行通信，並調節輸出單元26的輸出功率。

具體地，如圖2所示，升壓單元23包含第一電感、方波產生單元、第一開關管、第一二極體、第一電容。

橋式整流單元22的輸出端經過第一電感與第一二極體的陽極相連接；第一二極體的陽極並且經過第一開關管接地；方波產生單元與第一開關管的控制信號輸入端相連接；第一二極體的陰極經過第一電容接地；第一二極體的陰極並且與輸出單元26相連接。

當方波產生單元輸出脈衝為高電平時，第一開關管導通，此時，橋式整流單元22輸出的直流電壓Vin經過第一電感、第一開關管對地形成電感電流。到第一開關管關閉時，第一電感的電流達到最大值，第一電感存儲了能量。

當方波產生單元輸出脈衝為低電平時，第一開關管截止，橋式整流單元22 輸出的直流電壓Vin疊加上第一電感的感應電壓VL，經過第一二極體向第一電容充電，第一電感的能量釋放。由於方波產生單元產生的脈衝頻率較高，所以經過一定的時間，第一電容的電壓Vc＝Vin+VL-Vf；其中，Vf為二極體的整形壓降。所以第一電容的電壓Vc較Vin上升了VL的電壓。

具體地，如圖2所示，輸出單元26包括電荷泵、第二電感、第二電容。

升壓單元23的輸出端與電荷泵的電源端相連接；電荷泵的輸出端通過第二電感與燈管3的正極端相連接；燈管3的負極端與電荷泵的負極端相連接；鎮流控制單元24的輸出端與電荷泵的控制信號輸入端相連接。第二電容與燈管3相併聯。

鎮流控制單元24接收到DALI調光模塊1的調光信號，調整輸出的PWM信號，進而對調整電荷泵中存儲的能量進行調整，燈管3的亮度隨著電荷泵的能量做相應的調整。第二電容用於濾波，保證燈管3的亮度溫度調節。

具體地，如圖3所示，鎮流控制單元24包括第一晶片IC1、第二晶片IC2、第一電阻、第二電阻、第三電容。

第一晶片IC1用於驅動並調節輸出單元26的輸出功率。

第二晶片IC2用於與DALI調光模塊1進行通信。

第二晶片IC2的引腳18、引腳8分別為信號發送引腳TX、信號接收引腳RX，分別通過耦合隔離單元25與DALI調光模塊1相連接。在第二晶片IC2與第一晶片IC1之間的通信利用4個信號完成。其中，從第二晶片IC2引腳9發送到第一晶片IC1引腳4的信號用於調光，從第二晶片IC2引腳10發送到第一晶片 IC1引腳9的信號用於電子鎮流模塊2關閉或導通，在第二晶片IC2引腳11和引腳12上接收的信號用於故障檢測。第二晶片IC2控制第一晶片IC1的3個引腳：引腳4(DIM，控制燈亮度)、引腳9(SD，有源高電平使第一晶片IC1關閉) 和引腳7(FMIN，邏輯「0」使第一晶片IC1禁止)。

系統啟動後，第二晶片IC2對信號接收引腳RX輸入的數據進行檢查，如果接收到有效數據，並且地址與所在的電子鎮流模塊2的地址標識匹配，組群與確定組群成員匹配，或者數據是一種廣播命令，則被過濾和篩選。命令被分為標準和專用兩種類型。在經過濾和篩選後，DALI調光模塊1立即定向於適當的命令並執行。所有命令共分4類，即弧光功率控制命令、配置命令、查詢命令和專用命令。弧光功率控制命令通常用於照明系統，這類命令佔用信號被發送到第二晶片IC2，並經PWM脈寬調製調節光電平；配置命令用於對電子鎮流模塊2進行設置，其中包括最大和最小燈光門限、減弱時間和速率及現場電平等，並且數據通常被存儲在EEPROM區域中並被保持；查詢命令為從電子鎮流模塊2得到反饋而被利用，通過適當的查詢命令，可以獲得光衰減、燈管3、一般故障和功率等方面的信息；專用命令是唯一的，這類命令對地址不受影響，在DALI調光模塊 1上的所有電子鎮流模塊2都響應於一個專用命令。

第一晶片IC1引腳4(DIM)需要0.5～5V的模擬調光電壓，相應的燈管3功率電平為1％～100％。在O.5V的輸入上，燈管3電流相位移最大，燈管3功率最低，燈光最暗；在5V的輸入時，對應燈管3最小相位移和最大燈功率，燈管3輸出為「滿光」(100％)。第二晶片IC2引腳9輸出一個PWM信號，依次通過第一電阻、第二電阻的限流和第三電容的濾波轉換為模擬電壓，輸入到第一晶片IC1的引腳4(DIM)，提供256個不同電平的電壓，實現數字調光的需要。輸出電壓為對數而不是線性關係，在較低光電平上由於趨於線性，人的眼睛對於其更加敏感。最低燈功率和最大燈功率，可由第一晶片IC1引腳6(MIN)和引腳5(MAX) 上外部電阻設置。第一晶片IC1引腳16(HO)為輸出引腳，連接至輸出單元26，用於調節輸出單元26的輸出功率。

具體地，耦合隔離單元25為光耦合器。第二晶片IC2與DALI調光模塊1之間的連接通過該光耦合器實現。

如圖4所示，利用光耦合器將DALI調光模塊1兩線信號變為4路信號。這 4個信號分別是通信使能信號(ENABLE)、發射信號(TX-DALI)、接收信號 (RX-DALI)、接收-驅動信號(RECEIVE-DRIVE)。其中，發射信號和接收信號直接影響在DALI調光模塊1上的電平。利用通信使能信號和接收-驅動信號控制通信電路，可使電子鎮流模塊2獲得非常低的功率。在正常工作期間，第二晶片IC2 利用通信使能信號可使通信電路激活。當數據開始向電子鎮流模塊2發送時，通信使能信號電流低於100μA。為精確傳送數據，該電流是不足夠的。為使信號通過隔離有一個良好的傳送，維持接收-驅動信號，需將電流上升到0.5mA以上。為傳送所有數據，接收-驅動信號使能時間足夠長，爾後才截止，如圖5所示。該方法可以有效地減小功率與電流消耗。

為檢測輸入數據，第二晶片IC2內建比較器設置門限電平。該數據檢測門限被設置在第二晶片IC2的引腳l(RA2)上。為接收DALI調光模塊1上的高電平邏輯，在第二晶片IC2上將其轉換為5V的邏輯，並在DALI調光模塊1上轉換為高電壓邏輯電平。

燈管3觸發之後，第二晶片IC2引腳14(VDD)上的供電電流由輸出單元26 上的電荷泵提供。第二晶片IC2在正常工作期間，內部頻率為4MHz。當第一晶片IC1引腳9(SD)上的電壓VSD>2V時，半橋截止，電荷泵失能，第二晶片IC2 引腳14(VDD)上的電流由橋式整流單元22經高阻值電阻供給，第二晶片IC2進入睡眠模式，消耗非常小的電流。欲喚醒第二晶片IC2使其重新開始工作，需要供給足夠的電流。

本實用新型通過DALI調光模塊1具有整體、分組、點對點控制特點，DALI 總線上可掛載64個節點電子鎮流模塊，實現了對多個電子鎮流模塊2的有效調節和控制；使用範圍廣泛，使用領域涉及娛樂場所、工程大廈、辦公區、橋梁等。升壓單元23保證了燈管3開關和調光的可靠性。耦合隔離單元25避免了DALI 調光模塊1與電子鎮流模塊2之間的信號幹擾。電子鎮流模塊2採用數字調光，調光範圍為1％～100％，並具有完善的安全保護功能和高效率與高功率因數。

以上所述的僅是本實用新型的優選實施方式，本實用新型不限於以上實施例。可以理解，本領域技術人員在不脫離本實用新型的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其它改進和變化均應認為包含在本實用新型的保護範圍之內。