一種採用兩線式螢光燈數字調光控制方法和系統的製作方法

2023-05-18 14:36:16

專利名稱：一種採用兩線式螢光燈數字調光控制方法和系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燈的調光控制方法，尤其涉及一種採用兩線式的螢光燈數字調光 控制方法和系統。
背景技術：
螢光燈在工業及商業場合都有大量的應用，是目前在節能背景下重要的節能光 源。目前螢光燈的調光技術分成兩個類別，一種為四線式，例如DALI系統的調光，這個方式 可以進行尋址及精密的控制，但是需要用戶重新配控制線。另外一種是使用兩線式調光，例 如可控矽調光。申請號為ZL200680015814. 6的PCT專利提供一種控制方法，但是這種調光 控制方法在鎮流器正常工作的時候，由於使用了可控矽斬波電路，因此會導致持續較大的 電磁幹擾，並且由於在電壓波動的狀況下，相位角會波動而導致燈亮度的變化，其控制方法 都採用模擬量控制，因此不能採用尋址的方式進行控制，而且調控精度也受限。

發明內容
為了解決上述技術問題，本發明的目的之一是提供一種採用兩線式螢光燈數字 調光控制方法，包括由調光控制器1與調光鎮流器2構成的系統，以及一數字協議。該數字 協議由控制命令和/或數據組和/或給所控制的下級燈編址，達到通過不同的波形，組合出 一組控制信號和/或地址編碼，通過鎮流器本身的電源線直接輸送給鎮流器，用於控制下 級各燈的開、關和/或亮度。本發明的目的之二是提供一種採用上述方法的調光控制器1。利用可控矽或者 固態繼電器作為電源波形發生器，並將調光控制信號轉換成一組符合協議的命令和/或數 據組和/或地址編碼，通過電源線送到鎮流器。本發明的目的之三是提供一種採用上述方法的含有一解碼電路的調光鎮流器 2。該解碼電路，將信號解碼出來，產生控制調光的信號，通過調節該信號的頻率，達到調光 和/或開關燈的目的。一種採用兩線式的螢光燈數字調光控制方法，包括由調光控制器1和調光鎮流器 2構成的裝置，其步驟包括調光控制器1根據人機對話發出的指令，對交流信號的過零點進行檢測，產生零 點基準信號；同時，根據數據通訊協議產生控制指令；根據該控制指令，將交流電源正弦波中的一段轉換成包括零點基準信號在內的調 光控制數位訊號；將調光控制數位訊號通過電力線，傳輸到被控制螢光燈的調光鎮流器；調光鎮流器接收到零點基準信號開始，對該信號按協議規定的信號長度進行信號 檢測，並對該波形整形；將整形後的波形進行解碼，並根據數據協議執行相應的指令；
由此產生所對應指令的控制信號，由該信號轉換成一個電平信號，用來調整變頻 控制模塊頻率；根據變頻控制模塊的輸出頻率改變輸出功率，來控制螢光燈的亮度。一種調光控制器1，包括指令輸入模塊(12)用於人機對話的輸入裝置，使調光控制器1獲得一個控制指 令；過零檢測模塊(11)用於檢測電源正弦波的過零點，提供給邏輯控制模塊(12)， 使其獲得一個準確的零點基準信號，以便其產生邏輯控制信號；邏輯控制模塊(13)在獲得控制指令，並檢測到過零檢測模塊傳送來的零點基準 信號後，按照數據協議產生一組代表控制指令的邏輯信號，這組邏輯信號送到電力控制模 塊(14)；電力控制模塊(14)在獲得邏輯信號後，將該信號轉變成數字控制信號，通過電 力線輸送到調光鎮流器(2)。所述輸入裝置是由一個輸入鍵盤或者紅外線或者無線等遙控電路組成。所述邏輯信號是由可控矽或者固態繼電器，將電源正弦波截去部分波形，從而形 成兩種波形；一種為被斬去的波形，另一種是原正弦波形，分別代表0和1。一種調光鎮流器(2)，包括波形整形模塊(21)用於將數字控制信號的波形整形；解碼微處理器模塊(22)將整形出來的控制信號解碼，並根據數據協議執行相應 的指令；由此產生所對應指令的控制信號，由該信號轉換成一個電平信號，用來調整變頻控 制模塊頻率；整流濾波模塊(23)將交流電整流後，濾波成直流電，向變頻控制模塊(24)供 電；變頻控制模塊(24)輸出不同頻率的驅動信號，使功率模塊工作在不同的頻率狀 態，由此改變燈管的電流，從而使燈的亮度產生變化，即獲得調光的功能；功率輸出模塊(25)將直流電通過功率管逆變成較高頻率的交流電，並通過燈管 工作的LC振蕩迴路組成。所述控制信號為PWM信號。本發明通過這種方法，在發送完一組波形後，電源信號即回到原來的完整的正弦 波形，因此不會產生額外的電磁幹擾，並且由於傳輸使用數字量而非模擬量，從而電壓的波 動不會影響調光的性能。


附圖1 為本發明的調光控制器框圖。附圖2 為本發明的調光鎮流器框圖。附圖3 為本發明的一種數據較少的電力線電源波形圖。附圖4 為本發明的一種數據中等的電力線電源波形圖。附圖5 為本發明的一種數據較多的電力線電源波形圖。附圖6 為本發明的一過零型調光控制器電路圖。
附圖7 為本發明的一調光鎮流器的電路圖。附圖8 為本發明的一斬波型調光控制器的電路圖。
具體實施例方式根據本發明所設計的調光控制器參見附圖1，該調光控制器框圖的工作機理是 當指令輸入模塊(12):向調光控制器1發出一個控制指令時，邏輯控制模塊(13)工作。所 述指令輸入模塊(12)是由一個輸入鍵盤或者紅外線或者無線等遙控電路等輸入裝置組 成。上述方案中，調光控制器(1)的過零檢測模塊(11)通常使用常規的過零檢測電路產生 信號，當然也可以使用帶A/D轉換的微處理器，從而將邏輯控制模塊(13)和過零檢測模塊 (11)合併在一起。所述邏輯控制模塊(13)在接到控制指令後，產生一個包括零點基準信號 在內的邏輯控制信號，送到電力控制模塊(14)。所述邏輯控制信號根據本發明的不同設計要求，制定不同的數據協議而產生。如 在數據傳輸量不大的情況下，可以採用多個「半波」組成一個基本信號單位，經轉換，代表 「1」或「0」;反之，另一個基本信號單位，不轉換，代表「0」或「1」，例如以三個「半波」為一 個基本數據單位，如011和111，設011波形為低電平「0」，111波形為高電平「1」。邏輯控 制信號的數據長度由數據協議所確定，圖3所示的信號波形是由6個基本信號單位構成的 邏輯控制信號；圖4所示的信號波形是由8個基本信號單位構成的邏輯控制信號。在帶地址編碼的情況下，由於數據傳輸量相對較大，可以採用一個「半波」為一個 單位，這樣可以傳輸較大量的數據。電力控制模塊14是利用可控矽或固態繼電器作為信號發生器，將電源正弦波形 按照邏輯控制信號轉換成數字的調光控制信號，該調光控制信號同樣符合數據協議。所述 控制信號是通過電源線送到調光鎮流器2。使用這種數字協議，還可以給燈組賦予地址編 碼，達到使用一個調光控制器分別控制一組燈的目的，所謂一組燈是指由多盞燈的組合。根據本發明所設計的一種調光鎮流器，其邏輯框圖如附圖2所示。調光鎮流器2 的整形模塊21對接收到的調光控制信號的波形在每次過零點後，對該信號按協議規定的 信號長度進行信號檢測。也可以再獲得首個有效信號後，按照固定時間進行檢測。為降低 幹擾的影響，可以對一個數據位進行多次檢測，重複判斷數據的正確性。解碼微處理器模塊 22，將接收到的數位訊號解碼出來後，根據數據協議執行相應的指令。由此產生所對應指令 的控制信號，由該信號轉換成一個電平信號，用來調整變頻控制模塊24頻率。整流濾波模 塊23為變頻控制模塊提供直流工作電源，功率輸出模塊25根據變頻控制模塊23的輸出頻 率改變輸出功率，來控制螢光燈的亮度。上述方案中，對含有地址的信號，由於傳輸的數據量比較多，而我們使用的交流電 源的50Hz正弦波波形，耦合數據存在速度較慢的缺陷，可以採用一個調光鎮流器有雙地 址，即一個控制器後所帶的調光鎮流器含有獨立的地址，以便一個控制器控制不同的調光 鎮流器做不同的動作。數據協議中，還可對同一調光控制器所屬的全部調光鎮流器賦予一 個公共地址，當需執行相同指令的時候，只需傳輸一個數據，就可以控制所有鎮流器做相同 的動作。現通過下面不同的實施例並結合附圖，對本發明進行詳細描述。實施例一
本發明的一種調光控制器實施例之一，其設計要求是調光控制器具有開關和上 下調光功能。本設計的數據協議比較簡單，傳輸數據指令少，數據量也少。因此，本設計可以 通過下列控制方法來實現使用過零開關，取三個「半波」為一個基本數據單位；傳輸的數 據指令中不包含燈地址，即一個控制器之後的全部燈接收到這一指令後，執行完全同樣的 動作；該數據指令也不含有亮度賦值信息，只能進行向上或向下實現調光功能；即所有的 打開後，全部燈均處於高亮狀態，可以逐步調底；或全部燈均處於低亮狀態，可以逐步調高。實現上述功能的數據協議為以三個「半波」為一組基本數據單位，如011和111，設011波形為低電平「0」，111 波形為高電平「1」。有效位0出現後，每9個「半波」的波形，即三個基本數據單位為一個數據指令。確 切的說，以3個「011」或者「111」組合成數字指令代碼。例如Oil Oil 011整理成實際數據為000代表減少亮度32分之一。Oil Oil 111整理成實際數據為001代表增加亮度32分之一。以上控制方法的實施例可以採用如圖6所示的電路來實現，其工作原理是用市 電經過變壓器，轉換成50HZ交流低壓電源，作為控制器的工作電源；另外，還可以獲得交流 電源的過零點脈衝信號。其中，二極體隊、D2將過零低壓交流電整流成IOOHz半波交流電 源，經電阻R1, R2分壓後，產生一個更低的半波交流電壓。當半波交流電壓的波形由0向上 升到超過穩壓管Z1的電壓後，三極體Q1導通，將與微處理器U1的IOltl端相連的Q1集電極電 壓拉低到0 ；當半波交流電壓經分壓後，低於穩壓管Z1電壓時，三極體Q1不導通，微處理器 U1的IOltl的電位為高電平。因此，在每次過零的時候，都會在微處理器U1的IOltl端形成一 個過零脈衝信號。在微處理器U1接收到來自指令輸入模塊(鍵盤)的調亮指令後，MCU部 分先抓取過零信號點，在獲得過零信號點後，產生如附圖3的第一組波形所示的電壓信號。 附圖3第二組所示的波形採用固態繼電器U3對市電電源進行的整形，這組電源電壓信號是 經電源線傳遞到鎮流器。本實施例的鎮流器電路如附圖7所示，電源電壓在D1-D4的整流後，再通過Rc^R. R03的分壓，形成如附圖3的第三組所示波形的交流電壓。當U5通過IO1獲取到這組波形後， 其內部電路進行比較分析，根據數據協議獲得該波形的控制信號，提取信號將原來的IO2的 PWM信號進行脈寬調整，該PWM信號經Dc^RiRtl7和Ctl4組成的整流濾波網絡形成直流電平， 調整脈寬即調整直流電平的電壓，該電壓控制U7的dim腳進行頻率控制，從而改變鎮流器 的輸出功率。實施例二 一種帶亮度賦值數據的調光控制方法本是本發明的實施例之二，其設計要求是 控制器除具有開關和上下調光功能外，還具有通過數據指令，對鎮流器進行賦值，控制燈亮 度的功能。由於本實施例所需傳輸的數據指令包含賦值信息，因此數據相對較多。但適合 和外圍控制系統進行結合，數據量也相對較多。因此，本設計可以通過下列控制方法來實 現使用過零開關，取三個「半波」作為一個基本數據單位，傳輸的數據指令中，不包含燈地 址，即一個控制器之後的燈，在接收到數據指令時，執行完全相同的動作。另外，本發明的實 施例中的數據指令中，還包含有亮度賦值信息，即電燈打開後數據指令中，含有數據記憶功 能，能記憶之前的亮度數據。
實現上述功能的數據的協議為以三個「半波」為一個基本數據單位，如011和111，設011波形為低電平0，111
波形為高電平1。有效位「0」出現後，以24個「半波」作為一個數據指令；即，由8組011或者111
組成數字指令代碼。例如Oil Oil Oil Oil Oil 111 111 011 整理成實際數據為00000110。本發明的實施例之二的數據真值表為Oil Oil Oil xxxxx後面五位代表32分之一值。Oil Oil 111 111 Oil Oil 111 111 代表向上調 16 分之一值。Oil Oil 111 Oil Oil Oil 111 011 代表向下調 16 分之一值。Oil Oil 111 111 111 111 111 111 代表向上調 32 分之一值。Oil Oil 111 Oil 111 111 111 011 代表向下調 32 分之一值。例如用011 011 011 111 111 111 011 011 整理成實際數據為00011100，代表燈數 據為27個等級用011 011 111 111 111 111 111 011 整理成實際數據為00111110，代表燈向
下調整1。用Oil Oil 111 111 111 111 111 111 整理成實際數據為00111111，代表燈向
上調整1。以上控制方法的實施例也可以採用如附圖6所示的電路實現，其工作原理是電 源經過變壓器，轉換成低壓50HZ交流信號，一方面給控制器供電，另外一方面可以獲得交 流電源的正弦波的過零點，其中，Dp D2將低壓正弦波整流成IOOHz交流半波信號，經電阻 R1、R2分壓後，產生一個電壓更低的交流信號，當電壓由0向上升到超過穩壓管Z1的電壓後， 三極體Q1導通，將與IOltl相連的Q1集電極電壓拉低到0，當正弦波的電壓經分壓後低於Z1 電壓是，三極體Q1不導通，IO10的電位為高電平。因此，在每次過零的時候，IO10都會形成一 個過零脈衝。 在微處理器Ul接收到來自鍵盤或者遙控等系統的指令後，MCU部分在獲得過零信 號點後，產生如附圖4所示的第一組波形。這組波形經控制模塊14的固態繼電器U3，對電 壓信號進行整形，如附圖4的第二組波形。如附圖7所示鎮流器在接收到電壓信號後，經D1-D4的整流，和電阻Rtll, Rtl2, Rtl3的分 壓，形成一個如附圖4的第三組的信號波形。U5通過IO1獲取到這組波形後，內部進行比較 分析獲得波形的信號，提取信號將原來的IO2的PWM信號進行脈寬調整，該PWM信號經Dtl2， Rci6Rtl7和Ctl4組成的整流濾波網絡形成直流電平，調整脈寬即調整直流電平的電壓，該電壓控 制U7的dim腳進行頻率控制，從而改變鎮流器的輸出功率。實施例三一種帶亮度賦值數據和地址代碼的調光控制方法是本發明的實施例之三。其設計 要求控制器除具有開關和上下調光功能外，數據指令中還增加了對鎮流器的亮度進行賦 值的信息，並且對燈進行地址賦值。該數據指令相對較多，適合與外圍控制系統進行結合， 並且可以對單燈進行控制，從而可以獲得精確控制動作。因此，本設計可以通過下列控制方法來實現使用可控矽斬波開關，取一個半波為一個基本單位(數據位)，傳輸的數據中包 含燈地址，即一個控制器後不同的燈，在接收到指令後，先要進行地址判斷，如果地址正確 才進行相應的操作。實現上述功能的數據的協議為以一半波組成數據基本單位，有斬波為0和無斬波為1。有效位0出現後，每12個 波形為一組數據。本發明的實施例之三的數據真值表為000 xxxxx dddd其中xxxxx五位代表亮度值，分為32等分，dddd為地址從 0000-1110 共 15 個。OOllOOlldddd代表向上調16分之一值，dddd為地址從0000-1110共15個。00100010dddd代表向下調16分之一值，dddd為地址從0000-1110共15個。OOlllllldddd代表向上調32分之一值，dddd為地址從0000-1110共15個。OOlOlllldddd代表向下調32分之一值，dddd為地址從0000-1110共15個。其中dddd地址為1111時，為該控制器後的公共地址。對該系統後所有燈有效。例如000111000001代表0001號燈數據為27個等級。數據001111100001代表0001燈向下調整1。數據001111111111代表該控制器後所有燈向上調整1。以上的控制方法的實施方式可通過如附圖9所示的電路實現，其工作原理是電 源經過變壓器，轉換成低壓50HZ交流信號，一方面給控制器供電，另外一方面可以獲得交 流信號的過零點。其中，D1, D2將過零低壓信號整流成100Hz交流半波信號，經電阻札、R2 分壓後，產生一個電壓更低的交流信號。當電壓由0向上升到超過穩壓管Z1的電壓後，三 極管Q1導通，將與IOltl相連的Q1集電極電壓拉低到0，當正弦波的電壓經分壓後低於Z1電 壓是，三極體Q1不導通，IO10的電位為高電平，因此在每次過零的時候都會在IOltl形成一個 過零脈衝。在微處理器Ul接收到來自鍵盤或者遙控等系統的指令後，MCU部分先抓取過零 信號點，在獲得過零信號點後，產生一組波形如附圖七第一組波形所示。這組波形控制可 控矽QQ3，對電源進行整形如附圖七第二組波形，這組電源電壓信號經電力線傳遞到鎮流器 後，鎮流器如附圖七所示，電源電壓在D1-D4的整流後再通過Rtll，R02, R03分壓形成一個帶信 號波形如附圖7的第三組波形所示，U5通過IO1獲取到這組波形後，內部進行比較分析獲得 波形的信號，提取信號將原來的IO2的PWM信號進行脈寬調整，該PWM信號經D. R06, R07和 Ctl4組成的整流濾波網絡形成直流電平，調整脈寬即調整直流電平的電壓，該電壓控制U7的 dim腳進行頻率控制，從而改變鎮流器的輸出功率。
權利要求
一種採用兩線式的螢光燈數字調光控制方法，包括由調光控制器1和調光鎮流器2構成的裝置，其步驟包括調光控制器1根據人機對話發出的指令，對交流信號的過零點進行檢測，產生零點基準信號；同時，根據數據通訊協議產生控制指令；根據該控制指令，將交流電源正弦波中的一段轉換成包括零點基準信號在內的調光控制數位訊號；將調光控制數位訊號通過電力線，傳輸到被控制螢光燈的調光鎮流器；調光鎮流器接收到零點基準信號開始，對該信號按協議規定的信號長度進行信號檢測，並對該波形整形；將整形後的波形進行解碼，並根據數據協議執行相應的指令；由此產生所對應指令的控制信號，由該信號轉換成一個電平信號，用來調整變頻控制模塊頻率；根據變頻控制模塊的輸出頻率改變輸出功率，來控制螢光燈的亮度。
2.一種調光控制器1，包括指令輸入模塊(12)用於人機對話的輸入裝置，使調光控制器1獲得一個控制指令； 過零檢測模塊(11)用於檢測電源正弦波的過零點，提供給邏輯控制模塊(12)，使其 獲得一個準確的零點基準信號，以便其產生邏輯控制信號；邏輯控制模塊(13)在獲得控制指令，並檢測到過零檢測模塊傳送來的零點基準信 號後，按照數據協議產生一組代表控制指令的邏輯信號，這組邏輯信號送到電力控制模塊 (14)；電力控制模塊(14)在獲得邏輯信號後，將該信號轉變成數字控制信號，通過電力線 輸送到調光鎮流器(2)。
3.根據權利要求1所述的一種調光控制器(1)，其特徵在於所述輸入裝置是由一個輸 入鍵盤或者紅外線或者無線等遙控電路組成。
4.根據權利要求1所述的一種調光控制器(1)，其特徵在於所述邏輯信號是由可控矽 或者固態繼電器，將電源正弦波截去部分波形，從而形成兩種波形；一種為被斬去的波形， 另一種是原正弦波形，分別代表0和1。
5.一種調光鎮流器(2)，包括波形整形模塊(21)用於將數字控制信號的波形整形；解碼微處理器模塊(22)將整形出來的控制信號解碼，並根據數據協議執行相應的指 令；由此產生所對應指令的控制信號，由該信號轉換成一個電平信號，用來調整變頻控制模 塊頻率；整流濾波模塊(23)將交流電整流後，濾波成直流電，向變頻控制模塊(24)供電； 變頻控制模塊(24)輸出不同頻率的驅動信號，使功率模塊工作在不同的頻率狀態， 由此改變燈管的電流，從而使燈的亮度產生變化，即獲得調光的功能；功率輸出模塊(25)將直流電通過功率管逆變成較高頻率的交流電，並通過燈管工作 的LC振蕩迴路組成。
6.根據權利要求1所述的一種調光控制器(1)，其特徵在於所述控制信號為PWM信號。
全文摘要
本發明涉及一種燈的調光控制方法，尤其涉及一種採用兩線式的螢光燈數字調光控制方法和系統。主要是利用電力線來進行燈的控制。本發明是這樣實現的，一種採用兩線式螢光燈數字調光控制方法，包括由調光控制器1與調光鎮流器2構成的系統，以及一數字協議。該數字協議由控制命令和/或數據組和/或給所控制的下級燈編址，達到通過不同的波形，組合出一組控制信號和/或地址編碼，通過鎮流器本身的電源線直接輸送給鎮流器，用於控制下級各燈的開、關和/或亮度。本發明通過這種方法，在發送完一組波形後，電源信號即回到原來的完整的正弦波形，因此不會產生額外的電磁幹擾，並且由於傳輸使用數字量而非模擬量，從而電壓的波動不會影響調光的性能。
文檔編號H05B41/38GK101977478SQ20101051229
公開日2011年2月16日 申請日期2010年10月19日 優先權日2010年10月19日
發明者曹磊 申請人:傲璽微電子(上海)有限公司