大功率高壓氣體放電燈的光強全自動無級調節系統的製作方法
2023-07-30 05:10:11
專利名稱：大功率高壓氣體放電燈的光強全自動無級調節系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及電光源的自動控制領域，尤其是能對大功率高壓氣體放電燈的發光強度進行全自動無級調控，調控後的光強值精確度高，光強穩定性強。
背景技術：
高壓氣體放電燈，英文縮寫HID (High intensity Discharge ),它通過燈管中的弧光放電，再結合燈管中填充的惰性氣體或金屬蒸氣產生很強的光線。目前有高壓鈉燈、高壓汞燈、氙氣燈、金屬滷化物燈等。高壓氣體放電燈發光強度高，燈體壽命長，能量轉換效率高，色溫性好，輻射光譜選擇性強，輸出恆定，安全可靠……因而廣泛應用於公路、機場、碼頭、船塢、車站、廣場、汽車等的大面積照明；也可用作電影放映、電影攝影、彩色照相製版、複印等方面的光源；在棉織物的顏色檢驗、藥物和塑料老化試驗、植物栽培、光化反應、太陽能等方面，可作模擬日光和人工老化的光源。高壓氣體放電燈的發光強度主要由燈體本身和配套的電源模塊決定。大部分電源模塊的功能是對大功率高壓氣體放電燈進行預燃觸發、弧光放電、待燈啟動後轉入穩定工 作狀態，維持燈的發光功率恆定。這種設計，光強參數會因為系統原因(如電源和燈的設計因素、燈的製造工藝差異等)而發生變化，而且不能實現人工調節。少數的設計可以人為調節光強，這種調節方式一般是通過信號檢測電路，測量電源模塊的輸出電壓、輸出電流或輸出功率(也稱為管電壓、管電流或管功率)，再將這些實時的測量值和調節電路的輸出值，通過反饋電路來影響電源模塊的輸出。這種控制方式能實現燈的發光強度可調，但由於高壓氣體放電燈的原理和製作工藝水平的局限，燈的個體差異、以及同一個燈老化前後的差異都比較大，在對光強值有精確要求的場合，用這種方式無法實現光強的調節和控制。
發明內容
為了能實現大功率高壓氣體放電燈定光強穩定輸出的功能，本發明提供了一種控制系統，該系統不僅能通過控制電壓無級調節大功率高壓氣體放電燈的光強，而且可以實現精確的定量調節。本發明的技術方案是該系統包括測量模塊，電源模塊，補償模塊和控制模塊，採用了可調節光強的電源模塊，利用測量模塊、補償模塊和控制模塊構成反饋系統，對光強的調節實現自動控制，整個系統對光強的控制精度不受系統中配件(比如燈)的更換而受影響，系統可自動實現準確光強的控制。其中，大功率高壓氣體放電燈的驅動電源、觸發器、電源控制電路和燈本身，組成了光強可調的電源模塊。為了實現光強值定量，利用光電傳感器、信號變送電路和光電隔離電路，組成了測量模塊。根據MCU設定的光強和測量模塊的輸出，控制模塊是實現光源的光強自動調節功能的核心。由於燈和電源本身，尤其是燈的一致性很難保證，而為了滿足批量生產過程中，控制系統精度的要求，系統還設置了一個補償模塊，用於預先進行控制範圍的粗調。測量模塊的輸出送入補償模塊進行補償後作為控制參數，然後利用控制模塊對電源模塊進行控制，進而控制大功率高壓氣體放電燈的光強，光強信號又經過測量模塊進行反饋。
本發明的優點在於該系統不僅能通過控制電壓無級調節大功率高壓氣體放電燈的光強，而且可以實現精確的定量調節。
圖I為本發明的結構框 圖中1測量模塊2補償模塊3控制模塊4電源模塊；
圖2為本發明的電源模塊的結構框 圖中5燈 6觸發器 7驅動電源 8電源控制電路；
圖3為本發明的測量模塊的結構框 圖中5燈9光電傳感器 10信號變送電路 11光電隔離電路；
圖4為本發明的補償模塊的結構框 圖中1測量模塊3控制模塊12補償信號輸入13補償信號處理 圖5為本發明的控制模塊的結構框 圖中2補償模塊4電源模塊14人機互動15MCU 16反饋控制電路；
圖6為本發明的信號轉換及流向框 圖中11光電流，光電流與光強成正比，比例係數由系統決定 Vl電壓1，電壓I與光電流成正比，比例係數由系統決定 V2電壓2，電壓2與電壓I成正比，比例係數可設定 V3輸出光強設定電壓3 V4光強控制電壓4
D輸出PWM信號的佔空比，PWM的頻率由系統決定，佔空比由光強控制電壓4決定 12電源電流，電源電流由PWM的頻率和佔空比決定。
具體實施例方式在光源的輸出端，放置光電傳感器，用以測量光源發出的光經過一定距離後在某點的光強，光電傳感器輸出的電流與該點的光強成正比，根據傳感器的特性參數，可通過該電流值準確表徵光強參數。通過信號變送測量電路，將光強參數以電壓的形式送入系統控制電路。為了補償大功率高壓氣體放電燈的批內差異和批間差異，利用補償信號處理電路，將表徵光強的電壓進行定比例降壓，以免後續進入運算放大電路輸入端的信號不在有效範圍內，而出現輸出失真，影響整個控制系統的工作。反饋控制電路利用運放的正反饋原理，將MCU設定光強和檢測到的實時光強作為運放輸入，將電源控制電壓作為運放輸出，整個系統作為反饋迴路，實現光強的自動調節過程。 電源控制電壓通過電源控制電路，輸出一定頻率和佔空比的PWM信號，PWM信號經過驅動電路，控制MOS管，利用MOS管和變壓器等實現大電壓、大電流的高壓氣體放電燈的 發光控制，在高壓氣體放電燈穩定發光期間，PWM的頻率由系統設定，佔空比由光強控制電壓4決定，通過改變PWM信號的佔空比來調節流過燈的電流大小，從而控制高壓氣體放電燈的發光光強。
權利要求
1.一種大功率高壓氣體放電燈的光強全自動無級調節系統，其特徵是該系統包括測量模塊、電源模塊、補償模塊和控制模塊，採用了可調節光強的電源模塊，利用測量模塊、補償模塊和控制模塊構成反饋系統，對光強的調節實現自動控制，整個系統對光強的控制精度不受系統中配件如燈的更換而受影響，系統可自動實現準確光強的控制。
2.根據權利要求I所述的大功率高壓氣體放電燈的光強全自動無級調節系統，其特徵是測量模塊的輸出送入補償模塊進行補償後作為控制參數，然後利用控制模塊對電源模塊進行控制，進而控制大功率高壓氣體放電燈的光強，光強信號又經過測量模塊進行反饋。
全文摘要
本發明公開一種大功率高壓氣體放電燈的光強全自動無級調節系統，該系統包括測量模塊，電源模塊，補償模塊和控制模塊，採用了可調節光強的電源模塊，利用測量模塊、補償模塊和控制模塊構成反饋系統，對光強的調節實現自動控制，整個系統對光強的控制精度不受系統中配件(比如燈)的更換而受影響，系統可自動實現準確光強的控制。本發明主要用於對大功率高壓氣體放電燈的輸出光強可調，且對光強值和光強穩定性有精確要求的場合。
文檔編號H05B41/36GK102869177SQ201210331050
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者易光斌, 楊湘傑 申請人:南昌大學