定功率限制器及照明燈具的製作方法

2023-07-13 02:37:51 2

專利名稱：定功率限制器及照明燈具的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及節能裝置，特別涉及一種定功率限制器及安裝有該定功 率限制器的燈具。
背景技術：
由於能源的缺乏，節能環保、杜絕浪費已成為全球共同關注的問題。例 如，美國對於照明燈具的功率就有明確的限制。而在我國，節能增效、降低 成本、提高資源利用效率，對全面建設和諧社會，實現國民經濟持續、快速、 健康發展具有重要意義。
因此，有必要設計一種功率限制器，把功率限制器裝在燈具裡面，如果 負載的功率超過了規定的功率，則控制器會自動調節，將負載的功率控制在 規定的範圍內。

實用新型內容
本實用新型要解決的技術問題在於提供一種定功率限制器，用於將用電 設備或電器的負載功率限制在規定的範圍內。
本實用新型要解決的另一個技術問題在於提供一種照明燈具，其中安裝 有定功率限制器，當燈泡的功率超過設定值時，其中的控制電路會自動調節， 將燈泡的功率控制在設定的範圍內。
本實用新型解決上述技術問題的技術方案為，提供一種定功率限制器， 包括控制電路及其電源電路，所述控制電路包括
用於檢測電源電壓的電壓檢測電路；
用於檢測負載電流的電流檢測電路；
用於檢測交流電過零點的過零檢測電路；
負載驅動電路；
微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給負載的交流 電的功率。
在本實用新型所述的定功率限制器中，還包括與所述微控制單元輸出端 口相連、用於當所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負載的旁路電路。
在本實用新型所述的定功率限制器中，所述負載驅動電路包括串聯在負 載供電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出埠相連的可控矽，其中 所述控制供給負載的交流電功率包括控制可控矽的導通角。
在本實用新型所述的定功率限制器中，所述旁路電路包括繼電器及其開 關控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串接在負載供電 線路中，所述開關電路接收所述微控制單元輸出的控制信號並控制繼電器的 吸合及釋放。
在本實用新型所述的定功率限制器中，，所述繼電器的常閉觸點與交流電 輸入端的相線相連，動觸點與負載的供電輸入端相連。
在本實用新型所述的定功率限制器中，所述電源電路採用RC降壓電路， 所述電源電路有兩組負載繼電器和Vcc，且繼電器的供電和Vcc是串連關係。
根據本實用新型的另一面，提供一種照明燈具，包括燈泡及與燈泡供電 線路相連的定功率限制器，所述定功率限制器包括控制電路及其電源電路，所 述控制電路包括
用於檢測電源電壓的電壓檢測電路；
用於檢測負載電流的電流檢測電路；
用於檢測交流電過零點的過零檢測電路；
負載驅動電路；
微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給燈泡的交流 電的功率。
在本實用新型所述的照明燈具中，還包括與所述微控制單元輸出埠相 連、用於當所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負載的旁路電路。
在本實用新型所述的照明燈具中，所述負載驅動電路包括串聯在負載供 電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出埠相連的可控矽，其中所述 控制供給負載的交流電功率包括控制可控矽的導通角。
在本實用新型所述的照明燈具中，所述旁路電路包括繼電器及其開關控
制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串接在負載供電線路 中，所述開關電路接收所述微控制單元輸出的控制信號並控制繼電器的吸合 及釋放。
本實用新型的有益效果在於能夠將用電設備或電器的負載功率限制在
預先設定的範圍內，能夠有效地節約電能，避免電網超載及能源的浪費。並 且旁路電路的設計使得當定功率限制器出現故障時，用電設備或電器能照常 得到供電，不影響用電設備或電器的正常工作。


圖1為本實用新型定功率限制器的組成框圖2為根據本實用新型一實施例的定功率限制器的電路原理圖3A為圖2所示定功率限制器中電源電路的原理圖3B圖3A所示電源電路在電源負半周繼電器吸合時電流流向示意圖3C圖3A所示電源電路在電源負半周繼電器不吸合時電流流向示意圖3D圖3A所示電源電路在電源正半周時電流流向示意圖4A為圖2所示定功率限制器中電壓檢測電路的原理圖4B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中電壓檢測電路的原理
圖5A為圖2所示定功率限制器中電流檢測電路的原理圖5B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中電流檢測電路的原理
圖6A為圖2所示定功率限制器中過零檢測電路的原理圖； 圖6B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中過零檢測電路的原理
圖7為圖2所示定功率限制器中繼電器驅動電路的原理圖8A為圖2所示定功率限制器中可控矽驅動電路的原理圖8B為根據本實用新型定功率限制器一實施例可控矽驅動電路的原理圖。
具體實施方式
圖1為本實用新型定功率限制器的組成框圖。如圖1所示，在本實用新 型的構思中，定功率限制器包括控制電路及為該控制電路供電的電源電路。 其中，控制電路包括用於檢測電源電壓的電壓檢測電路、用於檢測負載電 流的電流檢測電路、用於檢測交流電過零點的過零檢測電路、負載驅動電路 及微控制單元(MCU)，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測 電路的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給負載的 交流電的功率。本實用新型的定功率限制器還包括一個旁路電路，其與所述 微控制單元輸出埠相連，用於當所述控制電路故障時直接將交流電旁路給 負載。這種情況下，當定功率限制器的控制電路中的任何部件，如電壓檢測 電路、電流檢測電路、過零檢測電路、負載驅動電路、微控制單元中的一個 或多個失效不能工作的時候，旁路電路不會受到影響，會自動切換過去，使 得用電設備或電器能正常工作，但功率限制的功能就失效了。作為一種選擇， 也可以不採用該旁路電路。當然，這種情況下，如果功率限制器出現故障， 用電設備或電器的供電將被斷開，使其無法正常工作。
圖2為根據本實用新型一實施例的定功率限制器的電路原理圖。在該實 施例中，旁路電路包括繼電器RY1及其開關控制電路，該開關控制電路包括 三極體TR1和TR2。負載驅動電路包括串聯在負載供電線路中、其控制極與所 述微控制單元U1的輸出埠相連的可控矽。工作原理是，微控制單元(MCU) 通過檢測電源電壓和負載電流的方式，計算出現有負載的功率，然後通過調 整可控矽的導通角的方式來控制負載的功率，達到功率限制的目的。
當負載功率小於或等於設定的功率時，可控矽全開；當負載功率大於設 定的功率時，減小可控矽的導通角，從而使流過負載的平均電流減小，根據 PWI，功率也相應變小。 一邊減小導通角， 一邊檢測反饋回來的電流信號，當 負載的功率達到設定值時，保持當前的導通角不變，從而使負載的功率達到 穩定的設定值。本實用新型的定功率限制器設計了一個繼電器作為旁路電路， 使用繼電器的常閉觸點。正常情況下，繼電器是吸合的，即常閉觸點是斷開 的，旁路電路是沒有起作用的，當控制器不能正常工作的時候，繼電器釋放， 常閉觸點閉合，負載電流通過常閉觸點完成迴路，保證燈泡正常供電。
以下對圖2所示實施例中的電源電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、 過零檢測電路、繼電器驅動電路、可控矽驅動電路分別進行說明。
圖3A為圖2所示定功率限制器中電源電路的原理圖。電源採用RC降壓 電路，對於電源電路而言，電路中有兩組負載繼電器和Vcc，在這個電路中 繼電器的供電和Vcc是串連關係，這樣做的好處是可以減小降壓電容的容量。 由於RC降壓電路是一個恆流源，當部分或全部負載沒有工作的時候，電流將 通過穩壓管流走，所以電容容量越大，靜態功耗就越大。假設繼電器需要的 電流為L， Vcc後端需要的電流為12， 12〉 L,降壓電容能提供的電流是I。，， 那麼我們在選擇降壓電容C1的容量的時候，只要考慮I。》12就滿足了，而不 是I。》(12 + L )。從而減小電容的體積和成本，並降低功耗。
當繼電器需要吸合的時候，三極體TR1導通，電流流過繼電器RY1的線 圈；當繼電器不需要吸合的時候，三極體TR1截止，繼電器RY1的線圈中沒 有電流流過，電流經過ZD1穩壓二極體形成迴路。
圖3B圖3A所示電源電路在電源負半周繼電器吸合時電流流向示意圖； 圖3C圖3A所示電源電路在電源負半周繼電器不吸合時電流流向示意圖；圖 3D圖3A所示電源電路在電源正半周時電流流向示意圖。
圖4A為圖2所示定功率限制器中電壓檢測電路的原理圖。由於RC降壓 電路是非隔離的，所以這裡可以直接從交流電用電阻分壓後直接將電壓信號 送到MCU的A/D 口， MCU根據信號的幅度判斷市電電壓值。二極體D5用於鉗 位，保證MCU A/D埠的信號在安全範圍內，不會損壞MCU。
圖5A為圖2所示定功率限制器中電流檢測電路的原理圖。在本實用新型 的定功率限制器中，J1，J2，J3是康銅絲，康銅絲的阻值大小可以通過改變長 度和直徑來選擇。可控矽SCR1導通後，交流電流通過燈泡、可控矽、Jl、 J2、 J3到達交流電源的另一端。康銅絲串連在負載供電線路中，其本身的電阻在 電路中能起到分壓的作用。在康銅絲上的壓降隨著電流的變化而變化，這個 以市電頻率變化的電壓信號通過C16電容耦合後，送到MCU的A/D口進行檢 測，MCU可以根據信號的幅度判斷流過負載的電流。電阻R26、 R27的作用是 將C16耦合過來的信號的基準點穩定。
圖6A為圖2所示定功率限制器中過零檢測電路的原理圖。採用電阻降壓， 三極體整形的過零檢測電路。
圖7為圖2所示定功率限制器中繼電器驅動電路的原理圖。
在電源的負半周，需要開啟繼電器時，控制端I/O 口有脈衝信號輸出， 經過C14， R17耦合到了TR2三極體的基極，三極體TR2在脈衝的負半周期間 導通，電流從TR2的發射極流經集電極，經過電阻R20向電容C2充電，同時 經過R12向TR1基極供電，使三極體TR1導通，繼電器RY1的線圈有電流流 過，繼電器吸合，同時對C11進行充電。在脈衝的正半周時，電容C14通過 Dl 二極體放電，三極體TR2截止。電容C2通過電阻R12向TR1三極體基極供 電，維持TR1導通、繼電器吸合。電阻R2是上拉電阻，保證在沒有控制信號 的時候，三極體TR2的基極處於高電平狀態，即三極體截止狀態。
電源的正半周，電流如圖D所示。電源電流直接經D2 二極體流到另一端， 沒有流經後面的負載。C11通過繼電器RY1、三極體TR1放電，維持繼電器吸合。
不需要吸合繼電器時，控制端沒有脈衝信號輸出，三極體TR2、 TR1截止。 正常使用的時候MCU就會發出信號使繼電器吸合，當MCU出現故障的時候信 號就消失，繼電器就自動彈開。
圖8A為圖2所示定功率限制器中可控矽驅動電路的原理圖。本實施例中 採用MCU的1/0埠直接驅動可控矽的方式。不觸發可控矽時，I/O 口位高電 平，需要觸發可控矽時，1/0口輸出低電平脈衝。MCU採得電壓信號和電流信
號後進行計算，然後通過調整可控矽的導通時間來實現對負載功率控制的目 的。
本領域技術人員知曉，本實用新型的定功率限制器中的電壓檢測電路、 電流檢測電路、過零檢測電路、負載驅動電路、旁路電路還可以其它方式實
現。例如，圖4B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中電壓檢測電路的 原理圖。其工作原理R3、 R14、 R24構成分壓電路，電源的正半周時，二極 管D6正嚮導通的，Cl充電，Cl上的電壓隨著電源電壓的變化而變化，這樣 MCU可以直接讀取C1兩端的電壓值來判斷電源電壓。R25作為電容C1的放電 電阻。
圖5B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中電流檢測電路的原理 圖。其工作原理TR1是電流互感器，負載電流流經TR1的初級，在TR1的次 級產生感應電動勢，經D1整流後向Cl充電，Cl上的電壓和負載電流成正比， MCU讀取C1上的電壓值來判斷負載電流。R26作為電容C1的放電電阻。
圖6B為根據本實用新型定功率限制器一實施例中過零檢測電路的原理 圖。其工作原理採用電阻分壓後直接接到MCU過零檢測埠的方式，這種 過零檢測電路的優點是成本低，缺點是波形沒有圖6A所示過零檢測電路的標 準，容易受到幹擾。
圖8B為根據本實用新型定功率限制器一實施例可控矽驅動電路的原理 圖。其工作原理I/O 口的控制信號通過Q1反向後再觸發可控矽，當I/0口 的驅動能力不足的時候，需要採用這種電路。
還需說明的是，使用可控矽後，由於正弦波被切割、波形遭受破壞，會 給電網帶來幹擾等問題。這種情況下可增加一些抑制幹擾的線路，如在圖2 所示本實用新型定功率限制器實施例的電路原理圖上可控矽的後面增加一個 電感。當然，也可以採用本領域常用的其它技術手段來解決該幹擾問題。
權利要求1、一種定功率限制器，包括控制電路及其電源電路，其特徵在於，所述控制電路包括用於檢測電源電壓的電壓檢測電路；用於檢測負載電流的電流檢測電路；用於檢測交流電過零點的過零檢測電路；負載驅動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給負載的交流電的功率。
2、 根據權利要求1所述的定功率限制器，其特徵在於，還包括與所述微 控制單元輸出埠相連、用於當所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負 載的旁路電路。
3、 根據權利要求1或2所述的定功率限制器，其特徵在於，所述負載驅 動電路包括串聯在負載供電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出埠 相連的可控矽，其中所述控制供給負載的交流電功率包括控制可控矽的導通 角。
4、 根據權利要求2所述的定功率限制器，其特徵在於，所述旁路電路包 括繼電器及其開關控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點 串接在負載供電線路中，所述開關電路接收所述微控制單元輸出的控制信號 並控制繼電器的吸合及釋放。
5、 根據權利要求4所述的定功率限制器，其特徵在於，所述繼電器的常 閉觸點與交流電輸入端的相線相連，動觸點與負載的供電輸入端相連。
6、 根據權利要求4所述的定功率限制器，其特徵在於，所述電源電路採 用RC降壓電路，所述電源電路有兩組負載繼電器和Vcc，且繼電器的供電 和Vcc是串連關係。
7、 一種照明燈具，包括燈泡及與燈泡供電線路相連的定功率限制器，所 述定功率限制器包括控制電路及其電源電路，其特徵在於，所述控制電路包 括用於檢測電源電壓的電壓檢測電路；用於檢測負載電流的電流檢測電路；用於檢測交流電過零點的過零檢測電路；負載驅動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給燈泡的交流 電的功率。
8、 根據權利要求7所述的照明燈具，其特徵在於，還包括與所述微控制 單元輸出埠相連、用於當所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負載的 旁路電路。
9、 根據權利要求7或8所述的照明燈具，其特徵在於，所述負載驅動電 路包括串聯在負載供電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出埠相連 的可控矽，其中所述控制供給負載的交流電功率包括控制可控矽的導通角。
10、 根據權利要求8所述的照明燈具，其特徵在於，所述旁路電路包括 繼電器及其開關控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串 接在負載供電線路中，所述開關電路接收所述微控制單元輸出的控制信號並 控制繼電器的吸合及釋放。
專利摘要本實用新型涉及一種定功率限制器，包括控制電路及其電源電路。其中，所述控制電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路、過零檢測電路、負載驅動電路及微控制單元。所述微控制單元接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路的輸出信號，並輸出控制信號到所述負載驅動電路，以控制供給負載的交流電的功率。還包括與所述微控制單元輸出埠相連、用於當控制電路故障時直接將交流電旁路給負載的旁路電路。實施本實用新型，能夠將用電設備或電器的負載功率限制在預先設定的範圍內，能夠有效地節約電能，避免電網超載及能源的浪費。並且旁路電路的設計使得當定功率限制器出現故障時，用電設備或電器能照常得到供電，不影響用電設備或電器的正常工作。
文檔編號G05F1/66GK201194438SQ200820093089
公開日2009年2月11日 申請日期2008年4月8日 優先權日2008年4月8日
發明者劉建偉, 楊勇練, 汪顯方, 董曉勇, 鄧寶寧 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司