照明燈具節能控制方法及其節能電路的製作方法
2023-12-02 04:58:26
專利名稱：照明燈具節能控制方法及其節能電路的製作方法
技術領域：
本發明屬電學及控制領域，涉及一種節能電路，尤其涉及一種照明燈具的節能控制方法及其節能電路。
背景技術：
在實際應用中，針對道路照明中出現的各種情況，例如後半夜路上行人及車流量減少不需要進行全度照明或出現雨雪大霧等能見度低的天氣情況時，都需要對道路照明需要進行相應的調整，進行補充照明或抑制照明，該調控方式對照明燈具甚至電路都有很高的要求。目前市面上所見到的各種照明燈具，都是施行統一亮度，不能實現按需調節，智能化程度低，不可控性強，不能實現節能的目的。在統一的亮度下，使照明燈具的使用壽命不能達到規定的年限而報廢，浪費率居高不下。
發明內容
為了解決背景技術中存在的上述技術問題，本發明提供了一種工作過程可控、智能程度高、節能效果明顯以及使用壽命長的照明燈具節能控制方法及其節能電路。本發明的技術解決方案是本發明提供了一種照明燈具節能控制方法，其特殊之處在於所述照明燈具節能控制方法包括以下步驟1)輸入變化的外部電壓；2)將步驟1)所得到的外部電壓轉化為頻率固定信號Fl ；3)將頻率固定信號Fl轉化為電路負載頻率信號F2 ；4)根據電路負載頻率信號F2調節負載功率P。上步驟2)的具體實現方式是2. 1)將變化的外部電壓轉換為內部電壓參考量，所述內部電壓參考量是穩定值；2. 2)由負載電路產生一定頻率的鋸齒波；2.3)將步驟2. 2)所產生的鋸齒波與步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量進行比較；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波高於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出高電壓量；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波低於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出低電壓量；2.4)由步驟2. 中所產生的高電壓量與低電壓量交替變化產生頻率固定信號 Fl0上述步驟3)的具體實現方式是3. 1)將頻率固定信號Fl通過積分電路轉化採樣電壓信號U ；3. 2)將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U轉化為電路負載頻率信號F2。上述步驟3. 1)的具體實現方式是3. 1. 1)獲取頻率固定信號的佔空比D ；3. 1.2)將步驟3. 1. 1)所得到的頻率固定信號的佔空比D通過積分電路計算採樣電壓信號U ；所述積分電路包括公式U = 5X (D0·5)。上述步驟3. 2)的具體實現方式是將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U通過壓控振蕩器計算並輸出為一定頻率波形的電路負載頻率信號F2 ；所述計算方式是F2 = kXU+Fl其中k是壓控係數；U是步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號；Fl是壓控振蕩器及外圍電路設置的最小輸出頻率。上述步驟4)的具體實現方式是電路負載頻率信號F2通過厄流電感分壓調節負載功率P ；其計算公式是P= [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL其中Vbus是負載電路提供的直流總線電壓；RL是負載的阻值；L是扼流電感的電感量；F2是電路負載頻率信號。一種基於照明燈具節能控制方法的節能電路，其特殊之處在於所述節能電路包括電壓輸入端、調光電路信號輸入單元、信號轉換單元、控制信號輸出單元以及負載功率調節單元；所述電壓輸入端依次通過調光電路信號輸入單元、信號轉換單元以及控制信號輸出單元接入負載功率調節單元。上述電壓輸入端包括輸入的電壓範圍是0-10V的外部直流電壓輸入端以及由調光電路所產生的頻率電壓信號輸入端；所述調光電路信號輸入單元包括電壓比較器；所述外部電壓輸入端以及頻率電壓信號輸入端分別接入電壓比較器。上述信號轉換單元包括第一積分電路以及第一微控制器；所述調光電路信號輸入單元通過第一積分電路接入第一微控制器；所述第一積分電路包括第一電容以及第一電阻；所述第一電容的一端接地，另一端與第一電阻以及調光電路信號輸入單元並聯後共同接入第一微控制器；所述第一微控制器是PIC16系列的單片機；所述第一微控制器優選 PIC16F886 單片機。上述控制信號輸出單元包括第二積分電路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括壓控振蕩器；所述信號轉換單元通過第二積分電路接入第二微控制器；所述第二積分電路包括第二電容以及第二電阻；所述信號轉換單元通過第二電阻與第二微控制器相連； 所述第二電容的一端接地，另一端與第二電阻並聯後接入第二微控制器；所述第二微控制器是MC14046B晶片；所述負載功率調節單元包括扼流電感；所述壓控振蕩器接入扼流電感。本發明的優點是本發明提供了一種照明燈具節能控制方法及其節能電路，由於微控制器內部程序的控制，可使燈的功率在50% 100%額定功率範圍內變化。0 IOV的數字調光功能，能夠實現燈全功率的50% 100%範圍內的照度控制。一方面，燈可以通過外接日光感應器等器件，根據外部情況變化，自動實現調光，調節照明。另一方面，也可以組網，實現統一控制，由中央集成控制系統，調配整體照明或調整每盞燈的參數。這種可自由配置的調光設計，使得在道路照明應用中，尤其在後半夜照明中，可實現低照明度控制，既滿足實際照明需求，又節約了電能。適合於超市、商場、停車場、道路等場所的照明。本規格電子鎮流器系統內嵌入軟體，提高了效率、可靠性，減小了體積，節約了成本。全範圍模擬或數字調光。節能顯著。外接感測裝配，每盞燈可自動實現調光。為道路照明的智能化控制提供了可能性。 也為樓宇智能化提供了參照。
圖1是本發明所採用的外部電壓量U到內部頻率量F轉換的電路圖；圖2是本發明所採用的調整負載輸出功率信號轉換電路及微控制器接收電路圖；圖3是本發明所採用的第二積分電路圖。
具體實施例方式本發明提供了一種照明燈具節能控制方法，該方法包括以下步驟1)輸入變化的外部電壓，該電壓的輸入範圍是0-10V ；2)將步驟1)所得到的外部電壓轉化為頻率固定信號Fl ；2. 1)將變化的外部電壓轉換為內部電壓參考量，內部電壓參考量是穩定值；當外部輸入電壓恆定了，轉換成的內部電壓參考量才是恆定的；2. 2)由調光電路產生一定頻率的鋸齒波；2. 3)將步驟2. 2)所產生的鋸齒波與步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量進行比較；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波高於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出高電壓量；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波低於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出低電壓量；2.4)由步驟2. 中所產生的高電壓量與低電壓量交替變化產生頻率固定信號 Fl03)將頻率固定信號Fl轉化為電路負載頻率信號F2 ；3. 1)將頻率固定信號Fl通過積分電路轉化採樣電壓信號U ；3. 1. 1)獲取頻率固定信號的佔空比D ；3. 1. 2)將步驟3. 1. 1)所得到的頻率固定信號的佔空比D通過積分電路計算採樣電壓信號U ；積分電路包括公式U = 5X (D0·5)。3. 2)將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U轉化為電路負載頻率信號F2。將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U通過壓控振蕩器計算並輸出為一定頻率波形的電路負載頻率信號F2 ；所述計算方式是F2 = kXU+Fl其中k是壓控係數；U是步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號；Fl是壓控振蕩器及外圍電路設置的最小輸出頻率。4)根據電路負載頻率信號F2調節負載功率P。
電路負載頻率信號F2通過厄流電感分壓調節負載功率P ；其計算公式是P= [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL其中Vbus是負載電路提供的直流總線電壓；RL是負載的阻值；L是扼流電感的電感量；F2是電路負載頻率信號。本發明在提出上述節能方法的同時，還提供了一種基於照明燈具節能控制方法的節能電路，該上節能電路包括電壓輸入端、調光電路信號輸入單元、信號轉換單元、控制信號輸出單元以及負載功率調節單元；電壓輸入端依次通過調光電路信號輸入單元、信號轉換單元以及控制信號輸出單元接入負載功率調節單元。電壓輸入端包括輸入的電壓範圍是0-10V的外部直流電壓輸入端以及由調光電路所產生的頻率電壓信號輸入端；調光電路信號輸入單元包括電壓比較器；外部電壓輸入端以及頻率電壓信號輸入端分別接入電壓比較器。信號轉換單元包括第一積分電路以及第一微控制器；調光電路信號輸入單元通過第一積分電路接入第一微控制器；第一積分電路包括第一電容以及第一電阻；第一電容的一端接地，另一端與第一電阻以及調光電路信號輸入單元並聯後共同接入第一微控制器； 所述第一微控制器是PIC16系列的單片機；第一微控制器優選PIC16F886單片機。控制信號輸出單元包括第二積分電路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括輸出信號為震蕩信號的壓控振蕩器；信號轉換單元通過第二積分電路接入第二微控制器接入；第二積分電路包括第二電容以及第二電阻；信號轉換單元通過第二電阻與第二微控制器相連；第二電容的一端接地，另一端與第二電阻並聯後接入第二微控制器；第二微控制器是MC14046B晶片；負載功率調節單元包括扼流電感；輸出頻率，即負載工作頻率接入扼流電感。本發明在照明全功率的50% 100%範圍內，可實現全範圍的0 IOV數字調光。 進一步提高了節能效果。用於實現節能效果的調光電路，其主要是通過改變RC充放電周期，通過微處理控制器進行採樣後，調整燈的輸出功率。本發明採用如下具體實施例對本發明進行詳細的說明參照電路圖1，是本發明將所得到的外部電壓轉化為頻率固定信號的電路示意圖； 其電路工作過程可以描述為1、電路上電後，Bin-端處的電壓由於是由電阻串聯分壓組成，故此處的電壓恆定。 Bin+端處的電壓是由R3、R12、R7、C5組成，取樣R7端處的電壓。由於電容的充電過程，Bin+ 處採集的電壓是一個緩慢上升過程。2、在Bin+處的電壓還沒有大於Bin-處的電壓時，由電壓比較器U2處理後，BOUT 處輸出低電平。此時Q2、Q3三極體處於關斷狀態，Ain+處的電壓不受影響。當Bin+處的電壓上升到大於Bin-處的電壓時，BOUT輸出高電平。此時Q2導通，進而使Q3導通，Q3導通後，A+處的電壓被拉低到地。與此同時，B+處的電壓也被拉低。3、當B+處的電壓被拉低到小於B-處的電壓時，電壓比較器U2處理後，BOUT輸出低電壓，此時Q2、Q3關斷，Bin+處的電壓回升，Ain+處的電壓回升。
4、比較器B的輸出Bqut，Bin+處的電壓變化，重複上述2、3過程。5、Ain-處的電壓由外接的調光電壓控制。6、Ain+處的電壓和Bin+處的電壓變化幾乎同步，變化波形同Bin+。當Ain+處的電壓大於Ain-時，AOUT輸出高電平，光偶器關斷；當Ain+受比較器B的影響，電壓下降，小於A-處電壓時，AOUT輸出低電平，光偶器開通。7、光偶器開通與關斷的時間，構成調光電路的周期控制信號反饋到微控制器的調光信號。通過採樣信號處理後，被微處理器識別、處理，控制負載功率變化。由外部電壓量U到內部頻率量F的工作原理是從外部電壓量U到內部頻率量F 的轉變。將外部的電壓信號量，轉換可為內部電路所使用的頻率信號量。外部輸入0 IOV 電壓；電路產生的頻率電壓信號；電壓比較器進行比較；輸出頻率信號。由外部電壓轉換為內部所使用的頻率信號量F2(此處為外部電壓轉換單元的輸出信號，並非最後負載工作時的頻率信號，當時在圖中為了區分電路自身的鋸齒信號頻率與輸出信號頻率而設置名稱為之間的關係可用下表表示
序外部輸輸出頻率頻率信號序外部輸輸出頻率頻率信號號入電壓信號F2 F2佔空比號入電壓信號F2 F2佔空比
1OV1__12 5.5V0.20
20.5V0.90 13 6.0V0.16
31.0V0.8114 6.5V0.12
41.5V0.72 15 7.0V0.09
52.0V0.64 16 7.5V0.06
62.5V0.56 17 8.0V0.04
73.0V0.49 18 8.5V0.02
83.5V0.42 19 9.0V0.01
94.0V0.36 20 9.5V0.002
104.5V0.30 21 1.0V ^^^ 0_
115.0V0.25_____調光電路與微按制器間的控制模型如下外接0 IOV數字電壓模塊；調光電路；信號輸入；信號轉換電路；微控制器；控制信號輸出。調光電路的周期信號，傳輸到信號轉換電路後，其變為電壓信號，最後由微控制器採樣處理後，調整負載輸出功率信號轉換電路及微控制器接收電路如圖2 調光電路的輸出信號加到電容C47處。供電電壓通過電阻R52、C47接地。由於調光電路處的信號，在開通時，電流是從微控制器的14引腳處流向調光電路，；在關斷時，電流由供電電源提供，經電容C47流向地。通過由R52和C47組成的積分電路，可在PIC16F886單片機的14腳得到一個有效值電壓。這個電壓的有效值計算公式如下U = 5X (D0·5)............公式 1此處，D為頻率固定信號F2信號的佔空比。調光電路的輸出信號是一個周期性開通、關斷的信號，這個信號引起電容C47中的電流流向發生周期性的。最終在微控制器的14腳得到一個相對穩定的電壓有效值信號。 這個信號經微控制器處理後輸出，調節負載的功率進行變化。這個周期信號的周期由外部輸出的電壓決定。參見圖3，在掃頻點火電路中，用到的MC14046B是瑣相環晶片。本電路中使用其壓控振蕩器功能，實現從PIC16系列單片機輸出的F(固定頻率信號)，通過電阻R68和電容 C12組成的積分電路後，由MC14046B輸出用於電路工作中的F』(工作頻率信號步驟3)中的F)其中，在本電路中應用的PIC16F886單片機的13腳，輸出一個幅值是5V的PWM信號。 它的頻率是固定的，但是佔空比在點火過程中是由最大1線性變化到0。最終由MC14046B 晶片的4腳輸出一個頻率由355KHZ到61KHZ的變化頻率。在這個頻率範圍內導找電路的諧振點，以達到提供一個最合適的點火電壓的目的。其工作原理可以簡化為PIC16F系列單片機輸出PWM信號(固定頻率信號)；RC 積分電路將PWM信號轉化成電壓信號(採樣電壓量)；MC14046B內的壓控振蕩器輸出一定頻率波形。將PWM信號轉換成的控制電壓輸入；壓控振蕩器；輸出頻率信號F2，振蕩器源頻率信號Π ；其線性關係式為F2 = kXU+Fl。........................公式2k為壓控係數，Fl為MC14046B及外圍電路設置的最小輸出頻率(晶片資料中有介紹)。在本電路中，其由晶片的PWM信號到輸出工作頻率信號的線性關係式為F2 = 45XVX (D0'5) +61 最終結果為 KHZ ..................公式 3其中45為壓控係數。V為PIC16F系列晶片輸出PWM信號的幅值，D為此PWM信號的佔空比(由Pic控制晶片內部通過程序運算後得出相應的值)。61KHZ為本電路中外圍電路與MC14046B晶片組成的最小輸出頻率。PIC16F系列單片機輸出PWM信號佔空比控制在PIC16F系列單片機中，都設有專門的腳位用於輸出PWM信號。且單片機內部設有A/D(模、數轉換)轉換腳，已經達到了 10位的解析度。對於數字電路5V的電平而言，其可以識別的最小壓差為5/(21°) = 0.004擬8125，幾乎可以完全實現由模擬量到數字量後， 不失真地還原回去。在本電路中，PIC單片機將14腳採樣到的電壓信號到調節輸出PWM信號的佔空比， 是通過電路內部的程序進行相應的計算後，進行控制處理。在本電路中，其控制PWM信號佔空比D的計算公式為D= [(2+0. 22V)/5]2........................公式 4公式中V為電路中PIC16F886單片機14腳的採樣電壓信號。其是由調光電路板輸出的頻率信號通過由R52和C47進行積分後得出。詳細計算過程見「公式1」工作頻率最後調節負載功率的調節方式是其作用關係式為P (負載)=U2~2/RL ..................公式5其中U2 = UlXRL/(RL+2 π XF2XL)，........................公式 6RL是負載的阻值，L為扼流電感的電感量，Ul是負載電路提供的直流總線電壓。整個由調光電路，將外部電壓信號轉換後給PIC16F系列單片機處理，再將處理結果轉換為負載工作頻率，最終反應為負載功率的過程。完成外部電壓信號轉換；RC積分電路；PIC16系列單片機信號處理後輸出PWM信號；RC積分電路；頻率控制信號輸出；調節負載電壓，改變功率。
權利要求
1.一種照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述照明燈具節能控制方法包括以下步驟1)輸入變化的外部電壓；2)將步驟1)所得到的外部電壓轉化為頻率固定信號Fl；3)將頻率固定信號Fl轉化為電路負載頻率信號F2；4)根據電路負載頻率信號F2調節負載功率P。
2.根據權利要求1所述的照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述步驟2)的具體實現方式是2. 1)將變化的外部電壓轉換為內部電壓參考量，所述內部電壓參考量是穩定值； 2. 2)由負載電路產生一定頻率的鋸齒波；2.3)將步驟2. 2)所產生的鋸齒波與步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量進行比較；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波高於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出高電壓量；若步驟2. 2)所產生的鋸齒波低於步驟2. 1)所得到的內部電壓參考量時，則輸出低電壓量；2.4)由步驟2. 中所產生的高電壓量與低電壓量交替變化產生頻率固定信號F1。
3.根據權利要求1或2所述的照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述步驟幻的具體實現方式是3. 1)將頻率固定信號Fl通過積分電路轉化採樣電壓信號U ；3.2)將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U轉化為電路負載頻率信號F2。
4.根據權利要求3所述的照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述步驟3.1)的具體實現方式是3.1.1)獲取頻率固定信號的佔空比D ；3. 1.2)將步驟3. 1. 1)所得到的頻率固定信號的佔空比D通過積分電路計算採樣電壓信號U ；所述積分電路包括公式U = 5X (D°_5)。
5.根據權利要求4所述的照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述步驟3. 的具體實現方式是將步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號U通過壓控振蕩器計算並輸出為一定頻率波形的電路負載頻率信號F2 ；所述計算方式是F2 = kXU+Fl 其中k是壓控係數；U是步驟3. 1)所得到的採樣電壓信號； Fl是壓控振蕩器及外圍電路設置的最小輸出頻率。
6.根據權利要求5所述的照明燈具節能控制方法，其特徵在於所述步驟4)的具體實現方式是電路負載頻率信號F2通過厄流電感分壓調節負載功率P ；其計算公式是 P = [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL 其中Vbus是負載電路提供的直流總線電壓； RL是負載的阻值； L是扼流電感的電感量；F2是電路負載頻率信號。
7.一種基於權利要求1-6任一權利要求所述的照明燈具節能控制方法的節能電路，其特徵在於所述節能電路包括電壓輸入端、調光電路信號輸入單元、信號轉換單元、控制信號輸出單元以及負載功率調節單元；所述電壓輸入端依次通過調光電路信號輸入單元、信號轉換單元以及控制信號輸出單元接入負載功率調節單元。
8.根據權利要求7所述的節能電路，其特徵在於所述電壓輸入端包括輸入的電壓範圍是0-10V的外部直流電壓輸入端以及由負載電路所產生的頻率電壓信號輸入端；所述調光電路信號輸入單元包括電壓比較器；所述外部電壓輸入端以及頻率電壓信號輸入端分別接入電壓比較器。
9.根據權利要求7或8所述的節能電路，其特徵在於所述信號轉換單元包括第一積分電路以及第一微控制器；所述調光電路信號輸入單元通過第一積分電路接入第一微控制器；所述第一積分電路包括第一電容以及第一電阻；所述第一電容的一端接地，另一端與第一電阻以及調光電路信號輸入單元並聯後共同接入第一微控制器；所述第一微控制器是 PIC16系列的單片機；所述第一微控制器優選PIC16F886單片機。
10.根據權利要求9所述的節能電路，其特徵在於所述控制信號輸出單元包括第二積分電路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括壓控振蕩器；所述信號轉換單元通過第二積分電路接入第二微控制器；所述第二積分電路包括第二電容以及第二電阻；所述信號轉換單元通過第二電阻與第二微控制器相連；所述第二電容的一端接地，另一端與第二電阻並聯後接入第二微控制器；所述第二微控制器是MC14046B晶片；所述負載功率調節單元包括扼流電感；所述壓控振蕩器接入扼流電感。
全文摘要
本發明涉及一種照明燈具的節能控制方法及其節能電路，該方法包括以下步驟1)輸入變化的外部電壓；2)將步驟1)所得到的外部電壓轉化為頻率固定信號F1；3)將頻率固定信號F1轉化為電路負載頻率信號F2；4)根據電路負載頻率信號F2調節負載功率P。本發明提供了一種工作過程可控、智能程度高、節能效果明顯以及使用壽命長的照明燈具節能控制方法及其節能電路。
文檔編號H05B37/02GK102497705SQ201110420888
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月14日 優先權日2011年12月14日
發明者趙寬明, 陳勇, 魏立奇, 黃旭 申請人:西安華雷船舶實業有限公司