螢光燈自適應照明控制器的製作方法

2023-04-28 14:25:01

專利名稱：螢光燈自適應照明控制器的製作方法
技術領域：
螢光燈自3SiSM明控制器^^領域本實用新型涉及一種照明控制領域，尤其是一種螢光燈^S自動,可調的自 適ISM明控制器。背景擾長1隨著照明技術和照明設備的不斷皿，螢光燈照明已經成為當前自最廣泛的 照明方式，傳統的白熾燈己逐漸淡出人們的鵬。對於螢光燈的控制，傳統的方式^5用手動開 規其進行人為控制，這種控制方式簡單、Jtt^低。但控制方式單一，不能實現自動控制，對^^人管理的公共場合，如絵、^i腫、4L^等，經常出現無人^J:丁的王腺，誠電能的極 大浪費。目ltrm場上出現的一些螢光燈控制自動控制設備大部分只有開關功能，其工作原理是根據光電傳繊、人體傳繊、聲音傳繊^5集信號後，艦簡單的邏輯電1^S制繼電器的開關，從 而實SW電燈的控制。這種控制方式只能實5W螢光燈的開^S制，而頻繁的開關會對螢光燈的 ^ffl^^S損害，也不利於照明質量的改善。而對於目前大多數螢光燈調光設備，只能實現手 動調光，且價格昂貴，不適合用於對財敏感、照明設備較多的場所。
發明內容本實用新型的目的是掛共一種低成本的螢光燈自適應照明控制器，倉辦根據外界光照環頓螢光燈進行自,功率3i^節，改善照明質量，延長電燈的{頓*，有效節約電能。本實用新型撤共的螢光燈自SR照明控制器，包括一4^用混合信號SoC晶片C8051F001的 單片機及其外圍電路，該單片機與光強測量模±央連接，用於接受光強測量模iM集到的連續光照 弓SMt息，該單片機同時與可調光電預流器電路連接，單片機利用片內ADC對接穀啲光照強 度信肩J4行模數轉換後、根據預定算鵬製片內DAC對可調光電T^流器電路的輸出，可調光電 流器電路與負載螢光燈1^接，實現螢光燈^S的自動連,節；該單片機同時3￡ 、 顯示模塊。 ,其中，光強測量模塊由矽光電池和精密運算放大器MAX4236構成，矽光電艦H1的正極與精 密運算放大器MAX4236 (Ul)的正輸A^相連，艦電艦H1的負極與運算放大器MAX4236 (Ul) 的負輸入端相連，電位器R1兩端分別連^I算放大器U1的輸出端和負輸入端；精密運算放大器 MAX4236 (Ul)的SHDN^^+5V電源，MAX4236 (Ul)的輸出端OUTPUT接單片機C8051F001 (U3)的模擬量輸AAINO端。所述的可調光電，流器電路以螢光燈電，流，制晶片IR2159為核心配以外部無源器件4構成，應用環境為負載為36W的T8螢光燈管，交流電輸入185 265V，調光模擬電壓輸入為0.5~5V 直流電壓；其中，電源輸入端(Rectified AC Line)指將交流爐流滄波後的直流電，DC BUS指 糹5il穩壓和功率因數調,的直流電，第二電阻(R2)、第三電容(C3)並聯碰制晶片IR2159(U3)的VDC端和-DCBUS之間；模擬輸入^JBiil第三電阻(R3)輸入IR2159 (U3)的DIM 端；第四電容(C4)、第五電容(C5)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七 電阻(R7)分別連在IR2159 (U3)的VCO、 CPH、 MAX、 MIN、 FMIN、 IPH端和-DC BUS之 間；第八電阻(R8)敏Rectified AC Line和IR2159 (U3)的VDC端之間；第九電阻(R9)連 在Rectified AC Line和IR2159 (U3)的VCC端之間；第一 MOS管(Ql)的漏極和+DC BUS相 連，柵^fflil第十電阻(R10)和IR2159 (U3)的HO端相連，源極和IR2159 (U3)的VS端相 連；第六電容(C6)連在IR2159 (U3)的VCC和COM端之間；第七電容(C7)連在IR2159(U3)的SD和-DC BUS之間；第八電容(C8)連在IR2159 (U3)的CS和-DC BUS之間；第 十一電阻(R11)和第一二極體(Dl)串聯在IR2159 (U3)的VB端和VCC端；第九電容(C9) 一皿在-DCBUS上，另一^^在R11和D1的公共端上；第十電容(C10) i^EIR2159 (U3) 的VS和VB端；第二MOS管(Q2)的漏極和第一MOS管(Ql)的源極相連，柵t^M3l第十二 電阻(R12)與IR2159 (U3)的LO端相連，源tSffl3l第十七電阻(R17)和-DC BUS相連；第 十三電阻(R13)連接IR2159 (U3)的CS端和第二MOS管(Ql)的源極；第十四電阻(R14) 和第七電容(C7)並聯；第十五電阻(R15) —端和-DC BUS相連，另一^^在R11和Dl的公 共端上；第十六電阻(R16)、第二極體(D2)、第三二極體(D3)串聯在-DC BUS和Rll與 Dl的公共端上；第十二電容(C12) —J驢在第一MOS管(Ql)的源豐肚，另一端連在D2和 D3的公共端上；第十八電阻(R18)和第十一電容(C11)並聯在第一MOS管(Ql)的源fc 和電感(L)的一端；電感(L)的另一端接在螢光燈的一側引腳上；螢光燈的另Hi引腳連在-DC BUS上；第十三電容(C13)並聯在螢光燈兩側。 本實用新型的儲和積mm:本實用新M用以矽光電池為核心構成的光強測量模i央和以IR2159為核心構成的可調光電子 鎮流器實現螢光燈亮度根據外界環境自動遊賣可調，在保證照明質量的前提下，極;^i也節約電能， 同時可延長螢光燈的f頓絲。控制核心採用C8051F001單片機，旨漱充分利用其片上的AD、 DA 等片上資源，可很大禾號地節約j^，提高設備^M和可靠性，^W利於產品Mif衡戈。本實用新型可以在現有照明設備上，通過簡單改i^就可實現螢光燈亮度的自適應控制，改善 照明質量，極大節省電能。
圖l是螢光燈自適應照明控制器原理框圖；圖2是光強測量模塊電路原理圖；圖3是可調光電，流器電路圖；圖4^^掛勢央電路原理圖，包括單片機、按鍵、LCD等。具體m^式l本實用新型麟的螢光燈自3SR照明控制器由單片機、光強測量模塊、可調光電預流器電 路、■、顯示模i央構成，如圖l。圖2是光強測量豐勢央電路原理圖，主要由駄電艦H1和精密運算放大MX4236 (Ul)糹賊。矽光電船ti運算放大器的兩^r入同極性相連，運算放大器兩輸AJ就司的輸入ia^Zi是 ;電池的負載電阻，可新為Z「IV(A+1);其中，R:是反饋電阻，A是運放的開環放大倍數；對於MAX4236， A=105， R,二100kQ,貝UZ廠1Q;可以認為光電池是處於 工作狀態，其輸出電壓U。與輸入短路 電流成比例，將U0= IscRf =貼0即輸出電壓信號與輸入艦誠正比。該電流放大器因輸入阻抗低而響iS3iS較高且放大器噪音 低，因此信噪比很高。其中，矽光電艦H1的正極與精密運算放大器MAX4236 (Ul)的正輸A^ 相連，矽光電^PH1的負極與運算放大器MAX4236 (Ul)的負輸A^相連，電位器R1兩端分別連 ^t算放大器Ul的輸出端和負輸入端；精密運算放大器MAX4236 (Ul)的SHDN^ii+5V電源。 圖3是以IR2159為楊L、構成的可調光電預流器的TO圖，IR2159是國際^^荒器公司開發 的一款功能強大的螢光燈電賴流器控制晶片，以它為核心可以根據螢光燈管的特隨用戶需要 設計出功能非常齊全的可調光電，流器。該ffeii&的應用環境為負載為36W的T8螢光燈管， 交流電輸入185 265V。上電後IR2159自動完J^人燈預熱、燈角蝶到調光模式的紐程。圖2中 Rectified AC Line指將交流爐流濾波後的直流電，+DC BUS J^31穩壓和功率因數調整後的直 流電。其工作^f呈為預熱P介段當VCC^1低壓鎖定門限頓12.5V且VDC敏5.1V時， IR2159的HC和LO端開始輸出振蕩信號，HO和LO輸出信號的佔空比均為50%，為防lhh下 MOSFET導通時間的錢,晶片內部設定了 1.8s的死區時間。腿振蕩器以最高的工作頻率起振。 與此同時， 一個1A的內部電流源對CPH腳上的外部定時電容C5線性充電。從開始充電到CPH 腳上電壓^3i5V的這段時間就是預熱時間。觸發階段當CPH腳Efeffi^il5V， m2159SA觸紅作階段，此時，晶片內部預熱電流參考電壓輸A^不購iPH腳的m電阻相連，而錢接到內部的1.6V的門限腿。為確保可靠觸發，儘量M^啟輝時的燈閃爍，設定R6的頓使最低 工作頻率比觸發頻率頗應100%離的頻率低5kHz。角卿介段結束後，IR2159駄調紅條 式。調光階段當VCO腳腿斷氐至lJ調光模^EgH蕩器門限腿(典型值為0.5V)時，IR2159 駄調光模式。相位閉環控制形成，負載電流的相位開始按照用戶在DM端的控制輸AafiH周整。 電路的連接關係為第二電阻(R2)、第三電容(C3)並聯在控制晶片IR2159 (U3)的VDC 端和-DCBUS之間；模擬輸入^JElii第三電阻(R3)輸入IR2159 (U3)的DM端；第四電容(C4)、第五電容(C5)、第四電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)分 別連在IR2159 (U3)的VCO、 CPH、 MAX、 MN、 FMN、 IPH端和-DC BUS之間；第八電阻(R8) Rectified AC Line和IR2159 (U3)的VDC端之間；第九電阻(R9)連在Rectified AC Line和IR2159 (U3)的VCC端之間；第一MOS管(Ql)的漏極和+DC BUS相連，柵^ffidi第 十電阻(R10)和IR2159 (U3)的HO端相連，源極和IR2159 (U3)的VS端相連；第六電容(C6) 連在IR2159 (U3)的VCC和COM端之間；第七電容(C7)連在IR2159 (U3)的SD和-DCBUS 之間；第八電容(C8)連在IR2159 (U3)的CS禾口-DC BUS之間；第t電阻(R11)和第一二 極管(Dl)串聯在IR2159 (U3)的VB端和VCC端；第九電容(C9) 一繊在-DCBUS上，另 一京鰱在Rll和D1的公共端上；第十電容(C10)敏IR2159 (U3)的VS和VB端；第二MOS 管(Q2)的漏極和第一MOS管(Ql)的源極相連，柵^ilil第十二電阻(R12)與IR2159 (U3) 的LO端相連，源^iffii第十七電阻(R17)和-DC BUS相連；第十三電阻(R13)連接IR2159(U3)的CS端和第二MOS管(Ql)的源極；第十四電阻(R14)和第七電容(C7)並聯；第 十五電阻(R15) —端和-DCBUS相連，另一^3i在Rll和Dl的公共端上；第十六電阻(R16)、 第二極體(D2)、第三二極體(D3)串聯在-DCBUS和R11與D1的公共端上；第十二電容(C12) 一^S在第一MOS管(Ql)的源極上，另一^S在D2和D3的公共端上；第十八電阻(R18) 和第t電容(C11)並聯，一 MOS管(Ql)的源fei:和電感(L)的一端；電感(L)的另 一端接在螢光燈的一側引腳上；螢光燈的另一側引腳連在-DC BUS上；第十三電容(C13)並聯在螢光i:頂側。圖4駐g^i央電路原理圖，由C8051F001單片機、16X2LCD、按鍵、DAC輸出緩衝電路 構成。圖中還包含了光強測量徵央的模擬量輸入接口。 C8051F001是完^Jt的混合信號片上系 統Soc晶片，內部含一個8通道、12位、100kps的ADC， 1個兩通道、12位DAC,非常適合在 該系統中,。itl^卜還有16個IO口，可用^i^接LCD和按鍵，用於人機互動。16X2 LCD用來 顯満設模式、敲閥值等錢，三個按鍵的功能分另提Sl用雅擇控帝勝式，如賓館、^i義、禮堂、餐廳對試；S2用於敲閥働口l、 S3用於離閥值減l。單片機管腳分iSS電路的連接 關係如下第十九電阻(R19)、第十六電容(C16)、第一按鍵(Kl)構成復位電路，第十九電阻 (R19)、第十六電容(C16)串聯接在+3,3V電源和ifct間，第一按鍵(Kl)並聯錢十六電容 (C16)兩端，復位信號從第十九電阻(R19)和第十六電容(C16)連接點接到單片機(U4)的 RST端；16X2 LCD (Ll)的D(KD7端分別接單片機C8051F001 (U4)的P0.(KP0.7， Ll的RS 端接單片機C8051F001 (U4)的P1.6， Ll的RW端接單片機C8051F001 (U4)的PL7， Ll的E 端接單片機C8051F001 (U4)的Pl.O，按鍵S1、 S2、 S3分別接單片機C8051F001 (U4)的P1.3、 P1.2、 Pl.l;光強測量模塊的輸出接單片機C8051F001 (U4)的AINO端；單片機C8051F001 (U4) 的DACO^^衝放大電路的輸入；緩衝放大電路由運算放大器(AR1)、第二一電阻(R21)、第 二電阻(R22)構成，第二一電阻(R21)連在單片機C8051F001 (U4)的DACO端和運^:放大 器(AR1)的正輸入端；第二電阻(R22)接在運算放大器(AR1)的正輸A^和輸出端之間。 齡系統的工作流程是光強測量模i央樹則到周圍環境的光照5驢之後，輸出(K2.5V的模擬量，mc805iFooi單片機中，單片tn^t其進行模數轉換後，fflil^預設的離閥值和當前光照弓驢的比較，做出增加或M^熒形丁功率的判斷，按照預定的控制算法控制DAC的輸出，從而達 至樹螢光燈自動調光的目的。由於採用C8051F001的內部基準(2,4V)，麗調光電預流器的調 光模擬量輸入為0.'5 5V,故ilil一級緩衝放大電路對DAC的輸出進行放大，使織足調光M的 要求。
權利要求1、一種螢光燈自適應照明控制器，其特徵在於，該控制器包括一個採用混合信號SoC晶片C8051F001的單片機及其外圍電路，該單片機與光強測量模塊連接，用於接受光強測量模塊採集到的連續光照強度信息，該單片機同時與可調光電子鎮流器電路連接，單片機利用片內ADC對接受到的光照強度信息進行模數轉換後、根據預定算法控制片內DAC對可調光電子鎮流器電路的輸出，可調光電子鎮流器電路與負載螢光燈管連接，實現螢光燈亮度的自動連續調節；該單片機同時還連接鍵盤、顯示模塊。
2、 根據權利要求l戶腿的螢光燈自適應照明控制器，辦徵在於光強測量模塊由矽光電池和 精密運算放大器MAX4236構成，實現連續的模擬量輸出和較高的精度，以單片機C8051F001晶片 內的ADC測散照弓跛；其中，矽光電池(PH1)的正極與精密運算放大器MAX4236 (Ul)的正 輸A^相連，矽光電池(PHI)的負極與精密運算放大器MAX4236 (Ul)的負輸A^相連，電位 器(Rl)兩端分別連接精密運算放大器MAX4236 (Ul)的輸出端和負輸入端；精密運算放大器 MAX4236 (Ul)的SHDN^3i+5V電源，MAX4236 (Ul)的輸出^OUTPUT接單片機C8051F001(U4)鵬擬量輸AAINO端。
3、 根據權利要求l戶腿的螢光燈自適應照明控制器，辦徵在於可調光電賴流器電路以熒 光燈電賴流繊制晶片IR2159為楊。、配以外部無源器件構成，應用環境為負載為36W的T8螢光 燈管，交流電輸入185 265V，調光模擬電壓輸入為a5 5V直流電壓；其中，電源輸A^ (Rectified AC Line)指將交流 流濾波後的直流電，DC BUSj^il穩壓和功率因數調整後的直流電，第 二電阻(R2)、第三電容(C3)並聯在控制晶片IR2159 (U3)的VDC端和-DC BUS之間；模擬輸 入電Blii第三電阻(R3)輸AIR2159 (U3)的DM端；第四電容(C4)、第五電容(C5)、第四 電阻(R4)、第五電阻(R5)、第六電阻(R6)、第七電阻(R7)分別連細l2159 (U3)的VCO、 CPH、 MAX、 MIN、 FMIN、 IPH端禾口-DC BUS之間；第八電阻(R8) i^SRect迅edACLinefPIR2159(U3)的VDC端之間；第九電阻(R9)連^RectifiedACLine禾niR2159 (U3)的VCC端之間；第 一MOS管(Ql)的漏極和+DC BUS相連，柵Mii第十電阻(R10)禾PIR2159 (U3)的HO端相 連，源極和IR2159 (U3)的VS端相連；第六電容(C6)連;^IR2159 (U3)的VCC禾口COM端之間； 第七電容(C7)連;&R2159 (U3)的SD和-DC BUS之間；第八電容(C8)連&2159 (U3)的CS和-DCBUS之間；第—電阻(R11)和第一二極體(Dl)串聯^IR2159 (U3)的VB端,CC 端第九電容(C9) 一繊在-DCBUS上，另一4驢扭11禾PD1的公共端上；第十電容(C10)連 (U3)的VS歸端；第OS管(Q2)的漏極和第一MOS管(Ql)的源極相連，柵極 艦第十二電阻(R12)與IR2159 (U3)的LO端相連，源tSilil第十七電阻(R17)和-DC BUS 相連；第十三電阻(R13)連接IR2159 (U3)的CS端和第OS管(Ql)的源極；第十四電阻(R14) 和第七電容(C7)並聯；第十五電阻(R15) —端和-DCBUS相連，另一皿敘11利1D1的公共端 上；第十六電阻(R16)、第二二極體(D2)、第三二極體(D3)串聯在-DC BUS艦11與D1的公 共端上；第十二電容(C12) —^^^B—MOS管(Ql)的源ai:，另一衛連獨2和D3的公共端 上；第十八電阻(R18)和第—電容(C11)並聯在第一MOS管(Ql)的源祉和電感(L)的 一端；電感(L)的另一端接在螢光燈的Hi引腳上；螢光燈的另H則引腳連在-DCBUS上；第十 三電容(C13)並聯在螢光燈兩側。
專利摘要一種螢光燈自適應照明控制器。包括單片機及其外圍電路，該單片機與光強測量模塊連接，用於接受光強測量模塊採集到的連續光照強度信息，該單片機同時與可調光電子鎮流器電路連接，單片機利用片內ADC對接受到的光照強度信息進行模數轉換後、根據預定算法控制片內DAC對可調光電子鎮流器電路的輸出，可調光電子鎮流器電路與負載螢光燈管連接，實現螢光燈亮度的自動連續調節。本實用新型可以實現螢光燈亮度隨外界環境自動連續可調，在保證照明質量的前提下，極大地節約電能，同時可延長螢光燈的使用壽命。本實用新型可以在現有照明設備上，通過簡單改造就可實現螢光燈亮度的自適應控制，改善照明質量。
文檔編號G05B13/02GK201119106SQ200720097649
公開日2008年9月17日 申請日期2007年11月12日 優先權日2007年11月12日
發明者孫桂玲, 張潺潺, 王傳根, 紀永鑫, 輝 趙 申請人:南開大學