CN101064983B - 紧凑型光控荧光灯及其光控电路 - Google Patents

Abstract

一种光控荧光灯用的光控电路，其包括一滤波及整流电路(1)、一开关控制及谐振电路(2)、一环境亮度信号采样及控制电路(4)；其中所述环境亮度信号采样及控制电路(4)采用一集成电路片(U1)及至少一光敏元件以便可以一精确方式控制或调节所述光控电路的光敏度以及控制所述光控电路的通断以致于所述光控电路的输出不易受环境光度突变的影响。

Description

紧凑型光控荧光灯及其光控电路

技术领域

本发明涉及一种光控荧光灯，尤其涉及一种可根据外部环境的光亮度自行开启和关断的紧凑型荧光灯及与其整合的光控电路。

背景技术

众所周知，环境保护和节约能源越来越受人关注和提倡，其中照明用电的减省尤其具有经济效益和切实可行。为此，业已有人开发出各种各样的节能光控灯开关或光控灯。例如，CN 2181159提出了一种光控节能灯，其通过光敏电阻和可控硅控制灯的开关，但其较适用于低功率的灯。CN 2468257提出了一种带光控开关的光控灯，其通过光敏电阻、电位器、触发集成块和继电器控制灯的开关及其光敏度。由于其使用尺寸较大的变压器、电位器和继电器，所以其阻耗及要求的安装空间也较大。

而且，现今在很多场合，灯泡或灯管已由紧凑型荧光灯取代，由于紧凑型荧光灯的安装空间有限，这种光控灯因受限于其大小和配件等因素而难以配合使用。为此，由本专利申请同一申请人提出的中国专利申请号200610009296.9专利申请揭示了一种光控荧光灯，尤其是紧凑型光控荧光灯和其光控电路，其中采用了两个可编程的集成电路片IC1、U1以便可以一较精确方式控制或调节其光敏度以及控制其通断而不受环境光度突变的影响。由于使用了两个集成电路片，以致于这种光控荧光灯的成本较高，而且由于紧凑型荧光灯的灯体通常为球形或圆筒形，其唯一的光敏电阻的覆盖面有可能受限以致于其在某些情况下，例如在夜晚受一外部强光源诸如一车辆的车头灯在发生交通拥挤的情况下自一方向为时较长地照射时仍会受影响而错误地关闭，又或者其会在该光敏电阻意外被阻蔽下而错误地开启。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种至少部分地克服上述现有技术的缺点 的光控荧光灯，尤其是紧凑型光控荧光灯和其光控电路，其中采用仅仅一集成电路片以及至少一光敏器件以减低成本及进一步提高其光敏度和改进其不受环境光度突变影响的性能以便可更广泛适用于不同场合。

为此，本发明的技术方案为提供一种光控荧光灯用的光控电路，其包括一输入与一交流电源耦合的滤波及整流电路；一电源输入端与所述滤波及整流电路的输出耦合的开关控制及谐振电路；一电源输入端与所述滤波及整流电路的输出耦合且输出则与所述开关控制及谐振电路的电源输入端耦合的环境亮度信号采样及控制电路；所述环境亮度信号采样及控制电路包括一可编程的集成电路片以及一电阻和并联的一电容、一极化电容及一稳压二极管，所述电阻和并联后的电容、极化电容及稳压二极管串接在所述环境亮度信号采样及控制电路的一正极输入和一负极输入之间；其中所述集成电路片的一电源脚连接在所述电阻和电容之间的连接点上，一接地脚则与所述负极输入一起接地。所述环境亮度信号采样及控制电路的所述集成电路片包括至少一输入脚、一输出脚以及一控制所述光控电路的工作模态的特定程序；所述环境亮度信号采样及控制电路还包括分别在所述至少一输入脚和所述负极输入之间并联的一光敏元件及一电容；分别在所述至少一输入脚和所述电源脚之间连接的一电阻；以及一在一端与所述输出脚连接且在另一端与一可控硅的控制极连接的电阻以及串联在所述可控硅的控制极和阴极之间的并联连接的一电阻和一电容；所述可控硅的阴极进一步与所述负极输入连接，而阳极与所述开关控制及谐振电路的负电源输入连接；其中，所述特定程序不断地一或多次地以一预定时距通过所述光敏元件检测外部环境光亮度并根据测定值可选择地以接通、居间、关断三种不同的模态操作以相应地控制所述光控电路的通断。

根据本发明的一较佳实施例，所述光敏元件为一光敏电阻，或者可选择地为光敏度较高的一光敏二极管或光敏三极管以提高所述光控电路的光敏度。在选用两个光敏元件时，光敏元件相互间可成一特定角度轴向地设置，最好相隔180度地设置。如使用多于两个光敏元件，其相隔角度可相应调节，最好是轴向地均匀分布于灯体侧面以达到最佳的效果。所述集成电路片则最好为一PIC12F510、PIC12F675、PIC10F200、PIC10F202、PIC10F204、PIC10F206、PIC10F220、PIC10F222或其它的功能上等同的集成电路片。

根据本发明的一较佳实施例的所述环境亮度信号采样及控制电路当所述光控电路在刚接入电源时，其会经历一长度为1-10秒的延迟以在所述延迟间一或多次 确定外部环境的光亮度并从而相应地控制所述光控电路的通断。

所述光控电路在外部环境的光亮度在一特定时间内皆低于一下限值时，所述环境亮度信号采样及控制电路转换成或维持以所述接通或居间模态操作以使所述光控电路接通或保持接通。同样地，所述光控电路在外部环境的光亮度在一特定时间内皆高于一上限值时，所述环境亮度信号采样及控制电路转换成或维持以所述关断或居间模态操作以使所述光控电路关断或保持关断。所述特定时间最好为0-300秒并且可按要求周节。而所述环境亮度信号采样及控制电路在居间状态时不会改变所述光控电路的在先前的工作状态以维持所述光控电路的稳定操作。

综上所述以及根据本发明的较佳实施例，通过使用一种上述类型的光控电路，就可获得一种可轻易控制或调节光敏度并且不受环境光度突变影响的光控荧光灯，尤其是光控紧凑型荧光灯。由于所述光控电路的结构简单且所用电子元件的尺寸皆细小，以致于其可选择地与一荧光灯整合，尤其是整合于一紧凑型荧光灯内。另外，由于其使用仅仅一集成电路片以及至少一光敏元件，其成本较低以及可使用多个光敏元件以致其检测外部光度的覆盖面较广，再加上通过所述集成电路片内的一特定程序就可选择地计算、补偿每一所述光敏元件的测定值以进一步提高所述光控电路的光敏度和改进其不受环境光度突变影响的性能。

附图说明

以下，将结合附图与本发明的示范性而不是限制性的较佳实施例详细地叙述本发明的优点和特征。其中：

图1所示为一根据本发明的较佳实施例的紧凑型光控荧光灯及其光控电路的电路图；

图2所示为另一根据本发明的较佳实施例的光控电路的环境亮度信号采样及控制电路的线路图；以及

图3所示为又一根据本发明的较佳实施例的光控荧光灯的环境亮度信号采样及控制电路的线路图。

具体实施方式

图1所示为一根据本发明的较佳实施例的紧凑型光控荧光灯及其光控电路的示意图，其包括一输入与一交流电源耦合的滤波及整流电路1；一输入与所述滤波及整流电路1的输出耦合的开关控制及谐振电路2；一输入与所述滤波及整流电路 1的输出耦合且输出则与所述开关控制及谐振电路2耦合的环境亮度信号采样及控制电路4。

所述滤波及整流电路1包括在一典型的滤波(FU、C5、L1)及整流电路D1-D4，其把输入的一交流电源转换为脉动的直流输出电源，其正极输出与所述开关及谐振电路2及环境亮度信号采样及控制电路4耦合，而负极输出则接地。

所述开关及谐振电路2的输入与所述滤波及整流电路1的输出耦合，而输出则与一灯负载3耦合。根据本实施例的所述开关及谐振电路2为一通用的半桥振荡电路，其包括一滤波用的电解电容C1；一由电阻R6、R7、电容C7、C8、一二极管D5和一触发二极管DB3组成的触发电路，其为所述开关及谐振电路2提供使其开始工作的脉冲电流。在一由三极管Q1、Q2组成的半桥电路中，三极管Q1的基极与一电阻R10连接，发射极则与一电阻R8连接，而三极管Q2的基极与一电阻R11连接，发射极与一电阻R9连接。所述开关及谐振电路2还包括为三极管Q1、Q2提供电流反馈及驱动电流的三绕组的磁环组B1；一起隔直流作用的电容C9；一起扼流作用的扼流电感L2以及一跨接在电阻R9的接地端和电感L2的输入端之间的电容C12。

根据本发明的这一实施例的灯负载3的两端各有两个连接点，所述开关及谐振电路2的电容C9输出端、电感L2的输入端分别连接在灯负载3的相反两端的其中一个连接点上，而并联的一电容C10和一预热器件PTC则跨接在灯负载3的另外两个连接点上。

所述环境亮度信号采样及控制电路4包括一可编程的集成电路片U1以及在所述环境亮度信号采样及控制电路4的一正极输入和一负极输入之间串接的一电阻R1和并联的一电容C3、一极化电容C2及一稳压二极管Z1；其中所述集成电路片U1的一电源脚VDD连接在所述电阻R1和电容C3之间的连接点上，一接地脚GND则与所述负极输入一起接地。所述集成电路片U1包括至少一输入脚GP0、GP2；一输出脚GP1以及一控制所述光控电路的工作模态的特定程序；所述环境亮度信号采样及控制电路4还包括分别在所述至少一输入脚GP0、GP2和所述负极输入之间并联的一光敏元件及一电容C4、C6；分别在所述至少一输入脚GP0、GP2和所述电源脚VDD之间连接的一电阻R2、R3；以及一在一端与所述输出脚GP1连接且在另一端与一可控硅Q3的控制极连接的电阻R5以及串联地跨接在所述可控硅Q3的控制极和阴极之间的一电阻R4和一电容C11；所述可控硅Q3的阴极进一步 与所述负极输入连接。所述可控硅Q3的阳极则作为所述环境亮度信号采样及控制电路4的输出端与所述开关及谐振电路2的电解电容C1的负极连接。

根据此实施例，所述光敏元件为光敏电阻RS1、RS2，但其也可选择地以光敏度较高的光敏二极管DS1、DS2或光敏度更高的光敏三极管QS1、QS2作替换以进一步提高根据本发明的光控电路的光敏度，正如图2、图3所示。

根据本发明，所述集成电路片U1可以采用PIC12F510、PIC12F675、PIC10F200、PIC10F202、PIC10F204、PIC10F206、PIC10F220或PIC10F222等型号或者也可用其它的功能上等同的集成电路片。当集成电路片U1为PIC12F510或PIC12F675时，电源VDD脚为集成电路片U1的第1脚，GND脚为第8脚，输出脚GP1可以自第2、3、5、6或7脚任选，其中PIC12F510的输入脚可以选第5、6或7脚，而PIC12F675的输入脚可以选第3、5、6或7脚。当集成电路片U1采用PIC10F200、PIC10F202、PIC10F204、PIC10F206、PIC10F220或PIC10F222时，电源VDD脚则为集成电路片U1的第5脚，GND脚为第2脚，输出脚可自第1、3或4脚中选择，输入脚可以选第1或3脚。应该理解，以上所述的输出和输入脚必须为不同的脚而不能选同一个脚。集成电路片U1也可以选用其它的型号，其电源VDD脚、地GND脚、输入脚、输出脚则相应地按不同型号的集成电路片而定，同样地，其外部电子器件也要相应地设置。

根据此实施例，所述环境亮度信号采样及控制电路4采用了两个光敏元件。在轴向设置于一采用及包括所述光控电路的紧凑型荧光灯之内时，各自与所述输入脚GP0、GP2相应连接的所述光敏元件可在所述紧凑型荧光灯内的同一水平面上相隔一特定角度，最好为180度以达到最大覆盖范围。为进一步提高所述紧凑型荧光灯的光敏度和改进其不受环境光度突变影响的性能，完全可按要求采用三个或四个光敏元件以及相应的可编程集成电路片，该些光敏元件在所述紧凑型荧光灯内可相隔的较佳角度为，例如可相应地为120度及90度。当然，采用其它配置也是可以的，例如该些光敏元件可相隔一特地角度轴向地设置在不同的平面上以尽可能地使感测环境光度变化的覆盖范围较大以便可更准确地控制所述紧凑型荧光灯的通断。应该理解，就算在使用仅仅一个光敏元件时，本发明相对于现有技术仍具有光敏度较高和/或不受外部光度突变影响和/或成本较低的优点。

这样，感测环境光度变化就不会受到由其中的光敏元件因受限于安装位置而不能提供准确测定输入值所带来的影响。在使用多个光敏元件时，可选择地以某一 提供代表较高或较低外部亮度的测定输入值的光敏元件为主，其它为副或者可取其平均值或进行加权计算。另外，也可按各光敏元件的位置或其它因素，例如操作模式、时间或其它的可在灯体生产时或生产后输入或调校的包含于所述集成电路片U1内的工作参数等等来决定各别光敏元件的测定输入值的加权因数以便可以一较佳的方式控制所述紧凑型荧光灯的通断。

根据本发明的这一实施例，在工作时，该环境亮度信号采样电路4主要是用来根据外部环境的光亮度产生一相应的直流电压信号给该可编程的集成电路片U1。为此，可利用该些光敏元件的光敏特性，即当外部环境由黑暗到光明时，图1中的光敏电阻RS1、RS2或图2中的反向偏置的光敏二极管DS1、DS2的电阻值会由大变小，而图3中的光敏三极管QS1、QS2则会因光生伏打效应产生的光电流而导通，以致于该集成电路片U1的输入脚GP0、GP2得到的直流电压也相对应地由“高电平”下降到“中电平”乃至“低电平”。通过输入相应的控制所述光控电路的工作模态的特定程序到该集成电路片U1内，就可在操作时不断检测对应外部环境光亮度的输入脚GP0、GP2的输入电压以便可相应地以接通、居间、关断三种不同的模态操作。其中该特定程序可分别限定一代表外部环境光亮度的可预定且可按需要随时改变的上限值和下限值，当外部环境光亮度在一特定时间内皆低于该下限值或高于该上限值时，更具体地说为当该集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的输入电压持续高于或低于某一特定值时，该集成电路片U1相应地输出一控制电压给可控硅Q3使其相应地进行通断操作以形成一控制信号，该控制信号然后输出到该开关控制及谐振电路2的控制点以实现最终对该灯负载电路3的通断控制。而当外部环境光亮度在一特定时间内皆介于该下限值和上限值时，该集成电路片U1则以居间模态操作，即继续检测输入脚GP0、GP2的输入电压且保持输出脚GP1的控制电压不变。

当刚接入电源时，该集成电路片U1的输出脚GP1首先按所述特定程序持续输出一低电平且在其间(可以是1-10秒，例如5秒)一或多次地检测输入脚GP0、GP2的电平，只有当U1的输入脚GP0、GP2皆持续为高电平时，输出脚GP1才输出高电平，使可控硅Q3及最终连接的灯体开启。否则，该输出脚GP1维持低电平不变，灯体保持关闭；或者也可使输出脚GP1输出一高电平为时5秒，使灯开启5秒后再关闭以表示所述荧光灯工作正常。

在工作时，所述特定程序通过不断地一或多次地以一预定时距检测且确定外 部环境光亮度在一特定时间(可以是0-300秒)内皆低于下限值时，即集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后持续为高电平，也即显示外部亮度低于下限值时，在经过适当的时间延迟后，输出脚GP1可输出一高电平以致于该可控硅Q3导通，使灯体开启。由于电子元件、器件本身固有的偏差，对于同样的环境亮度变化，在多个光控灯一同使用时，每一光控灯的光敏元件所感应出的电压信号会有轻微的差别。同样，每一光控灯所处的小环境的亮度也会有轻微的差别。因此在多个光控灯一同使用时，对于同样的环境亮度变化，多个光控灯在确切地判断外部环境亮度变化时在时间上会有一定的先后顺序差别。为避免一动作快的光控灯影响一动作慢的光控灯的判断，一光控灯在得到确切的判断后先经过适当的时间延迟再改变光控灯工作状态是较为有益的。延迟的时间长度应尽量保证所有的光控灯都能对外部环境亮度的变化做出正确的判断。

同样地，当通过所述特定程序确定外部环境光亮度在一特定时间(可以是3-300秒)内皆高于上限值时，即集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后持续为低电平，在经过适当的时间延迟后，U1的输出脚GP1停止输出一高电平以致于该可控硅Q3在过零时自动关断，使灯体关闭。如果在检测过程中发现U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后至少一次不是低电平时，所述特定程序则重新进行检测以确保电路4不受突变的外部环境光亮度的影响。

当集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后持续为中间水平时，即识别到外部环境的亮度介于该上下限值时，输出脚GP1的输出电平保持不变，从而使灯体的工作状态同样保持不变。

根据本发明的这一实施例，在该光控荧光灯刚接入电源时，所述特定程序使该集成电路片U1的输出脚GP1首先输出一低电平，经过5秒后多次检测集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的电平后使所述荧光灯相应地通断。

当外部环境的亮度在一特定时间，例如10秒内皆低于下限值时，该输出脚GP1输出一高电平以致于该可控硅Q3接通，从而使该开关控制及谐振电路2正常工作和使所述荧光灯开启。

同样地，当确定外部环境光亮度在一特定时间，例如在15秒内且以一1.5秒时距相隔的多次检测所测定的光亮度皆高于上限值时，该输出脚GP1可停止输出一高电平以致于该可控硅Q3在过零时自动关断，从而使该开关控制及谐振电路2 停止工作使所述荧光灯关闭。如果在检测期间发现U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后至少一次不能保持为低电平时，则所述特定程序重新进行检测以确保本发明的所述光控电路不受突变的外部环境光亮度的影响。

而当集成电路片U1的输入脚GP0、GP2的输入测定值在经加权计算后持续为中间水平时，即外部环境的光亮度持续介于该由集成电路片U1内的特定程序限定的上下限值时，输出脚GP1的输出电平保持不变，从而使灯体的工作状态同样保持不变。

很明显，根据本发明的环境亮度信号采样及控制电路4采用一可编程的集成电路片U1来进行运算和采用可控硅Q3进行通断控制的执行。由于这些元件体积相对较小和成本较低，因此使根据本发明的光控电路及光控荧光灯结构简单，而且由于其可采用至少一或多个光敏度较高的光敏元件以致于其光控性能相对现有技术更加稳定可靠，特别适合应用于一体化的紧凑型荧光灯。

应该理解，虽然为了说明本发明的目的而详细叙述了上述实施例，但是本技术领域的技术人员在不背离本发明权利要求书所阐述的范围和精神实质的情况下，完全可以对上述实施例作种种变化，增删或等效替代，因此本发明绝不应限于上述实施例。例如在采用不同型号的集成电路片U1时，其外部电路形式会相应地有所不同。该开关控制及谐振电路2也可以采用具有可控制点的任何其他其它电路形式。这样的一些变型和改型皆应落入本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种光控荧光灯用的光控电路，其包括：一输入与一交流电源耦合的滤波及整流电路(1)；一电源输入端与所述滤波及整流电路(1)的输出耦合的开关控制及谐振电路(2)；一电源输入端与所述滤波及整流电路(1)的输出耦合且输出则与所述开关控制及谐振电路(2)的电源输入端耦合的环境亮度信号采样及控制电路(4)；所述环境亮度信号采样及控制电路(4)包括：一可编程的集成电路片(U1)以及一电阻(R1)和并联的一电容(C3)、一极化电容(C2)及一稳压二极管(Z1)，所述电阻(R1)和并联后的电容(C3)、极化电容(C2)及稳压二极管(Z1)串接在所述环境亮度信号采样及控制电路(4)的一正极输入和一负极输入之间；其中所述集成电路片(U1)的一电源脚(VDD)连接在所述电阻(R1)和电容(C3)之间的连接点上，一接地脚(GND)则与所述负极输入一起接地，其特征在于：

所述环境亮度信号采样及控制电路(4)的所述集成电路片(U1)包括至少一输入脚(GP0、GP2)、一输出脚(GP1)以及一控制所述光控电路的工作模态的特定程序；

所述环境亮度信号采样及控制电路(4)还包括：

分别在所述至少一输入脚(GP0、GP2)和所述负极输入之间并联的一光敏元件及一电容(C4、C6)；

分别在所述至少一输入脚(GP0、GP2)和所述电源脚(VDD)之间连接的一电阻(R2、R3)；

以及一在一端与所述输出脚(GP1)连接且在另一端与一可控硅(Q3)的控制极连接的电阻(R5)以及串联在所述可控硅(Q3)的控制极和阴极之间的并联连接的一电阻(R4)和一电容(C11)；所述可控硅(Q3)的阴极进一步与所述负极输入连接，而阳极与所述开关控制及谐振电路(2)的负电源输入连接；

其中，所述特定程序不断地一或多次地以一预定时距通过所述光敏元件检测外部环境光亮度并根据测定值可选择地以接通、居间、关断三种不同的模态操作以相应地控制所述光控电路的通断。 

2.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述光敏元件为一光敏电阻(RS1、RS2)。

3.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述光敏元件为一光敏二极管(DS1、DS2)。

4.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述光敏元件为一光敏三极管(QS1、QS2)。

5.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述集成电路片(U1)可为一PIC12F510、PIC12F675、PIC10F200、PIC10F202、PIC10F204、PIC10F206、PIC10F220、PIC10F222或其它的功能上等同的集成电路片。

6.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述特定程序使所述光控电路在刚接入电源时经历一长度为1-10秒的延迟以在所述延迟期间检测及确定外部环境的光亮度并相应地控制所述光控电路的通断。

7.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述特定程序在测定的外部环境的光亮度在一特定时间内皆低于一下限值时，使所述环境亮度信号采样及控制电路(4)以所述接通或居间模态操作以致于所述光控电路接通或保持接通。

8.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述特定程序在测定的外部环境的光亮度在一特定时间内皆高于一上限值时，使所述环境亮度信号采样及控制电路(4)以所述关断或居间模态操作以致于所述光控电路关断或保持关断。

9.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述特定程序在所述环境亮度信号采样及控制电路(4)于居间状态时不改变所述光控电路的工作状态。

10.如权利要求7所述的光控电路，其特征在于，所述特定时间为0-300秒。 

11.如权利要求8所述的光控电路，其特征在于，所述特定时间为3-300秒。

12.如权利要求1所述的光控电路，其特征在于，所述环境亮度信号采样及控制电路(4)的所述集成电路片(U1)包括两个输入脚(GP0、GP2)以及各自与所述两个输入脚分别耦合的两个光敏元件。

13.一种紧凑型光控荧光灯，其特征在于，所述光控荧光灯包括一如权利要求1-12任一项所述的光控电路以及一与所述光控电路的开关控制及谐振电路(2)的输出耦合的灯负载(3)。

14.如权利要求13所述的紧凑型光控荧光灯，其特征在于，所述光控电路包括两个输入脚(GP0、GP2)以及各自与所述两个输入脚(GP0、GP2)相应耦合的两个所述光敏元件可在所述紧凑型荧光灯内相隔一特定角度轴向地设置。

15.如权利要求14所述的紧凑型光控荧光灯，其特征在于，所述特定角度为180度。 

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