CN101331810A - 使用脉动波的照明控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用脉动波的照明控制装置，其中向提供给需要AC电压的荧光灯稳定器的电源提供脉动电源。可以基于稳定器的输入电源控制，而不更改传统荧光灯及普通灯设备的安装和电源构造，从而对电源电平进行改变并提供给照明控制装置，例如荧光灯和普通灯。此外，基于装置的容量，可以同时向多个稳定器提供电源，而不需要更改传统系统的构造。

Description

使用脉动波的照明控制装置
技术领域
本发明涉及一种使用脉动波的照明控制装置，具体地说，涉及一种使用脉动波的照明控制装置，其中连接在单根电缆上的灯无需专门的稳定器即可实现点闪光和照明控制。
背景技术
在诸如商店(包括家庭)等店铺情况下，由于使用的T5荧光灯(装饰灯/超薄灯)和高电功率灯泡具有高照度，因此电力被过度消耗。特别地，在构建于地上的露天商店的情况下，需要使用低功率消耗的发光灯来保持24小时的高照度状态，从而过度消耗电力。此外，为方便起见，使用了电源转换器适配器和高容量电流DC电动机以及具有简单电源转换器功能的逆变器。因此，电力消耗增加，系统复杂化，并且需要更多的成本。
控制照度级别的方法划分为调整电压的方法和调整频率的方法。在前一种方法中，由于与本发明不相关，对相同内容的说明就省略了。后一种方法可划分为使用变压器来调整电压的方法、使用间歇脉冲来调整电压的方法和基于相位控制来控制电压的方法。
下面首先说明使用变压器的方法。变压器次级侧安装了多个抽头，从而向需要照明的部分提供电压。上述方法在连续调整亮度时并不容易，并降低了效率。因此，当前未使用此方法。
使用间隙脉冲的方法旨在控制传统逆变器的脉冲。由于逆变器的转换效率相当于总体效率，因此需要高级的逆变器技术。其构造变得复杂化，因此可能非常昂贵。
基于相位控制的方法旨在使用与三端双向可控硅开关元件相同的设备，在一定的AC电压水平下提供电流，从而调整总体电压。通过相位控制实现的电源控制是行业中众所周知的技术。在相位控制的情况下，其具有简单的构造和优良的电源转换效率，因此广泛用于照明控制。
例如，根据韩国专利申请第1984-0005770号(具有多个远程控制开关的暗线箱照明控制开关(illumination control switch for wallbox having a plurality of remote control switches))，公开了一种能够基于上述技术的应用来控制照明的照明装置。根据韩国实用新型注册第20-0244853号，公开了一种能够基于上述技术的另一种应用来控制照明的照明装置。根据上述技术，提供了设置单元，用于设置与照明组件有关的额定电压，并提供了控制单元，用于对所应用的每个半周期电源进行相位控制。进一步提供了控制单元零点检测器、微处理器(用于确定三端双向可控硅开关元件的接通时间)和灯单元。在上述构造下，从输入电压中检测零点，由处理器执行相位控制，以便通过确定应用于灯的电源来控制照明。
然而，通过相位控制的方法和反相控制方法具有以下问题。
如图13所示，当基于相位控制方法应用电源时，起初在电源的起点上提供了非常高的电压。由于在高电压下提供电源电压，负载中可能出现电压冲击。在较糟糕的场景中，负载可能受到电压冲击的损害，和/或可能出现谐频。因此为了克服上述问题，使用了某种滤波器，从而减小电压冲击和谐频。
然而，上述方法也存在问题。用于减小电压冲击的线圈出现较大的噪声。取决于负载的类型，这样的噪声可能是重大问题。在负载为照明设备并且照明设备用于室内的情况下，问题非常严重。如图14所示，由于自从控制操作期间关闭/接通控制点以来与空白电源时段相关的反电动势，反相控制方法可能提供不均匀的电源。在较低的级中，控制问题将增加。由于基本控制点的高频率，负载的稳定器中可能出现临界误差。
此外，根据该照明控制方法，将三端双向可控硅开关元件、SCR和FET设备用作电源控制设备。作为AC电压/电流控制方法，输入AC电源的一根电缆与电源设备的一端连接在一起，从而使用DC信号电平来接通和关闭电源控制设备的门接线端，并转换AC电压或电流。上述方法对白炽灯(例如灯丝预热型)不会造成任何问题。然而，当在上述方法的调光控制期间在较低级引入AC电压时，由于在荧光灯情况下的放电，将产生闪烁和抖动现象，从而可能缩短灯管的使用寿命。
为了克服上述问题，对电源控制设备控制期间的外围滤波电路做了许多研究。在低电源的情况下，由于上述放电灯中的灯管电压电流存在一定的限制，低功率荧光灯的控制将通过荧光灯的照明控制器执行，该控制器对调光专用特殊稳定器进行调节。如图2所示，在传统调光装置中，需要电源单元面板。由于必须将DC转换器连接到稳定器以实现调光操作，如图1所示，在适应传统荧光灯设备时，可能存在许多构造上的问题。在新近修改的版本中，需要昂贵的系统控制装置，从而增加了费用。基于安装期间的照度变化，由于电平变化较小，只能获得间接的照明效果，而与电力成本降低效果无关，因而无法获得电力节省效果。由于在需要局部单元照明控制时，将需要附加的设施构造，因此应该更改传统电力设施的构造。
发明内容
相应地，本发明的目的是提供一种使用脉动波的照明控制装置，其中向提供给荧光灯稳定器(其需要AC电压)的电源提供脉动电源，改变并提供该电源的电平，从而可以基于稳定器的输入电源控制来实现照明控制(例如荧光灯和普通灯)，而不需要改变传统荧光灯和普通灯设备的安装和电源构造。此外，基于装置的容量，可以同时向多个稳定器提供电源，而不需要更改传统系统的构造。
附图说明
通过参照附图可以更好地理解本发明，提供附图的目的在于说明本发明，但附图本身并不限制本发明，所附图形包括：
图1是说明传统荧光灯安装的视图；
图2是说明传统调光专用稳定器安装的视图；
图3是说明根据本发明的照明控制装置安装的视图；
图4是说明根据本发明的照明控制装置的主开关构造视图；
图5是根据本发明的装置的框图；
图6是根据本发明的装置的电路图；
图7是电源发生器的电路图；
图8是电源控制电压发生器的电路图；
图9是风扇电动机控制器的电路图；
图10是电源控制器的电路图；
图11是CPU控制器的电路图；
图12是电源输出单元的电路图；
图13和14是基于传统相位控制和反相控制的电源波形图；以及
图15是根据本发明的脉动电源电压的波形图。
具体实施方式
图4是说明根据本发明的照明控制装置在实际安装期间的主开关外部构造图。提供了用于照明控制的接通和关闭开关、提高和降低照度开关、临时照度设置开关、预定关闭开关、照度和照明预定显示屏、远程控制器接收器和操作状态指示灯。
这里，接通和关闭开关作为主开关执行电源接通和关闭功能，提高和降低照度开关允许用户控制照明强度，临时照度设置开关在接通开关时选择某个照度级别，以便在系统关闭后再打开时能够开始所选的照度级别。
预定关闭开关旨在用于预定电源关闭时间。
照度和照明显示屏是可视化地显示当前照度状态的窗口，以便用户容易地设置和选择照度和装置的开启及关闭时间。例如，可以数字化地显示照度和开/关时间。
远程接收器允许远程控制器执行开关功能，并允许将多个本发明的装置用作使用系统ID的远程控制器。远程控制器接收器的信号电路可由CPU控制，因此可以简化该电路。当在多个地方操作本发明，并且建筑物中有多个控制组时，可以使用每个系统的通信端口在一个地方(例如通讯室、管理室)控制那些装置。
图3是照明操作图，其中无需对传统装置添加附加设施，也不需要在系统中做出任何更改，即可使该照明控制装置适应传统照明装置，从而控制照明。
图5是根据本发明的照明控制装置的内部构造框图。根据本发明的装置包括：电源输入单元10、电源控制信号生成器20、电源控制器30、远程控制器40和电源输出单元50。
图6是根据本发明的装置的内部构造电路图。
图7是电源输入单元10的示例详细视图，其中包括熔丝、TNR、二极管D5和电容器C3。在上述构造情况下，噪声将被过滤，并提供消除噪声后的AC电源。由于上述构造是已知的技术，有关其说明就省略了。
电源输入单元过滤噪声，分别向CPU控制器、电源控制信号生成器和电源控制器的数据处理器提供恒定电压，并提供用于控制风扇电动机的电压，以便能够控制电源控制器设备的温度。
图8是电源控制电压发生器20的详细视图，并且电源控制电压发生器20包括整流器21、恒定电压发生器22、脉动波发生器23和风扇电动机控制器24。
通过电源输入单元10输入的AC 220V电源通过变压器T3降压至适合该装置的AC电平(例如9V)，降压后的AC电压通过恒定电压发生器22，向电源控制器30提供所需的DC恒定电压VCC，并向CPU控制器提供所需的电压；其中恒定电压发生器22包括整流器21和稳压器IC(图8中的U1)的设备D2，并产生风扇电动机控制器所需要的负电压(接地)。
另一路降压后的AC电压通过整流器一端的设备D1转换为独立DC电压DCC，并与R5的一端连接在一起，如图6所示，R5的另一端形成FANCON连接器的正信号线，由微型计算机控制的信号FCON连接在R6的一端，并且R6的一端与三极管Q1的基极引出端连接在一起。三极管Q1负责风扇电动机控制所需要的开关操作。三极管Q1的发射极引出端与负电压连接在一起，并且集电极引出端包括FANCON连接器的负信号线。电容器C10的两端与FANCON连接器的正和负信号线连接在一起，从而充当偏压电路，防止向风扇突然提供电压。降压后的AC电压转换为DC电压电平DCC，以便向风扇电动机控制器24提供电压，其中风扇对电源控制器30的散热板进行冷却。
电源控制电压发生器的脉动波发生器23通过整流器D3将220VAC电压整流为高电平电压，并通过电解电容器C1产生脉动信号。在负载为低电流荧光灯的情况下，电容器C6、C7、C8和C9连接在整流器D3的每端，以分离输入到整流端子的高频。
CPU控制器40防止调光期间与高电平电压负载有关的突然电流，并允许实现软启动和软关闭功能。在软启动的情况下，电源需要始终达到100％点位，以便能够由于该电源负载特征而保持启动恒定电压，以及由于放电灯的特征而实现灯丝的预热时间。
CPU控制器通过数据处理器输出控制信号，电源控制器30和风扇电动机控制器24需要该控制信号。通过远程控制器，管理人员通过CPU控制器输入用于照明控制的远程信号，以便能够执行所需的照明控制。图9是CPU控制器的数据处理器J4输出风扇电动机控制驱动信号FCON和电源控制器驱动信号PWM_OUT的操作视图。CPU控制器包括通信端口和远程控制信号接收器，用于同时远程控制多个装置。进一步提供了用于指示状态信息的显示和声音单元。
如图10所示，电源控制器30将从电源发生器20提供的恒定电压提供给由高速开关专用驱动器设备模块形成的电源设备驱动器驱动电路Q2和Q3。驱动电路的数量可以增加或减少，具体取决于需求(负载)容量的变化。在电源设备驱动器驱动电路Q2和Q3中，向开关设备Q2的集电极引出端提供正电压，向开关设备Q3的集电极引出端提供负电压。开关设备Q3的集电极引出端与电阻器R1的1连接在一起，电阻器R1的2与开关设备Q2的基极引出端连接在一起，并且开关设备Q3通常连接形成偏压电路。控制信号通过CPU控制器40的端口，在通常连接开关设备Q2和Q3的基极引出端的连接端子上进行接收，以便接通或关闭驱动器驱动电路Q2和Q3。驱动器驱动电路的设计使得开关设备Q2的输出在高压情况下具有更大的电流，并使得开关设备Q3的输出在低压情况下具有更大的电流。因此，可以防止系统由于电源设备的突然开关电平的电势差而受到损坏。
在电源控制器中，由于辅助开关由高功率开关设备Q4和Q5根据电源设备驱动器驱动电路Q2和Q3的开关而执行，因此可以获得准确的开关宽度，从而增强可靠的开关功能。也就是说，通常连接驱动器驱动电路Q2和Q3的发射极引出端的输出用作开关设备Q4和Q5的门接线端的输入信号，并且使用了偏压电阻器R2和R4，以便能够控制开关宽度的准确性。特别地，当负载容量增加或减少时，将增加或减少开关设备Q4和Q5的电源设备，以便更改偏压电阻值。由于驱动器驱动电路Q2和Q3的发射极引出端通常是连接的，因此可以自动控制开关宽度，而无需更改偏压电阻器R2和R4。作为高功率开关设备，可以将商用FET(场效应晶体管)或IGBT(绝缘栅双极型晶体管)用作高功率开关设备，以便简化包括误差或故障的维护。
图15是根据电源控制器的开关控制对脉动波电平进行控制的操作图。如该图所示，在执行电源控制器30的开关控制时，从脉动波发生器23输出的正/负电压的脉动波P1和P4减少，并变为P2和P3，以便在通过更改DC电平(此电平为传统调光控制荧光灯稳定器中的电源变换器的输出)来控制电压，从而控制照明时，能够获得相同类型的信号。相反，当脉动波的电平增加时，照度将增加。
如图12所示，电源输出单元50通过脉动波滤波器52，相对于弱化并输出的DC信号，对控制点产生的低频和高频信号进行过滤，过滤后的信号输出到稳定器(其系与该装置的输出端子连接在一起的照明负载)的电源。这里，脉动波滤波器是DC低频滤波器，并干扰DC电压和电流的直线特征，以便消除随同开关控制频率一起输入到输出电路的感应噪声。
传统滤波器使用高频滤波器，通过使用电抗线圈或铁氧体(铁粉)磁芯来消除高频噪声。在本发明中，输出电路信号的阻抗匹配通过使用DC电阻器DC-R来获得，而不是通过低频滤波器的电抗值L来获得。绕组是在Si钢板上执行的。DC滤波器一般使用在输入信号上，但是在本发明中，将其用在了输出信号上，以便获得两层结构的滤波效应，从而可以消除荧光灯照明控制期间在较低电平下的抖动现象。
如上所述，本发明涉及一种照明控制装置，其具有使用脉动波的电源转换功能。DC输出信号在输入AC电压信号的基础上实现，并用作荧光灯负载端子上需要的荧光灯稳定器的输入电源。与基于调光控制稳定器来控制荧光灯的构造(其单独地提供照明控制单元来输入AC电源输入，并提供转换器装置来产生DC电平驱动信号)相比，本发明的装置提供适合于C电平的脉动驱动信号。因此，在本发明中，系统的构造非常简单，并且负载端子的AC输出电压范围可稳定地控制在30V到220V之间。调光控制可以毫无问题地通过电压控制来实现。
此外，本发明的装置在适应使用转换器的控制产品及逆变器和电动机控制器的电源控制电路时，不受所产生的谐波的影响。可以克服由于波形中的峰值谐波而导致的负载损害问题。
因为在不超出其主旨和基本特征的情况下，本发明可以采用多种方式进行实施，所以还应了解，除非另有说明，上述实施例不受前面描述的任何细节的限制，而应当在权利要求书所规定的主旨和范围内对其进行广泛分析，因此，本发明旨在涵盖所附权利要求书范围内的各种修改和改变或等效方案。

Claims (3)

1.一种使用脉动波的照明控制装置，包括：
电源发生器(10)，其过滤外部提供的电源，并将该电源提供给电源控制电压发生器；
电源控制电压发生器(20)，其包括整流器(21)，用于对来自电源发生器的电压整流；恒定电压发生器(22)，用于从整流器产生恒定电压；风扇电动机控制器(24)，用于根据CPU控制器(40)中的驱动信号控制风扇电动机；以及脉动波发生器(23)，用于产生脉动波；
电源控制器(30)，其使用开关设备控制来自脉动波发生器(23)的脉动电压的电平宽度；
CPU控制器(40)，其向风扇电动机控制器(24)和电源控制器(30)提供驱动信号；以及
电源输出单元(50)，其过滤来自电源控制器(30)的脉动波电压的噪声，并输出该电压。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述电源控制器(30)的开关设备包括高功率控制设备Q4和Q5以及驱动设备Q2和Q3，其驱动设备的门接线端，以便能够根据电源控制负载调整门接线端的数量。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述CPU控制器(40)包括通信端口和远程控制信号接收器，从而控制多个负载。
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