CN101778524B - 荧光灯调光控制电路及其可调光荧光灯 - Google Patents

荧光灯调光控制电路及其可调光荧光灯 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种荧光灯调光控制电路及使用该电路的可调光荧光灯。该控制电路包括反馈检测单元(1)、主控单元(2)、半桥驱动单元(3)和振荡单元(4)。所述反馈检测单元(1)包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元(101)、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元(102)；所述主控单元(2)用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据所述采样电流、所述采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率。本发明采用电压电流闭环控制电路实现调光控制，可精确控制荧光灯管的输出功率，准确控制输出照度，调光更连续、稳定。

Description

荧光灯调光控制电路及其可调光荧光灯
技术领域
本发明涉及荧光灯技术领域，更具体地说，尤其涉及一种荧光灯调光控制电路及使用该电路的可调光荧光灯。
背景技术
随着科学技术的发展，荧光灯在人们的生活中起着至关重要的作用。如图1所示，是传统的荧光灯调光控制电路的结构方框图。该控制电路采用电流环控制，包括调光芯片10、驱动单元20和电流检测单元30，调光芯片10根据电流检测单元30采集的电流判断荧光灯管的工作功率，进而与外界输入的调光控制信号进行比较实现调光控制。
荧光灯的调光即改变灯管的输出功率，要想得出灯管的功率是否发生变化，必须获取电压和电流两个值。然而，一般都是在其中一个量为定值的情况下采样另一个量，但实际中荧光灯管在调光时电压和电流均在发生变化，且两者之间又无确定关系，那么采集荧光灯的电流且只根据电流的大小来判断灯管功率的变化时，此调光电路的电流控制并非闭环控制，使得其调光效果不够理想。一般情况下，荧光灯调光镇流器调光只能调到10％，在往下调时灯管工作不稳定，随时会熄灭。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述调光效果不理想缺陷，提供一种采用电压电流闭环控制的荧光灯调光控制电路及使用该电路的可调光荧光灯。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：构造一种荧光灯调光控制电路，包括反馈检测单元、主控单元、半桥驱动单元和振荡单元，
所述反馈检测单元包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元；所述主控单元用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据所述采样电流、所述采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率；所述半桥驱动单元依据第一脉冲和第二脉冲控制其内部的开关管导通与截止产生一高压脉冲；所述振荡单元依据所述高压脉冲控制其内部的变压器产生一用于荧光灯管工作的高频交变电压。
进一步地，本发明所述的荧光灯调光控制电路中，所述主控单元包括：控制信号处理模块，其用于对所述调光控制信号进行量化处理得到一对应的计算功率值；功率计算模块，其用于对所述采样电流和所述采样电压进行量化处理得到一输出功率值；调频控制模块，其对所述计算功率值和所述输出功率值进行比较判断，并依据判断结果控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率：若计算功率值大于输出功率值，控制降低第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出；若计算功率值小于输出功率值，控制提高第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出。
进一步地，本发明所述的荧光灯调光控制电路中，所述半桥驱动单元包含一第一脉冲控制其导通与截止的第一开关管、一第二脉冲控制其导通与截止的第二开关管，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连接形成交汇点，该交汇点处产生所述高压脉冲。
进一步地，本发明所述的荧光灯调光控制电路中，所述振荡单元包含第一变压器、设置在第一变压器初级线圈的首端与荧光灯管之间的灯丝预热支路、以及设置在第一变压器次级线圈的末端与荧光灯管之间的输出支路；第一变压器次级线圈的首端引入所述高压脉冲，第一变压器初级线圈的末端接地；所述灯丝预热支路包括一含有两组次级线圈的第二变压器，所述两组次级线圈分别与荧光灯管两端的灯丝连接构成闭合回路为荧光灯管启动提供预热；所述输出支路包含起滤波作用的扼流线圈。
进一步地，本发明所述的荧光灯调光控制电路中，所述电流检测单元包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C9；二极管D5的负极接在荧光灯管的一端，二极管D5的正极接二极管D4的负极且接地，电阻R13接在二极管D5的负极与二极管D4的正极之间，电阻R12接在二极管D4的两端，二极管D3的正极接二极管D5的负极，二极管D3的负极经电阻R11和电阻R9接到所述主控单元的采样电流输入端，电阻R10和电容C9并联后一端接电阻R9与电阻R11的汇接点、一端接地。
进一步地，本发明所述的荧光灯调光控制电路中，所述电压检测单元包括二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6；电阻R2和电阻R8串联后一端接在荧光灯管的另一端，一端接地，电阻R7接在电阻R2和电阻R8的交汇点与二极管D2的正极之间，二极管D2的负极经电阻R1接到所述主控单元的采样电压输入端，电阻R6和电容C6并联后一端接二极管D2的负极、另一端接地。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：构造一种可调光荧光灯，包含荧光灯管以及连接荧光灯管的调光控制电路，所述调光控制电路包括反馈检测单元、主控单元、半桥驱动单元和振荡单元，
所述反馈检测单元包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元；所述主控单元用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据所述采样电流、所述采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率；所述半桥驱动单元依据第一脉冲和第二脉冲控制其内部的开关管导通与截止产生一高压脉冲；所述振荡单元依据所述高压脉冲控制其内部的变压器产生一用于荧光灯管工作的高频交变电压。
进一步地，本发明所述的可调光荧光灯中，所述主控单元包括：控制信号处理模块，其对所述调光控制信号进行量化处理得到一对应的计算功率值；功率计算模块，其对所述采样电流和所述采样电压进行量化处理得到一输出功率值；调频控制模块，其对所述计算功率值和所述输出功率值进行比较判断，并依据判断结果控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率：若计算功率值大于输出功率值，控制降低第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出；若计算功率值小于输出功率值，控制提高第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出。
进一步地，本发明所述的可调光荧光灯中，所述半桥驱动单元包含一第一脉冲控制其导通与截止的第一开关管、一第二脉冲控制其导通与截止的第二开关管，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连接形成交汇点，该交汇点处产生所述高压脉冲。
进一步地，本发明所述的可调光荧光灯中，所述振荡单元包含第一变压器、设置在第一变压器初级线圈的首端与荧光灯管之间的灯丝预热支路、以及设置在第一变压器次级线圈的末端与荧光灯管之间的输出支路；第一变压器次级线圈的首端引入所述高压脉冲，第一变压器初级线圈的末端接地；所述灯丝预热支路包括一含有两组次级线圈的第二变压器，所述两组次级线圈分别与荧光灯管两端的灯丝连接构成闭合回路为荧光灯管启动提供预热；所述输出支路包含起滤波作用的扼流线圈。
实施本发明的荧光灯调光控制电路及其可调光荧光灯，具有以下有益效果：采用电压电流闭环控制电路实现调光控制，可精确控制荧光灯管的输出功率，准确控制输出照度，调光更连续、稳定，调光效果更柔和。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是传统的荧光灯调光控制电路的结构方框图；
图2是本发明荧光灯调光控制电路实施例的结构方框图；
图3是本发明荧光灯调光控制电路的主控单元的结构方框图；
图4是本发明荧光灯调光控制电路一实施例的电路图。
具体实施方式
如图2所示，是本发明荧光灯调光控制电路实施例的结构方框图。在本发明的荧光灯调光控制电路中，包括反馈检测单元1、主控单元2、半桥驱动单元3和振荡单元4。
其中，反馈检测单元1包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元；主控单元2用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据该采样电流、采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率；半桥驱动单元3依据第一脉冲和第二脉冲控制其内部的开关管导通与截止产生一高压脉冲；振荡单元4依据高压脉冲控制其内部的变压器产生一用于荧光灯管工作的高频交变电压。
如此，利用调光控制信号得到荧光灯的计算功率值，同时依据采样电流和采样电压综合反馈得出荧光灯的输出功率，最终将输出功率值与计算功率值进行比较，调整第一脉冲和第二脉冲的频率，从而实现荧光灯调光的闭环控制。
如图3所示，是本发明荧光灯调光控制电路的主控单元的结构方框图。
主控单元2包括控制信号处理模块201、功率计算模块202和调频控制模块203。其中，控制信号处理模块201用于对调光控制信号DS进行量化处理得到一对应的计算功率值；功率计算模块202用于对采样电流IS和采样电压VS进行量化处理得到一输出功率值；调频控制模块203用于对该计算功率值和输出功率值进行比较判断，并依据判断结果控制调节第一脉冲PH和第二脉冲PL的频率：若计算功率值大于输出功率值，控制降低第一脉冲PH和第二脉冲PL的频率，直到计算功率值等于输出功率值时该调光控制电路的输出功率保持稳定；若计算功率值小于输出功率值，控制提高第一脉冲PH和第二脉冲PL的频率，直到计算功率值等于输出功率值时该调光控制电路的输出功率保持稳定。
如图4所示，是本发明荧光灯调光控制电路一实施例的电路图。本实施例的荧光灯调光控制电路包括反馈检测单元、主控单元2、半桥驱动单元3和振荡单元4。其中，反馈检测单元包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元101、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元102。
电流检测单元101包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C9。二极管D5的负极接在荧光灯管Y一端，二极管D5的正极接二极管D4的负极且接地，电阻R13接在二极管D5的负极与二极管D4的正极之间，电阻R12接在二极管D4的两端，二极管D3的正极接二极管D5的负极，二极管D3的负极经电阻R11和电阻R9接到主控单元2的采样电流IS输入端IPIN，电阻R10和电容C9并联后一端接电阻R9与电阻R11的汇接点、另一端接地。
电压检测单元102包括二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6。电阻R2和电阻R8串联后一端接在荧光灯管Y一端，一端接地，电阻R7接在电阻R2和电阻R8的交汇点与二极管D2的正极之间，二极管D2的负极经电阻R1接到所述主控单元2的采样电压VS输入端VPIN，电阻R6和电容C6并联后一端接二极管D2的负极、另一端接地。
主控单元2采用MCU芯片，采样电流IS输入端为IPIN，采样电压VS输入端为VPIH，调光控制信号DS输入端为DIM，第一脉冲PH输出端为PWMH，第二脉冲PL输出端为PWML。另外，主控单元2对采样电流IS和采样电压VS进行量化处理时先将模拟量转换为数字量，然后进行计算处理得到输出功率值。
半桥驱动单元3包含第一脉冲PH控制其导通与截止的第一开关管Q1、第二脉冲PL控制其导通与截止的第二开关管Q2，第一开关管Q1和第二开关管Q2串联，第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极相连接形成交汇点，该交汇点处产生所述高压脉冲。芯片U1的主要作用是增加驱动能力，U1的LIN引脚接到MCU芯片的输出端PWML，HIN引脚接到MCU芯片的输出端PWMH；HO引脚接到通过电阻R3接到第一开关管Q1的栅极，LO引脚接到通过电阻R4接到第二开关管Q2的栅极，VS引脚和VB引脚之间连接有电容C2；VCC引脚输入15V的直流，且通过电容C1接到第二开关管Q2的源极，并且VCC引脚通过二极管D1接到VB引脚；引脚VS接到上述第一开关管Q1和第二开关管Q2的交汇点；第一开关管Q1的漏极接430V的直流电压，第二开关管Q2的源极接地。
振荡单元4包含第一变压器T1、设置在第一变压器T1初级线圈12的首端与荧光灯管Y之间的灯丝预热支路401、以及设置在第一变压器T1次级线圈48的末端与荧光灯管Y之间的输出支路402。对第一变压器T1来讲，初级线圈12的1端为首端，次级线圈48的4端为首端，初级线圈12的2端为末端，，次级线圈48的8端为末端。第一变压器T1次级线圈48的4端引入半桥驱动单元3产生的高压脉冲，第一变压器T1初级线圈12的2端接地。
其中，输出支路402包含起滤波作用的扼流线圈L2，第一变压器T1次级线圈48的8端经电感L2和电阻R5接到荧光灯管Y灯丝的1端，电容C5并联在电阻R5的两端，电容C3的一端接到第一变压器T1次级线圈48的8端，一端接地。
其中，灯丝预热支路401包括第二变压器T2，第二变压器T2包含初级线圈16、第一次级线圈23和第二次级线圈45。第二变压器T2的初级线圈16的1端接地、6端经电感L3和电容C4接第一变压器T1初级线圈12的1端；第二变压器T2的第一次级线圈23的2端经电容C7接荧光灯管Y灯丝的3端，第一次级线圈23的3直接接到荧光灯管Y灯丝的4端；第二变压器T2的第二次级线圈45的5端经电容C8接荧光灯管Y灯丝的1端，第二次级线圈45的4端直接接荧光灯管Y灯丝的2端。可见，第二变压器T2的两组次级线圈分别与荧光灯管Y两端的灯丝连接构成闭合回路，为荧光灯管Y在启动前提供预热。
工作过程如下所述：首先，主控单元的MUC芯片输出两路带死区时间的频率相同、幅度大小相同且方向相反的脉冲信号，即第一脉冲PH和第二脉冲PL，频率为f预热，持续时间t预热，接着灯丝预热电路对荧光灯管Y进行预热，预热完成后，脉冲信号的频率由f预热滑至f启动，正常点亮荧光灯管，此时MCU芯片通过电流检测单元101和电压检测单元102开始采集荧光灯管Y工作时的采样电流IS和采样电压VS。功率计算模块202对采样电流IS和采样电压VS进行量化处理得到输出功率值，控制信号处理模块201对调光控制信号DS进行量化处理得到对应的计算功率值，调频控制单元303通过对计算功率值的大小和输出功率值的大小进行比较，从而精确的调节第一脉冲PH和第二脉冲PL的输出频率，最终使输出功率值等于计算功率值，使该调光控制电路输出功率保持稳定，达到调光的效果。
本发明采用电压电流闭环控制电路实现调光控制，可以精确控制灯管输出功率，准确控制输出照度，调光更连续、稳定，效果更柔和。另外，可准确的判断出荧光灯管的输出功率的变化，渐进式的增加或减小脉冲频率，避免了只根据电流单一变量作为判断增减脉冲频率的依据时灯管输出功率不稳定、在输出功率较低时灯管调熄的现象，在调到1％时稳定性好，不熄灭。
本发明还涉及一种可调光荧光灯，其包含荧光灯管以及连接荧光灯管的调光控制电路，该调光控制电路的最优实施方式如上述实施例所阐述。
以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种荧光灯调光控制电路，包括反馈检测单元(1)、主控单元(2)、半桥驱动单元(3)和振荡单元(4)，其特征在于，
所述反馈检测单元(1)包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元(101)、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元(102)；
所述主控单元(2)用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据所述采样电流、所述采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率，所述主控单元输出的频率为f预热的第一脉冲和第二脉冲在持续时间超过t预热时，将第一脉冲和第二脉冲的频率调整为f启动，用以正常点亮荧光灯管；
所述半桥驱动单元(3)依据第一脉冲和第二脉冲控制其内部的开关管导通与截止产生一高压脉冲；
所述振荡单元(4)依据所述高压脉冲控制其内部的变压器产生一用于荧光灯管工作的高频交变电压；
所述振荡单元(4)包含第一变压器、设置在第一变压器初级线圈的首端与荧光灯管之间的灯丝预热支路(401)、以及设置在第一变压器次级线圈的末端与荧光灯管之间的输出支路(402)；第一变压器次级线圈的首端引入所述高压脉冲，第一变压器初级线圈的末端接地；
所述灯丝预热支路(401)包括一含有两组次级线圈的第二变压器，所述两组次级线圈分别与荧光灯管两端的灯丝连接构成闭合回路为荧光灯管启动提供预热；第二变压器包含初级线圈（16）、第一次级线圈（23）和第二次级线圈（45）；第二变压器的初级线圈（16）的1端接地、6端经电感（L3）和电容（C4）接第一变压器初级线圈（12）的1端；第二变压器的第一次级线圈（23）的2端经电容（C7）接荧光灯管灯丝的3端，第一次级线圈（23）的3端直接接到荧光灯管灯丝的4端；第二变压器的第二次级线圈（45）的5端经电容（C8）接荧光灯管灯丝的1端，第二次级线圈（45）的4端直接接荧光灯管灯丝的2端；
所述输出支路(402)包含起滤波作用的扼流线圈。
2.根据权利要求1所述的荧光灯调光控制电路，其特征在于，所述主控单元(2)包括：
控制信号处理模块(201)，其用于对所述调光控制信号进行量化处理得到一对应的计算功率值；
功率计算模块(202)，其用于对所述采样电流和所述采样电压进行量化处理得到一输出功率值；
调频控制模块(203)，其用于对所述计算功率值和所述输出功率值进行比较判断，并依据判断结果控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率：若计算功率值大于输出功率值，控制降低第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出；若计算功率值小于输出功率值，控制提高第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出。
3.根据权利要求1所述的荧光灯调光控制电路，其特征在于，所述半桥驱动单元(3)包含一第一脉冲控制其导通与截止的第一开关管、一第二脉冲控制其导通与截止的第二开关管，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连接形成交汇点，该交汇点处产生所述高压脉冲。
4.根据权利要求1所述的荧光灯调光控制电路，其特征在于，所述电流检测单元(101)包括二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C9；
二极管D5的负极接在荧光灯管的一端，二极管D5的正极接二极管D4的负极且接地，电阻R13接在二极管D5的负极与二极管D4的正极之间，电阻R12接在二极管D4的两端，二极管D3的正极接二极管D5的负极，二极管D3的负极经电阻R11和电阻R9接到所述主控单元(2)的采样电流输入端(IPIN)，电阻R10和电容C9并联后一端接电阻R9与电阻R11的汇接点、另一端接地。
5.根据权利要求4所述的荧光灯调光控制电路，其特征在于，所述电压检测单元(102)包括二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C6；
电阻R2和电阻R8串联后一端接在荧光灯管的一端，另一端接地，电阻R7接在电阻R2和电阻R8的交汇点与二极管D2的正极之间，二极管D2的负极经电阻R1接到所述主控单元(2)的采样电压输入端（VPIN），电阻R6和电容C6并联后一端接二极管D2的负极、另一端接地。
6.一种可调光荧光灯，包含荧光灯管以及连接荧光灯管的调光控制电路，所述调光控制电路包括反馈检测单元(1)、主控单元(2)、半桥驱动单元(3)和振荡单元(4)，其特征在于，
所述反馈检测单元(1)包括检测荧光灯管的工作电流得到一采样电流的电流检测单元(101)、以及检测荧光灯管的工作电压得到一采样电压的电压检测单元(102)；
所述主控单元(2)用于产生频率相同、幅度大小相同且方向相反的第一脉冲和第二脉冲，并依据所述采样电流、所述采样电压和外界输入的调光控制信号控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率，所述主控单元输出的频率为f预热的第一脉冲和第二脉冲在持续时间超过t预热时，将第一脉冲和第二脉冲的频率调整为f启动，用以正常点亮荧光灯管；
所述半桥驱动单元(3)依据第一脉冲和第二脉冲控制其内部的开关管导通与截止产生一高压脉冲；
所述振荡单元(4)依据所述高压脉冲控制其内部的变压器产生一用于荧光灯管工作的高频交变电压；所述振荡单元(4)包含第一变压器、设置在第一变压器初级线圈的首端与荧光灯管之间的灯丝预热支路(401)、以及设置在第一变压器次级线圈的末端与荧光灯管之间的输出支路(402)；第一变压器次级线圈的首端引入所述高压脉冲，第一变压器初级线圈的末端接地；
所述灯丝预热支路(401)包括一含有两组次级线圈的第二变压器，所述两组次级线圈分别与荧光灯管两端的灯丝连接构成闭合回路为荧光灯管启动提供预热；第二变压器包含初级线圈（16）、第一次级线圈（23）和第二次级线圈（45）；第二变压器的初级线圈（16）的1端接地、6端经电感（L3）和电容（C4）接第一变压器初级线圈（12）的1端；第二变压器的第一次级线圈（23）的2端经电容（C7）接荧光灯管灯丝的3端，第一次级线圈（23）的3端直接接到荧光灯管灯丝的4端；第二变压器的第二次级线圈（45）的5端经电容（C8）接荧光灯管灯丝的1端，第二次级线圈（45）的4端直接接荧光灯管灯丝的2端；
所述输出支路(402)包含起滤波作用的扼流线圈。
7.根据权利要求6所述的可调光荧光灯，其特征在于，所述主控单元(2)包括：
控制信号处理模块(201)，其对所述调光控制信号进行量化处理得到一对应的计算功率值；
功率计算模块(202)，其对所述采样电流和所述采样电压进行量化处理得到一输出功率值；
调频控制模块(203)，其对所述计算功率值和所述输出功率值进行比较判断，并依据判断结果控制调节第一脉冲和第二脉冲的频率：若计算功率值大于输出功率值，控制降低第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出；若计算功率值小于输出功率值，控制提高第一脉冲和第二脉冲的频率，直到计算功率值等于输出功率值时稳定输出。
8.根据权利要求6所述的可调光荧光灯，其特征在于，所述半桥驱动单元(3)包含一第一脉冲控制其导通与截止的第一开关管、一第二脉冲控制其导通与截止的第二开关管，第一开关管的源极与第二开关管的漏极相连接形成交汇点，该交汇点处产生所述高压脉冲。
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