CN101977478A - 一种采用两线式荧光灯数字调光控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灯的调光控制方法，尤其涉及一种采用两线式的荧光灯数字调光控制方法和系统。主要是利用电力线来进行灯的控制。本发明是这样实现的，一种采用两线式荧光灯数字调光控制方法，包括由调光控制器1与调光镇流器2构成的系统，以及一数字协议。该数字协议由控制命令和/或数据组和/或给所控制的下级灯编址，达到通过不同的波形，组合出一组控制信号和/或地址编码，通过镇流器本身的电源线直接输送给镇流器，用于控制下级各灯的开、关和/或亮度。本发明通过这种方法，在发送完一组波形后，电源信号即回到原来的完整的正弦波形，因此不会产生额外的电磁干扰，并且由于传输使用数字量而非模拟量，从而电压的波动不会影响调光的性能。

Description

一种采用两线式荧光灯数字调光控制方法和系统

技术领域

本发明涉及一种灯的调光控制方法，尤其涉及一种采用两线式的荧光灯数字调光控制方法和系统。

背景技术

荧光灯在工业及商业场合都有大量的应用，是目前在节能背景下重要的节能光源。目前荧光灯的调光技术分成两个类别，一种为四线式，例如DALI系统的调光，这个方式可以进行寻址及精密的控制，但是需要用户重新配控制线。另外一种是使用两线式调光，例如可控硅调光。申请号为ZL200680015814.6的PCT专利提供一种控制方法，但是这种调光控制方法在镇流器正常工作的时候，由于使用了可控硅斩波电路，因此会导致持续较大的电磁干扰，并且由于在电压波动的状况下，相位角会波动而导致灯亮度的变化，其控制方法都采用模拟量控制，因此不能采用寻址的方式进行控制，而且调控精度也受限。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的之一是：提供一种采用两线式荧光灯数字调光控制方法，包括由调光控制器1与调光镇流器2构成的系统，以及一数字协议。该数字协议由控制命令和/或数据组和/或给所控制的下级灯编址，达到通过不同的波形，组合出一组控制信号和/或地址编码，通过镇流器本身的电源线直接输送给镇流器，用于控制下级各灯的开、关和/或亮度。

本发明的目的之二是：提供一种采用上述方法的调光控制器1。利用可控硅或者固态继电器作为电源波形发生器，并将调光控制信号转换成一组符合协议的命令和/或数据组和/或地址编码，通过电源线送到镇流器。

本发明的目的之三是：提供一种采用上述方法的含有一译码电路的调光镇流器2。该译码电路，将信号译码出来，产生控制调光的信号，通过调节该信号的频率，达到调光和/或开关灯的目的。

一种采用两线式的荧光灯数字调光控制方法，包括由调光控制器1和调光镇流器2构成的装置，其步骤包括：

调光控制器1根据人机对话发出的指令，对交流信号的过零点进行检测，产生零点基准信号；

同时，根据数据通讯协议产生控制指令；

根据该控制指令，将交流电源正弦波中的一段转换成包括零点基准信号在内的调光控制数字信号；

将调光控制数字信号通过电力线，传输到被控制荧光灯的调光镇流器；

调光镇流器接收到零点基准信号开始，对该信号按协议规定的信号长度进行信号检测，并对该波形整形；

将整形后的波形进行译码，并根据数据协议执行相应的指令；

由此产生所对应指令的控制信号，由该信号转换成一个电平信号，用来调整变频控制模块频率；

根据变频控制模块的输出频率改变输出功率，来控制荧光灯的亮度。

一种调光控制器1，包括

指令输入模块(12)：用于人机对话的输入装置，使调光控制器1获得一个控制指令；

过零检测模块(11)：用于检测电源正弦波的过零点，提供给逻辑控制模块(12)，使其获得一个准确的零点基准信号，以便其产生逻辑控制信号；

逻辑控制模块(13)：在获得控制指令，并检测到过零检测模块传送来的零点基准信号后，按照数据协议产生一组代表控制指令的逻辑信号，这组逻辑信号送到电力控制模块(14)；

电力控制模块(14)：在获得逻辑信号后，将该信号转变成数字控制信号，通过电力线输送到调光镇流器(2)。

所述输入装置是由一个输入键盘或者红外线或者无线等遥控电路组成。

所述逻辑信号是由可控硅或者固态继电器，将电源正弦波截去部分波形，从而形成两种波形；一种为被斩去的波形，另一种是原正弦波形，分别代表0和1。

一种调光镇流器(2)，包括

波形整形模块(21)：用于将数字控制信号的波形整形；

译码微处理器模块(22)：将整形出来的控制信号译码，并根据数据协议执行相应的指令；由此产生所对应指令的控制信号，由该信号转换成一个电平信号，用来调整变频控制模块频率；

整流滤波模块(23)：将交流电整流后，滤波成直流电，向变频控制模块(24)供电；

变频控制模块(24)：输出不同频率的驱动信号，使功率模块工作在不同的频率状态，由此改变灯管的电流，从而使灯的亮度产生变化，即获得调光的功能；

功率输出模块(25)：将直流电通过功率管逆变成较高频率的交流电，并通过灯管工作的LC振荡回路组成。

所述控制信号为PWM信号。

本发明通过这种方法，在发送完一组波形后，电源信号即回到原来的完整的正弦波形，因此不会产生额外的电磁干扰，并且由于传输使用数字量而非模拟量，从而电压的波动不会影响调光的性能。

附图说明

附图1：为本发明的调光控制器框图。

附图2：为本发明的调光镇流器框图。

附图3：为本发明的一种数据较少的电力线电源波形图。

附图4：为本发明的一种数据中等的电力线电源波形图。

附图5：为本发明的一种数据较多的电力线电源波形图。

附图6：为本发明的一过零型调光控制器电路图。

附图7：为本发明的一调光镇流器的电路图。

附图8：为本发明的一斩波型调光控制器的电路图。

具体实施方式

根据本发明所设计的调光控制器参见附图1，该调光控制器框图的工作机理是：当指令输入模块(12)：向调光控制器1发出一个控制指令时，逻辑控制模块(13)工作。所述指令输入模块(12)是由一个输入键盘或者红外线或者无线等遥控电路等输入装置组成。上述方案中，调光控制器(1)的过零检测模块(11)通常使用常规的过零检测电路产生信号，当然也可以使用带A/D转换的微处理器，从而将逻辑控制模块(13)和过零检测模块(11)合并在一起。所述逻辑控制模块(13)在接到控制指令后，产生一个包括零点基准信号在内的逻辑控制信号，送到电力控制模块(14)。

所述逻辑控制信号根据本发明的不同设计要求，制定不同的数据协议而产生。如在数据传输量不大的情况下，可以采用多个“半波”组成一个基本信号单位，经转换，代表“1”或“0”；反之，另一个基本信号单位，不转换，代表“0”或“1”，例如：以三个“半波”为一个基本数据单位，如：011和111，设011波形为低电平“0”，111波形为高电平“1”。逻辑控制信号的数据长度由数据协议所确定，图3所示的信号波形是由6个基本信号单位构成的逻辑控制信号；图4所示的信号波形是由8个基本信号单位构成的逻辑控制信号。

在带地址编码的情况下，由于数据传输量相对较大，可以采用一个“半波”为一个单位，这样可以传输较大量的数据。

电力控制模块14是利用可控硅或固态继电器作为信号发生器，将电源正弦波形按照逻辑控制信号转换成数字的调光控制信号，该调光控制信号同样符合数据协议。所述控制信号是通过电源线送到调光镇流器2。使用这种数字协议，还可以给灯组赋予地址编码，达到使用一个调光控制器分别控制一组灯的目的，所谓一组灯是指由多盏灯的组合。

根据本发明所设计的一种调光镇流器，其逻辑框图如附图2所示。调光镇流器2的整形模块21对接收到的调光控制信号的波形在每次过零点后，对该信号按协议规定的信号长度进行信号检测。也可以再获得首个有效信号后，按照固定时间进行检测。为降低干扰的影响，可以对一个数据位进行多次检测，重复判断数据的正确性。译码微处理器模块22，将接收到的数字信号译码出来后，根据数据协议执行相应的指令。由此产生所对应指令的控制信号，由该信号转换成一个电平信号，用来调整变频控制模块24频率。整流滤波模块23为变频控制模块提供直流工作电源，功率输出模块25根据变频控制模块23的输出频率改变输出功率，来控制荧光灯的亮度。

上述方案中，对含有地址的信号，由于传输的数据量比较多，而我们使用的交流电源的50Hz正弦波波形，耦合数据存在速度较慢的缺陷，可以采用一个调光镇流器有双地址，即一个控制器后所带的调光镇流器含有独立的地址，以便一个控制器控制不同的调光镇流器做不同的动作。数据协议中，还可对同一调光控制器所属的全部调光镇流器赋予一个公共地址，当需执行相同指令的时候，只需传输一个数据，就可以控制所有镇流器做相同的动作。

现通过下面不同的实施例并结合附图，对本发明进行详细描述。

实施例一

本发明的一种调光控制器实施例之一，其设计要求是：调光控制器具有开关和上下调光功能。本设计的数据协议比较简单，传输数据指令少，数据量也少。因此，本设计可以通过下列控制方法来实现：使用过零开关，取三个“半波”为一个基本数据单位；传输的数据指令中不包含灯地址，即一个控制器之后的全部灯接收到这一指令后，执行完全同样的动作；该数据指令也不含有亮度赋值信息，只能进行向上或向下实现调光功能；即所有的打开后，全部灯均处于高亮状态，可以逐步调底；或全部灯均处于低亮状态，可以逐步调高。

实现上述功能的数据协议为：

以三个“半波”为一组基本数据单位，如：011和111，设011波形为低电平“0”，111波形为高电平“1”。

有效位0出现后，每9个“半波”的波形，即三个基本数据单位为一个数据指令。确切的说，以3个“011”或者“111”组合成数字指令代码。例如：

011 011 011整理成实际数据为000代表减少亮度32分之一。

011 011 111整理成实际数据为001代表增加亮度32分之一。

以上控制方法的实施例可以采用如图6所示的电路来实现，其工作原理是：用市电经过变压器，转换成50HZ交流低压电源，作为控制器的工作电源；另外，还可以获得交流电源的过零点脉冲信号。其中，二极管D₁、D₂将过零低压交流电整流成100Hz半波交流电源，经电阻R₁，R₂分压后，产生一个更低的半波交流电压。当半波交流电压的波形由0向上升到超过稳压管Z₁的电压后，三极管Q₁导通，将与微处理器U₁的IO₁₀端相连的Q₁集电极电压拉低到0；当半波交流电压经分压后，低于稳压管Z₁电压时，三极管Q₁不导通，微处理器U₁的IO₁₀的电位为高电平。因此，在每次过零的时候，都会在微处理器U₁的IO₁₀端形成一个过零脉冲信号。在微处理器U₁接收到来自指令输入模块(键盘)的调亮指令后，MCU部分先抓取过零信号点，在获得过零信号点后，产生如附图3的第一组波形所示的电压信号。附图3第二组所示的波形采用固态继电器U₃对市电电源进行的整形，这组电源电压信号是经电源线传递到镇流器。

本实施例的镇流器电路如附图7所示，电源电压在D₁-D₄的整流后，再通过R₀₁、R₀₂、R₀₃的分压，形成如附图3的第三组所示波形的交流电压。当U₅通过IO₁获取到这组波形后，其内部电路进行比较分析，根据数据协议获得该波形的控制信号，提取信号将原来的IO₂的PWM信号进行脉宽调整，该PWM信号经D₀₂、R₀₆、R₀₇和C₀₄组成的整流滤波网络形成直流电平，调整脉宽即调整直流电平的电压，该电压控制U₇的dim脚进行频率控制，从而改变镇流器的输出功率。

实施例二：

一种带亮度赋值数据的调光控制方法本是本发明的实施例之二，其设计要求是：控制器除具有开关和上下调光功能外，还具有通过数据指令，对镇流器进行赋值，控制灯亮度的功能。由于本实施例所需传输的数据指令包含赋值信息，因此数据相对较多。但适合和外围控制系统进行结合，数据量也相对较多。因此，本设计可以通过下列控制方法来实现：使用过零开关，取三个“半波”作为一个基本数据单位，传输的数据指令中，不包含灯地址，即一个控制器之后的灯，在接收到数据指令时，执行完全相同的动作。另外，本发明的实施例中的数据指令中，还包含有亮度赋值信息，即电灯打开后数据指令中，含有数据记忆功能，能记忆之前的亮度数据。

实现上述功能的数据的协议为：

以三个“半波”为一个基本数据单位，如：011和111，设：011波形为低电平0，111波形为高电平1。

有效位“0”出现后，以24个“半波”作为一个数据指令；即，由8组011或者111组成数字指令代码。例如：

011 011 011 011 011 111 111 011整理成实际数据为：00000110。

本发明的实施例之二的数据真值表为：

011 011 011 xxxxx后面五位代表32分之一值。

011 011 111 111 011 011 111 111代表向上调16分之一值。

011 011 111 011 011 011 111 011代表向下调16分之一值。

011 011 111 111 111 111 111 111代表向上调32分之一值。

011 011 111 011 111 111 111 011代表向下调32分之一值。

例如：

用011 011 011 111 111 111 011 011整理成实际数据为：00011100，代表灯数据为27个等级

用011 011 111 111 111 111 111 011整理成实际数据为：00111110，代表灯向下调整1。

用011 011 111 111 111 111 111 111整理成实际数据为：00111111，代表灯向上调整1。

以上控制方法的实施例也可以采用如附图6所示的电路实现，其工作原理是：电源经过变压器，转换成低压50HZ交流信号，一方面给控制器供电，另外一方面可以获得交流电源的正弦波的过零点，其中，D₁、D₂将低压正弦波整流成100Hz交流半波信号，经电阻R₁、R₂分压后，产生一个电压更低的交流信号，当电压由0向上升到超过稳压管Z₁的电压后，三极管Q₁导通，将与IO₁₀相连的Q₁集电极电压拉低到0，当正弦波的电压经分压后低于Z₁电压是，三极管Q₁不导通，IO₁₀的电位为高电平。因此，在每次过零的时候，IO₁₀都会形成一个过零脉冲。

在微处理器U1接收到来自键盘或者遥控等系统的指令后，MCU部分在获得过零信号点后，产生如附图4所示的第一组波形。这组波形经控制模块14的固态继电器U₃，对电压信号进行整形，如附图4的第二组波形。

如附图7所示镇流器在接收到电压信号后，经D₁-D₄的整流，和电阻R₀₁，R₀₂，R₀₃的分压，形成一个如附图4的第三组的信号波形。U₅通过IO₁获取到这组波形后，内部进行比较分析获得波形的信号，提取信号将原来的IO₂的PWM信号进行脉宽调整，该PWM信号经D₀₂，R₀₆R₀₇和C₀₄组成的整流滤波网络形成直流电平，调整脉宽即调整直流电平的电压，该电压控制U₇的dim脚进行频率控制，从而改变镇流器的输出功率。

实施例三

一种带亮度赋值数据和地址代码的调光控制方法是本发明的实施例之三。其设计要求：控制器除具有开关和上下调光功能外，数据指令中还增加了对镇流器的亮度进行赋值的信息，并且对灯进行地址赋值。该数据指令相对较多，适合与外围控制系统进行结合，并且可以对单灯进行控制，从而可以获得精确控制动作。因此，本设计可以通过下列控制方法来实现：使用可控硅斩波开关，取一个半波为一个基本单位(数据位)，传输的数据中包含灯地址，即一个控制器后不同的灯，在接收到指令后，先要进行地址判断，如果地址正确才进行相应的操作。

实现上述功能的数据的协议为：

以一半波组成数据基本单位，有斩波为0和无斩波为1。有效位0出现后，每12个波形为一组数据。

本发明的实施例之三的数据真值表为：

000 xxxxx dddd其中xxxxx五位代表亮度值，分为32等分，dddd为地址从0000-1110共15个。

00110011dddd代表向上调16分之一值，dddd为地址从0000-1110共15个。

00100010dddd代表向下调16分之一值，dddd为地址从0000-1110共15个。

00111111dddd代表向上调32分之一值，dddd为地址从0000-1110共15个。

00101111dddd代表向下调32分之一值，dddd为地址从0000-1110共15个。

其中dddd地址为1111时，为该控制器后的公共地址。对该系统后所有灯有效。

例如：

000111000001代表0001号灯数据为27个等级。

数据001111100001代表0001灯向下调整1。

数据001111111111代表该控制器后所有灯向上调整1。

以上的控制方法的实施方式可通过如附图9所示的电路实现，其工作原理是：电源经过变压器，转换成低压50HZ交流信号，一方面给控制器供电，另外一方面可以获得交流信号的过零点。其中，D₁、D₂将过零低压信号整流成100Hz交流半波信号，经电阻R₁、R₂分压后，产生一个电压更低的交流信号。当电压由0向上升到超过稳压管Z₁的电压后，三极管Q₁导通，将与IO₁₀相连的Q₁集电极电压拉低到0，当正弦波的电压经分压后低于Z₁电压是，三极管Q₁不导通，IO₁₀的电位为高电平，因此在每次过零的时候都会在IO₁₀形成一个过零脉冲。在微处理器U1接收到来自键盘或者遥控等系统的指令后，MCU部分先抓取过零信号点，在获得过零信号点后，产生一组波形如附图七第一组波形所示。这组波形控制可控硅QQ₃，对电源进行整形如附图七第二组波形，这组电源电压信号经电力线传递到镇流器后，镇流器如附图七所示，电源电压在D₁-D₄的整流后再通过R₀₁，R₀₂，R₀₃分压形成一个带信号波形如附图7的第三组波形所示，U₅通过IO₁获取到这组波形后，内部进行比较分析获得波形的信号，提取信号将原来的IO₂的PWM信号进行脉宽调整，该PWM信号经D₀₂、R₀₆、R₀₇和C₀₄组成的整流滤波网络形成直流电平，调整脉宽即调整直流电平的电压，该电压控制U₇的dim脚进行频率控制，从而改变镇流器的输出功率。

Claims (6)

1.一种采用两线式的荧光灯数字调光控制方法，包括由调光控制器1和调光镇流器2构成的装置，其步骤包括：

调光控制器1根据人机对话发出的指令，对交流信号的过零点进行检测，产生零点基准信号；

同时，根据数据通讯协议产生控制指令；

根据该控制指令，将交流电源正弦波中的一段转换成包括零点基准信号在内的调光控制数字信号；

将调光控制数字信号通过电力线，传输到被控制荧光灯的调光镇流器；

调光镇流器接收到零点基准信号开始，对该信号按协议规定的信号长度进行信号检测，并对该波形整形；

将整形后的波形进行译码，并根据数据协议执行相应的指令；

由此产生所对应指令的控制信号，由该信号转换成一个电平信号，用来调整变频控制模块频率；

根据变频控制模块的输出频率改变输出功率，来控制荧光灯的亮度。

2.一种调光控制器1，包括：

指令输入模块(12)：用于人机对话的输入装置，使调光控制器1获得一个控制指令；

过零检测模块(11)：用于检测电源正弦波的过零点，提供给逻辑控制模块(12)，使其获得一个准确的零点基准信号，以便其产生逻辑控制信号；

逻辑控制模块(13)：在获得控制指令，并检测到过零检测模块传送来的零点基准信号后，按照数据协议产生一组代表控制指令的逻辑信号，这组逻辑信号送到电力控制模块(14)；

电力控制模块(14)：在获得逻辑信号后，将该信号转变成数字控制信号，通过电力线输送到调光镇流器(2)。

3.根据权利要求1所述的一种调光控制器(1)，其特征在于：所述输入装置是由一个输入键盘或者红外线或者无线等遥控电路组成。

4.根据权利要求1所述的一种调光控制器(1)，其特征在于：所述逻辑信号是由可控硅或者固态继电器，将电源正弦波截去部分波形，从而形成两种波形；一种为被斩去的波形，另一种是原正弦波形，分别代表0和1。

5.一种调光镇流器(2)，包括：

波形整形模块(21)：用于将数字控制信号的波形整形；

译码微处理器模块(22)：将整形出来的控制信号译码，并根据数据协议执行相应的指令；由此产生所对应指令的控制信号，由该信号转换成一个电平信号，用来调整变频控制模块频率；

整流滤波模块(23)：将交流电整流后，滤波成直流电，向变频控制模块(24)供电；

变频控制模块(24)：输出不同频率的驱动信号，使功率模块工作在不同的频率状态，由此改变灯管的电流，从而使灯的亮度产生变化，即获得调光的功能；

功率输出模块(25)：将直流电通过功率管逆变成较高频率的交流电，并通过灯管工作的LC振荡回路组成。

6.根据权利要求1所述的一种调光控制器(1)，其特征在于：所述控制信号为PWM信号。

Images