CN102821531B - 一种“交—交调控”的数控hid驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种“交-交调控”的数控HID驱动方法及其驱动器。所述的驱动方法是一种通过直接从交流到交流进行电源变换而实现的数控HID驱动方法，它是以嵌入式控制器与“交-交调控”驱动模块为核心，通过与各电路连接，将输入的正弦交流直接进行交流调制，输出满足数控HID驱动的恒功率正弦交流电源，并实现数控HID驱动的各种照明功能和控制保护功能的方法；所述驱动器，是应用该方法实现的一种电路设备，其电路组成包括EMI及输入滤波电路2，交流正弦输出滤波电路4，电流电压采样反馈电路5，高压触发驱动模块6，通信控制接口电路7，HID灯泡8和输入交流电源9，其特征在于：还包括嵌入式控制器1，交-交调控驱动模块3。

Description

一种“交—交调控”的数控HID驱动器

技术领域

本发明涉及一种“交-交凋控”的数控HID驱动(包括降压型驱动、升压型驱动和降压升压型驱动)方法及其驱动器，属于电器照明领域，它是高压气体放电灯(简称HID)新一代的重要配件。本发明适用于高压钠灯、金卤灯、高压汞灯、镝灯等不同管电压的HID。适用范围广，可含盖从小功率射灯、柜台灯、近光装饰灯、聚光灯，到人功率舞台灯、路灯，广场、车站、码头、体育场馆照明灯，及演艺场馆、餐厅、车用、船用照明的HID驱动。 

背景技术

1、HID光源及镇流器 

HID是当前大功率照明的主光源，由于其光效高、功率因素高、显色性好等优点，在LED光源飞速发展的时代，仍以穿透性高和舒适度好等不可取代的优点，成为照明领域大规模照明的主体。 

但由于HID为气体放电灯，需要高压启动和电流控制，所以，必须配以镇流器、触发器才能工作。传统HID照明，多以电感镇流器供电，因其功率因素低，效率低，照明质量不稳定，不可调控，耗能高等缺点，将逐步被淘汰。 

电子镇流器的出现，以其高效率、高功率因素和便于自动控制等优点，日趋受到用户的青睐。但由于其成本高、寿命短的致命弱点，限制了其推广使用。 

“交-交凋控”是当今世界自动控制领域里的最新技术。本发明将“交-交凋控”应用于数控HID驱动领域，打破了电子镇流器常规的“交-直-交控制”的技术路线，取消了直流控制环节，所以，简化了电路，大大降低了成本，大大提高了产品的可靠性，大大延长了HID灯及配属设备的寿命，并使HID调控数控化成为可能。 

2、“交-交凋控”数控HID驱动与HID电子镇流器驱动对比 

采用“交-交调控”数控HID驱动与HID电子镇流器驱动相比，具有极明显优点： 

(1)HID电子镇流器采用的是“低频方波式高频电路”的技术路线，将交流供电转为直流，再在直流电路内进行电流，电压的模拟控制，以达到输出功率稳定的效果，而采用“交-交调控”数控HID驱动，是由嵌入式控制器直接对输入交流电源进行凋制，以可控的恒功率模式直接输出交流电能，向HID恒功率供电。同时在供电过程中，电流、电压经嵌入式控制器采样反馈处理后，直接控制交流恒功率输出。 

(2)由于采用“交-交调控”数控HID驱动器是以嵌入式控制器为前提的，所以调控系统可以很方便的构成。以嵌入式控制器模块和“交-交调控”模块为核心，配以不同功率的驱动模块，即可构成适用于不同功率的HID照明，提高标准化，通用化水平，大大减化电路，制作简单，成本低廉。 

(3)由于采用“交-交凋控”数控HID驱动是以嵌入式控制器为核心，系统的数控化易于实现。如：恒功率控制，过流、过压、过热、短路保护等，均由嵌入式控制器直接控制完成。同时，系统也易于实现开放式接口，便于与无线、有线及电力载波网络联接，实现系统通信及控制。 

(4)由于采用“交-交调控”数控HID驱动，其整个系统变换完全是在交流环节完成的，避开了直流转换环节，大幅度减少了电子元器件，降低了成本，同时，由于没有电解电容等易损元件的存在，还大大提高了电路的可靠性和产品寿命。 

发明内容

本发明涉及一种“交-交调控”的数控HID驱动方法及其驱动器。本发明的目的是：提供一种高效率，高可靠性，长寿命，低成本，功率因素可达1，能实现降压、升压、降压升压驱动的交流正弦输出的数控HID驱动方法及驱动器，以满足高压钠灯、金卤灯、高压汞灯、镝灯等不同管电压的HID，以及小功率射 灯，柜台灯，近光装饰灯，聚光灯，到大功率的舞台灯、路灯、广场照明灯、车站、码头、体育场馆用灯，以及演艺场馆、餐厅、车用、船用照明的HID照明要求。 

为实现上述目的，本发明的技术方案是： 

一种采用“交-交调控”的数控HID驱动方法及其驱动器。所述“交-交调控”的数控HID驱动方法是一种通过直接从交流到交流进行电源变换而实现的数控HID驱动方法，是与电子镇流器通过“交流-直流-交流”的电源变换而实现的HID驱动方法完全不同的新方法。它是以嵌入式控制器与“交-交调控”驱动模块为核心，通过与各功能电路连接、协凋处理，将输入的正弦交流电直接进行交流调制，输出满足数控HID驱动的恒功率正弦交流电源，并实现数控HID驱动的各种照明功能和控制保护功能的方法；所述“交-交调控”的数控HID驱动器，是应用“交-交调控”的数控HID驱动方法实现的一种电路设备，其电路组成包括：嵌入式控制器1，EMI及输入滤波电路2，交-交调控驱动模块3，交流正弦输出滤波电路4，电流电压采样反馈电路5，高压触发驱动模块6，通信控制接口电路7，以及HID灯泡8和输入交流电源9。 

与输入交流电源9相连接的EMI及输入滤波电路2，用于隔离外部电源与本发明设备之间的干扰与噪声，调理后的输入交流电源一路供给“交-交凋控”驱动模块3进行“交-交调控”；另一路供给嵌入式控制器1，用于输入电源采样及提供嵌入式控制器1的工作电源； 

与“交-交调控”驱动模块3相连接的交流正弦输出滤波电路4，用于抑制“交-交调控”驱动模块3的输出噪声； 

串接于交流正弦输出滤波电路4和HID灯泡8之间的电流/电压采样反馈电路5，用于采样HID灯泡8的工作电流和电压，调理后供嵌入式控制器1分析； 

串接于HID灯泡8之前的高压触发驱动电路6，在给定工作电压范围内，产生HID启辉的触发电平，点亮HID灯泡8； 

与嵌入式控制器1相连接的通信控制接口电路7，用于接收外部设定的工作参数，接收外部的控制指令，发送实时工况数据； 

其特征在于嵌入式控制器1，它是本发明的核心及管理控制中心。 

它采样EMI及输入滤波电路2的输入以及交流正弦输出滤波电路4的输出，比对系统设定的工作参数，产生“交-交凋控”驱动模块3工作的操作控制指令，实现电源的“交-交凋控”变换； 

它通过通信接口电路7，实现与外部的数据交互及互联集群控制； 

它通过对电流/电压采样反馈电路5反馈的电流、电压值及对系统工作模型的分析，比对系统设定参数可实现过流、过压、过热及短路保护功能，以保障本发明驱动器稳定、可靠地工作。 

其特征还在于：一个“交-交调控”驱动模块3，与EMI及输入滤波电路2相连接，用于对输入电源直接进行“交-交调控”变换处理。它执行嵌入式控制器1给出的操作控制指令，将输入电源直接变换为HID灯泡8的工作电源。 

本发明的有益效果是： 

采用“交-交凋控”技术实现了正弦交流直接变换，有效地提高了HID及配属设备的使用寿命；通过“交-交调控”，可实现降压、升压及降压升压型交流电源变换；能适应85V～275V的宽电压交流供电。 

通过外部指令设置，可对输出电压的工作范围进行控制，以满足各类HID灯照明的工作参数要求，有效地实现HID的恒功率控制；同时，还可以方便地实现连续线性恒功率控制及调光。 

由于“交-交凋控”是以嵌入式控制器为前提，因而调控系统构成方便。以嵌入式控制器模块和“交-交调控”驱动模块为核心，配以不同功率的驱动模块，即可构成适用于不同功率的HID驱动器，大大减化了电路，制作简单，通用性强。易于实现系统的各种有效保护。 

由于“交-交调控”变换是在交流变换环节完成，避免了电子镇流器变换的直流环节，大幅度减少了电子元器件，降低了成本；同时没有电解电容易损件存在，大大提高了电路可靠性和产品寿命。 

附图说明

图1是本发明一种“交-交调控”的数控HID驱动方法及其驱动器组成示意图。 

图2是本发明一种“交-交凋控”的数控HID驱动方法及其驱动器中嵌入式控制器1原理示意图。 

图3～图6是本发明一种“交-交凋控”的数控HID驱动方法及其驱动器中“交-交凋控”驱动模块3拓扑结构的几种典型电路图。其中： 

图3是用于实现降压型变换的双Buck电路图。 

图4是用于实现升压型变换的双Boost电路图。 

图5是用于实现降压升压型变换的双Buck-Boost电路图。 

图6是双CuK电路图。 

具体实施方式

如图1所示，一种“交-交凋控”的数控HID驱动方法及其驱动器，其驱动器由嵌入式控制器1，EMI及输入滤波电路2，“交-交调控”驱动模块3，交流正弦输出滤波电路4，电流/电压采样反馈电路5，高压触发驱动模块6，通信控制接口电路7，HID灯泡8和输入交流电源9组成。 

EMI及输入滤波电路2滤除输入交流电源9输入的射频、电磁干扰，同时，也防止本发明驱动器衍生的射频、电磁干扰进入外部输入电源，起到双向隔离作用。经EM1及输入滤波电路2的交流电源一路输出到嵌入式控制器1，作为嵌入式控制器1的工作电源和过零检测信号源，另一路输出到“交-交调控”驱动模块3，用于直接进行“交-交凋控”用的交流电源。 

“交-交凋控”驱动模块3将EMI及输入滤波电路2所供给的交流电源，按嵌入式控制器1给出的操作控制指令，进行“交流-交流”电源变换操作，输出符合系统设定的额定交流电源到交流正弦输出滤波电路4。 

交流正弦输出滤波电路4对“交-交调控”驱动模块3输出的额定交流电源进行滤波，去除干扰噪声后，将满足HID灯照明要求的交流正弦电源信号经高压触发驱动模块6输出到HID灯泡8。 

电流/电压采样反馈电路5串接在交流正弦输出滤波电路4和HID灯泡8之间，对HID灯泡8的工作电流、电压进行采样，经调理后反馈给嵌入式控制器1。 

通信控制接口电路7用于本发明驱动器的开放式接口，便于实现有线、无线或电力载波网络连接，实现系统的联网或集群控制。通过接口，可接受上位机设定的外部指令，实现内部工作参数的设定、对输出功率的修改、以及系统工作数据的输出(如累计有效工作时间、累计有效的有功输出功率等)；通过该接口，还可实现HID的“开/关”控制以及凋功率调光控制。 

HID灯泡8包括高压钠灯、金卤灯、高压汞灯、镝灯等不同功率、不同管电压的高压气体放电灯。 

输入交流电源9为本发明提供供电电源，可以是85V～275V的宽电压交流电源。 

嵌入式控制器1是本发明的核心和管理控制中心。 

嵌入式控制器1严格按设定的工作模型和参数，比对电流/电压采样反馈电路5反馈的采样数据，计算并给出“交-交调控”驱动模块3的操作控制指令，控制“交-交调控”驱动模块3输出满足HID恒功率控制所需要的交流电源； 

嵌入式控制器1根据启辉控制模型，给出“交-交调控”驱动模块3的操作控制指令，控制高压触发驱动模块6按启辉控制模型点亮HID灯泡8。 

嵌入式控制器1通过通信控制接口电路7，接收并存储外部设定的系统工作参数；实时接收外部指令，进行“开、关”控制，调功率凋光控制，以及过流、过压、过热、短路保护控制，并可根据外部指令要求，输出系统的实时工作状态及参数。 

图2是嵌入式控制器1的原理示意图。 

嵌入式控制器1主要由主控制器MPU10，系统工作参数存储器11，“交-交调控”逻辑控制电路12，过零检测逻辑控制电路13，AC-DC模块14，通信控制器15组成，并与EMI及输入滤波电路2，电流电压采样反馈电路5，通信控制接口电路7，交流正弦输出滤波电路4，“交-交调控”驱动模块3连接。 

主控制器10是嵌入式控制器1的中枢，承担嵌入式控制器1的主要管理控制职能，与嵌入式控制器1内部各组成部分之间和本发明驱动器各组成部分之间多有连接。 

AC-DC模块14将EMI及电源滤波电路2处理后的交流电源变换为低压直流电源供主控制器MPU10工作使用；过零检测逻辑控制电路13对EMI及电源滤波电路2处理后的交流电源供主控制器MPU10采样使用；交-交调控逻辑控制电路12按主控制器MPU10提供驱动信息，经过编程后发出“交-交调控”驱动指令给“交-交凋控”驱动模块3；通信控制器15与通信控制接口电路7连接，接收并存储外部设定的系统工作参数，实时接收外部指令，并传输给主控制器MPU10，主控制器MPU10经过比对，处理后传输给通信控制器15，并通过通信控制器15与通信控制接口电路7连接，实现与外部数据的交互及互联集群控制；系统工作参数存储器11用于系统设置工作参数存储，与主控制器10进行数据比对、交换。 

从主控制器MPU10和“交-交调控”驱动模块3输出的经“交-交调控”后的交流电源到交流正弦输出滤波电路4，进行滤波处理后使用。 

主控制器MPU10接收电流电压采样反馈电路5采集并调理后的HID灯泡8的工作电流、电压信息，严格按启辉控制模型和设定的参数进行比对，计算并给出“交-交调控”驱动模块3的操作控制指令，并通过“交-交调控”逻辑控制电路12发出控制驱动指令，控制高压触发驱动模块6按启辉控制模型点亮HID灯泡8和HID灯泡8的恒功率控制。 

图3～图6是本发明的“交-交调控”驱动模块3拓扑结构的几种典型电路图。实现本发明的“交-交调控”驱动模块3，接受嵌入式控制器1给出的操作控制指令，并根据不同功率、不同管电压的需求，通过其多种拓扑电路，实现降压型、升压型、降压升压型的“交流-交流”变换，将输入的交流电源直接变换为各种HID灯泡8工作所需的正弦交流电源。本发明给出了几种具有代表性的典型电路。图3是用于实现降压型变换的双Buck电路，图4是用于实现升压型变换的双Boost电路，图5是用于实现降压升压型变换的双Buck-Boost电路，图6是一种变形的双CuK电路。本发明只需变换一种“交-交调控”驱动模块3的拓扑电路，就能组成一种“交-交调控”的数控HID驱动器，大大减少了设计方法，实现产品设计更高层次的标准化，通用化水平，大幅度降低成本。 

Claims (4)

1.一种“交—交调控”的数控HID驱动器，所述其驱动器是应用“交—交调控”数控HID驱动方法实现的一种电路设备，其电路组成包括：EMI及输入滤波电路（2），交流正弦输出滤波电路（4），电流/电压采样电路（5），高压触发驱动模块（6），通信控制接口电路（7），HID灯泡（8）和输入交流电源（9），其特征在于，它还包括嵌入式控制器（1）和“交—交调控”驱动模块（3）：

嵌入式控制器（1）采样EMI及输入滤波电路（2）的输入以及交流正弦输出滤波电路（4）的输出，比对系统设定的工作参数，产生 “交—交调控”驱动模块（3）工作的操作控制指令，实现电源的“交—交调控”变换；嵌入式控制器（1）与通信控制接口电路（7）连接，实现与外部的数据交互及互联集群控制；嵌入式控制器（1）通过对电流/电压采样反馈电路（5）反馈的电流、电压值及对系统工作模型的分析，比对系统设定参数实现过流、过压、过热及短路保护；

“交—交调控”驱动模块（3），与EMI及输入滤波电路（2）连接，用于对输入电源直接进行“交—交调控”变换处理，同时执行嵌入式控制器（1）给出的操作控制指令，将输入电源直接变换为HID灯泡（8）的工作电源；

所述数控HID驱动器的驱动方法，是一种通过直接从交流到交流进行电源变换而实现的数控HID驱动方法，它是以嵌入式控制器（1）与“交一交调控”驱动模块（3）为核心，通过与各功能电路连接、协调、处理，将输入的正弦交流电源直接进行交流调制，输出满足数控HID驱动的恒功率正弦交流电，并实现数控HID驱动的各种照明功能和控制保护功能的方法。

2.根据权利要求1所述的一种“交—交调控”的数控HID驱动器，其特征在于：所述嵌入式控制器（1）的基本电路由主控制器MPU（10），系统工作参数存储器（11），交—交调控逻辑控制电路（12），过零检测逻辑控制电路（13），AC—DC模块（14），通信控制器（15）组成，嵌入式控制器（1）严格按设定的工作模型和参数，比对电流/电压采样反馈电路（5）反馈的数据，计算并给出“交—交调控”驱动模块（3）的操作控制指令，控制“交—交调控”驱动模块（3）输出满足HID恒功率控制所需交流电源实现“交—交调控”工作电源的数控闭环管理；嵌入式控制器（1）还根据启辉控制模型，给出“交—交调控”驱动模块（3）的操作控制指令，控制高压触发驱动模块（6）按启辉控制模型点亮HID灯泡（8）；嵌入式控制器（1）还通过通信控制接口电路（7），接收并储存外部设定的系统工作参数，实时接收外部指令，进行开、关控制，调功率调光控制，过流、过压、过热、短路保护控制。

3.根据权利要求1所述的一种“交—交调控”的数控HID驱动器，其特征在于：所述“交—交调控”驱动模块（3），接受嵌入式控制器（1）给出的操作控制指令，并根据不同功率，不同管电压的需求，通过其多种拓扑电路实现降压型、升压型以及降压升压型的“交流–交流”变换，将输入的交流电源直接变换为各种HID灯泡（8）工作所需的正弦交流电源，只需变换一种“交—交调整”驱动模块（3）的拓扑电路，就能组成一种“交—交调控”的数控HID驱动器；其中，所述的拓扑电路为“双Buck拓扑电路”用于实现降压型“交流-交流”变换，或为“双Boost拓扑电路”用于实现升压型“交流-交流”变换，或为“双Buck-Boost拓扑电路”用于实现降压升压型“交流-交流”变换，或为“双Cuk拓扑电路”用于变形电路。 

4.根据权利要求1所述的一种“交—交调控”的数控HID驱动器，其特征在于：所述通信控制器（7）是便于有线、无线或电力载波网络连接的开放式接口，用于实现系统的联网或集群控制。