CN102869177A - 大功率高压气体放电灯的光强全自动无级调节系统 - Google Patents

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易光斌
杨湘杰
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Abstract

本发明公开一种大功率高压气体放电灯的光强全自动无级调节系统，该系统包括测量模块，电源模块，补偿模块和控制模块，采用了可调节光强的电源模块，利用测量模块、补偿模块和控制模块构成反馈系统，对光强的调节实现自动控制，整个系统对光强的控制精度不受系统中配件（比如灯）的更换而受影响，系统可自动实现准确光强的控制。本发明主要用于对大功率高压气体放电灯的输出光强可调，且对光强值和光强稳定性有精确要求的场合。

Description

大功率高压气体放电灯的光强全自动无级调节系统
 
技术领域                     
本发明涉及电光源的自动控制领域，尤其是能对大功率高压气体放电灯的发光强度进行全自动无级调控，调控后的光强值精确度高，光强稳定性强。
背景技术
高压气体放电灯，英文缩写HID（High intensity Discharge ），它通过灯管中的弧光放电，再结合灯管中填充的惰性气体或金属蒸气产生很强的光线。目前有高压钠灯、高压汞灯、氙气灯、金属卤化物灯等。
高压气体放电灯发光强度高，灯体寿命长，能量转换效率高，色温性好，辐射光谱选择性强，输出恒定，安全可靠……因而广泛应用于公路、机场、码头、船坞、车站、广场、汽车等的大面积照明；也可用作电影放映、电影摄影、彩色照相制版、复印等方面的光源；在棉织物的颜色检验、药物和塑料老化试验、植物栽培、光化反应、太阳能等方面，可作模拟日光和人工老化的光源。
高压气体放电灯的发光强度主要由灯体本身和配套的电源模块决定。大部分电源模块的功能是对大功率高压气体放电灯进行预燃触发、弧光放电、待灯启动后转入稳定工作状态，维持灯的发光功率恒定。这种设计，光强参数会因为系统原因（如电源和灯的设计因素、灯的制造工艺差异等）而发生变化，而且不能实现人工调节。
少数的设计可以人为调节光强，这种调节方式一般是通过信号检测电路，测量电源模块的输出电压、输出电流或输出功率（也称为管电压、管电流或管功率），再将这些实时的测量值和调节电路的输出值，通过反馈电路来影响电源模块的输出。这种控制方式能实现灯的发光强度可调，但由于高压气体放电灯的原理和制作工艺水平的局限，灯的个体差异、以及同一个灯老化前后的差异都比较大，在对光强值有精确要求的场合，用这种方式无法实现光强的调节和控制。
发明内容
为了能实现大功率高压气体放电灯定光强稳定输出的功能，本发明提供了一种控制系统，该系统不仅能通过控制电压无级调节大功率高压气体放电灯的光强，而且可以实现精确的定量调节。
本发明的技术方案是：该系统包括测量模块，电源模块，补偿模块和控制模块，采用了可调节光强的电源模块，利用测量模块、补偿模块和控制模块构成反馈系统，对光强的调节实现自动控制，整个系统对光强的控制精度不受系统中配件（比如灯）的更换而受影响，系统可自动实现准确光强的控制。
其中，大功率高压气体放电灯的驱动电源、触发器、电源控制电路和灯本身，组成了光强可调的电源模块。为了实现光强值定量，利用光电传感器、信号变送电路和光电隔离电路，组成了测量模块。根据MCU设定的光强和测量模块的输出，控制模块是实现光源的光强自动调节功能的核心。由于灯和电源本身，尤其是灯的一致性很难保证，而为了满足批量生产过程中，控制系统精度的要求，系统还设置了一个补偿模块，用于预先进行控制范围的粗调。
测量模块的输出送入补偿模块进行补偿后作为控制参数，然后利用控制模块对电源模块进行控制，进而控制大功率高压气体放电灯的光强，光强信号又经过测量模块进行反馈。
本发明的优点在于：该系统不仅能通过控制电压无级调节大功率高压气体放电灯的光强，而且可以实现精确的定量调节。
附图说明
图1为本发明的结构框图；
图中：1测量模块  2补偿模块  3控制模块  4电源模块；
图2为本发明的电源模块的结构框图；
图中：5灯   6触发器   7驱动电源   8电源控制电路；
图3为本发明的测量模块的结构框图；
图中：5灯  9光电传感器   10信号变送电路   11光电隔离电路；
图4为本发明的补偿模块的结构框图；
图中：1测量模块 3控制模块 12补偿信号输入 13补偿信号处理
图5为本发明的控制模块的结构框图；
图中：2补偿模块 4电源模块 14人机交互  15MCU  16反馈控制电路；
图6为本发明的信号转换及流向框图；
图中：I1光电流，光电流与光强成正比，比例系数由系统决定
V1电压1，电压1与光电流成正比，比例系数由系统决定
V2电压2，电压2与电压1成正比，比例系数可设定
V3输出光强设定电压3
V4光强控制电压4
D输出PWM信号的占空比，PWM的频率由系统决定，占空比由光强控制电压4决定
I2电源电流，电源电流由PWM的频率和占空比决定。
具体实施方式
在光源的输出端，放置光电传感器，用以测量光源发出的光经过一定距离后在某点的光强，光电传感器输出的电流与该点的光强成正比，根据传感器的特性参数，可通过该电流值准确表征光强参数。 
通过信号变送测量电路，将光强参数以电压的形式送入系统控制电路。
为了补偿大功率高压气体放电灯的批内差异和批间差异，利用补偿信号处理电路，将表征光强的电压进行定比例降压，以免后续进入运算放大电路输入端的信号不在有效范围内，而出现输出失真，影响整个控制系统的工作。
反馈控制电路利用运放的正反馈原理，将MCU设定光强和检测到的实时光强作为运放输入，将电源控制电压作为运放输出，整个系统作为反馈回路，实现光强的自动调节过程。 
电源控制电压通过电源控制电路，输出一定频率和占空比的PWM信号，PWM信号经过驱动电路，控制MOS管，利用MOS管和变压器等实现大电压、大电流的高压气体放电灯的发光控制， 在高压气体放电灯稳定发光期间，PWM的频率由系统设定，占空比由光强控制电压4决定，通过改变PWM信号的占空比来调节流过灯的电流大小，从而控制高压气体放电灯的发光光强。

Claims (2)

1.一种大功率高压气体放电灯的光强全自动无级调节系统，其特征是：该系统包括测量模块、电源模块、补偿模块和控制模块，采用了可调节光强的电源模块，利用测量模块、补偿模块和控制模块构成反馈系统，对光强的调节实现自动控制，整个系统对光强的控制精度不受系统中配件如灯的更换而受影响，系统可自动实现准确光强的控制。
2.根据权利要求1所述的大功率高压气体放电灯的光强全自动无级调节系统，其特征是：测量模块的输出送入补偿模块进行补偿后作为控制参数，然后利用控制模块对电源模块进行控制，进而控制大功率高压气体放电灯的光强，光强信号又经过测量模块进行反馈。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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