CN102933011B - 智能电网变频节能路灯的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能电网变频节能路灯的控制方法，该控制方法利用变频镇流器作为节能路灯的控制器，该变频镇流器利用单片机实现节能路灯的自动控制，包括点亮控制部分和节能路灯恒功率输出调控部分，其中，点亮控制部分利用采样电路对节能路灯两端的工作状况进行采样，单片机对节能路灯是否点亮、是否击穿为点亮、是否为冷灯、热灯进行合理的判断，使节能路灯点亮更方便、保险，而节能路灯恒功率输出调控部分则控制节能路灯在设定的时间段恒功率输出，最大程度的节约能源。

Description

智能电网变频节能路灯的控制方法

技术领域

本发明涉及一种控制节能路灯的方法，特别是指一种智能电网变频节能路灯的控制方法。

背景技术

随着中国经济的发展，人民生活水平的提升，城市化也越来越高，2011年中国历史上第一次城市人口超过乡村人口，城市化水平超过50％。现在中国新农村建设正在轰轰烈烈的进行着，相信今后中国城市化水平会越来越高，城市照明也会相应的增长，照明电的增加会使中国电力供应更加紧张，这就迫使改变现有照明系统的粗狂控制方式，采用更加节能、可控的照明控制方式。而目前的节能路灯一般主要采用高压钠灯，原来的路灯照明控制器是传统的电感式镇流器。在电感式镇流器的诸多缺点中，对于电能浪费的缺点更加明显：第一、电感式镇流器功率因数低，加上补偿电容后一般只能达到0.85，如果能把功率因数提高到0.99，那么原来安装85台电感镇流器的供电系统，现在就能安装99台新的镇流器；第二、电感式镇流器的消耗功率与输入电压有极大的关系，例如，在输入电压为220VAC时，电感式镇流器消耗的功率为265W，当输入电压为240VAC，电感式镇流器消耗的功率为350W到360W。在实际照明供电系统中，电压通常都设置在245VAC左右，这样做的目的是，为了最远的那杆灯有足够的输入电压。所以，使用老的电感式镇流器无形中就浪费大量的电能(350-265＝85W/盏)，所以，如果新的控制技术能够做到：不论输入电压高与低，只要保持整个产品的消耗功率恒定，或者可以在人少的时段、路段，降低整个产品的功率消耗，那节省的电能将是非常客观。

另外，对于不同温度气候的节能路灯启动也是有区别，由于冬天的温度和夏天的温度差异，在夏天原本某个频率节能路灯就能点亮，而在冬天则由于冷灯则点不亮，这样，普通的镇流器则需要经过若干次尝试直至点亮。这样影响了节能路灯和镇流器的使用寿命，降低了节能效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种智能电网变频节能路灯的控制方法，该方法通过对节能路灯的电流、电压进行采样，利用单片机控制，可使节能路灯恒功率输出、有效改善冷灯、热灯点亮差异，提高节能路灯的节能效率。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种智能电网变频节能路灯的控制方法，该控制方法利用变频镇流器对节能路灯进行智能控制，该控制方法利用变频镇流器作为节能路灯的控制器，该控制方法包括点亮控制部分和节能路灯恒功率输出调控部分，所述点亮控制部分包括

A.初始化系统；

B.采样电路对节能路灯两端电压进行采样，直至判断节能路灯两端感应电压已经消失；

C.单片机输出的频率由高向低进行扫频；

D.采样电路继续对节能路灯两端电压进行采样，d1.若采样的电压高于300且超过节能路灯最大电压Umax，则判断是否启动次数超过设定次数，若超过设定次数则停止输出直至重新上电，若未超过设定次数则休眠后再重复A、B、C、D；d2.若采样的电压有效值高于击穿电压但未超过节能路灯最大电压Umax，则重复C、D；d3.若采样的电压有效值低于击穿电压，则该次电压有效值U1与上次电压有效值U0比较，若该次电压有效值U1比上次电压有效值U0大，则表示节能路灯惰性气体击穿未点亮，则重复C、D；若该次电压有效值U1比上次电压有效值U0小，将|U1-U0|与设定值比较，若则进入节能路灯恒功率输出调控部分；若则重复步骤C、D若干次，当重复次数超过设定次数则等待一端时间后进入节能路灯恒功率输出调控部分。

其中，所述节能路灯恒功率输出调控部分采用闭环控制方式，单片机预设正常的工作频率区间，在确认没有开路、短路的情况下，单片机频率输出，利用采样电路采集的节能路灯两端的电压和负载电流信息，经A/D转换后判断该输出功率与工作频率的上限和下限进行比较，单片机按照功率-频率曲线调节节能路灯在一功率范围内恒功率输出。

其中，所述单片机中设有定时器，根据不同路段、不同时段所需节能路灯亮度的不同，单片机调控节能路灯在不同时段、按照设定的功率恒功率输出，这样，在满足各路段各时段照明亮度的前提下，尽可能的节能。

采用了上述技术方案后，本发明的效果是：单片机从高向低进行扫频寻找LC的谐振频率，在此过程中，还必须不停地检测节能路灯两端的电压，来判断节能路灯是否被击穿启动，当判断到节能路灯被启动时，必须马上以一相对较低的频率来运行，以确保节能路灯中的电流能够进一步增加，确报启动成功。而步骤D中，d1是确保节能路灯两端电压不超过预设最高电压，对节能路灯进行有效保护，而d3则是节能路灯启动过程，确保节能路灯是准确点亮，并且顺序微调节能路灯两端频率，使电流上升达到节能路灯正常工作时的频率，而d3也解决了热灯和冷灯时的点亮差异，确保节能路灯的点亮，提高节能路灯的节能效率，延长节能路灯的使用寿命，而单片机根据采样电路采样的电流和电压利用节能路灯恒功率输出调控部分可使节能路灯恒功率输出。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明数字式变频镇流器的结构示意图；

图2是本发明实施例的点亮控制部分的流程图；

图3是本发明实施例的节能路灯恒功率输出调控部分的流程图；

附图中：1.EMI滤波模块；2.桥式整流器；3.升压型有源功率因数校正模块；4.DC/AC高频变换器；5.LC谐振电路；6.采样电路及保护电路；7.单片机；8.脉冲发生器及驱动电路。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1、图2和图3所示，一种智能电网变频节能路灯的控制方法，该控制方法利用变频镇流器作为节能路灯的控制器，该变频镇流器利用单片机实现节能路灯的自动控制，该控制方法包括点亮控制部分和节能路灯恒功率输出调控部分，所述点亮控制部分包括

A.初始化系统；包括初始化端口方向、设置WDT分频比、设置PWM各项参数、设置定时器初始值、设置中断允许位、初始化寄存器值。

B.采样电路对节能路灯两端电压进行采样，直至判断节能路灯两端感应电压已经消失；在电路开始通电时，节能路灯的两端可能存在感应电压，此时通过判断节能路灯两端的电压值是否为0，当为0则表示已经消除，不为0则继续采样直至为0为止。

C.单片机输出的频率由高向低进行扫频；由高至低扫频可以有效的保证镇流器的电压不会过高而超过最大电压造成镇流器的损坏，有效的保护的元器件。

D.采样电路继续对节能路灯两端电压进行采样，d1.若采样的电压有效值高于击穿电压且超过节能路灯最大电压Umax，则判断是否启动次数超过设定次数，若超过设定次数则停止输出直至重新上电，若未超过设定次数则休眠后再重复A、B、C、D；d2.若采样的电压有效值高于击穿电压但未超过节能路灯最大电压Umax，则重复C、D；d3.若采样的电压有效值低于击穿电压，则该次电压有效值U1与上次电压有效值U0比较，若该次电压有效值U1比上次电压有效值U0大，则表示节能路灯惰性气体击穿未点亮，则重复C、D；若该次电压有效值U1比上次电压有效值U0小，将|U1-U0|与设定值比较，若则进入节能路灯恒功率输出调控部分；若则重复步骤C、D若干次，当重复次数超过设定次数则等待一端时间后进入节能路灯恒功率输出调控部分。也就是说，根据频率与电压的特性曲线可以发现，一定范围内，频率下降，电压上升，直至，该电压上升到可以击穿节能路灯的惰性气体，而此时可能出现两种情况，一种是电压还在继续上升则表示，击穿未点亮，一种是电压已经开始下降，则击穿点亮，然后判电压下降的幅度是否超过设定值，超过了设定值则表示节能路灯正常点亮可以进入节能路灯恒功率输出调控部分。而电压的下降幅度未超过设定值，此时表示节能路灯由于受到温度影响为冷灯，节能路灯的正常工作电流受到影响，则继续重复C、D若干次，并设定一最大次数，如4次，这样，在经过不超过4次的点亮启动后，节能路灯的温度提高，就算这4次内节能路灯都没有达到正常的电流，此时，休整一会，该时间可以设定，如1分钟后。再进入节能路灯恒功率输出调控部分，其原因是，在这1分钟内，节能路灯由于在非正常工作电流中工作，其也会升温，从而由冷灯变成热灯，这样，1分钟后也同样默认了正常工作。

其中，所述节能路灯恒功率输出调控部分采用闭环控制方式，单片机预设正常的工作频率区间，在确认没有开路、短路的情况下，单片机频率输出，利用采样电路采集的节能路灯两端的电压和负载电流信息，经A/D转换后判断该输出功率与工作频率的上限和下限进行比较，单片机按照功率-频率曲线调节节能路灯在一功率范围内恒功率输出。

其中，所述单片机中设有定时器，根据不同路段、不同时段所需节能路灯亮度的不同，单片机调控节能路灯在不同时段、按照设定的功率恒功率输出，这样，在满足各路段各时段照明亮度的前提下，尽可能的节能。

例如：在A路段中，根据该路段的车流量发现，在晚上6点-11点为车流高峰，晚上11点-凌晨6点车流量和人流量极少，而凌晨6点-7点这段时间由急剧上升，因此，可以在定时器中设定时间段，并设定晚上6点-11点节能路灯100％恒功率输出，晚上11点-凌晨6点节能路灯50％恒功率输出，而凌晨6点-7点则节能路灯又100％恒功率输出，这样，在满足该路段的正常照明的前提下，尽可能的节约了电能。而由于采用单片机控制，因此，各路段的参数可以方便预设，最大限度地使发挥节能路灯的全部寿命周期，最大限度保护变频镇流器不会因为灯泡损坏而被损坏。

其中，所述变频镇流器包括EMI滤波模块1、桥式整流器2、升压型有源功率因素校正模块3、采样电路，脉冲发生器及驱动电路8、DC/AC高频变换器4、LC谐振电路5和单片机7，EMI滤波模块1、桥式整流器2、升压型有源功率因素校正模块3、DC/AC高频变换器4顺次连接，LC谐振电路5与节能路灯串联并与DC/AC高频变换器4连接；该采样电路分别对节能路灯两端的电压以及经过节能路灯的电流进行采样并将采样结果传递给单片机7，单片机7控制脉冲发生器及驱动电路8发出点亮驱动波形或正常工作驱动波形给DC/AC高频转换器，该DC/AC高频转换器在高频脉冲的驱动下将经升压型有源功率因素校正模块3升压的400V的直流电变成高频的交流电，在启动时，通过LC谐振电路5，产生瞬时高压，使高压节能路灯点亮，然后在LC谐振电路5的扼流线圈的作用下，把通过节能路灯的电流限制在允许的范围内，使灯正常工作，单片机7根据采样电路实时采集的数据，按照不同时段预设功率大小来调整节能路灯在各时段恒功率工作。所述变频镇流器还包括保护电路，上

述采样电路把采样的数据送到单片机7，单片机7进行判断灯是否在正常工作，根据判断的结果来决定是否采取保护措施。

EMI滤波模块1用于防止电网的高次谐波进入产品，防止产品本身的高次谐波返回电网，而污染电网，使产品符合国家安全标准，满足相应的法律法规。

桥式整流器2模块用于把市电220V变成310V左右的脉动直流电。

升压型有源功率因数校正模块3(APFC)，用于提升产品整机的功率因数，使功率因数达到0.98以上，减小电网的供电负担。

采样电路及保护电路6，用于采样节能路灯的工作状态，把采样的数据送到单片机7，单片机7进行判断节能路灯是否在正常工作，根据判断的结果来决定是否采取保护措施；如果是正常工作，则根据采样数据，来调整产品的工作频率，进而控制输出功率的恒定，实现产品的恒功率与智能调光功能。

脉冲发生器及驱动电路8，单片机7根据采样数据调整驱动脉冲，驱动脉冲经过隔离、放大提供给DC/AC高频变换器4的逆变电路，使功率管工作在高频下，从而使灯发光，因为灯工作在高频下，所以发光效率与电感式镇流器相比提高了大约10％左右，同样因为高频率，LC谐振电路5的扼流线圈的体积与重量也大大减小了。

DC/AC高频变换器4等部分，在高频脉冲的驱动下，把400V的直流电变成高频的交流电，在启动时，通过扼流圈与谐振电容的谐振，产生瞬时高压，使高压节能路灯点亮，然后在扼流线圈的作用下，把通过灯的电流限制在允许的范围内，使灯正常工作。

Claims (3)

1. 智能电网变频节能路灯的控制方法，该控制方法利用变频镇流器作为节能路灯的控制器，该变频镇流器利用单片机实现节能路灯的自动控制，该控制方法利用变频镇流器对节能路灯进行智能控制，包括点亮控制部分和节能路灯恒功率输出调控部分，其特征在于：

所述点亮控制部分包括

A. 初始化系统；

B．采样电路对节能路灯两端电压进行采样，直至判断节能路灯两端感应电压已经消失；

C．单片机输出的频率由高向低进行扫频；

D．采样电路继续对节能路灯两端电压进行采样，d1. 若采样的电压有效值高于击穿电压且超过节能路灯最大电压Umax，则判断是否启动次数超过设定次数，若超过设定次数则停止输出直至重新上电，若未超过设定次数则休眠后再重复A、B、C、D ；d2. 若采样的电压有效值高于击穿电压但未超过节能路灯最大电压Umax，则重复C、D ；d3. 若采样的电压有效值低于击穿电压，则该次电压有效值U1 与上次电压有效值U0 比较，若该次电压有效值U1 比上次电压有效值U0 大，则表示节能路灯惰性气体击穿未点亮，则重复C、D ；若该次电压有效值U1 比上次电压有效值U0 小，将〡 U1-U0 〡与设定值比较，若则进入节能路灯恒功率输出调控部分；若则重复步骤C、D 若干次，当重复次数超过设定次数则等待一端时间后进入节能路灯恒功率输出调控部分。

2. 如权利要求1 所述的智能电网变频节能路灯的控制方法，其特征在于：所述节能路灯恒功率输出调控部分采用闭环控制方式，单片机预设正常的工作频率区间，在确认没有开路、短路的情况下，单片机频率输出，利用采样电路采集的节能路灯两端的电压和负载电流信息，经A/D 转换后，将单片机输出功率与预设的工作频率区间的上限功率和下限功率进行比较，单片机按照功率- 频率曲线调节节能路灯在一功率范围内恒功率输出。

3. 如权利要求1 所述的智能电网变频节能路灯的控制方法，其特征在于：所述单片机中设有定时器，根据不同路段、不同时段所需节能路灯亮度的不同，单片机调控节能路灯在不同时段、按照设定的功率恒功率输出。