CN103079319B - 一种基于微控制器的单线制射频调光器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于包括：一电源模块，该电源模块依靠火线的漏电流为所述调光器供电；一单片机；一射频模块，该射频模块与所述单片机连接，用以接收射频遥控信号；一过零检测电路，用以检测火线交流电过零点信号发送给所述单片机；一相控调光电路，采用两个IGBT晶体管控制火线电源正相和反相波形的切割，以改变提供灯具电能的有效值；一驱动电路，所述单片机经该驱动电路控制所述相控调光电路；以及一取样及过流检测保护电路，用于侦测流经所述IGBT晶体管电流，避免该IGBT晶体管烧毁。本发明解决了现有调光器EMI干扰严重，且不支持射频遥控调光以及单线制工作条件等问题，电路结构简单，具有较好市场价值。

Description

一种基于微控制器的单线制射频调光器

技术领域

本发明涉及调光控制器，特别是一种基于微控制器的单线制射频调光器。

背景技术

目前，调光控制器广泛的应用在各个领域，市场上最常见的调光器多数是采用相控调光操作，且现有支持单火线供电。相控调光控制器是按照亮度的要求以不同的相位角对电源的正弦电压波进行切割，从而改变输出电压的有效值以调节灯具的亮度。

    按照切割的方法又可分为前沿相控调光以及后沿相控调光，前沿相控调光采用的调节器件为可控硅，后沿相控调光都采用IGBT晶体管。而不管前沿相控还是后沿相控，切割正弦波后就会通过电路产生高次谐波，这种高次谐波将会干扰和影响电源系统或影响其他的电子设备的工作。

    此外，目前市面上的多数调光产品均是采用电位器调节的方式进行调光操作，虽调光精确，但在某些场合还是多有不便。而采用红外遥控的方式进行调光，遥控器与调光器必须直线相对，中间不能有任何遮挡物，调光方式也是依然不能满足灵活多变的要求。缺乏支持单火线供电方式更是让调光器难以快速普及并替换传统的开关盒。

 并且在针对大功率灯具时，缺乏有利的功率限制保护措施，在过流的情况下容易将可控硅或者IGBT晶体管烧毁，导致电路工作瘫痪。

发明内容

鉴于市面上现有的调光器EMI干扰严重，且不支持射频遥控调光以及单线制工作条件的现状，不具有过流保护等特点，本发明提供一种解决上述问题的基于微控制器的单线制射频调光器。

本发明采用以下方案实现：一种基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于包括：

一电源模块，该电源模块依靠火线的漏电流为所述调光器供电；

一单片机；

一射频模块，该射频模块与所述单片机连接，用以接收射频遥控信号；

一过零检测电路，用以检测火线交流电过零点信号发送给所述单片机；

一相控调光电路，采用两个IGBT晶体管控制火线电源正相和反相波形的切割，以改变提供灯具电能的有效值；

一驱动电路，所述单片机经该驱动电路控制所述相控调光电路；以及

一取样及过流检测保护电路，用于侦测流经所述IGBT晶体管电流，避免该IGBT晶体管烧毁。

在本发明一实施例中，所述的电源模块包括由LNK304N构成的开关电源电路以及与该开关电源连接的由BL1117构成的稳压电源电路。

在本发明一实施例中，所述射频模块采用SI4432-M1模块，其工作频率为868MHz，该SI4432-M1模块的SDO、SDI、SCK、IRQ、SDN和CS端口直接与所述单片机的I/O挂接。

在本发明一实施例中，所述单片机在每侦测到一次过零点信号，就输出一预设时间的高电平给所述的驱动电路，然后中止，待下一个过零检测信号来时再重复所述输出动作。

在本发明一实施例中，所述取样及过流检测保护电路为对称式设计，分别侦测交流电正负半周的反馈值，并有输出一路给单片机，用以该单片机对该反馈值进行实时采样，并根据该采样值调整IGBT晶体管的工作状态，避免该IGBT晶体管烧毁。

在本发明一实施例中，所述调光器通过单片机能实现在切断电源再次通电时，能够记忆上次断电前的亮度值，以做到恢复通电后无需再进行调光就保持之前的亮度。

本发明的有益效果是：

1.采用单火线供电，控制电路的供电部分直接从火线供给，无需零线，便可维  持单片机以及无线接收模块的正常工作。

2.采用868MHz射频信号来实现操控，具有操控距离远，能穿越障碍物，抗干扰能力强的优点，一机可配对多支遥控，实际操控方式灵活多变。

3.由单片机直接发送信号控制IGBT晶体管对电源正弦波进行切割，采用前沿相控，调光精确，干扰较小。

4.待机功耗低，经久耐用。

5.功率限制保护功能，侦测到功率超出预定值时自动切断电路。

6.工作电压幅度大AC 60-260V均可工作正常。

7.可以接入翘板开关实现双模式控制。

8.无线收发中继功能，开启后可以自动为遥控范围内的同类产品协调通信，增加遥控距离。

附图说明

图1是本发明实施例调光器硬件连接原理框图。

图2是本发明实施例具体的电路连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本实施例提供一种基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于包括：

一电源模块，该电源模块依靠火线的漏电流为所述调光器供电；

一单片机；

一射频模块，该射频模块与所述单片机连接，用以接收射频遥控信号；

一过零检测电路，用以检测火线交流电过零点信号发送给所述单片机；

一相控调光电路，采用两个IGBT晶体管控制火线电源正相和反相波形的切割，以改变提供灯具电能的有效值；

一驱动电路，所述单片机经该驱动电路控制所述相控调光电路；以及

一取样及过流检测保护电路，用于侦测流经所述IGBT晶体管电流，避免该IGBT晶体管烧毁。

本发明为单线制供电模式，按键射频遥控实现无极调光，并且采用单片机控制对IGBT晶体管进行前沿相控调光，无闪烁无噪声。一定程度上减小了对电网产生的EMI干扰。本实施例中供电模块采用的是以LNK304为主控IC组建的开关电源电路。外围电路简单元件少并且输出稳定，单片机供电采用BL1117稳压IC实现3.3V的电压输出，以实现单片机及射频模块供电正常。无线电路采用的是SI4432-M1射频模块，其兼备发送与接收的功能，在必要的时候可以做为中继器使用，使多个调光器相互串联协调通信，大幅度增大遥控的距离。相控电路采用了两颗SPB20N60C的IGBT晶体管分别控制正相和反相波形的切割。根据过零检测电路提供的参考时间点，单片机提供准确的输出时序波形控制晶体管开关实现前沿相控调光。对比市面上的后沿调光，该电路的调光方式可以一定程度上减小切割正弦波所产生的高次谐波，以减小对电源网络的污染。取样及过流检测保护电路通过检测采样电阻产生的分压经过运放放大后反馈至晶体管的控制脚，当电流时能迅速切断晶体管的输入，使得电路即时切断照明线路，防止烧毁晶体管。具体的，请参见图2，下面结合图2对各模块做简单介绍。

1. 电源模块。

    由于是采用单火线供电，供电方式与常规的供电方式不同。（如图2所示）在安装好灯具的前提下，交流电正半周的电流走向顺序为：火线输入D7，R3,D1,C1，然后经过参考地，再由R1与Q1 流经火线输出灯泡至零线； 负半周的电流走向顺序为：灯具至D8，然后由R3,D1,C1经参考地，再从R2,Q4至火线输入接口流走。因此，在灯具没有点亮的前提下，该电源系统也依然能够通过灯具本体的漏电流进行供电，维持整个系统的供电正常。在滤波电容C1时刻有经受充电的情况下，后端的由LNK304N组成的开关电源电路即可正常运作。该电路产生的10V电压为驱动IC U1 TC4426提供电源，同时经过BL1117稳压为3.3V的电压为系统中的运放，单片机以及射频模块提供有效稳定的供电。

2. 射频模块。

    该电路采用SI4432-M1模块，工作频率为868MHz，该频段使用设备相对较少，干扰也少，相对与其他频段更加可靠，该模块的SDO,SDI,SCK,以及IRQ,SDN和CS端口直接与单片机的I/O挂接，通过程序进行信号的接收或者发射。电路构架十分精简。

3，过零检测，相控调光电路，以及驱动IC。

    系统中的过零检测信号是火线端交流电流通过D6进行整流后经由等值串联电阻R8,R9限流，在3.3V反接1N4148下，产生的100Hz信号经ZERO口输入给单片机，交流电无论在正负半周，每经过一次零点时均给单片机发送一个信号。根据调光需求值的不同，单片机在输出端口OUT端有规律的提供高电平脉冲经驱动IC对Q3及Q4两晶体管做快速的开关动作，以达到切割正弦波的有效波形，改变提供电能的有效值。

    举例说明这一过程。假设需要将灯具的亮度由20%调节至50%。已知国内交流点工频为50Hz，故一个电源周期的时间为20ms，每个交流点半周时间为10ms。在20%的供电效率下，单片机在每侦测到一次过零检测端提供的信号后，就在输出口输出2ms的高电平，然后中止，待下一个过零检测信号来时再重复上述的动作。已知每次过零检测信号的时间间隔是10ms。在0-2ms的这个时间段内驱动晶体管导通，从而实现亮灯效率在20%。这时长按遥控器亮度加，射频模块接收信号后单片机做出增加输出高电平的指令，通过程序的预设，上述的高电平输出的时长缓慢由2ms逐渐提升至5ms。从而实现了从20%的效率提升到50%的过程。由于输出高电平的释放时间发生在每个10ms的前半段，所以这种调光方式同前沿相控调光。这种调光方式的优势在于单片机控制输出的方式调整，精确稳定，改变亮度的过程可以将时间值量化的很细，可以做到与旋钮电位器一样均匀的无极调光，并且采用前沿相控调光方式，产生的高次谐波干扰最小。

4. 取样及过流检测保护电路。

    这一电路主要功能是在于检测通过电流的大小，时时侦测流经IGBT晶体管Q1,Q4的电流，以做到保护这两颗作为整个系统正常工作的主要核心器件不会因为过流烧毁等情况发生。此电路分别在Q1，Q4两颗晶体管的回路中串联高精度的微值电阻0.05欧的R1,R2。正半周R1端的分压经过运放U5的放大后经D9反馈到回路中控制Q5，Q6的开关，由图中可以明显看出，Q5,Q6导通则Q1,Q4截止，电流自动切断。该电路为对称式设计，分别侦测正负半周的反馈值，并有输出一路给单片机的ADC1脚，方便单片机对其值进行实时采样。

举例说明这一过程，假如电路设定值，功率不得超过440W，在440W时流经R1,R2的电流分别为2A，R1,R2处得到的分压均为0.1V。经由运放放大后的反馈电流经过D9,R30至Q5,Q6，刚好使这两颗NPN三极管处于即将导通的临界值。此时电路依然保持正常工作。当灯具在电压负半周时突然瞬间烧毁并短路，此时R2处的分压剧增，经运放放大后的电流马上令Q5,Q6导通，Q1,Q4也随即马上中止。电路被切断，从而避免了Q1,Q4由于过流而烧毁，ADC1端接收到的高电平信号也由单片机控制，OUT端不再输出高电平。整个电路得以正常停止工作。普通的电位器相控调光不具备这种过流保护功能，当灯具烧毁短路时也会顺带将调光器一并烧毁。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于包括：

一电源模块，该电源模块依靠火线的漏电流为所述调光器供电；

一单片机；

一射频模块，该射频模块与所述单片机连接，用以接收射频遥控信号；

一过零检测电路，用以检测火线交流电过零点信号发送给所述单片机；

一相控调光电路，采用两个IGBT晶体管控制火线电源正相和反相波形的切割，以改变提供灯具电能的有效值；

一驱动电路，所述单片机经该驱动电路控制所述相控调光电路；以及

一取样及过流检测保护电路，用于侦测流经所述IGBT晶体管电流，避免该IGBT晶体管烧毁；

所述单片机在每侦测到一次过零点信号，就输出一预设时间的高电平给所述的驱动电路，然后中止，待下一个过零检测信号来时再重复所述输出动作；

所述取样及过流检测保护电路为对称式设计，分别侦测交流电正负半周的反馈值，并有输出一路给单片机，用以该单片机对该反馈值进行实时采样，并根据该采样值调整IGBT晶体管的工作状态，避免该IGBT晶体管烧毁；

火线的漏电流为所述调光器供电包括正半周供电及负半周供电；其中所述正半周供电的电流的走向为：火线输入经第一二极管、第一电阻、第二二极管、一电容，然后经过参考地再经第二电阻流向第一晶体管，再通过火线、灯具最后流向零线；所述负半周供电的电流走向为：灯具输出至第三二极管、第一电阻、第二二极管、一电容，然后经过经参考地再经第三电阻流向第二晶体管，再流向火线输入接口。

2.根据权利要求1所述的基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于：所述的电源模块包括由LNK304N构成的开关电源电路以及与该开关电源连接的由BL1117构成的稳压电源电路。

3.根据权利要求1所述的基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于：所述射频模块采用SI4432-M1模块，其工作频率为868MHz，该SI4432-M1模块的SDO、SDI、SCK、IRQ、SDN和CS端口直接与所述单片机的I/O挂接。

4.根据权利要求1所述的基于微控制器的单线制射频调光器，其特征在于：所述调光器通过单片机能实现在切断电源再次通电时，能够记忆上次断电前的亮度值，以做到恢复通电后无需再进行调光就保持之前的亮度。