CN103369798A

CN103369798A - 一种日光灯调光电路及其控制方法

Info

Publication number: CN103369798A
Application number: CN2013103263748A
Authority: CN
Inventors: 康龙云; 陶思念; 姜凯
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2013-07-31
Filing date: 2013-07-31
Publication date: 2013-10-23

Abstract

本发明公开了一种日光灯调光电路及其控制方法，主要用于对日光灯进行亮度调节，同时在低功率的情况下调低日光灯的亮度且不致关断。调光电路及包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。输入电源Vac接辅助电源模块的输入，辅助电源模块的输出分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端连接。单片机控制模块获得由第一、第二和第三电压传感器分别采样的主电路输入电压、日光灯两端电压和电容两端电压。单片机控制模块输出的控制信号接驱动模块的驱动信号端，而驱动模块的输出接主电路中两个开关管的门极。本发明不仅解决了电子镇流器频繁开断日光灯减少日光灯寿命的问题，而且就其本身消耗的能量也非常低，从而达到了节能的目的。

Description

一种日光灯调光电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及日光灯调光技术，具体涉及能应用于不同厂家、不同类型各种型号的日光灯调光电路及其控制方法。

背景技术

照明在减少能量消耗和温室气体排放当中起着至关重要的作用，可以利用新的照明设备如LED灯来提高照明效率，但是，通过有效地减少电能的消耗（如在一些场合通过没人的时候将日光灯调得很暗、有人的时候调亮日光灯来减少日光灯的能耗），传统的日光灯在节能方面仍很有意义。

像荧光灯、汞灯和钠灯这些日光灯相对于白炽灯效率高得多，控制这些日光灯面临着一些严峻的挑战。像荧光灯这些电灯，每开通一次，它的寿命大约减少一个小时，所以不能频繁的开通和关断。而目前用的很多的电子镇流器如Buck变换器都是通过快速频繁地开通关断日光灯来调节日光灯亮度，使日光灯的寿命大大降低了，这也是电子镇流器没有在调节日光灯领域内广泛应用起来的一个原因。

发明内容

鉴于以上背景，为了克服现有的不足，提供了一种日光灯调光电路及其控制方法，不仅解决了电子整流器频繁开断日光灯减少日光灯寿命的问题，而且本身消耗的能量也非常低，从而达到了节能的目的。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种日光灯调光电路，其包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。输入电源Vac的AC+接辅助电源模块的输入，AC-接地。辅助电源模块的输出Vcc分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端Vcc连接。单片机控制模块输入的采样电压来自主电路中第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。单片机控制模块输出的控制信号端接驱动模块的输入，而驱动模块输出的第一驱动信号、第二驱动信号接主电路中的第一开关管、第二开关管的门极。

上述的日光灯调光电路中，主电路串联在日光灯和输入电源之间，主电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器。第一开关管与第一二极管反并联，第二开关管与第二二极管反并联，第一开关管源极与第二开关管的源极串联形成桥臂，第一电容的正极接第一开关管的漏极，第一电容的负极接第二开关管的漏极。第一电压传感器的输入和电源输入端并联，第二电压传感器的输入和第一电容并联，第三电压传感器的输入和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端。日光灯串联在主电路中，一端接在电源AC-端，另一端接在第一电容的负极。

上述的日光灯调光电路中，辅助电源模块包括整流桥Bridge，第二电容、第三电容、第四电容，第一电阻、第二电阻、第五二极管。用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805。整流桥Bridge上下两端分别接输入电源Vac的AC+与AC-两端，两端分别与第二电容两端相接。第二电容的正极端接第一稳压芯片输入端，第一稳压芯片输出端接第二稳压芯片输入端，第二稳压芯片输出端与单片机模块和驱动模块的输入端Vcc连接。第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地。第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片输出端。第三电容接第二稳压芯片输入端，另一端接地。第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。第五二极管的正端接第二稳压管输出端，另一端接第二稳压芯片输入端。

上述的日光灯调光电路中，驱动模块包括非门、第三电阻、第四电阻、第五电容、第六电容、第一与门、第二与门、驱动隔离电路一、驱动隔离电路二。单片机控制模块输出的驱动信号连接到非门的输入、第四电阻的一端、第一与门输入端和第二与门的一个输入端。非门的输出接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一与门的一端和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；第四电阻的另一端接第六电容的一端和第二与门的另一输入端，第六电容的另一端接地。第一与门和第二与门的输出分别接驱动隔离电路一、驱动隔离电路二。

上述的日光灯调光电路中，每一个驱动隔离电路包括第五电阻、第六电阻、第五开关管、光耦隔离器、第七电阻、第八电阻；驱动隔离电路第六电阻一端连接第一与门的输出，驱动隔离电路第六电阻一端链接第二与门的输出，第六电阻的另一端连接第五开关管的基极，第五开光管的源极接地，第五开光管的集电极连接光耦隔离器输入端的阴极，光耦驱动器的阳极与第五电阻相连，第五电阻接辅助电源模块中第二稳压芯片的输出；光耦隔离器的输出端接主电路驱动开关管的源极，光耦隔离器的另一输出端与第八电阻和第七电阻相连，第七电阻的另一端接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第八电阻的另一端接主电路驱动开关管的栅极。

日光灯调光电路的控制方法：由分压原理，改变第一电容两端的电容值，从而改变第一电容两端的分压值，也就改变了日光灯两端的电压。单片机控制模块中的单片机控制电路接收主电路采样得到的输入电源电压、第一电容两端电压和日光灯两端电压，然后根据日光灯亮度调节需要，由日光灯的特性曲线和两个开关管的导通关系图来决定单片机控制模块输出的触发脉冲信号，以此控制两个开关管的通断来改变第一电容接入电路时间的长短，等效的改变了电容值的大小。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：本发明不仅解决了电子镇流器频繁开断日光灯减少日光灯寿命的问题，而且就其本身消耗的能量也非常低，从而达到了节能的目的。单片机控制模块接收第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器的信号，选择第一、第二开关管开通关断的时刻，从而改变第一电容接入电路时间长短，等效改变其电容值的大小，变化日光灯两侧的电压，从而改变日光灯的亮度。这种日光灯调节电路调节的范围宽，能够调节日光灯使其达到很暗的程度而不至于使日光灯关断，从而延迟日光灯的寿命。

附图说明

图1是本发明的调光电路总体结构图；

图2是本发明的辅助电源模块的电路图；

图3是本发明的驱动模块的电路图；

图4是本发明的驱动模块中的驱动隔离电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此。

图1给出了本发明示例的日光灯调光电路的总体结构图，其中包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。主电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。第一开关管与第一二极管反并联，第二开关管与第二二极管反并联，第一开关管源极与第二开关管的源极串联形成桥臂，第一电容的正极接第一开关管的漏极，第一电容的负极接第二开关管的漏极。第一电压传感器的输入和电源输入端并联，第二电压传感器的输入和第一电容并联，第三电压传感器的输入和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端。日光灯串联在主电路中。辅助电源模块将220V的交流电压转化为15V和5V的直流电压输出，作为单片机控制模块和驱动模块的辅助电源。三个电压传感器采样电压信号输入给单片机控制模块，单片机控制模块输出控制信号给驱动模块。驱动模块将这路驱动信号分成两组相互隔离的驱动信号去驱动主电路中的两个开关管，通过调节第一、第二开关管的导通时刻，从而控制第一电容接入电路时间的长短，等效的改变了电容大小，从而改变日光灯两侧电压高低，调节日光灯的亮度。

图2给出了日光灯调光电路辅助电源模块的电路图，辅助电源模块包括整流桥Bridge、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4，第一电阻R1、第二电阻R2、第五二极管。用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805。整流桥Bridge上下两端分别接输入电源Vac的AC+与AC-两端，两端分别与第二电容两端相接。第二电容的正极端接第一稳压芯片的Vin1端，第一稳压芯片输出端Vout1接第二稳压芯片输入端Vin2，第二稳压芯片输出端Vout2与单片机模块和驱动模块的输入端Vcc连接。第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地。第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端。第三电容C3接第二稳压芯片的输入端，另一端接地。第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。第五二极管的正端接第二稳压管的输出端Vout2，另一端接第二稳压芯片的输入端Vin2。整流桥将220V的交流电压整流成直流电压，第四电容C2为滤波电容，第一电阻和第二电阻的阻值调节TL783输出电压的大小，第三电容C3为第一稳压芯片TL783的输出滤波电容和第二稳压芯片7805的输入滤波电容。第四电容C4为第二稳压芯片的输出滤波电容。第五二极管保护稳压芯片7805，提供一个放电回路。TL783和7805分别输出15V和5V的直流电压，作为系统内部各控制电路的电源。

图3为驱动模块的电路图，驱动模块包括非门U、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电容C5、第六电容C6、第一与门U1、第二与门U2、驱动隔离电路一、驱动隔离电路二。单片机控制模块输出的驱动信号连接到非门的输入、第四电阻的一端、第一与门输入端和第二与门的一个输入端。非门的输出接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一与门的一端和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；第四电阻的另一端接第六电容的一端和第二与门的另一输入端，第六电容的另一端接地。第一与门和第二与门的输出分别接驱动隔离电路一、驱动隔离电路二。非门U将单片机控制模块的驱动信号进行反向，当非门U的高电平到来时，由于第五电容C5两端的电压不能突变，所以第一与门U1输出信号的上升沿到来的时间比非门U输出信号的上升沿到来的时间有一定的延迟，从而产生死区时间。两个驱动隔离电路结构相同，它们的作用是将驱动信号进行隔离，从而解决了第一、第二开关管的隔离驱动问题。

图4为驱动模块中驱动隔离的电路图，每一个驱动隔离电路包括第五电阻、第六电阻、第五开关管、光耦隔离器T1、第七电阻、第八电阻；第一驱动隔离电路第六电阻一端连接第一与门的输出，第二驱动隔离电路第六电阻一端链接第二与门的输出，第六电阻的另一端连接第五开关管的基极，第五开光管的源极接地，第五开光管的集电极连接光耦隔离器T1输入端的阴极，光耦驱动器T1的阳极与第五电阻相连，第五电阻接辅助电源模块中第二稳压芯片的输出；光耦隔离器T1的输出端接主电路驱动开关管的源极，光耦隔离器T1的另一输出端与第八电阻和第七电阻相连，第七电阻的另一端接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第八电阻的另一端接主电路驱动开关管的栅极。当驱动信号的高电平到来时，第五三极管开通，光耦隔离器T1的作用，驱动信号为低电平，驱动第一开关管导通。当驱动信号的低电平到来时，第五三极管截止，光耦隔离器T1的作用，驱动信号为高电平，驱动第二开关管导通。

Claims

1.日光灯调光电路，其特征在于包括主电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块；输入电源（Vac）的一端（AC+）接辅助电源模块的输入，另一端（AC-）接地；辅助电源模块的输出（Vcc）分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端连接；单片机控制模块的输入采样电压来自主电路中第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；单片机控制模块的输出控制信号端接驱动模块的输入，而驱动模块输出的第一驱动信号、第二驱动信号接主电路中的第一开关管、第二开关管的门极。

2.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，特征在于主电路包括第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；第一开关管与第一二极管反并联，第二开关管与第二二极管反并联，第一开关管源极与第二开关管的源极串联形成桥臂，第一电容的正极接第一开关管的漏极，第一电容的负极接第二开关管的漏极；第一电压传感器的输入和电源输入端并联，第二电压传感器的输入和第一电容并联，第三电压传感器的输入和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端；日光灯串联在主电路中，一端接在输入电源的所述一端（AC+），另一端接在第一电容的负极。

3.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，特征在于辅助电源模块包括整流桥、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻和第五二极管、用于输出15V直流电压的第一稳压芯片和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片；整流桥上下两端分别接输入电源（Vac）的两端，另外两端分别与第二电容两端相接；第二电容的正极端接第一稳压芯片的输入端（Vin1），第一稳压芯片的输出端（Vout1）接第二稳压芯片的输入端（Vin2），第二稳压芯片的输出端（Vout2）与单片机模块和驱动模块的输入端（Vcc）连接；第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地；第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端（Vout1）；第三电容（C3）接第二稳压芯片的输入端（Vin2），另一端接地；第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地；第五二极管的正端接第二稳压管的输出端（Vout2），另一端接第二稳压芯片的输入端（Vin2）。

4.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，特征在于驱动模块包括非门、第三电阻、第四电阻、第五电容、第六电容、第一与门、第二与门、第一驱动隔离电路、第二驱动隔离电路；单片机控制模块输出的驱动信号连接到非门的输入、第四电阻的一端、第一与门输入端和第二与门的一个输入端；非门的输出接第三电阻的一端，第三电阻的另一端接第一与门的一端和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；第四电阻的另一端接第六电容的一端和第二与门的另一输入端，第六电容的另一端接地；第一与门和第二与门的输出分别接第一驱动隔离电路、第二驱动隔离电路。

5.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，特征在于每一个驱动隔离电路都包括第五电阻、第六电阻、第五开关管、光耦隔离器、第七电阻、第八电阻；第一驱动隔离电路第六电阻一端连接第一与门的输出，第六电阻的另一端连接第五开关管的基极，第五开光管的源极接地，第五开光管的集电极连接光耦隔离器输入端的阴极，光耦驱动器的阳极与第五电阻相连，第五电阻接辅助电源模块中第二稳压芯片的输出；光耦隔离器的输出端接主电路驱动开关管的源极，光耦隔离器的另一输出端与第八电阻和第七电阻相连，第七电阻的另一端接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第八电阻的另一端接主电路驱动开关管的栅极。

6.权利要求1~5任一项所述日光灯调光电路的控制方法，特征在于：由分压原理，改变第一电容两端的电容值，从而改变第一电容两端的分压值，也就改变了日光灯两端的电压；单片机控制模块中的单片机控制电路接收主电路采样得到的输入电源电压、两端电压和日光灯两端电压，然后根据日光灯亮度调节需要，由日光灯的特性曲线和两个开关管的导通关系来决定单片机控制模块输出的触发脉冲信号，以此控制两个开关管的通断来改变第一电容接入电路时间的长短，等效的改变了电容值的大小。