CN104035348B - 数位万用型调光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种数位万用型调光器，其集合了电磁辐射抑制电路、整流电路、开关电路、低功耗电流放大电路及加速回路、电源供应电路、单核或多核微控制器、零电位检出电路、前/后切开关、上/下调ON/OFF数位编码增量器；使之可依负载之不同，改变调光/调速为前切或后切波形，以达到任意负载均可使用的目的，这些负载包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯、风扇调速器等任何电容性、电感性、电阻性不同负载。

Description

数位万用型调光器
技术领域
本发明涉及灯用调光器领域技术，尤其是指一种数位万用型调光器。
背景技术
相位调光器一般与负载串联使用。负载特性会影响相位调光器操作的特性。传统的技术必须视负载为电感性、电容性或电阻性来决定使用何种调光器，以发挥最好的调光效果。目前，由于LED节能、环保应用在照明已是趋势，传统相位调光器应用于LED照明，无法达到LED最佳的调光效果。影响原因有如下几点：例如①输入调光幅度对应的LED亮度变化；②调光器调光的最小负载限制；③因为LED必须由驱动电路伺服工作，驱动电路的输入电容性、电流充放电引发的杂讯干扰；④负载调光至熄灭状态在待命模式的消耗能量；⑤电感性与电容性、电阻性负载可适用，不选择负载型式；⑥低亮度时快速启动模式；⑦最高亮度与最低亮度调整；⑧减小调光器的插入损失。
发明内容
有鉴于此，本发明针对现有技术存在之缺失，其主要目的是提供一种数位万用型调光器，使调光器适合于LED照明系统调光，并适用于任何的其它电感性、电容性或电阻性负载调控。
为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：
一种数位万用型调光器，作用于电感性、电容性或电阻性不同负载，包括有电磁辐射抑制电路、整流电路、开关电路、低功耗电流放大电路及加速回路、电源供应电路、单核或多核微控制器、零电位检出电路、前/后切开关、上/下调ON/OFF数位编码增量器；
以单核或多核微控制器为核心，该电磁辐射抑制电路连接AC电源输入端，接入AC电源后，该电磁辐射抑制电路依次连接整流电路、开关电路、低功耗电流放大电路及加速回路并相接于单核或多核微控制器；所述电源供应电路相接于电磁辐射抑制电路与单核或多核微控制器之间，为单核或多核微控制器提供5V直流电；该零电位检出电路、前/后切开关、上/下调ON/OFF数位编码增量器分别接于单核或多核微控制器的外围；该单核或多核微控制器的输出端相接电感性/电容性/电阻性负载，控制负载从0～100%的范围内调光/调速。
优选的，所述单核或多核微控制器包含最大值设定电路、最小值设定电路、过温保护电路、上调检出电路、下调检出电路、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块、自动休眠电路、自动唤醒电路、前切/后切讯号产生器、空载侦测电路、异常波形检知和比对和修正电路、输出控制器；
该最大值和最小值设定电路的一端相接于电源供应电路，该最大值和最小值设定电路与电源供应电路之间具有可调电阻R；该最大值和最小值设定电路的另一端相接于输出控制器；
该过温保护电路的一端相接外围电路中的温度检知电路，另一端相接于输出控制器；
该上调检出电路、下调检出电路、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块的一端分别相接于外围电路的上/下调ON/OFF数位编码增量器，另一端相接于输出控制器；
该自动休眠电路、自动唤醒电路、前切/后切讯号产生器、空载侦测电路分别相接于输出控制器；
该波形异常侦测电路微控制器的一端相接于零电位检出电路，另一端相接异常波形检知和比对和修正电路，该异常波形检知和比对和修正电路相接于输出控制器。
优选的，所述上/下调ON/OFF数位编码增量器中具有一调亮开关、调暗开关和一实现ON/OFF功能的推动开关，该调亮开关相接于上调检出电路，该调暗开关相接于下调检出电路，该推动开关相接于ON/OFF内附缓起动及记忆模块。
优选的，所述单核或多核微控制器选用双核微控制器。
优选的，所述单核或多核微控制器由开关电路控制，该开关电路由MOS管Q1和Q2组成，该MOS管Q1和Q2并联，与该单核或多核微控制器之间相接电阻R。
优选的，所述单核或多核微控制器内置调光景深补偿电路。
优选的，所述单核或多核微控制器进一步连接有用于实时指示调光/调速状态的状态显示器，该状态显示器是LED显示屏。
优选的，所述电磁辐射抑制电路上设置有压敏电阻或瞬变电压抑制二极管、电容X，该电容X以及压敏电阻或瞬变电压抑制二极管并联。
优选的，所述零电位检出电路上具有电阻R1、R2、R3以及NPN型三极管V，该电阻R1、R2并联于三极管V的基极b，该三极管V的发射极e接地，三极管V的集电极c并接于电阻R3，电阻R3接入5V电源，于集电极c与电阻R3的相交处形成侦测输入波形的零点A。
优选的，所述负载包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯或风扇调速器。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果，具体而言，由上述技术方案可知：
1、可适用于不同负载，包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯、风扇调速器等电容性、电感性、电阻性不同负载。
2、通过前切/后切开关配合前切/后切讯号产生器，可依负载之不同，改变调光/调速为前切或后切波形，以达到任意负载均可使用的目的。
3、单核或多核微控制器内置调光景深补偿电路，可将原最低负载20～40W延伸至3W以下启动，以利于小功率负载使用。
4、利用单核或多核微控制器，通过波形异常侦测电路微控制器、异常波形检知和比对和修正电路，比对电源波形与调光波形之失真后，修正失波形，使调光/调速更为顺畅，不颤抖，不闪烁。
5、利用最大值设定电路可设定最小负载，以利不同负载之最小启动功率，避免负载在低功率时，一再触发启动，马达无法转动产生噪音、振动。并可实现0～100%调光功能。
6、利用最小值设定电路可调定最高负载，减少调光器之“插入损失”，提高PF值，并可避免闪烁。
7、空载侦测电路具有空载侦测，过温侦测自动恢复功能。
8、利用单只数上/下调ON/OFF数位编码增量器作为调暗/调亮及ON/OFF功能，并可记忆OFF最后亮度之用，并且可利用自动唤醒电路的自动唤醒功能，直接旋转增亮度而不用ON/OFF之PUSH SW。开启电路时，由于ON/OFF内附缓起动及记忆模块，具有缓起动功能，保护MOS管及负载不被冲击电流损坏。微处理器在关断电路后，自动修眠电路使系统在2秒内会进入休眠状态，降低功耗。
9、电源前端具有电磁辐射抑制电路，其EMC及EMS抑制模块，可减少杂讯干扰及突波冲击组件，保护电路正常工作。
10、整流电路将交流电源转变成直流电，以便提供直流电给开关电路的MOS管作为开关之用。
11、微处理器输出讯号经由低功耗电流放大电路及加速回路驱动开关电路的MOS管，降低ON/OFF时之开关损失，降低主动组件之温升。
12、高压直流电经电源供应电路的稳压IC提供二次直流电5V给电路及微处理器，稳定直流供电。
为更清楚地阐述本发明的结构特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明之实施例的结构原理框图；
图2是本发明之实施例的电路图；
图3是本发明之实施例的电磁辐射抑制电路图；
图4是本发明之实施例的零电位检出电路图；
图5是本发明之实施例的前切/后切输出波形图；
图6波形1是本发明之实施例的后缘控制时，零电位检出电路中A点的波形图，波形2为输出波形；
图7波形1是本发明之实施例的前缘控制时，零电位检出电路中A点的波形图，波形2为输出波形；
图8是本发明之实施例的开关电路与单核或多核微控制器的电路图；
图9是本发明之实施例的电阻性负载串接在调光器上的波形图；
图10是本发明之实施例的电容性负载串接在调光器上的波形图；
图11是本发明之实施例的电感性负载串接在调光器上的波形图；
图12是本发明之实施例的受负载效应干扰的输出波形图；
图13是本发明之实施例的标准波形触发讯号（波形1）与输出讯号（波形2）的波形图。
图14是本发明之实施例的受干扰的波形（波形2）与触发讯号（波形1）的波形图。
附图标识说明：
1、电磁辐射抑制电路 2、整流电路
3、开关电路 4、低功耗电流放大电路及加速回路
5、电源供应电路 6、单核或多核微控制器
601、最大值设定电路 602、最小值设定电路
603、过温保护电路 604、上调检出电路
605、下调检出电路 606、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块
607、自动休眠电路 608、自动唤醒电路
609、前切/后切讯号产生器 610、空载侦测电路
611、波形异常侦测电路微控制器
612、异常波形检知和比对和修正电路
613、输出控制器 614、调光景深补偿电路
7、零电位检出电路 8、前/后切开关
9、上/下调ON/OFF数位编码增量器 901、调亮开关
902、调暗开关 903、推动开关(亮/灭控制)
10、温度检知电路 11、状态显示器
12、负载。
具体实施方式
请参照图1、图2所示，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构，包括有电磁辐射抑制电路1、整流电路2、开关电路3、低功耗电流放大电路及加速回路4、电源供应电路5、单核或多核微控制器6、零电位检出电路7、前/后切开关8、上/下调ON/OFF数位编码增量器9、温度检知电路10、状态显示器11、负载12。
其中：以单核或多核微控制器6为核心，该电磁辐射抑制电路1连接AC电源输入端，接入AC电源后，该电磁辐射抑制电路1依次连接整流电路2、开关电路3、低功耗电流放大电路及加速回路4并相接于单核或多核微控制器6。所述电源供应电路5相接于电磁辐射抑制电路1与单核或多核微控制器6之间，为单核或多核微控制器6提供5V直流电。该零电位检出电路7、前/后切开关8、上/下调ON/OFF数位编码增量器9和温度检知电路10分别接于单核或多核微控制器6的外围。此外，该单核或多核微控制器6相接状态显示器11，用于显示调光器的状态。更有，该单核或多核微控制器6的输出端相接电感性/电容性/电阻性负载12，控制负载12在0～100%的亮度/转速范围内任意调光/调速。
具体而言，如图3示：所述电磁辐射抑制电路1包括杂讯谐波干扰抑制模块(EMC)和高压冲击抑制模块(EMS)，用以抑制输出控制器613生产的交换杂讯，以防干扰其它设备并保护调光器内的器件，以防受外界输入的干扰。该电磁辐射抑制电路1上设置有压敏电阻或瞬变电压抑制二极管（Varistor or TVS）、电容X，该电容X以及压敏电阻或瞬变电压抑制二极管（Varistor or TVS）并联。
如图2所示，所述整流电路2、开关电路3和低功耗电流放大电路及加速回路4设于电磁辐射抑制电路1与单核或多核微处理器之间。先由该电源前端的杂讯谐波干扰抑制模块(EMC)和高压冲击抑制模块 (EMS)减少杂讯干扰及突波冲击组件，保护电路正常工作。该整流电路2将交流电源转变成直流电，以便提供直流电给开关电路3的MOS管Q1、Q2作为开关之用。该单核或多核微控制器6输出讯号经由低功耗电流放大电路及加速回路4驱动MOS管Q1、Q2，降低ON/OFF时之开关损失，降低主动组件之温升。
如图1和图2所示，所述电源供应电路5输出5V直流电，提供单核或多核微控制器6电源的电源。输入的高压直流电经稳压IC提供二次直流电5V给电路及单核或多核微控制器6，稳定直流供电。
如图4所示，所述零电位检出电路7包括电源波形检知电路、电源零交越检知电路，用于波形侦测。该零电位检出电路7上具有电阻R1、R2、R3以及NPN型三极管V，该电阻R1、R2并联于三极管V的基极b，该三极管V的发射极e接地，三极管V的集电极c并接于电阻R3，电阻R3接入5V电源，于集电极c与电阻R3的相交处形成侦测输入波形的零点A。
相位调光器操作可选择后缘控制或前缘控制模式（见图5）。当选择后缘控制时，此电路用于侦测输入波形的零点，图4中A点（参考图6的波形1）的讯号传送至单核或多核微控制器6，图6的波形2为动作波形。使用后缘控制由于启动点在零点，无交换杂讯且LED灯为电容性负载12，充电电压又以缓慢速度上升，整体调光系统不会有调光噪音生产。
但如果为电感性负载12，因为后缘控制上升波形平缓，但截止波形快速，电感性负载12将产生反向电压，损坏输出控制器613的控制器件。此时选择前缘控制将有较好的特性。图4中A点（参考图7的波形1）的讯号传送至单核或多核微控制器6，图7的波形2为动作波形。
如图2所示，所述单核或多核微控制器6包含最大值/最小值设定电路601、602、过温保护电路603、上调/下调检出电路604、605、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块606、自动休眠电路607、自动唤醒电路608、前切/后切讯号产生器609、空载侦测电路610、波形异常侦测电路微控制器611、异常波形检知和比对和修正电路612、输出控制器613。
该最大值和最小值设定电路602的一端相接于电源供应电路5，该最大值和最小值设定电路601、602与电源供应电路5之间具有可调电阻R；该最大值和最小值设定电路601、602的另一端相接于输出控制器613。该过温保护电路603的一端相接外围电路中的温度检知电路10，另一端相接于输出控制器613。该上调检出电路604、下调检出电路605、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块606的一端分别相接于外围电路的上/下调ON/OFF数位编码增量器9，另一端相接于输出控制器613。该自动休眠电路607、自动唤醒电路608、前切/后切讯号产生器609、空载侦测电路610分别相接于输出控制器613。该波形异常侦测电路微控制器611的一端相接于零电位检出电路7，另一端相接异常波形检知和比对和修正电路612，该异常波形检知和比对和修正电路612相接于输出控制器613。
图8是所述单核或多核微控制器6的电路控制图。由于各类负载12串接在调光器上，产生不同的波形（如图9是电阻性负载的波形、图10是电容性负载的波形、图11是电感性负载的波形、图12是受负载效应干扰的波形）将干扰零点A的侦测，或负载效应充放电将干扰调光器的运作产生灯光失控闪烁，调光噪音等，利用单核或多核微控制器6，可比对电源波形与调光波形之失真比对后，修正失波形，使调光/调速更为顺畅，不颤抖，不闪烁。
如图8所示，本实施例为增加电路的信赖性，使用双核微控制器作控制。双核微控制器连接开关电路3，该开关电路3由MOS管Q1和Q2组成，该MOS管Q1和Q2并联，与该双核微控制器之间相接电阻R。当Q1、Q2导通，双核微控制器取不到讯号，也就是要在Q1、Q2导通前需预测下一步应该输出多长时间的推动讯号，且每个周期做100HZ或120HZ的效正，当波形因负载12物性产生畸形时，侦测的准确性与运算的工作比较吃重。使用双核微控制器一个CPU做侦测运算，另一个CPU做控制运算，当波形呈不规则变化抓不到判断信号的时候，即采取自己内部预设好的频率信号资料为基准去校正，尤其第一次瞬间开机，负载12电容充电时，即先延后数百纳秒（us）再开始侦测，以利讯号侦测。图13为标准波形触发讯号（波形1）与输出讯号（波形2）的波形图。图14为受干扰的波形（波形2）与触发讯号（波形1）的波形图，触发讯号延迟1毫秒后判别状况，才开始驱动输出。
而针对调定最大亮度与最低亮度在每一次ON/OFF时即会自动校正一次。当调整到低亮度时将微控制内部的计数器频率降低，使消耗能量降低并于侦测类光off时进入睡眠模式。当编码开关动作时又自动进入操作模式，由于消耗电流低在调光器与串接的负载12系统上，负载12将可达到最大的亮度，降低调光器的插入损失。这样，利用单只数码增量器作为调暗/调亮及ON/OFF功能，并可记忆OFF最后亮度之用；并可利用自动唤醒功能，直接旋转增亮度而不用ON/OFF之PUSH SW。微处理器在关断电路后，在2秒内会进入休眠状态，降低功耗；开启电路时，具有缓起动功能，保护MOS管及负载12不被冲击电流损坏。
另外，将灯光负载0～100%的亮度做适当的阶数规划，以振波宽度调变（PWM）的方式呈现，在低亮度时以较多的阶数的微小变化。高亮度时相对阶数较小，灯光改变比例较大，以补偿人眼对光线强度的感觉。为使在低亮度的时候依不同负载可同步启动，可调定最低亮度点，同时为避免编码开关太灵敏，按钮控制ON/OFF，又同时去转动到调整钮，当按钮按下时调定将调光功能中断，放开ON/OFF钮才终止中断调光功能，此时转动调整钮才可调光。
所述该最大值和最小值设定电路601、602用于最高亮度与最低亮度选择设定。该最小值设定电路602可设定最小负载，以利不同负载之最小启动功率，避免负载12在低功率时，一再触发启动，马达无法转动产生噪音、振动；并可实现0～100%调光功能。所述最大值设定电路601可调定最高负载，减少调光器之“插入损失”，提高PF值，并可避免闪烁。
此外，该单核或多核微控制器6内置调光景深补偿电路614，可将原最低负载20～40W延伸至3W以下启动，以利于小功率负载使用。
所述空载侦测电路610接受编码开关控制，将讯号转给输出控制器613；而所述过温保护电路603侦测电路的温度，将讯号转给输出控制器613；使电路实现空载侦测，过温侦测自动恢复功能。
所述前/后切开关8用于前缘控制或后缘控制选择设定，前/后切开关8可依负载12之不同，改变调光/调速为前切或后切波形，以达到任意负载12均可使用的目的。
所述前切/后切讯号产生器609提供控制调光器使用界面。
所述输出控制器613用于控制输出能量。
所述上/下调ON/OFF数位编码增量9中具有一调亮开关901、调暗开关902和一实现ON/OFF功能的推动开关903。该调亮开关901相接于上调检出电路604，该调暗开关902相接于下调检出电路605，该推动开关903相接于ON/OFF内附缓起动及记忆模块606。
所述状态显示器11采用LED显示屏，用于指示目前调光/调速的状态。
所述负载12包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯、风扇调速器等电容性、电感性、电阻性不同负载12。
综上所述，本发明的设计重点在于，由于该调光器中集合了电磁辐射抑制电路1、整流电路2、开关电路3、低功耗电流放大电路及加速回路4、电源供应电路5、单核或多核微控制器6、零电位检出电路7、前/后切开关8、上/下调ON/OFF数位编码增量器9；使之可依负载12之不同，改变调光/调速为前切或后切波形，以达到任意负载12均可使用的目的，这些负载12包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯、风扇调速器等电容性、电感性、电阻性不同负载。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种数位万用型调光器，作用于电感性、电容性或电阻性不同负载，包括有电磁辐射抑制电路、整流电路、开关电路、低功耗电流放大电路及加速回路、电源供应电路、单核或多核微控制器、零电位检出电路、前/后切开关、上/下调ON/OFF数位编码增量器；
以单核或多核微控制器为核心，该电磁辐射抑制电路一端接入AC电源，另一端依次连接整流电路、开关电路、低功耗电流放大电路及加速回路、单核或多核微控制器；低功耗电流放大电路及加速回路驱动开关电路快速切换ON/OFF动作，降低ON/OFF时之开关损失，降低主动组件之温升；所述电源供应电路相接于电磁辐射抑制电路与单核或多核微控制器之间，为单核或多核微控制器提供5V直流电；该零电位检出电路、前/后切开关、上/下调ON/OFF数位编码增量器分别接于单核或多核微控制器的外围；该单核或多核微控制器的输出端相接电感性/电容性/电阻性负载，控制负载从0～100%的范围内调光/调速。
2.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述单核或多核微控制器包含最大值设定电路、最小值设定电路、过温保护电路、上调检出电路、下调检出电路、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块、自动休眠电路、自动唤醒电路、前切/后切讯号产生器、空载侦测电路、异常波形检知和比对和修正电路、输出控制器；
该最大值和最小值设定电路的一端相接于电源供应电路，该最大值和最小值设定电路与电源供应电路之间具有可调电阻R；该最大值和最小值设定电路的另一端相接于输出控制器；
该过温保护电路的一端相接外围电路中的温度检知电路，另一端相接于输出控制器；
该上调检出电路、下调检出电路、ON/OFF开关内附缓起动及记忆模块的一端分别相接于外围电路的上/下调ON/OFF数位编码增量器，另一端相接于输出控制器；
该自动休眠电路、自动唤醒电路、前切/后切讯号产生器、空载侦测电路分别相接于输出控制器；
波形异常侦测电路微控制器的一端相接于零电位检出电路，另一端相接异常波形检知和比对和修正电路，该异常波形检知和比对和修正电路相接于输出控制器。
3.根据权利要求2所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述上/下调ON/OFF数位编码增量器中具有一调亮开关、调暗开关和一实现ON/OFF功能的推动开关，该调亮开关相接于上调检出电路，该调暗开关相接于下调检出电路，该推动开关相接于ON/OFF内附缓起动及记忆模块。
4.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述单核或多核微控制器选用双核微控制器。
5.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述单核或多核微控制器由开关电路控制，该开关电路由MOS管Q1和Q2组成，该MOS管Q1和Q2并联，与该单核或多核微控制器之间相接电阻R。
6.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述单核或多核微控制器内置调光景深补偿电路，将原最低负载20～40W延伸至3W以下启动，以利于小功率负载使用。
7.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述单核或多核微控制器进一步连接有用于实时指示调光/调速状态的状态显示器，该状态显示器是LED显示屏。
8.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述电磁辐射抑制电路上设置有压敏电阻或瞬变电压抑制二极管、电容X，该电容X以及压敏电阻或瞬变电压抑制二极管并联。
9.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述零电位检出电路上具有电阻R1、R2、R3以及NPN型三极管V，该电阻R1、R2并联于三极管V的基极b，该三极管V的发射极e接地，三极管V的集电极c并接于电阻R3，电阻R3接入5V电源，于集电极c与电阻R3的相交处形成侦测输入波形的零点A。
10.根据权利要求1所述的数位万用型调光器，其特征在于：所述负载包含卤素灯、电子变压器、CFL灯管安定器、前切LED灯、后切LED灯或风扇调速器。
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