CN104703363A

CN104703363A - 一种智能通用调光器

Info

Publication number: CN104703363A
Application number: CN201510138148.6A
Authority: CN
Inventors: 丁武锋; 马如明; 杨毅; 王伟江
Original assignee: NANJING TIANSU AUTOMATION CONTROL SYSTEM CO Ltd
Current assignee: NANJING TIANSU AUTOMATION CONTROL SYSTEM CO Ltd
Priority date: 2015-03-27
Filing date: 2015-03-27
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2035-03-27
Also published as: CN104703363B

Abstract

本发明公开了一种智能通用调光器，包括市电接口、负载接口、调光电路、电流过零点检测电路、电压过零点检测电路和控制器。调光电路用于通过控制器控制其每个市电周期内的导通时间和区间，实现对负载设备的调控。电流过零点检测电路用于采集市电火线上的电流过零点信号输入至控制器。电压过零点检测电路用于采集电压过零点信号输入至控制器。控制器用于通过对电流过零点信号和电压过零点信号分析，判断当前连接在负载接口上的设备属于容性设备还是属于感性设备，当连接在负载接口上的设备属于感性设备时采用前沿切相的方式控制所述调光电路，当连接在负载接口上的设备属于容性设备时采用后沿切相的方式控制所述调光电路。

Description

一种智能通用调光器

技术领域

本发明涉及调光器，特别涉及数字调光器。

背景技术

自从人类意识到一定要千方百计节能减排，才能解决大气变暖的迫切问题后，如何减少照明用电就作为一个重要的问题提到日程上来。因为照明用电占总能耗的20%。如果灯具采样可调光的方式，并且采样各种照明效率更高新型的灯具如卤素灯、LED灯将会在照明方面节省较多的能量。

传统的照明只有开关控制，没有任何故障检测和控制、亮度调节、远程通讯控制等功能。随着科学技术和经济的发展、节能减排和建筑智能化的要求，调光器成为必不可少的器件。现有技术下的调光器大都基于大功率可控硅器件的调光器。可控硅调光器存在如下缺陷：

首先，调光输出方式不可调，只能以前沿切相的形式输出，即在电压过零点之后打开输出，在下一个过电压零点关闭。这种前沿切相的调光方式只适合用于感性负载的控制，对容性负载控制时每个周波在切相的边沿都会出现较大的冲击电流。可惜的是，目前大多数高效节能照明灯具，比如卤素灯、LED灯，这些灯具设有电子变压器将市电转换成灯具所需的电源形式，这些电子变压器大多呈容性。即便对于普通的白炽灯，由于常温下初始电阻较小也会产生较大的冲击电流。这种冲击电流除了对调光器本身和负载产生较大的损害之外，还产生电磁波辐射对周边的精密设备造成干扰。

其次，由于可控硅自身的特性，可控硅一旦被触发后，可控硅将会一直处于导通状态一直到电流小于其维持电流才会关断。这使得可控硅一旦导通后即使发生过载也不能及时关断，只能通过保险丝来保护输出回路，而保险丝熔断后需要专业人员更换，维护非常困难。

最后，由于可控硅维持电流的存在，使其只能应用于大功率的负载。对于额定功率只有几瓦的负载，比如LED灯，由于其工作电流小于可控硅的维持电流使得调光器无法调光。

上述可控硅调光器的缺陷是其本身固有特性造成的，难以改变。尽管现有很多技术可以减弱上述的缺陷，但是无法从根本上解决，甚至还带来额外的问题。

当前有些新型的调光器采用了大功率高频开关控制器件（如IGBT）控制产品输出幅度可调节的正弦交流电，通过较高频率的PWM波来实现输出功率的控制输出的正弦波的幅度可以解决可控硅切相调光中遇到的冲击电流问题，但是这对输出回路的滤波要求较高，否则会产生较大的辐射干扰和传导干扰，因而体积会较大，特别是在输出功率较大时。开关器件工作在较高频率的开关状态时，开关损耗会增加，导致调光器发热严重，损耗大，这在输出功率较大时也会更严重。所以，此种方案多数用于功率较小的LED灯的调光。用于功率较大的负载调光时需要较大的设备体积和较好的散热条件。所以当前这种方案还比较难以做成通用设备。

发明内容

本发明所要解决的问题：现有技术下调光器的调光输出方式不可调的问题以及调光器的过载问题和小功率负载调光的问题以及调光器功率和体积、发热量的矛盾。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

一种智能通用调光器，其特征在于，包括市电接口、负载接口、调光电路、电流过零点检测电路、电压过零点检测电路和控制器；所述调光电路连接在所述市电接口和负载接口的火线上，控制端连接所述控制器，用于通过控制器控制其每个市电周期内的导通时间和区间，实现对负载设备的调控；所述电流过零点检测电路连接所述调光电路，并通过信号线连接所述控制器，用于采集市电火线上的电流过零点信号输入至所述控制器；所述电压过零点检测电路连接所述市电接口的火线和零线，并通过信号线连接所述控制器，用于采集电压过零点信号输入至所述控制器；所述控制器用于通过对所述电流过零点信号和电压过零点信号分析，判断当前连接在负载接口上的设备属于容性设备还是属于感性设备，当连接在负载接口上的设备属于感性设备时采用前沿切相的方式控制所述调光电路，否则采用后沿切相的方式控制所述调光电路。

进一步，所述调光电路包括负半周输出控制MOS管、负半周栅极驱动MOS管、正半周输出控制MOS管、正半周栅极驱动MOS管、负半周采样电阻、正半周采样电阻、负半周保护电阻和正半周保护电阻；所述负半周输出控制MOS管的漏极连接所述负载接口的火线；所述负半周输出控制MOS管的源极连接负半周采样电阻再经正半周采样电阻连接所述正半周输出控制MOS管的源极；所述正半周输出控制MOS管的漏极连接所述市电接口的火线；所述负半周采样电阻和正半周采样电阻的中间接地；所述负半周输出控制MOS管的栅极通过负半周保护电阻连接驱动电源；所述正半周输出控制MOS管的栅极通过正半周保护电阻连接驱动电源；所述负半周栅极驱动MOS管的漏极与所述负半周输出控制MOS管的栅极相连；所述正半周栅极驱动MOS管的漏极与所述正半周输出控制MOS管的栅极相连；所述负半周栅极驱动MOS管的源极和正半周栅极驱动MOS管的源极接地；所述负半周栅极驱动MOS管的栅极和正半周栅极驱动MOS管的栅极通过控制线连接所述控制器；正半周输出控制MOS管的源级作为正半周输出采样端；负半周输出控制MOS管的源级作为负半周输出采样端；所述电流过零点检测电路包括电压比较器；所述正半周输出采样端和负半周输出采样端分别连接所述电压比较器的输入端；所述电压比较器的输出端连接所述控制器。

进一步，所述电压过零点检测电路包括：光电耦合器、光耦保护电阻、光耦保护二极管、输出限流电阻；所述光电耦合器的发光二极管通过光耦保护电阻连接在所述市电接口的火线和零线之间；所述光耦保护二极管与所述光电耦合器的发光二极管极性相反的并联；所述光电耦合器的次级三极管的集电极通过输出限流电阻连接驱动电源；所述光电耦合器的次级三极管的发射极接地；所述光电耦合器的次级三极管的集电极接出用于连接所述控制器的输出端口。

进一步，所述用于连接所述控制器的输出端口与地之间还连接有滤波电容。

进一步，它还包括短路控制电路；所述调光电路还包括负半周短路控制MOS管、正半周短路控制MOS管；所述负半周短路控制MOS管的漏极与所述负半周输出控制MOS管的栅极相连；所述正半周短路控制MOS管的漏极与所述正半周输出控制MOS管的栅极相连；所述负半周短路控制MOS管的源极和正半周短路控制MOS管的源极接地；所述短路控制电路包括输入端、输出端、参考电压产生电路和短路比较器电路；所述短路控制电路的输入端和所述参考电压产生电路的输出端连接所述短路比较器电路的输入端；所述短路比较器电路的输出端为所述短路控制电路的输出端；所述短路控制电路有两个；所述两个短路控制电路分别为负半周短路控制电路和正半周短路控制电路；所述负半周短路控制电路的输入端连接所述负半周输出采样端；所述负半周短路控制电路的输出端连接所述负半周短路控制MOS管的栅极；所述正半周短路控制电路的输入端连接所述正半周输出采样端；所述正半周短路控制电路的输出端连接所述正半周短路控制MOS管的栅极。

进一步，所述负半周短路控制电路的输出端和所述正半周短路控制电路的输出端还分别连接所述控制器。

进一步，所述参考电压产生电路包括参考开关MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻；所述参考开关MOS管的源极接地；所述参考开关MOS管的漏极经第二分压电阻和第一分压电阻连接驱动电源；所述第二分压电阻和第一分压电阻之间接出参考电压产生电路的输出端；所述参考开关MOS管的栅极连接所述控制器。

进一步，它还包括过载采集电路；所述过载采集电路包括过载电压比较器；所述过载电压比较器的两个输入端分别连接所述控制器和所述正半周输出采样端或负半周输出采样端；所述过载电压比较器的输出端连接所述控制器。

进一步，它还包括负载检测电路；所述负载检测电路包括第一负载采样电阻、第二负载采样电阻、负载过桥电阻、第一桥接二极管、第二桥接二极管；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻串联在所述市电接口和负载接口的火线之间；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻的中间连接所述负载过桥电阻后接地；所述第一桥接二极管的正极和第二桥接二极管的正极接地；所述第一桥接二极管的负极接所述市电接口的火线；所述第二桥接二极管的负极接所述负载接口的火线；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻的中间作为信号采集点连接所述控制器。

进一步，它还包括KNX通讯模块；所述KNX通讯模块与所述控制器相连，用于通过KNX总线与连接在该KNX总线上的设备进行通讯交互。

本发明的技术效果如下：

1、本发明的调光器是一种纯数字调光器，通过控制器控制其每个市电周期内的导通时间和区间，实现对负载设备的调光控制，避免了可控硅调光器固有的缺陷，避免了短路过载问题导致的损坏及人为维护工作。

2、本发明的调光器可以自适配调光方式，通过检测负载是感性还是容性的，再调整输出方式，使其能够适应于容性负载和感性负载。结合电流过载检测，避免了调光器冲击电流的产生。减少了电磁波辐射干扰，延长了负载设备和调光器的使用寿命。并且降低了无功功率的比例，提高了有功功率的比例，提高了能耗的利用率。

3、本发明的调光器可实现对小额功率的负载实现调光控制，同时可以采用较小的体产品体积实现大功率设备的调光。

4、本发明的调光器可实现远程控制。

附图说明

图1是本发明智能通用调光器的整体结构示意图。

图2是本发明的调光电路的结构示意图。

图3是本发明的电压过零点检测电路的结构示意图。

图4是本发明的电流过零点检测电路的结构示意图。

图5是本发明的短路控制电路的结构示意图。

图6是本发明的过载采集电路的结构示意图。

图7是本发明的负载检测电路的结构示意图。

图8是本发明的容性负载下后沿切相方式的电压输出波形图。

图9是本发明的感性负载下后前切相方式的电压和电流输出波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种智能通用调光器，包括电源模块1、控制器2、市电接口11、负载接口12、调光电路3、电压过零点检测电路4、电流过零点检测电路5、短路控制电路6、过载采集电路7、负载检测电路8和通讯模块9。市电接口11用于连接220V交流电，作为本实施例智能通用调光器的输入，包括火线和零线。负载接口12用于连接各种可调光的灯具负载。负载接口12是本实施例智能通用调光器的输出接口，输出为切相后的交流电，包括火线和零线。负载灯具连接在负载接口12的火线和零线之间。市电接口11的火线通过调光电路3与负载接口12的火线相连，市电接口11的零线和负载接口12的零线直接相连。电源模块1连接市电接口11，用于将220V的交流电转换成低压直流电，作为本实施例中其他各个模块的驱动电源。电源模块1输出的驱动电源有两个，一个是12V的驱动电源VCC，一个是5V的驱动电源VDD。12V驱动电源VCC主要用于驱动MOS管，5V驱动电源VDD主要用于驱动单片机及其外围电路的供电。控制器2由微处理器和辅助电路组成。

调光电路3的结构如图2所示，包括有6个MOS管、4个电阻和8个接口。6个MOS管分别为BQ1、BQ2、BQ3、BQ4、BQ5、BQ6。4个电阻分别为BR9、BR10、BR12、BR15。8个接口分别为VCC、POC、SHORTN、SHORTP、IMP、IMN、INPUT、OUTPUT。接口VCC用于连接前述的12V驱动电源VCC。接口INPUT用于连接市电接口11的火线，接口OUTPUT用于连接负载接口12的火线。调光电路3呈现市电端和负载端相互对称的结构。MOS管BQ1即为前述的负半周输出控制MOS管，MOS管BQ6即为前述的正半周输出控制MOS管。电阻BR10即为前述的负半周采样电阻，电阻BR12即为前述的正半周采样电阻。MOS管BQ1、电阻BR10、电阻BR12、MOS管BQ6呈串联。其中，MOS管BQ1的漏极连接接口OUTPUT，即连接负载接口12的火线。MOS管BQ1的源极连接电阻BR10和电阻BR12，再连接MOS管BQ6的源极。MOS管BQ6的漏极连接接口INTPUT，即连接市电接口11的火线。电阻BR10和电阻BR12的中间接地。MOS管BQ1的栅极经电阻BR9连接12V的驱动电源VCC。MOS管BQ6的栅极经电阻BR15连接驱动电源VCC。电阻BR9即为前述的负半周保护电阻，电阻BR15即为前述的正半周保护电阻。MOS管BQ1和BQ6的源级和漏级之间打开时有较大的负载电流流过，关断时需要承受较高的外部接入市电电压。因此，MOS管BQ1和BQ6中需要按照调光器的输出负载额定功率的要求来选择MOS管BQ1和BQ6的通断电流的能力，而且需要保证耐压值大于最大市电电压的峰值。本实施例中MOS管BQ1和BQ6的最大耐电压600V，最大电流60A。由于电阻BR10和电阻BR12上需要流过较大的输出电流，所以应该选用功率较大，电阻值较小的电阻，最好是阻值为毫欧级的功率电阻。一般来说，电阻BR10和电阻BR12的电阻值不超过0.1欧。本实施例中，电阻BR9、BR15选用10K欧的电阻贴片。MOS管BQ2即为前述的负半周栅极驱动MOS管，MOS管BQ5即为前述的正半周栅极驱动MOS管。MOS管BQ2的漏极与MOS管BQ1的栅极相连。MOS管BQ5的漏极与MOS管BQ6的栅极相连。MOS管BQ2的源极和MOS管BQ5的源极接地。MOS管BQ2的栅极和MOS管BQ5的栅极相互连接后连接接口POC。接口POC通过控制线连接控制器2。MOS管BQ3和BQ4用于短路控制。MOS管BQ3即为前述的负半周短路控制MOS管，MOS管BQ4即为前述的正半周短路控制MOS管。MOS管BQ3的漏极与MOS管BQ1的栅极相连。MOS管BQ4的漏极与MOS管BQ6的栅极相连。MOS管BQ3的源极和MOS管BQ4的源极接地。MOS管BQ3的栅极和MOS管BQ4的栅极分别连接接口SHORTN和SHORTP。接口SHORTN和SHORTP用于连接短路控制电路6。MOS管BQ1的源极和MOS管BQ6的源极分别连接接口IMN和IMP。接口IMP即为前述的正半周输出采样端。接口IMN即为前述的负半周输出采样端。接口IMN和IMP用于电流过零点采样和过载采集，连接短路控制电路6和过载采集电路7。由于在正常工作下，MOS管BQ2、BQ3、BQ4、BQ5的最大承受的电压为12V，因此MOS管BQ2、BQ3、BQ4、BQ5可以选用小功率MOS管，这几个MOS管的型号可以相同。

上述调光电路3的工作原理如下：当负载灯具工作时，MOS管BQ1和BQ6的源级和漏级之间接通，电流的回路是市电接口11的火线－BQ6－BR12－BR10－BQ1－负载接口12的火线－负载灯具－零线。此时，MOS管BQ1和BQ6的栅极要求处于12V高电平状态，MOS管BQ2、BQ3、BQ4、BQ5的源级和漏级之间断开。也即要求MOS管BQ2、BQ3、BQ4、BQ5的栅极处于0V的低电平状态。当控制器2欲使得电流回路断开时，控制器2可以通过接口POC赋予MOS管BQ2和BQ5的栅极为5V高电平。MOS管BQ2和BQ5栅极的5V高电平使得MOS管BQ2和BQ5的源级和漏级接通，从而使得MOS管BQ1和BQ6的栅极分别经MOS管BQ2和BQ5接地后处于0V低电平状态。MOS管BQ1和BQ6栅极的0V低电平使得MOS管BQ1和BQ6源级和漏级之间断开，从而切断整个电流回路。当短路控制电路6通过接口IMN或IMP检测到短路时，通过接口SHORTN或SHORTP赋予MOS管BQ3或BQ4的栅极为5V高电平。MOS管BQ3或BQ4栅极的5V高电平使得MOS管BQ3或BQ4的源级和漏级接通，从而使得MOS管BQ1或BQ6的栅极分别经MOS管BQ3或BQ4接地后处于0V低电平状态。MOS管BQ1或BQ6栅极的0V低电平使得MOS管BQ1或BQ6源级和漏级之间断开，从而切断整个电流回路。也就是短路控制电路6未检测到短路或过载采集电路7未检测到过载时，控制器2可以通过接口POC控制MOS管BQ1和BQ6的源级和漏级的通断。由此，控制器2通过接口POC控制MOS管BQ1和BQ6的源级和漏级在每个市电周期内的导通时间和区间，从而实现对负载灯具的调节和控制。

上述电压过零点检测电路4的结构如图3所示，包括光电耦合器BO1、光耦保护电阻BR1、光耦保护二极管BD3、输出限流电阻BR16。光电耦合器BO1的发光二极管通过光耦保护电阻BR1连接在市电接口11的火线LLINE和零线NLINE之间。光耦保护二极管BD3与光电耦合器BO1的发光二极管极性相反的并联。光电耦合器BO1的次级三极管的集电极通过输出限流电阻BR16连接5V驱动电源VDD。光电耦合器BO1的次级三极管的发射极接地。光电耦合器BO1的次级三极管的集电极接出用于连接控制器2的输出端口UZERO。输出端口UZERO与地之间连接有滤波电容BC1。输出端口UZERO通过信号线连接控制器2。电压过零点检测电路4的原理如下：当市电接口11的火线LLINE和零线NLINE处于正半周期时，即当火线LLINE的电压高于零线NLINE的电压时，光电耦合器BO1的发光二极管发光使得光电耦合器BO1的次级三极管的集电极和发射极导通，从而使得输出端口UZERO输出0V低电平。当市电接口11的火线LLINE和零线NLINE处于负半周期时，即当火线LLINE的电压低于零线NLINE的电压时，反向相连的光耦保护二极管BD3导通，使得光电耦合器BO1的发光二极管的两端处于反向状态而无法发光，由此使得光电耦合器BO1的次级三极管的集电极和发射极断开，使得输出端口UZERO输出5V高电平。由此，输出端口UZERO总是在0V和5V之间周期性的变化，变化的周期与市电交流电的周期相同。输出端口UZERO的每一次切换（从0V切换成5V或者从5V切换成0V）代表了一个市电电压过零点信号。控制器2也由此可以通过输出端口UZERO的周期性电压变化信号获得市电交流电的电压过零点信号。

上述电流过零点检测电路5的结构如图4所示，包括电压比较器BU1B。电压比较器BU1B的“＋”输入端连接上述调光电路3的接口IMN，电压比较器BU1B的“－”输入端连接上述调光电路3的接口IMP。调光电路3的接口IMN即为前述负半周输出控制MOS管的源极，调光电路3的接口IMP即为前述正半周输出控制MOS管的源极。电压比较器BU1B的输出端IZERO连接控制器2。电流过零点检测电路5的工作原理如下：当MOS管BQ1和BQ6的源级和漏级之间导通，电流从MOS管BQ1流向MOS管BQ6时，接口IMN的电平大于0，接口IMP的电平小于0，电压比较器BU1B的“＋”输入端的电平高于“－”输入端使得输出端IZERO的电平为5V高电平；电流从MOS管BQ6流向MOS管BQ1时，接口IMN的电平小于0，接口IMP的电平大于0，电压比较器BU1B的“＋”输入端的电平低于“－”输入端使得输出端IZERO的电平为0V低电平。由此，输出端口IZERO总是在0V和5V之间周期性的变化。当输出端口IZERO的每一次切换（从0V切换成5V或者从5V切换成0V）代表了一个市电电流过零点信号。控制器2也由此可以通过输出端口IZERO的周期性电压变化信号获得市电交流电的电流过零点信号。

众所周知，容性负载下，电压相位滞后于电流相位；而在感性负载下，电流相位滞后于电压相位；在纯粹的阻性负载下，电流相位与电压相位同步。控制器2通过电压过零点检测电路4的输出端UZERO和电流过零点检测电路5的输出端IZERO可以分别采集到电压和电流的过零点信号。根据电压过零点信号与电流过零点信号之间的时间先后顺序，控制器2可以判断当前负载是容性负载、感性负载还是阻性负载。

本实施例中，短路控制电路6的结构如图5所示，包括：MOS管BQ7、4个电阻和电压比较器BU1C。4个电阻分别为：BR14、BR17、BR4、BR7。电阻BR14、BR17和MOS管BQ7组成参考电压产生电路。电阻BR4、BR7和电压比较器BU1C组成短路比较器电路。MOS管BQ7即为前述的参考开关MOS管，选用的型号与前述MOS管BQ2、BQ3、BQ4、BQ5相同。电阻BR14即为前述的第一分压电阻，电阻BR17即为前述的第二分压电阻。MOS管BQ7的源极接地。MOS管BQ7的漏极经第二分压电阻BR17和第一分压电阻BR14连接5V驱动电源VDD。第二分压电阻BR17和第一分压电阻BR14之间接出参考电压产生电路的输出端IREFS。MOS管BQ7的栅极IREFC通过控制线连接控制器2。参考电压产生电路的输出端IREFS连接电压比较器BU1C的“－”输入端。短路比较器电路的输入端IMX经电阻BR7连接电压比较器BU1C的“＋”输入端。电压比较器BU1C的输出端为短路比较器电路的输出端SHORTX。电压比较器BU1C的“+”输入端与输出端连有正反馈电阻BR4。短路比较器电路的输入端IMX也即为短路控制电路6的输入端，短路比较器电路的输出端SHORTX也即为短路控制电路6的输出端。短路控制电路6的输入端IMX连接采样点。第二分压电阻BR17选为1K欧左右的电阻，第一分压电阻BR14选为9.2K欧左右的电阻。电阻BR4和BR7选为1K欧的电阻。根据上述短路控制电路6的电路结构，当MOS管BQ7的源极和漏极完全导通时，参考电压产生电路的输出端IREFS的输出的参考电压Ur为0.5V。当输出回路运行正常，未发生过载时，电压比较器BU1C的输出端SHORTX为0V低电平，电压比较器BU1C的“＋”输入端的电压U＋＝Ui×R_BR4÷(R_BR4+R_BR7)＝0.5Ui。U_i为短路控制电路6的输入端IMX的电压。当U_i超过2倍的参考电压Ur时，电压比较器BU1C的“＋”输入端的电压U＋大于电压比较器BU1C的“－”输入端的电压，使得输出端SHORTX电压发生翻转，成为5V高电平。当输出端SHORTX电压翻转成5V高电平时，电压比较器BU1C的“＋”输入端的电压U＋＝(5V＋Ui)×R_BR4÷(R_BR4+R_BR7)＝2.5V＋0.5Ui。此时，只有当Ui小于－4V时，才可能使得电压比较器BU1C的“＋”输入端的电压U＋小于电压比较器BU1C的“－”输入端的0.5V而发生翻转。由此可以看出本实施例的短路控制电路6具有较强的回滞特性，上升和下降边沿错开了较大的电压，由于实际应用中Ui不可能低于－4V，这就使电压比较器的过载状态得以保持，保证短路后短路控制电路6输出持续的5V高电平。本实施例中，短路控制电路6有两个，分别是负半周短路控制电路和正半周短路控制电路。负半周短路控制电路的输入端IMX连接调光电路3中的接口IMN，也即前述负半周输出控制MOS管的源极。负半周短路控制电路的输出端SHORTX连接调光电路3中的接口SHORTN，也即前述负半周短路控制MOS管的栅极。正半周短路控制电路的输入端IMX连接调光电路3中的接口IMP，也即前述正半周输出控制MOS管的源极。正半周短路控制电路的输出端SHORTX连接调光电路3中的接口SHORTP，也即前述正半周短路控制MOS管的栅极。由此，当市电火线中的电流过大，导致电阻BR10或BR12两端的电压过高，使得短路控制电路6输出5V高电平，从而使得调光电路3中的MOS管BQ3或BQ4栅极为5V高电平，使得MOS管BQ3或BQ4的源级和漏级导通，进而使得MOS管BQ1或BQ6的栅极分别经MOS管BQ3或BQ4接地后处于0V低电平状态。相应地，MOS管BQ1或BQ6的源极和漏极之间被截止。上述路控制电路6下，控制器2也很容易接收到短路状态，控制器2只需要通过控制线给予MOS管BQ7的栅极IREFC一个0V低电平信号，MOS管BQ7的源极和漏极之间被截止，参考电压产生电路的输出端IREFS的输出的参考电压Ur为5V，也即电压比较器BU1C的“－”输入端电压高于“＋”输入端使得电压比较器BU1C输出发生翻转变成0V低电平，从而解除MOS管BQ3或BQ4的源极和漏极之间的导通状态，使得负半周输出控制MOS管BQ1和正半周输出控制MOS管BQ6重新受MOS管BQ2和MOS管BQ5的管控。

本实施例中，过载采集电路7的结构如图6所示，包括电压比较器BU1D。电压比较器BU1D即为前述的过载电压比较器。过载电压比较器BU1D的“＋”输入端连接调光电路3的接口IMP，也即正半周输出控制MOS管的源极。过载电压比较器BU1D的“－”输入端IREFO连接控制器2。过载电压比较器BU1D的输出端OVLD连接控制2。过载采集电路7的工作原理如下：控制器2给予过载电压比较器BU1D的“－”输入端IREFO参考电压，参考电压一般为0.03V~0.05V，具体由产品的额定输出功率和所述调光电路中的输出电流采样电阻的阻值决定，参考电压的生成可参照前述的参考电压产生电路，正常工作时，正半周输出控制MOS管的源极即接口IMP的电压一般低于参考电压，也即过载电压比较器BU1D的“＋”输入端的电压低于“－”输入端，此时过载电压比较器BU1D的输出端OVLD电压为0V低电平；假如调光电路3过载，也即流过正半周采样电阻BR12的电流过大使得正半周输出控制MOS管的源极电压高于参考电压0.03V~0.05V，此时，过载电压比较器BU1D的“＋”输入端的电压高于“－”输入端过载电压比较器BU1D的输出端OVLD电压为5V高电平。由此控制器可以根据过载电压比较器BU1D的输出端OVLD电压判断当前调光电路是否过载。

本实施例中，负载检测电路8的结构如图7所示，包括第一负载采样电阻BR2、第二负载采样电阻BR3、负载过桥电阻BR8、第一桥接二极管D1、第二桥接二极管D2，以及滤波电容BC2。第一负载采样电阻BR2和第二负载采样电阻BR3串联在接口INPUT和接口OUTPUT之间。这里的接口INPUT和OUTPUT也即为前述调光电路3的接口INPUT和OUTPUT。接口INPUT表示市电接口11的火线，接口OUTPUT表示负载接口12的火线。也即第一负载采样电阻BR2和第二负载采样电阻BR3连接在市电接口11和负载接口12的火线之间。第一负载采样电阻BR2和第二负载采样电阻BR3的中间连接负载过桥电阻BR8和滤波电容BC2后接地。负载过桥电阻BR8和滤波电容BC2并联。第一桥接二极管D1的正极和第二桥接二极管D2的正极接地。第一桥接二极管D1的负极接市电接口11的火线，即接口INPUT。第二桥接二极管D2的负极接负载接口12的火线，即接口OUTPUT。第一负载采样电阻BR2和第二负载采样电阻BR3的中间作为信号采集点TLOAD连接控制器2。负载检测电路8的工作原理如下：当负载接口12的火线和零线之间接有负载灯具时，在市电接口输入交流电的情形下，当交流电处于正半周时，电流流向为接口INPUT－第一负载采样电阻BR2－负载过桥电阻BR8－第二桥接二极管D2－接口OUTPUT，信号采集点TLOAD的电压为I×R_BR8。当交流电处于负半周时，电流流向为接口OUTPUT－第二负载采样电阻BR3－负载过桥电阻BR8－第一桥接二极管D1－接口INPUT，信号采集点TLOAD的电压为I×R_BR8。即如果外部有负载接入，则TLOAD有正的电压，由于电容BC2的滤波作用，此电压趋向于直流，如果没有负载则回路没有电流，由于TLOAD通过RB8接地，所以TLOAD电压为0V。也就是控制器2通过信号采集点TLOAD的电压是否大于0可以判断负载接口是否连接有负载。

本实施例中，通讯模块9采用了KNX通讯模块。KNX通讯模块9与控制器2相连，用于通过KNX总线与连接在该KNX总线上的设备进行通讯交互以及实现远程控制。KNX通讯是全球性的住宅和楼宇控制标准，为本领域技术人员所熟悉，KNX通讯模块9可以通过商业购买获得，无需赘述。

如前所述，控制器2由微处理器和辅助电路组成。微处理器即为单片机，可执行程序指令集。本实施例中，被单片机执行的程序指令由主程序和中断服务程序两个部分组成。系统启动后先从主程序开始执行，对系统进行初始化，主要包括输入输出端口的配置、ADC的配置、定时器的配置、外部输入中断的配置、串口通讯的配置等。系统外设模块配置好后，开始测量市电频率，市电频率的测量方法是配置电压过零点中断并且启动10ms中断一次的定时器定时，电压过零点中断服务程序中计数自身中断发生的次数，过零点中断每个市电周期发生两次，定时器中断也记录定时器发生中断的次数。定时器中断120次后，通过电压过零点中断的次数和发生这么多次电压过零点中断的所用的时间就可以计算出市电的频率了。测量到市电频率后，单片机开始检测负载是否存在。假如信号采集点TLOAD多次连续采样都低于0.5V则认为不存在负载，如果都高于0.5V则认为输出回路上已接入可靠的负载，如果不存在负载则一直检测负载是否存在，一直到有负载接入后才开始测量负载特性。负载特性检测过程是先配置电压过零点中断，当发生电压过零点信号的下降沿中断时，然后在下降沿中断后检测电流过零点信号输入管脚上的电平状态。假如此时电流过零点信号的电平为高电平则认为当前负载为感性负载，否则是容性负载（也可能是阻性负载，本发明中阻性负载的处理与容性负载处理方式相同，后续统称为容性负载）。确定负载特性后即可根据负载特性选择采用电流过零点中断还是电压过零点中断作为调光的同步信号，调光输出是采用前沿切相方式还是后沿切相方式，根据程序处理的结果配置好相关资源后进入主循环并启动中断。在主循环中，如果当前检测到的负载呈现容性，则选用电压过零点信号来产生中断，并以电压过零点信号作为同步源；如果当前检测到的负载呈现感性，则选用电流过零点信号来产生中断，并以电流过零点信号作为同步源。如果负载为容性负载，电压过零点中断发生后，则打开MOS管BQ1和BQ6，并根据当前的亮度值来配置定时器中断并启动定时，如果亮度越大，则定时器中断的时间越长，当发生定时器中断是关闭MOS管BQ1和BQ6 ，于是产生如图8所示后沿切相方式下的负载电压输出。如图8所示，当控制器2接收到电压过零点信号中断信号时，控制器2向调光电路3的接口POC输出0V低电平信号，由此导通MOS管BQ1和BQ6的源极和漏极，电压从市电接口11传递至负载接口12；当控制器2接收到定时中断发生后，控制器2向调光电路3的接口POC输出5V高电平信号，由此截止MOS管BQ1和BQ6的源极和漏极，负载接口12的火线和零线之间电压无输出，于是产生后沿切相下的输出负载波形。如果负载为感性负载，电流过零点中断发生后，则关闭MOS管BQ1和BQ6，并根据当前的亮度值来配置定时器中断并启动定时，如果亮度越大，则定时器中断的时间越小；当发生定时器中断时打开MOS管BQ1和BQ6，于是产生如图9所示前沿切相方式下的负载电压输出。如图9所示，当控制器2接收到电流过零点信号中断信号时，控制器2向调光电路3的接口POC输出5V高电平信号，由此截止MOS管BQ1和BQ6的源极和漏极，负载接口12的火线和零线之间电压无输出；当控制器2接收到定时中断发生后，控制器2向调光电路3的接口POC输出0V低电平信号，由此导通MOS管BQ1和BQ6的源极和漏极，电压从市电接口11传递至负载接口12，于是产生前沿切相下的输出负载波形。图9中由于负载呈感性，产生的电流波形滞后于电压波形，因此，电流过零点信号中断产生时，电压信号并不为零。

本实施例上述通过控制器2的微处理器对调光电路3的控制主要通过中断的方式实现。微处理器对短路控制电路6、过载采集电路7和通讯模块9等数据信号的采集也通过中断方式实现。这种处理方式和程序的实现为本领域技术人员所熟悉，无需赘述。需要指出的是，本实施例仅仅是本发明最佳实施方式之一，凡是采用等同替换或等效变换的方式而形成的技术方案均符合本发明的精神，落在本发明权利要求保护的范围内。

Claims

1.一种智能通用调光器，其特征在于，包括市电接口、负载接口、调光电路、电流过零点检测电路、电压过零点检测电路和控制器；所述调光电路连接在所述市电接口和负载接口的火线上，控制端连接所述控制器，用于通过控制器控制其每个市电周期内的导通时间和区间，实现对负载设备的调控；所述电流过零点检测电路连接所述调光电路，并通过信号线连接所述控制器，用于采集市电火线上的电流过零点信号输入至所述控制器；所述电压过零点检测电路连接所述市电接口的火线和零线，并通过信号线连接所述控制器，用于采集电压过零点信号输入至所述控制器；所述控制器用于通过对所述电流过零点信号和电压过零点信号分析，判断当前连接在负载接口上的设备属于容性设备还是属于感性设备，当连接在负载接口上的设备属于感性设备时采用前沿切相的方式控制所述调光电路，否则采用后沿切相的方式控制所述调光电路。

2.如权利要求1所述的智能通用调光器，其特征在于，所述调光电路包括负半周输出控制MOS管、负半周栅极驱动MOS管、正半周输出控制MOS管、正半周栅极驱动MOS管、负半周采样电阻、正半周采样电阻、负半周保护电阻和正半周保护电阻；所述负半周输出控制MOS管的漏极连接所述负载接口的火线；所述负半周输出控制MOS管的源极连接负半周采样电阻再经正半周采样电阻连接所述正半周输出控制MOS管的源极；所述正半周输出控制MOS管的漏极连接所述市电接口的火线；所述负半周采样电阻和正半周采样电阻的中间接地；所述负半周输出控制MOS管的栅极通过负半周保护电阻连接驱动电源；所述正半周输出控制MOS管的栅极通过正半周保护电阻连接驱动电源；所述负半周栅极驱动MOS管的漏极与所述负半周输出控制MOS管的栅极相连；所述正半周栅极驱动MOS管的漏极与所述正半周输出控制MOS管的栅极相连；所述负半周栅极驱动MOS管的源极和正半周栅极驱动MOS管的源极接地；所述负半周栅极驱动MOS管的栅极和正半周栅极驱动MOS管的栅极通过控制线连接所述控制器；正半周输出控制MOS管的源级作为正半周输出采样端；负半周输出控制MOS管的源级作为负半周输出采样端；所述电流过零点检测电路包括电压比较器；所述正半周输出采样端和负半周输出采样端分别连接所述电压比较器的输入端；所述电压比较器的输出端连接所述控制器。

3.如权利要求2所述的智能通用调光器，其特征在于，所述电压过零点检测电路包括：光电耦合器、光耦保护电阻、光耦保护二极管、输出限流电阻；所述光电耦合器的发光二极管通过光耦保护电阻连接在所述市电接口的火线和零线之间；所述光耦保护二极管与所述光电耦合器的发光二极管极性相反的并联；所述光电耦合器的次级三极管的集电极通过输出限流电阻连接驱动电源；所述光电耦合器的次级三极管的发射极接地；所述光电耦合器的次级三极管的集电极接出用于连接所述控制器的输出端口。

4.如权利要求3所述的智能通用调光器，其特征在于，所述用于连接所述控制器的输出端口与地之间还连接有滤波电容。

5.如权利要求2所述的智能通用调光器，其特征在于，它还包括短路控制电路；所述调光电路还包括负半周短路控制MOS管、正半周短路控制MOS管；所述负半周短路控制MOS管的漏极与所述负半周输出控制MOS管的栅极相连；所述正半周短路控制MOS管的漏极与所述正半周输出控制MOS管的栅极相连；所述负半周短路控制MOS管的源极和正半周短路控制MOS管的源极接地；所述短路控制电路包括输入端、输出端、参考电压产生电路和短路比较器电路；所述短路控制电路的输入端和所述参考电压产生电路的输出端连接所述短路比较器电路的输入端；所述短路比较器电路的输出端为所述短路控制电路的输出端；所述短路控制电路有两个；所述两个短路控制电路分别为负半周短路控制电路和正半周短路控制电路；所述负半周短路控制电路的输入端连接所述负半周输出采样端；所述负半周短路控制电路的输出端连接所述负半周短路控制MOS管的栅极；所述正半周短路控制电路的输入端连接所述正半周输出采样端；所述正半周短路控制电路的输出端连接所述正半周短路控制MOS管的栅极。

6.如权利要求5所述的智能通用调光器，其特征在于，所述负半周短路控制电路的输出端和所述正半周短路控制电路的输出端还分别连接所述控制器。

7.如权利要求5所述的智能通用调光器，其特征在于，所述参考电压产生电路包括参考开关MOS管、第一分压电阻和第二分压电阻；所述参考开关MOS管的源极接地；所述参考开关MOS管的漏极经第二分压电阻和第一分压电阻连接驱动电源；所述第二分压电阻和第一分压电阻之间接出参考电压产生电路的输出端；所述参考开关MOS管的栅极连接所述控制器。

8.如权利要求2至7中任一项所述的智能通用调光器，其特征在于，它还包括过载采集电路；所述过载采集电路包括过载电压比较器；所述过载电压比较器的两个输入端分别连接所述控制器和所述正半周输出采样端或负半周输出采样端；所述过载电压比较器的输出端连接所述控制器。

9.如权利要求1至7中任一项所述的智能通用调光器，其特征在于，它还包括负载检测电路；所述负载检测电路包括第一负载采样电阻、第二负载采样电阻、负载过桥电阻、第一桥接二极管、第二桥接二极管；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻串联在所述市电接口和负载接口的火线之间；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻的中间连接所述负载过桥电阻后接地；所述第一桥接二极管的正极和第二桥接二极管的正极接地；所述第一桥接二极管的负极接所述市电接口的火线；所述第二桥接二极管的负极接所述负载接口的火线；所述第一负载采样电阻和第二负载采样电阻的中间作为信号采集点连接所述控制器。

10.如权利要求1至7中任一项所述的智能通用调光器，其特征在于，它还包括KNX通讯模块；所述KNX通讯模块与所述控制器相连，用于通过KNX总线与连接在该KNX总线上的设备进行通讯交互。