CN104717802A - 多段调光控制信号形成电路 - Google Patents

Abstract

一种多段调光控制信号形成电路，由依次相连的开/关信号形成电路，触发脉冲信号形成电路，脉冲计数器电路以及电平转换电路组成。藉一只与电源相线连接的具有通断功能的调光控制开关的反复通/断操作，在所述触发脉冲信号形成电路中形成与调光控制开关的通/断操作相对应的一连串触发脉冲信号，由所述脉冲计数电路中对触发脉冲计数，在所述数电平换电路中形成相应级数从高到低或从低到高的分级变化的多电平信号。具有连接简单，操控灵活的优点。

Description

多段调光控制信号形成电路

技术领域

本发明涉及一种照明用电子镇流器或驱动器的调光控制器，特别涉及一种分段调光控制信号的形成电路。

背景技术

为了满足照明灯具的不同应用需求，除了能正常点亮气体放电灯的电子镇流器或LED驱动器之外，已经出现了各种能控制气体放电灯亮度变化的调光镇流器或调光LED驱动器。

荧光灯的亮度控制通常是通过改变驱动荧光灯的电子镇流器的工作频率或改变工作频率的占空比从而改变流过荧光灯的电流来实现的。主流的荧光灯调光镇流器的核心可以归结为产生一个低电平直流控制信号,对镇流器内部逆变器的振荡频率或占空比进行控制，实现荧光灯亮度的调节。控制信号的形式也就确定了调光即荧光灯亮度变化的形式。通常是对电子镇流器逆变器的频率控制电路施加一个如1V至10V的可变低电平直流电压来实现荧光灯调光的。直流控制电平的高、低变化使镇流器的工作频率发生相应的变化，因而相对应的流过荧光灯的电流以及发光亮度也就随之改变。

LED灯的亮度控制是通过改变驱动器施加在LED上的驱动电压来实现，可以通过改变驱动器输入电压，或改变驱动器的工作频率或占空比等方式等不同手段，其中包括对LED驱动器施加不同电平的低直流电压实现LED灯的亮度控制。

按控制方式，调光可分为由暗到亮或由亮到暗亮度渐变的连续调光控制方式和亮度逐级变化的分段调光控制方式两大类。

最常见的分段调光是所谓“两段”调光和“三段”调光。只有亮（100%亮度电平）和暗（如5%或10%亮度电平）两种亮度变化的称为两段调光；而有亮（100%亮度电平）、中等亮度（如50%亮度电平）和暗（如5%或10%亮度电平）三种亮度电平变化的称为三段调光。

对灯具进行调光控制，通常还受灯具与电源开关之间的原有布线状况的制约。现有技术不乏利用镇流器交流供电线进行调光控制的先例，如：

实用新型专利CN200820059278.6“一种分段调光电子镇流器调光控制信号控制电路”是对接在镇流器交流电源输入线上两个单刀开关的四种通断状态组合，通过光电耦合和数模转换，输出高、中、低和零等四种控制电平的三段调光镇流器。

实用新型专利CN202587567U“荧光灯镇流器三段调光控制信号形成电路”是以电源相线L、电源中线N以及控制线C三根线与镇流器连接，形成高、中和低三个电平控制信号的荧光灯镇流器三段调光控制信号形成电路。

发明专利 CN200810036397.4“荧光灯两线制调光控制方法及其调光控制装置”，由用户控制端及电子镇流器端通过交流电线连接而成，用户控制端微处理器接收用户请求信号，使电路中阻抗变化，从而在一段时间内交流电线上形成大切角电压波形信号，经电子镇流器端波形转换、信号检测处理后给出调光控制信号。

在分段调光的现有技术中，分段段数都为两段或三段；需要用到两根电源线（相线和/或中线）；需要两个开关或一个多位开关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是只用一只具有通/断控制功能的控制开关，通过其对电源相线的反复通/断操作，便可形成任一设定段数的多段调光控制信号。

一通/断开关产生高电平和低电平的开关信号形成电路（1），输入端与交流电源相线连接，输出端与一触发脉冲形成电路（2）连接，触发脉冲形成电路（2）与脉冲计数器电路（3）连接，脉冲计数器电路（3）与电平转换电路（4）连接，电平转换电路4最后将脉冲计数器计数的数字信号，转换为多电平分段调光控制信号。

所述开关信号形成电路（1），是一通/断开关K1与电源相线相连接，经整流二极管D1，降压电阻R1，分压电阻R2和滤波电容C1，与场效应开关管Q1连接，开关K1的通/断操作，由开关管Q1输出低/高电平信号。

所述触发脉冲形成电路（2）是由两个结构相同的运算放大器U1和U2构成的单稳态触发电路，两个运算放大器的V+极，分别受三极管Q3、Q4控制，三极管Q3受开关管Q1输出控制，三极管Q4受开关管Q2控制；开关K1通/断状态转换时，两个运算放大器轮流获得直流供电电压而输出一个正触发脉冲，并合成为一系列触发脉冲。

所述脉冲计数器电路（3）由十进制计数器电路U3构成，时钟输入端CP接收来自所述触发脉冲形成电路2的触发脉冲，从第一个Y0至第十个Y9共十个计数器输出端，按照需要形成的调光段数，可在2至9之间选定，每个输出端分别经各自的隔离二极管后输出至电平转换电路（4）。

所述电平转换电路（4）是将所述脉冲计数器所选定的各输出端，分别串接一分压电阻后，再串接一电阻接地，所述分别串接的分压电阻阻值中，Y0上的分压电阻的阻值最小，其余各分压电阻的阻值依次按升序排列时，则分压输出从高到低的多电平控制信号，其余各分压电阻的阻值依次按降序排列时，则分压输出从低到高的多电平控制信号。

所述开关信号形成电路（1）中的通/断开关K1是机械开关，或者是电子开关。

所述脉冲信号形成电路（2）是用一个555定时器电路，当通/断开关K1作反复通/断操作时，产生触发脉冲。

所述脉冲计数器电路是用二进制计数器，能够形成16级及以内电平变化的调光控制信号。

所述脉冲计数器再级联一个十进制计数器电路，调光段数能再增加9段。

本发明的优点是，只用一个具有通/断控制功能的控制开关，通过其对电源相线的反复通/断操作，便可形成任一设定段数的多段调光控制信号。具有连接简单，操控灵活的优点。

附图说明

图1为本发明多段调光控制信号形成电路方框图；

图2为本发明多段调光控制信号形成电路原理电路图；

图3为电路各点电压波形图。

图中标号说明

。

具体实施方式

本发明是只用一只具有通/断控制功能的控制开关，通过其对电源相线的反复通/断操作，便可形成任一设定段数的多段调光控制信号。

参阅附图，对本发明作进一步的描述。

如图1所示，一通/断开关产生高电平和低电平的开关信号形成电路（1），输入端与交流电源相线连接，输出端与一触发脉冲形成电路（2）连接，触发脉冲形成电路（2）与脉冲计数器电路（3）连接，脉冲计数器电路（3）与电平转换电路（4）连接，电平转换电路（4）最后将脉冲计数器计数的数字信号，转换为多电平分段调光控制信号。

如图2所示，在所述开关信号形成电路（1）中，一通/断开关K1与电源相线相连接，经整流二极管D1，降压电阻R1，分压电阻R2和滤波电容C1，与场效应开关管Q1连接，开关K1的通/断操作，由开关管Q1输出低/高电平信号。具有通断功能的调光控制开关K1的一端与交流电源相线相连接在测试点A上，另一端接整流二极管D1的正极，整流二极管D1的负极与降压电阻R1的一端相连接，降压电阻R1的另一端与场效应开关管Q1的控制极，分压电阻R1的一端以及滤波电容C1的一端连接在一起，效应开关管Q1的源极，分压电阻R1的另一端以及滤波电容C1的另一端接地。在调光控制开关K1接通时，场效应开关管Q1的漏极即测试点B输出低电平“关”信号，在调光控制开关K1断开时，场效应开关管Q1的漏极即测试点B输出高电平“开”信号。图3-1是调光控制开关K1起始状态为断开时测试点B的波形图，图3-2是调光控制开关K1起始状态为接通时测试点B的波形图。

在所述开关信号形成电路（1）中所述通/断开关K1是机械开关，或者是电子开关。

所述触发脉冲形成电路（2）是由两个结构相同的运算放大器U1和U2构成的单稳态触发电路，两个运算放大器的V+极，分别受三极管Q3、Q4控制，三极管Q3受开关管Q1输出控制，三极管Q4受开关管Q2控制；开关K1通/断状态转换时，两个运算放大器轮流获得直流供电电压而输出一个正触发脉冲，并合成为一系列触发脉冲。

连接在测试点B上的除了场效应开关管Q1的漏极之外，还有：开关晶体管Q3的基极，偏置电阻R3的一端，以及场效应开关管Q2的控制极。

场效应开关管Q2的漏极与开关晶体管Q4的基极以及偏置电阻R7的一端连接在一起，场效应开关管Q2的源极接地。

开关晶体管Q3的集电极，开关晶体管Q4的集电极极，偏置电阻R3的另一端，以及偏置电阻R7的另一端，都与低压直流电压+12V连接在一起。

开关晶体管Q3和Q4的发射极分别与运算放大器U1和U2的电源输入脚V+相接。

在测试点B输出高电平“开”信号时，开关晶体管Q3饱和导通，运算放大器U1获得+12V工作电压；在测试点B输出低电平“关”信号时，开关晶体管Q4饱和导通，运算放大器U2获得+12V工作电压。

运算放大器U1和U2构成单稳态触发器电路。

运算放大器U1的“-”输入端连接反馈电容C4的一端以及分压电阻R4和R5的公共端。运算放大器U1的“+”输入端连接充电电阻R6及延迟电容C3的公共端。滤波电容C2的一端，分压电阻R4以及充电电阻R6的另一端都接在运算放大器U1的电源输入脚V+上。运算放大器U1的V-，滤波电容C2，延迟电容C3的另一端，以及分压电阻R5的另一端接地。运算放大器U1的输出端Vout与反馈电容C4的另一端以及隔离二极管D2的正极连接在一起。

运算放大器U2的“-”输入端连接反馈电容C7的一端以及分压电阻R8和R9的公共端。运算放大器U2的“+”输入端连接充电电阻R10及延迟电容C6的公共端。滤波电容C5的一端，分压电阻R8以及充电电阻R10的另一端都接在运算放大器U2的电源输入脚V+上。运算放大器U2的V-，滤波电容C5，延迟电容C6的另一端，以及分压电阻R9的另一端接地。运算放大器U2的输出端Vout与反馈电容C7的另一端以及隔离二极管D3的正极连接在一起。

如上所述，在输入高电平“开”信号时，运算放大器U1获得+12V工作电压。当运算放大器U1的“+”输入端上延迟电容C3上的充电电压到达“-”输入端上由预先设置的分压电阻R4和R5的分压电压时，通过反馈电容C4的负反馈，运算放大器U1的输出端Vout即测试点Ca从原来的零电平瞬时翻转为高电平，并维持至V+端上的+12V工作电压断开，测试点Ca的电压波形如图3-3所示。

在输入地电平“关”信号时，运算放大器U2获得+12V工作电压。当运算放大器U2的“+”输入端上延迟电容C6上的充电电压到达“-”输入端上由预先设置的分压电阻R8和R9的分压电压时，通过反馈电容C7的负反馈，运算放大器U2的输出端Vout即测试点Cb从原来的零电平瞬时翻转为高电平，并维持至V+端上的+12V工作电压断开，测试点Cb的电压波形如图3-4所示。

从运算放大器获得+12V工作电压到运算放大器输出翻转输出高电平信号的延迟时间t控制在长于0.1秒而短于0.5秒。过短的延迟会引起单稳态电路工作的不稳定，过长的延迟时间则会影响控制的灵敏度。

隔离二极管D2的负极与隔离二极管D3的负极接在一起，将运算放大器U1的Vout上在控制信号为“开”时的输出信号和运算放大器U2的Vout上在控制信号为“关”时的输出信号组合成一个无论在控制信号为“开”或“关”时，都有一个延迟的正向触发脉冲输出。

所述发脉冲信号形成电路（2）除了上述用两个运算放大器构成的单稳态电路，在开/关信号的作用下形成触发脉冲之外，用一个接成单稳态工作模式的555定时器电路，也能从连接在电源相线上的调光控制开关K1作反复通/断操作所形成的开/关信号，产生相应的触发脉冲。

如图2所示，所述脉冲计数器电路3由CD4017十进制计数器电路U3构成时，时钟输入端CP接收来自所述触发脉冲形成电路2的触发脉冲，从第一个Y0至第十个Y9共十个计数器输出端，按照需要形成的调光段数，可在2至9之间选定，每个输出端分别经各自的隔离二极管后输出至电平转换电路（4）。

CD4017型十进制计数器/脉冲分配器集成电路U3的时钟输入端CP与所述触发脉冲信号形成电路的隔离二极管D2及D3的负极相连接，时钟输入端CP还与滤波电阻R11及滤波电容C9相连接，滤波电阻R11及滤波电容C9的另一端接地。计数电路U3的Vdd接+12V低压直流电压以及滤波电容C8的一端，滤波电容C8的另一端接地。计数电路U3的INH接地，使计数器在时钟上升沿计数。

计数器共有从第一个Y0至第十个Y9共十个输出端，在起始状态，计数器U3的第一个输出端Y0为高电平，其余各输出端Y1至Y9均低电平，当计数器U3接收到第一个正向触发脉冲时，输出端Y1为转高电平，其余各输出端Y0及Y2至Y9均低电平，并维持到接收到第二个正向触发脉冲时。同理，在计数器U3依次接收到大于等于1，小于等于8的第n个正向触发脉冲后，输出端Yn转为高电平，除Yn之外的其余各输出端均低电平。将计数器输出端Yn用作计数器的复位信号接到计数器的清零端CR。

n+1就是设定的需要形成的控制信号的级数即调光控制信号的段数，可在2至9之间选定与调光段数相同的计数器输出端数。

在图2所示的5段调光控制电路中，计数器U3的Y0，Y1，Y2，Y3和Y4五个输出端分别接各自的隔离二极管D4，D5，D6 ，D7和D8的正极，计数器U3的第6个输出端Y5与计数清零端CR相接，在调光控制开关K1完成5次通/断操作后，计数器复位，等待开始下一轮调光控制信号的形成。

所述电平转换电路（4）是将所述脉冲计数器所选定的各输出端，分别串接一分压电阻后，再串接一电阻接地，所述分别串接的分压电阻阻值中，Y0上的分压电阻的阻值最小，其余各分压电阻的阻值依次按升序排列时，则分压输出从高到低的多电平控制信号，其余各分压电阻的阻值依次按降序排列时，则分压输出从低到高的多电平控制信号。

在图2所示的5段调光控制电路中，电平转换电阻R12，R13，R14，R15及R16的各一端分别与隔离二极管D4，D5，D6，D7及D8的各正极相连接，电平转换电阻R12，R13，R14，R15及R16各另一端连接在一起，再在测试点D上与公共电阻R17的一端相连接，公共电阻R17的另一端接地。

在开机起始状态，计数器Y0输出高电平，选择电阻阻值，使电平转换电阻R12与公共电阻R17分压时获得最高电平。电平转换电阻R13，R14，R15和R16均大于电平转换电阻R12的阻值，在它们的阻值大小按升序递增时，在测试点D上便形成从高到低的不同电平的调光控制信号（图3-12），在它们的阻值大小按降序递减时，在测试点D上形成从低到高的不同电平的调光控制信号（图3-13）。

所述脉冲计数器（3）由一个CD4017型十进制计数器/脉冲分配器集成电路U3构成时，十个计数器输出端可在2至9之间选定调光段数，再每级联一个CD4017型十进制计数器/脉冲分配器集成电路，则可选定的调光段数可再增加9。

所述脉冲计数器电路用二进制计数器时，能够形成16级及以内电平变化的调光控制信号。

二进制计数器只有Y0，Y1，Y2，Y3四个输出端，对应相继输入的触发脉冲，有二进制数0000到1111共16种输出状态。在时钟端接收到第一个触发脉冲时，Y0输出高电平（0001），接收到第二个触发脉冲时，Y1输出高电平（0010），接收到第三个触发脉冲时，Y0，Y1同时输出高电平（0011），接收到第四个触发脉冲时，Y2输出高电平（0100），直至接收到第十五个触发脉冲时，Y1，Y2，Y3，Y4均输出高电平（1111）.这样的线路，Y0，Y1，Y2，Y3输出共有0000，0001，0010，0011，0100，0101，0110，0111，1000，1001，1010，1011，1100，1101，1110，1111等十六种状态，最多可以形成16级电平变化的调光控制信号。

Claims (9)

1.一种多段调光控制信号形成电路，其特征在于：一通/断开关产生高电平和低电平的开关信号形成电路（1），输入端与交流电源相线连接，输出端与一触发脉冲形成电路（2）连接，触发脉冲形成电路（2）与脉冲计数器电路（3）连接，脉冲计数器电路（3）与电平转换电路（4）连接，电平转换电路（4）最后将脉冲计数器计数的数字信号，转换为多电平分段调光控制信号。

2.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述开关信号形成电路（1），是一通/断开关K1与电源相线相连接，经整流二极管D1，降压电阻R1，分压电阻R2和滤波电容C1，与场效应开关管Q1连接，开关K1的通/断操作，由开关管Q1输出低/高电平信号。

3.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述触发脉冲形成电路（2）是由两个结构相同的运算放大器U1和U2构成的单稳态触发电路，两个运算放大器的V+极，分别受三极管Q3、Q4控制，三极管Q3受开关管Q1输出控制，三极管Q4受开关管Q2控制；开关K1通/断状态转换时，两个运算放大器轮流获得直流供电电压而输出一个正触发脉冲，并合成为一系列触发脉冲。

4.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述脉冲计数器电路（3）由十进制计数器电路U3构成，时钟输入端CP接收来自所述触发脉冲形成电路（2）的触发脉冲，从第一个Y0至第十个Y9共十个计数器输出端，按照需要形成的调光段数，可在2段至9段之间选定，每个输出端分别经各自的隔离二极管后输出至电平转换电路（4）。

5.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述电平转换电路（4）是将所述脉冲计数器所选定的各输出端，分别串接一分压电阻后，再串接一电阻接地，所述分别串接的分压电阻阻值中，Y0上的分压电阻的阻值最小，其余各分压电阻的阻值依次按升序排列时，则分压输出从高到低的多电平控制信号，其余各分压电阻的阻值依次按降序排列时，则分压输出从低到高的多电平控制信号。

6.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述通/断开关K1是机械开关，或者是电子开关。

7.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述脉冲信号形成电路（2）是用一个555定时器电路，当通/断开关K1作反复通/断操作时，产生触发脉冲。

8.根据权利要求1所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述脉冲计数器电路是用二进制计数器，能够形成16级及以内电平变化的调光控制信号。

9.根据权利要求4所述的多段调光控制信号形成电路，其特征在于：所述脉冲计数器再级联一个十进制计数器电路，调光段数能再增加9段。