CN104822217B - 一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法 - Google Patents
一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，该方法不改变逆变器工作频率，避免信号调制带来的频闪效应，所述逆变器集成电路（IC）通过方波脉冲信号F1驱动，并接收输入的脉宽可控的方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F1与方波脉冲信号F2之间有一个微秒级,所述方波信号F1‑1为无极荧光灯管供电；调节所述方波脉冲信号F2即调节输出的方波信号F1‑1的占空比。本发明能够保持无极荧光灯的无频闪优点，适用于各种场合的应用要求，应用本发明的技术，镇流器的温升低，工作可靠，寿命长，调光范围大，可使无极荧光灯镇流器工作在网络匹配的最佳条件，是一种理想的无极荧光灯调光方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法。
背景技术
无极荧光灯是集最新电子节电技术与电光源技术于一体的高科技新型的光源，它不用灯丝，采用磁场来激励气体放电、发光，具有高效节能、无频闪、绿色环保、长寿命等诸多优点，近年来它已被广泛应用于室内外照明领域。
在实际应用中由于节能要求，例如，道路照明，隧道照明，教室照明需要无极荧光灯具有调光功能。
有三种技术可以满足上述调光要求：
1、调压法，调节逆变器功率装置直流供电电压，改变输出功率；
2、调频法，改变逆变器工作频率，例如，提高逆变器工作频率，使输出扼流电感的阻抗增加，减低了无极荧光灯管的电压和电流，达到调光目的；
3、调脉冲占空比法，设计一个独立振荡频率模块，其振荡频率较低，一般在300Hz-1KHz之间，输出的方波脉冲信号控制逆变器工作，方波脉冲信号的占空比可以调节，通过占空比的调节可在一个瞬间停止逆变器输出，以改变逆变器停止输出的时间，达到凋光要求。
在上述三种调光方法中均存在以下缺陷：
1、调压法；降低逆变器功率装置直流供电电压可达到调光目的，但是，直流电压太低会造成逆变器停振、熄灯，调光范围小。
2、调频法：改变了逆变器工作频率，当工作频率对输出网络谐振峰值点偏移较多时，也会造成熄灯，由于工作频率与输出网络失谐，将造成逆变器功耗增加，镇流器温度升高，降低系统寿命，调光范围小。
3、调脉冲占空比法：应用独立振荡频率模块，对模块中的控制信号脉冲进行占空比调节，逆变器在一个瞬间停止输出的时间由控制信号脉冲占空比的变化确定，可达到调光要求。但模块控制信号的频率一般在300Hz到1KHz左右，在调光时，光源会带有模块控制信号的频闪效应，300Hz到1KHz之间的交流调制人眼会察觉光源的频闪，调光越深，频闪越严重。应用这一技术后，无极荧光灯的无频闪优点被减弱了，不能广泛应用于要求较高的照明环境，它不能称为真实意义上的占空比调光。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，该方法不改变逆变器工作频率，避免信号调制带来的频闪效应的荧光灯调光方法，为此，本发明采用以下技术方案：
一所述调光无极荧光灯括逆变器集成电路(IC)，所述逆变器集成电路(IC)通过方波脉冲信号F1驱动，并接收输入的脉宽可控的方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F1与方波脉冲信号F2之间有一个微秒级,微秒级的范围为0.1微秒～1微秒的死区，所述方波脉冲信号F1和方波脉冲信号F2通过逆变器集成电路(IC)转换合成输出方波信号F1-1，所述方波信号F1-1为无极荧光灯管供电；调节所述方波脉冲信号F2即调节输出的方波信号F1-1的占空比。
在采用上述技术方案的基础上，本发明还可采用以下进一步的技术方案：
所述方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2通过双频率方波脉冲信号发生器输出；所述逆变器集成电路(IC)包括高端驱动输出(HO)管脚、低端驱动输出(LO)管脚、驱动输入(IN)管脚、电路停机逻辑输入管脚及高端悬浮电源返回(Vs)管脚；所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1的管脚与逆变器集成电路(IC)的驱动输入(IN)管脚相连，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F2的管脚与逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入相连；
所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)管脚与第一MOS管Q1连接，所述集逆变器集成电路(IC)的低端驱动输出(LO)管脚与第二MOS管Q2连接，所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)经过第一MOS管Q1仍输出方波脉冲信号F1，低端驱动输出(LO)经过第二MOS管Q2输出与方波脉冲信号F1延迟180度相位的频率方波信号F’1，所述逆变器集成电路(IC)的高端悬浮电源返回(Vs)管脚与所述第一MOS管Q1输出端、第二MOS管Q2输出端连接组成逆变器集成电路(IC)输出所述输出方波信号F1-1的输出端。
所述双频率方波脉冲信号发生器采用由外部0-10V直流电压通过模数转换器对双频率方波脉冲信号发生器控制的方法对方波脉冲信号F2的调制。
通过按钮切换控制双频率方波脉冲信号发生器的控制线接地或者短路，使得双频率方波脉冲信号发生器自身直接控制所述方波脉冲信号F2的占空比变化的方法对方波脉冲信号F2的调制。
所述双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路，外部0-10V直流电压通过数模转换器与所述MSP430F149集成电路中的模数转换器引脚(P6.7/A7)相连，按钮与所述MSP430F149集成电路中通用数字I/O引脚(P1.4/SMCLK)相连，所述MSP430F149集成电路还连接有用于切换方波脉冲信号F2的控制方式的第一短路装置及第二短路装置。
所述方波脉冲信号F1频率范围在100KHz和300KHz之内，相应方波脉冲信号F2在频率范围200KHz和600KHz之内，所述方波脉冲信号F2的占空比可在30％-100％变化，即无极灯的功率可以在30％-100％之间调整。
所述逆变器集成电路(IC)包括IR21844芯片。
所述调光无极荧光灯还包括保护电路，所述保护电路设有电容分压电路，所述电容分压电路与整流二极管相连。
一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法的装置，包括具有调光功能的装置，其特征在于，所述具有调光功能的装置包括双频率方波脉冲信号发生器和逆变器集成电路(IC)，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F2的频率为方波脉冲信号F1的两倍；
所述逆变器集成电路(IC)包括高端驱动输出(HO)管脚、低端驱动输出(LO)管脚、驱动输入(IN)管脚、电路停机逻辑输入管脚及高端悬浮电源返回(Vs)管脚；所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)管脚与第一MOS管Q1连接，所述集逆变器集成电路(IC)的低端驱动输出(LO)管脚与第二MOS管Q2连接；所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1的管脚与逆变器集成电路(IC)的驱动输入(IN)管脚相连，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F2的管脚与逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入相连，所述逆变器集成电路(IC)的高端悬浮电源返回(Vs)管脚与所述第一MOS管Q1输出端、第二MOS管Q2输出端连接组成逆变器集成电路(IC)输出端，输出为交流的方波信号F1-1。
所述双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路，外部0-10V直流电压通过数模转换器与所述MSP430F149集成电路中的模数转换器引脚(P6.7/A7)相连，按钮与所述MSP430F149集成电路中通用数字I/O引脚(P1.4/SMCLK)相连，所述MSP430F149集成电路还连接有用于切换方波脉冲信号F2的控制方式的第一短路装置及第二短路装置,所述MSP430F149集成电路的第41引脚(P4.5)输出方波脉冲信号F1，所述MSP430F149集成电路的第40引脚(P4.4)输出方波脉冲信号F2。
由于采用本发明的技术方案，本发明能够保持无极荧光灯的无频闪优点，适用于各种场合的应用要求，应用本发明的技术，镇流器的温升低，工作可靠，寿命长，调光范围大，可使无极荧光灯镇流器工作在网络匹配的最佳条件，是一种理想的无极荧光灯调光方法。本发明固定振荡频率脉冲的占空比可调，改变无极荧光灯输出的光通量，使得调光范围在30％--100％左右。
附图说明
图1a为普通灯泡光源示意图。
图1b为直流供电下的LED灯光源示意图。
图1c为交流供电下的LED灯光源示意图。
图1d为电子节能灯光源示意图。
图1e为本发明无极灯光源示意图。
图1f为现有技术调光无极灯光源为100％光源示意图。
图1g为现有技术调光无极灯光源为60％光源示意图，有频闪。
图1h为现有技术调光无极灯光源为30％光源示意图，有频闪严重。
图2为本发明提供的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法原理框图。
图3为双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路的接线图
图4为本发明采用集成电路IR21844芯片构成的逆变器集成电路(IC)图。
图5为没有调光功能的波形示意图。
图6为本发明提供的应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比具有调光功能的波形示意图。
图7-1为本发明提供的占空比为60％的波形示意图。
图7-2为本发明提供的占空比为40％的波形示意图。
图8为本发明提供的双频率方波脉冲信号发生器结构示意图。
图9为本发明双频率方波脉冲信号发生器设置流程示意图。
图10为应用本发明提供的双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的调光无极荧光灯电路原理图。
具体实施方式
频闪是照明光源对眼睛的一种刺激感知。形成光源频闪的因素是灯的工作电流波形。交流供电的光源都存频闪，当交流供电频率大于几十KHz时，频闪现象不易察觉，交流供电频率达几百KHz甚至几MHz时，频闪现象基本消失。
如图1a-1h所示为现有的光源示意图，图1a为普通灯泡通过50Hz交流供电的普通白炽灯是热辐射光源，频闪较小，不易察觉。
图1b为LED灯：输入LED芯片的电流是直流，没有频闪，LED灯丝灯的每根灯丝图像清晰；如果是50Hz交流整流后供电，直流的纹波就会产生50Hz的频闪，如图1c所示，直流供电的纹波系数越大频闪越严重。
图1d为电子节能灯，电子节能灯的工作频率大概在40-60KHz，灯管图像清晰。
图1e为无极灯：无极灯的工作频率一般为250KHz，比节能灯工作频率高6-7倍，调光时并不改变无极灯的工作频率，基本看不到频闪，可称为无频闪。
图1f-图1h为应用现有技术调节占空比改变逆变器停止输出时间的调光无极灯，不调光时，灯管像清晰，调光后频闪使灯管像变得模糊。
图2为原理框图，本发明电磁兼容性(EMC)滤波器1、整流器2、功率因数校正器(PFC)3部份与常规无极荧光灯镇流器电路基本相同，这三个装置主要功能是满足国家标准对无线电干扰和功率因数的要求。图中4为逆变器集成电路(IC)，5为双频率方波脉冲信号发生器，6为控制信号，7为输出网络，8为保护电路，9为无极荧光灯管，L3、L4均为磁环电感。
图3为双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路的接线图，外部0-10V直流电压通过数模转换器与所述MSP430F149集成电路中的模数转换器引脚(P6.7/A7)相连，外部0-10V直流电压通过模数转换器而对双频率方波脉冲信号发生器采样对所述方波脉冲信号F2进行脉宽调制。
按钮(S1)与所述MSP430F149集成电路中通用数字I/O引脚(P1.4/SMCLK)相连，通过按钮切换控制双频率方波脉冲信号发生器的控制线接地或者短路，使得双频率方波脉冲信号发生器自身直接控制所述方波脉冲信号F2的占空比变化，即对所述方波脉冲信号F2进行脉宽调制。
所述MSP430F149集成电路还连接有用于切换方波脉冲信号F2的控制方式的第一短路装置(Js1)及第二短路装置(Js2),当Js2短路时,选定外部0-10V直流电压对F2进行脉宽调制，当Js1短路时,选定按钮(S1)对F2进行脉宽调制。
图4为本发明采用集成电路IR21844芯片构成的逆变器集成电路(IC)图，所述逆变器集成电路(IC)包括集成电路及与逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)管脚连接的第一MOS管Q1、与逆变器集成电路(IC)的低端驱动输出(LO)管脚连接的第二MOS管Q2，所述逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入管脚输入方波脉冲信号F2，驱动输入(IN)管脚处输入方波脉冲信号F1，电路高端驱动输出(HO)经过第一MOS管Q1输出方波脉冲信号F1，高端驱动输出(LO)经过第二MOS管Q2输出与方波脉冲信号F1延迟180相位的频率方波信号F’1，这所述逆变器集成电路(IC)高端悬浮电源返回(Vs)端与所述第一MOS管Q1输出端、第二MOS管Q2输出端组成逆变器输出端A，输出为交流信号的方波信号F1-1，所述方波信号F1-1通过输出网络为无极荧光灯管供电。
图5为电路停机逻辑输入管脚输入为高电平时，构成没有调光功能的逆变器集成电路(IC)方波示意图。
图6为电路停机逻辑输入管脚输入为方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F2的频率为方波脉冲信号F1的两倍，方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2起始相位相同；两个信号之间有一个微秒级的死区B，使得第一MOS管Q1和第二MOS管Q2不会同时导通，所述逆变器集成(IC)调节所述逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入输入方波脉冲信号F2即调节输出的方波信号F1-1的占空比。
图7-1为调节占空比为60％的波形示意图，方波脉冲信号F2的脉宽减少到60％，输出的方波信号F1-1脉宽也降为60％。
图7-2为调节占空比为40％的波形示意图，方波脉冲信号F2的脉宽减少到40％，输出的方波信号F1-1脉宽也降为40％。
所述方波脉冲信号F1频率范围在100KHz和300KHz之内，相应方波脉冲信号F2在频率范围200KHz和600KHz之内，即所述占空比可在30％-100％变化，即无极灯的功率可以在30％-100％之间调整。
图8为本发明提供的双频率方波脉冲信号发生器结构示意图，所述双频率方波脉冲信号发生器输出驱动信号通过逆变器集成电路(IC)调节占空比，所述的双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1为逆变器集成电路(IC)提供驱动信号，同时输出方波脉冲信号F2为逆变器集成电路(IC)提供脉宽可控的信号，
图9所示，方波脉冲信号F2可通过二种方式控制:外部0-10V直流电压通过模数转换器对双频率方波脉冲信号发生器采样对F2进行脉宽调制；也可通过按钮切换控制双频率方波脉冲信号发生器的控制线接地或者短路，使得双频率方波脉冲信号发生器自身直接控制占空比变化，即无极荧光灯功率受调光变化。
图10为应用本发明提供的双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的调光无极荧光灯总得电路原理图，所述逆变器集成电路(IC)包括集成电路及与集成电路的高端驱动输出(HO)管脚连接的第一MOS管Q1、与集成电路的低端驱动输出(LO)管脚连接的第二MOS管Q2；所述逆变器集成电路(IC)包括集成电路及与集成电路的高端驱动输出(HO)管脚连接的第一MOS管Q1、与集成电路的低端驱动输出(LO)管脚连接的第二MOS管Q2；所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1的管脚与逆变器集成电路(IC)的驱动输入(IN)管脚相连，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F2的管脚与逆变器集成电路(IC)逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入相连。图8还包括保护电路，当无极荧光灯的灯管破裂或被移去，无极荧光灯的灯管两侧的磁环电感L3和磁环电感L4两端产生高压，此高压通过电容C9，C10，C11分压，经D1、D11二个整流二极管整流成直流电压，稳压管D12直流电压上升，此时稳压管D12导通，触发晶闸管D13导通，逆变器集成(IC)脚被接地，逆变器集成电路(IC)不再输出方波信号F1-1，无极荧光灯停止工作。
Claims (10)
1.一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，采用双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2，其中方波脉冲信号F2的脉宽可控，方波脉冲信号F2的频率为方波脉冲信号F1的两倍，方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2起始相位相同，方波脉冲信号F1与方波脉冲信号F2之间有一个微秒级的死区；所述方波脉冲信号F1和方波脉冲信号F2通过逆变器集成电路(IC)转换合成输出方波信号F1-1，所述方波信号F1-1为无极荧光灯管供电；若需增加无极荧光灯的亮度，则调节加大所述方波脉冲信号F2的脉宽，若需减弱无极荧光灯的亮度，则调节减小所述方波脉冲信号F2的脉宽。
2.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，所述逆变器集成电路(IC)包括高端驱动输出(HO)管脚、低端驱动输出(LO)管脚、驱动输入(IN)管脚、电路停机逻辑输入(SD)管脚及高端悬浮电源返回(Vs)管脚；所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1的管脚与逆变器集成电路(IC)的驱动输入(IN)管脚相连，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F2的管脚与逆变器集成电路(IC)电路停机逻辑输入(SD)管脚相连；
所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)管脚与第一MOS管Q1栅极连接，所述逆变器集成电路(IC)的低端驱动输出(LO)管脚与第二MOS管Q2栅极连接，所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)经过第一MOS管Q1仍输出方波脉冲信号F1，低端驱动输出(LO)经过第二MOS管Q2输出与方波脉冲信号F1延迟180度相位的频率方波信号F’1，所述逆变器集成电路(IC)的高端悬浮电源返回(Vs)管脚与所述第一MOS管Q1漏极、第二MOS管Q2漏极连接组成逆变器集成电路(IC)输出所述输出方波信号F1-1的输出端。
3.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，所述双频率方波脉冲信号发生器采用由外部0-10V直流电压通过模数转换器对双频率方波脉冲信号发生器控制的方法对方波脉冲信号F2调制。
4.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，通过按钮切换控制双频率方波脉冲信号发生器的控制线接地或者短路，使得双频率方波脉冲信号发生器自身直接控制所述方波脉冲信号F2的占空比变化的方法对方波脉冲信号F2调制。
5.如权利要求1、2、3或4所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，所述双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路，外部0-10V直流电压通过数模转换器与所述MSP430F149集成电路中的模数转换器引脚(P6.7/A7)相连，按钮与所述MSP430F149集成电路中通用数字I/O引脚(P1.4/SMCLK)相连，所述MSP430F149集成电路还连接有用于切换方波脉冲信号F2的控制方式的第一短路装置及第二短路装置,所述MSP430F149集成电路的第41引脚(P4.5)输出方波脉冲信号F1，所述MSP430F149集成电路的第40引脚(P4.4)输出方波脉冲信号F2。
6.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，当所述方波脉冲信号F1频率范围在100KHz和300KHz之内，相应方波脉冲信号F2在频率范围200KHz和600KHz之内时，所述方波脉冲信号F2的占空比可调控在30％-100％之间，即无极灯的功率可以在30％-100％之间调整。
7.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，所述逆变器集成电路(IC)包括IR21844芯片。
8.如权利要求1所述的一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法，其特征在于，所述调光无极荧光灯还包括保护电路，所述保护电路设有电容分压电路，所述电容分压电路与整流二极管相连。
9.一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法的装置，包括具有调光功能的装置，其特征在于，所述具有调光功能的装置包括双频率方波脉冲信号发生器和逆变器集成电路(IC)，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1及方波脉冲信号F2，方波脉冲信号F2的频率为方波脉冲信号F1的两倍；
所述逆变器集成电路(IC)包括高端驱动输出(HO)管脚、低端驱动输出(LO)管脚、驱动输入(IN)管脚、电路停机逻辑输入(SD)管脚及高端悬浮电源返回(Vs)管脚；所述逆变器集成电路(IC)的高端驱动输出(HO)管脚与第一MOS管Q1输入端连接，所述逆变器集成电路(IC)的低端驱动输出(LO)管脚与第二MOS管Q2输入端连接；所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F1的管脚与逆变器集成电路(IC)的驱动输入(IN)管脚相连，所述双频率方波脉冲信号发生器输出方波脉冲信号F2的管脚与逆变器集成电路(IC)停机逻辑输入(SD)管脚相连，所述逆变器集成电路(IC)的高端悬浮电源返回(Vs)管脚与所述第一MOS管Q1输出端、第二MOS管Q2输出端连接组成逆变器集成电路(IC)输出端，输出为交流的方波信号F1-1。
10.如权利要求9所述一种应用双频率方波脉冲信号发生器控制占空比的无极荧光灯调光方法的装置，所述双频率方波脉冲信号发生器采用MSP430F149集成电路，外部0-10V直流电压通过数模转换器与所述MSP430F149集成电路中的模数转换器引脚(P6.7/A7)相连，按钮与所述MSP430F149集成电路中通用数字I/O引脚(P1.4/SMCLK)相连，所述MSP430F149集成电路还连接有用于切换方波脉冲信号F2的控制方式的第一短路装置及第二短路装置,所述MSP430F149集成电路的第41引脚(P4.5)输出方波脉冲信号F1，所述MSP430F149集成电路的第40引脚(P4.4)输出方波脉冲信号F2。
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