CN104994640B - 吊扇灯控制电路 - Google Patents

Abstract

一种吊扇灯控制电路，由整流控制单元、吊扇灯控制单元组成。整流控制单元包括变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、控制给定模块，输入单相220V交流电源，输出经变压器降压后的可控整流电压，在可控整流电压中发送包含吊扇速度等级和灯亮度等级的吊扇灯控制信号；吊扇灯控制单元包括调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块，输入含吊扇灯控制信号的可控整流电压，控制吊扇速度和灯亮度。所述方法无需遥控器，无需单独敷设控制线，直接利用单相电源线传输吊扇灯控制信号，可实现远距离吊扇灯的控制调节。

Description

吊扇灯控制电路

技术领域

本发明涉及一种吊扇灯控制技术，尤其是一种吊扇灯控制电路。

背景技术

当吊扇灯中的吊扇速度和灯亮度都需要调节与控制时，通常的方法有：

一是采用遥控器控制。吊扇灯的驱动控制电路装有遥控器接收装置，可以通过遥控器对吊扇灯进行调速、调光，其缺点是需要配备遥控器，管理麻烦，遥控器还容易丢失。

二是采用数字控制技术。例如，采用RS－485总线来对吊扇灯进行控制。该方案技术先进，但成本高，系统除需要布设电力线外，还需要布设数字控制总线。

三是采用模拟信号控制技术。例如，采用远程电位器进行吊扇速度控制与灯亮度控制，成本较低。但该方法同样需要增加控制线，且抗干扰能力较差。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在不增加控制信号线和不使用遥控器的情况下，利用单相电源线实现吊扇灯控制电路。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种吊扇灯控制电路，由整流控制单元和吊扇灯控制单元组成。

所述整流控制单元设有相线输入端子、零线输入端子、第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；所述相线输入端子、零线输入端子输入单相220V交流电源；所述第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子输出可控整流电压。

所述吊扇灯控制单元设有第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子，所述第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子分别连接至整流控制单元的第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子。

所述整流控制单元由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、控制给定模块组成。

所述变压器的两个输入端子分别为相线输入端子、零线输入端子，两个输出端子分别为第一交流端子、第二交流端子；所述第一交流端子、第二交流端子输出第二交流电源。

所述控制电源模块由控制电源单相整流桥和第一滤波稳压电路组成，输出第一直流工作电源；所述控制电源单相整流桥的两个交流输入端分别连接至第一交流端子、第二交流端子；所述控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地。所述第一直流工作电源向单片机控制模块供电。

所述可控整流模块由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成；所述整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子和第二交流端子，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子。

所述触发控制模块设有交流控制输入端、整流控制输入端；所述交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；所述交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；所述整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；所述整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止。

所述过零检测模块设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；所述过零电压输入端连接至第一交流端子；所述过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；所述过零脉冲与第二交流电源正半波对应；所述过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

所述控制给定模块设有吊扇给定信号输出端和灯给定信号输出端。

所述单片机控制模块设有吊扇给定信号输入端、灯给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述吊扇给定信号输入端连接至控制给定模块的吊扇给定信号输出端；所述灯给定信号输入端连接至控制给定模块的灯给定信号输出端；所述捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端；所述两路电平信号输出端分别为交流控制输出端、整流控制输出端；所述交流控制输出端、整流控制输出端分别连接至触发控制模块的交流控制输入端、整流控制输入端。

所述吊扇灯控制单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块组成。

所述调节电源模块输入可控整流电压、输出第二直流工作电源，由调节电源单相整流桥和第二滤波稳压电路组成；所述调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地。所述第二直流工作电源向单片机调节模块供电。

所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；所述取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；所述波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；所述取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应。

所述单片机调节模块具有捕捉输入端和吊扇速度调节输出端、灯亮度调节输出端、制动控制输出端；单片机调节模块的捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端。

所述吊扇驱动模块用于驱动吊扇运行，设有吊扇速度调节输入端、制动控制输入端；所述吊扇速度调节输入端连接至单片机调节模块的吊扇速度调节输出端，制动控制输入端连接至单片机调节模块的制动控制输出端。

所述灯驱动模块用于驱动灯点亮，设有灯亮度调节输入端；所述灯亮度调节输入端连接至单片机调节模块的灯亮度调节输出端。

所述整流控制单元通过控制可控整流电压来发送吊扇灯控制信号，吊扇灯控制信号由引导波和数据波组成。

所述吊扇灯控制单元接收吊扇灯控制信号并控制吊扇灯。

所述过零检测模块由二极管D1、电阻R9、稳压管DW1组成，设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；电阻R9的两端分别连接至二极管D1阴极与稳压管DW1阴极；二极管D1阳极为过零电压输入端，连接至第一交流端子；稳压管DW1阳极连接至公共地；稳压管DW1阴极为过零脉冲输出端。

所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端，由二极管D2、电阻R12、稳压管DW2组成；电阻R12的两端分别连接至二极管D2阴极与稳压管DW2阴极；二极管D2阳极为取样波形输入端，连接至第二可控整流输入端子；稳压管DW2阳极连接至参考地；稳压管DW2阴极为取样脉冲输出端。

所述控制给定模块包括有速度电位器和亮度电位器。

所述吊扇驱动模块的吊扇速度调节输入端的输入信号类型为PWM脉冲。所述灯驱动模块的灯亮度调节输入端的输入信号类型为PWM脉冲。

所述吊扇由直流无刷电机驱动；所述吊扇驱动模块为具有PWM脉冲调速功能的直流无刷电机驱动器，或者是由直流无刷电机驱动芯片组成的吊扇驱动模块。所述灯为LED灯；所述灯驱动模块为具有PWM脉冲调节亮度功能的LED驱动模块。

本发明的有益效果是，采用电源线远距离控制吊扇灯吊扇的速度和灯的亮度，无需遥控器，无需控制线；吊扇速度和灯亮度可以根据需要分成多个等级；采用整流波传送吊扇灯控制信号，其有效值与交流波相同，不会造成直流无刷电机速度调节时供电电源的不稳定。

附图说明

图1是系统结构框图。

图2是整流控制单元结构图。

图3是可控整流模块实施例电路图。

图4是触发控制模块实施例电路图。

图5是整流控制单元中控制部分实施例电路图。

图6是发送实施例吊扇灯控制信号的波形示意图。

图7是吊扇灯控制信号发送方法。

图8是吊扇灯控制单元结构图。

图9是吊扇灯控制单元调节部分实施例电路图。

图10是吊扇驱动模块实施例1电路图。

图11是吊扇驱动模块实施例2电路图。

图12是灯驱动模块实施例电路图。

图13是吊扇灯控制信号接收与吊扇灯控制电路。

具体实施方式

下面通过附图并结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明电路系统结构框图如图1所示，由整流控制单元和吊扇灯控制单元组成。整流控制单元由相线输入端子L、零线输入端子N输入单相220V交流电源，由第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出可控整流电压。吊扇灯控制单元由第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入可控整流电压并控制吊扇灯。

整流控制单元的结构如图2所示，由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、控制给定模块组成。

变压器的两个输入端子分别为相线输入端子L、零线输入端子N，两个输出端子分别为第一交流端子L1、第二交流端子N1。第一交流端子L1、第二交流端子N1输出第二交流电源。第二交流电源的电压有效值低于整流控制单元输入的单相220V交流电源的电压有效值。

可控整流模块的实施例如图3所示，由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成。整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子L1和第二交流端子N1，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子AC1；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子L1；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子AC2；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子N1。

双向晶闸管V1的触发脉冲从其控制极K11和第一阳极K12输入，双向晶闸管V2的触发脉冲从其控制极K21和第一阳极K22输入，双向晶闸管V3的触发脉冲从其控制极K31和第一阳极K32输入，双向晶闸管V4的触发脉冲从其控制极K41和第一阳极K42输入。

整流桥UR1采用单相整流桥堆，或者是采用4个二极管组成单相整流桥代替。

触发控制模块为满足以下功能的电路：设有交流控制输入端、整流控制输入端；交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止。

触发控制模块的实施例如图4所示，由过零触发光耦U1－U4和输入限流电阻R1－R4、输出限流电阻R5－R8组成，设有交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。过零触发光耦U1－U4的内部包括有输入发光二极管、输出光控双向晶闸管，以及过零触发电路。过零触发光耦U1－U4的型号在MOC3041、MOC3042、MOC3043、MOC3061、MOC3062、MOC3063中选择。

输入限流电阻R1与过零触发光耦U1的输入发光二极管串联，串联电路再并联至第一直流工作电源VDD1和交流控制输入端KJ。输入限流电阻R1串联在过零触发光耦U1的输入发光二极管阳极，如图4所示；输入限流电阻R1也可以串联在过零触发光耦U1的输入发光二极管的阴极。

输入限流电阻R2与过零触发光耦U2的输入发光二极管串联，串联电路再并联至第一直流工作电源VDD1和交流控制输入端KJ。输入限流电阻R3与过零触发光耦U3的输入发光二极管串联，串联电路再并联至第一直流工作电源VDD1和整流控制输入端KZ。输入限流电阻R4与过零触发光耦U4的输入发光二极管串联，串联电路再并联至第一直流工作电源VDD1和整流控制输入端KZ。输入限流电阻R2－R4可以串联在相应过零触发光耦的输入发光二极管阳极，如图4所示；也可以串联在相应过零触发光耦的输入发光二极管阴极。

输出限流电阻R5与过零触发光耦U1内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V1的控制极K11和第一阳极K12；输出限流电阻R6与过零触发光耦U2内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V2的控制极K21和第一阳极K22；输出限流电阻R7与过零触发光耦U3内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V3的控制极K31和第一阳极K32；输出限流电阻R8与过零触发光耦U4内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V4的控制极K41和第一阳极K42。

整流控制单元中控制部分包括控制电源模块、过零检测模块、单片机控制模块、控制给定模块，其实施例电路如图5所示。

控制电源模块输入为第二交流电源，输出为向整流控制单元提供的第一直流工作电源VDD1。图5实施例中，控制电源模块由二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04、电容C1、三端稳压器U5组成。二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04组成控制电源单相整流桥；电容C1并联在控制电源单相整流桥的直流电压输出端，起滤波作用；三端稳压器U5输入端VIN连接至控制电源单相整流桥的整流正极性端；第一直流工作电源VDD1从三端稳压器U5输出端VOUT输出。控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地。三端稳压器U5选择HT7150H。

控制电源模块还可以采用其他实现方案。二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04组成的控制电源单相整流桥可以用单相整流桥堆代替，三端稳压器U5可以采用稳压管稳压电路或者DC/DC稳压器。

过零检测模块为具有以下功能的电路：设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；过零电压输入端连接至第一交流端子；过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；过零脉冲与第二交流电源正半波对应；过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

图5实施例中，过零检测模块为检波整形电路，由二极管D1、电阻R9、稳压管DW1组成。电阻R9的两端分别连接至二极管D1阴极与稳压管DW1阴极，二极管D1阳极连接至第一交流端子L1，稳压管DW1阳极连接至公共地。稳压管DW1阴极为输出过零脉冲的过零脉冲输出端。

控制给定模块设有吊扇给定信号输出端和灯给定信号输出端，吊扇给定信号输出端输出吊扇给定信号，灯给定信号输出端输出灯给定信号。图5实施例中，控制给定模块采用速度电位器RWS对第一直流工作电源VDD1进行分压，得到的吊扇给定信号为速度给定电压。将速度电位器RWS输出的速度给定电压平均分成n个区间，最低电压区间吊扇给定信号的吊扇速度等级为速度1，最高电压区间吊扇给定信号的吊扇速度等级为速度n；速度给定电压的n个区间分别与吊扇速度等级的速度1－n对应；n为大于等于2的整数。图5实施例中，控制给定模块采用亮度电位器RWD对第一直流工作电源VDD1进行分压，得到的灯给定信号为亮度给定电压。将亮度电位器RWD输出的亮度给定电压平均分成m个区间，最低电压区间灯给定信号的灯亮度等级为亮度1，最高电压区间灯给定信号的灯亮度等级为亮度m；亮度给定电压的m个区间分别与灯亮度等级的亮度1－m对应；m为大于等于2的整数。

控制给定模块中的吊扇给定信号、灯给定信号也可以采用旋转编码器、拨码开关、脉冲电位器等其他装置来实现。

单片机控制模块包括有吊扇给定信号输入端，灯给定信号输入端，捕捉信号输入端，2路电平信号输出端。吊扇给定信号输入端连接至控制给定模块的吊扇给定信号输出端；灯给定信号输入端连接至控制给定模块的灯给定信号输出端；捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端，输入过零脉冲；2路电平信号输出端为交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ，分别连接至触发控制模块的交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。

图5实施例中，单片机控制模块由单片机MCU1、晶体振荡器XT1组成，单片机MCU1的型号是STC12C5412AD。单片机MCU1的模拟电压输入端ADC0(P1.0)为吊扇给定信号输入端，速度电位器RWS的输出电压连接至单片机MCU1的模拟电压输入端ADC0(P1.0)；模拟电压输入端ADC1(P1.1)为灯给定信号输入端，亮度电位器RWD的输出电压连接至单片机MCU1的模拟电压输入端ADC1(P1.1)。如果采用其他装置发出开关量、数字量形式的吊扇给定信号、灯给定信号，可以从单片机MCU1的其他I/O口输入。单片机MCU1通过对模拟电压输入端ADC0、ADC1输入的速度给定电压、灯给定电压进行A/D转换，或者是读取I/O口的输入信号，得到吊扇给定信号的吊扇速度等级、灯给定信号的灯亮度等级。单片机MCU1的P3.7是捕捉信号输入端，连接至过零检测模块的过零脉冲输出端。单片机MCU1的P1.6、P1.7是电平信号输出端，其中P1.6是交流控制输出端KJ，P1.7是整流控制输出端KZ；交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ分别连接至触发控制模块的交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。

整流控制单元的第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出可控整流电压，整流控制单元通过控制可控整流电压来发送吊扇灯控制信号，吊扇灯控制信号由引导波和数据波组成。可控整流电压的有效值与第二交流电源的电压有效值相同。

所述吊扇灯控制信号中包括有速度1－n，共n个吊扇速度等级；所述吊扇灯控制信号中还包括有亮度1－m，共m个灯亮度等级。吊扇灯控制信号中吊扇速度等级的速度1－n与吊扇给定信号中吊扇速度等级的速度1－n之间一一对应。吊扇速度等级的速度1对应的吊扇电机状态为制动状态。吊扇灯控制信号中灯亮度等级的亮度1－m与吊扇给定信号中灯亮度等级的亮度1－m之间一一对应。

所述引导波由y个工频周期整流波组成，y为大于等于1的整数。

所述数据波为x个工频周期的可控整流电压波，x为大于等于2的整数。

x个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位数据码，x个工频周期的可控整流电压波对应x位数据码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的1位数据码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的1位数据码是1。或者是x个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位数据码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的1位数据码是1；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的1位数据码是0。

所述x位数据码中包括x₁位速度码和x₂位亮度码；x₁、x₂均为大于等于1的整数；x、x₁、x₂之间的关系为x＝x₁+x₂；n与x₁之间的关系为：n小于等于2^x1；m与x₂之间的关系为：m小于等于2^x2；组成数据码时，亮度码和速度码之间的先后顺序可自由确定。速度码由吊扇给定信号确定，亮度码由灯给定信号确定。所述数据码、亮度码、速度码均为二进制码。

整流控制单元发送吊扇灯控制信号时波形实施例如图6所示。图6所示实施例中y等于2，x等于6；其中x₁等于3，最多有8个吊扇速度等级，实施例中，速度码000－111分别表示吊扇速度等级的速度1－8；x₂等于3，最多有8个灯亮度等级，实施例中，亮度码000－111分别表示灯亮度等级的亮度1－8。图6所示实施例中，组成数据码的先后顺序是速度码在前，亮度码在后。

图6发送的是吊扇速度等级为速度6、灯亮度等级为亮度7的吊扇灯控制信号。图6(a)为可控整流电压的波形，其中的T1区间为引导波，由2个工频周期的整流波组成。T2区间为数据波，即6个工频周期的可控整流电压波。实施例的6个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位数据码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的数据码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的数据码是1；6个工频周期依次为整流波、交流波、整流波、整流波、整流波、交流波，相应的6位数据码是101110。6位数据码的前3位是速度码，后3位是亮度码；与区间T3对应的3位速度码为101，该吊扇灯控制信号中的吊扇速度等级为速度6；与区间T4对应的3位亮度码为110，该吊扇灯控制信号中的灯亮度等级为亮度7。

单片机控制模块发出一次吊扇灯控制信号的步骤如下：

步骤1，等待，直到接收到过零脉冲的上升沿时进入步骤2；

步骤2，停止交流输出，开始整流输出；

步骤3，对接收到的过零脉冲上升沿计数，计数值达到y时进入步骤4；

步骤4，发出1个工频周期的可控整流电压波；

步骤5，等待，直到接收到过零脉冲的上升沿时进入步骤6；

步骤6，已经发出x个工频周期的可控整流电压波时转到步骤7，否则返回步骤4；

步骤7，停止整流输出，开始交流输出。

整流控制单元在正常的维持不发出吊扇灯控制信号状态时，单片机控制模块控制交流控制输出端KJ输出有效信号，整流控制输出端KZ输出无效信号，过零触发光耦U1和U2的输入发光二极管导通，过零触发光耦U3和U4的输入发光二极管截止，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2导通，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4截止，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为交流电压。在图4所示的实施例中，单片机控制模块输出的交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ的信号为低电平有效。

图5所示过零检测模块输出的过零脉冲与第二交流电源的正半波对应，且过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度。所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

单片机控制模块检测到与图6中半波1相对应的过零脉冲上升沿后，进入步骤2。所述停止交流输出，是指控制交流控制输出端KJ输出无效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2截止；所述开始整流输出，是指控制整流控制输出端KZ输出有效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4导通，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为整流电压。

所述停止整流输出，是指控制整流控制输出端KZ输出无效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4截止；所述开始交流输出，是指控制交流控制输出端KJ输出有效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2导通，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为交流电压。

所述发出1个工频周期的可控整流电压波，其方法是，判断需要发出的该工频周期的可控整流电压波是交流波还是整流波，如果是交流波，则停止整流输出，开始交流输出；如果是整流波，则停止交流输出，开始整流输出。

所述可控整流电压波中的每个单工频周期是交流波，或者是整流波；单工频周期的交流波由1个单相交流电源正半波和1个单相交流电源负半波组成，正半波在前，负半波在后；单工频周期的整流波由2个整流半波组成，第一个整流半波与第二交流电源正半波对应，第二个整流半波与第二交流电源负半波对应。所述工频周期的时间为20ms。所述单工频周期为1个工频周期。

整流控制单元发送吊扇灯控制信号的方法如图7所示，包括：

步骤A，读取初始给定信号；

步骤B，发出一次吊扇灯控制信号；

步骤C，判断给定信号是否发生改变，给定信号发生改变，返回步骤B；给定信号没有发生改变，返回步骤C。

判断给定信号是否发生改变的方法是，吊扇给定信号的吊扇速度等级发生改变，或者灯给定信号的灯亮度等级发生改变，则给定信号发生改变。

吊扇灯控制单元的结构如图8所示，由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块组成。

吊扇灯控制单元的调节部分包括调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块，其实施例如图9所示。

调节电源模块为吊扇灯控制单元提供第二直流工作电源VDD2。图9实施例中，调节电源模块由二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08、电容C2、三端稳压器U6组成。二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08组成调节电源单相整流桥；电容C2并联在调节电源单相整流桥的直流电压输出端，起滤波作用；三端稳压器U6输入端VIN连接至调节电源单相整流桥的整流正极性端；第二直流工作电源VDD2从三端稳压器U6输出端VOUT输出。调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地。三端稳压器U6选择HT7150H。

调节电源模块还可以采用其他实现方案。二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08组成的调节电源单相整流桥可以用单相整流桥堆代替，三端稳压器U6可以采用稳压管稳压电路或者DC/DC稳压器。

波形取样模块为具有以下功能的电路：设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应。

图9实施例中，波形取样模块为检波整形电路，由二极管D2、电阻R12、稳压管DW2组成。电阻R12的两端分别连接至二极管D2阴极与稳压管DW2阴极；二极管D2阳极为取样波形输入端，连接至第二可控整流输入端子AC2；稳压管DW2阳极连接至参考地；稳压管DW2阴极为取样脉冲输出端。

单片机调节模块具有捕捉输入端和吊扇速度调节输出端PWMS、灯亮度调节输出端PWMD、制动控制输出端BRAK，捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端。制动控制输出端BRAK的输出类型是开关量；吊扇速度调节输出端PWMS、灯亮度调节输出端PWMD的输出类型是PWM脉冲。

图9实施例中，单片机调节模块由单片机MCU2、晶体振荡器XT2组成，单片机MCU2的型号是STC12C5412AD，单片机MCU2的捕捉输入端为P3.7，吊扇速度调节输出端PWMS为P2.0，灯亮度调节输出端为P2.4，制动控制输出端BRAK为P1.5。

吊扇驱动模块用于驱动吊扇运行，设有吊扇速度调节输入端PWMS，吊扇速度调节输入端PWMS连接至单片机调节模块的吊扇速度调节输出端PWMS。所述吊扇电机采用直流无刷电机，具有PWM脉冲调速功能的直流无刷电机驱动器、直流无刷电机驱动芯片都可以适用于本发明的吊扇驱动模块。图10所示为吊扇驱动模块采用直流无刷电机驱动芯片的实施例1的电路，图11所示为吊扇驱动模块采用直流无刷电机驱动器的实施例2的电路。

图10所示实施例中，吊扇驱动模块由电机驱动芯片F310、三相全桥MOSFET驱动芯片U7以及二极管D31－D34、电容C31－C32、电阻R32－R48、电位器RW31、热敏电阻NTC组成。

图10实施例中，二极管D31－D34组成单相桥式整流电路对第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入的可控整流电压进行整流，再经电容C31滤波后得到电机驱动电源U+，向电机驱动芯片F310、三相全桥MOSFET驱动芯片U7供电。单相桥式整流电路的负极性端连接至参考地。

图10实施例中，电阻R32、电容C32组成PWM脉冲/模拟电压转换电路，将吊扇速度调节输入端PWMS的PWM脉冲转换为模拟电压速度调节信号，模拟电压速度调节信号连接至电机驱动芯片F310的调速电压输入端SREF。STC12C5412AD采用5V电源供电，占空比0％－100％的PWM脉冲由电阻R32、电容C32组成的PWM脉冲/模拟电压转换电路转换为0－5V的调节电压。

图10实施例中，三相全桥MOSFET驱动芯片U7的驱动输入端HU、LU、HV、LV、HW、LW分别连接至电机驱动芯片F310的驱动输出端PWM_HU、PWM_LU、PWM_HV、PWM_LV、PWM_HW、PWM_LW；三相全桥MOSFET驱动芯片U7的三相输出端U、V、W连接至直流无刷电机M31的三相电源输入端；三相全桥MOSFET驱动芯片U7的负电源输入端V－经电阻R39连接至参考地。电阻R39上的取样电压连接至电机驱动芯片F310的取样电流输入端ITRIP；限流门限电压ILIMIT由电位器RW31确定。

图10实施例中，RPI电压由电阻R33、电阻R34确定，RPI电压大小决定电机启动电流的大小；RSF电压由电阻R35、电阻R36确定，RSF电压大小决定电机启动时换向频率的大小；RSD电压由电阻R37、电阻R38确定，过流后自动重启的时间由RSD设置。

图10实施例中，VLIMIT为过热保护参考门限电压，由电阻R41、电阻R42确定；VTH为输入判决电压，由电阻R40、热敏电阻NTC确定。

图10实施例中，电阻R43－R48组成分压电路采集相端反馈电压来检测反电动势，三相反馈电压分别连接至电机驱动芯片F310的反馈输入端EMF_U、EMF_V、EMF_W。

吊扇驱动模块还设有制动输入端。图10实施例中，单片机调节模块的制动控制输出端BRAK连接至电机驱动芯片F310的制动输入端RESET。电机驱动芯片F310的制动输入端RESET又称复位控制端RESET。

图10实施例中，电机驱动芯片F310的电源端VCC连接至电机驱动电源U+，地端GND连接至参考地。

图10实施例中，直流无刷电机M31为无霍尔传感器的直流无刷电机。

图11所示实施例中，吊扇驱动模块由无刷电机驱动器U61以及二极管D61－D64、电容C61－C62、电阻R62－R62组成。无刷电机驱动器U61的型号是BLD－70。

图11实施例中，二极管D61－D64组成单相桥式整流电路对第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入的可控整流电压进行整流，再经电容C61滤波后得到电机驱动电源V+，向无刷电机驱动器U61供电。单相桥式整流电路的负极性端连接至参考地。

图11实施例中，电阻R62、电容C62组成PWM脉冲/模拟电压转换电路，将吊扇速度调节输入端PWMS的PWM脉冲转换为模拟电压速度调节信号，模拟电压速度调节信号连接至无刷电机驱动器U61的调速电压输入端SV。同样地，STC12C5412AD采用5V电源供电，占空比0％－100％的PWM脉冲由电阻R62、电容C62组成的PWM脉冲/模拟电压转换电路转换为0－5V的调节电压。

图11实施例中，无刷直流电机M61的三相相线端子U、V、W连接至无刷电机驱动器U61的三相输出端U、V、W；无刷直流电机M61的霍尔信号输出端HU、HV、HW连接至无刷电机驱动器U61的霍尔信号输入端HU、HV、HW；无刷直流电机M61的霍尔电源由无刷电机驱动器U61的电源输出端VCC(+6.25V)提供，H+连接至无刷电机驱动器U61的电源输出端VCC、H－连接至参考地。

图11实施例中，单片机调节模块的制动控制输出端BRAK连接至无刷电机驱动器U61的制动输入端BRK。

图11实施例中，无刷电机驱动器U61的电源正端DC+连接至电机驱动电源V+，电源负端DC－连接至参考地。

所述吊扇灯中的灯为LED灯。灯驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有灯亮度调节输入端PWMD，灯亮度调节输入端PWMD连接至单片机调节模块的灯亮度调节输出端PWMD。具有采用PWM脉冲调节亮度功能的LED驱动模块都可以适用于本发明，图12所示仅为其中的一个实施例电路。

图12所示实施例中，灯驱动模块由LED恒流驱动器U7、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、电容C3、电感LG、电阻R14、快恢复二极管D15组成，LED恒流驱动器U7的型号为PT4115。

图12实施例中，二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14组成单相桥式整流电路。单相桥式整流电路的2个交流输入端分别连接至第一可控整流输入端子AC1和第二可控整流输入端子AC2，直流输出负端连接至参考地，直流输出正端连接至电容C3正极、LED驱动器U7的电源输入端VIN；电阻R14的两端分别连接至LED恒流驱动器U7的电源电压端VIN、输出电流感应端SEN；快恢复二极管D15阴极连接至LED恒流驱动器U7的电源电压端VIN、阳极连接至LED恒流驱动器U7的开关输出端SW；电感LG的一端连接至LED恒流驱动器U7的开关输出端SW；LED恒流驱动器U7的输出电流感应端SEN和电感LG另外一端为LED灯驱动端，连接至LED灯；LED恒流驱动器U7的地输入端GND连接至参考地。LED恒流驱动器U7的调光控制端DIM为灯亮度调节输入端PWMD。

吊扇灯控制单元接收吊扇灯控制信号并调节吊扇的速度和灯的亮度，其方法如图13所示，包括：

步骤一，吊扇灯控制初始化，设定吊扇电机为制动状态；

步骤二，判断是否有吊扇灯控制信号；没有吊扇灯控制信号，返回步骤二；有吊扇灯控制信号，转到步骤三；

步骤三，接收吊扇灯控制信号；

步骤四，调节吊扇速度，调节灯亮度；返回步骤二。

判断是否有吊扇灯控制信号，方法为判断从第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入的可控整流电压是否有引导波。

接收吊扇灯控制信号，方法是接收x个工频周期的可控整流电压波，将x个工频周期的可控整流电压波转换为x位数据码；将x位数据码转换为x₁位速度码和x₂位亮度码；将x₁位速度码转换为吊扇速度等级，将x₂位亮度码转换为灯亮度等级。

调节吊扇速度的方法是，单片机调节模块根据吊扇速度等级调节吊扇速度；当对应的吊扇速度等级为等级1时，控制吊扇电机制动。

调节灯亮度的方法是，单片机调节模块根据灯亮度等级调节灯亮度；当对应的灯亮度等级为等级1时，控制灯熄灭。

波形取样模块的功能是对可控整流电压进行检波整形。图9实施例中，波形取样模块将第一可控整流输入端子AC1电位低于第二可控整流输入端子AC2的波形检出并限幅得到取样脉冲，输出至单片机调节模块的捕捉输入端；取样脉冲的正脉冲与第一可控整流输入端子电位低于第二可控整流输入端子电位的半波相对应，取样脉冲正脉冲宽度小于该半波宽度。吊扇灯控制信号中吊扇速度等级为速度6、灯亮度等级为亮度7的取样脉冲示例如图6(b)所示；当可控整流电压为交流电压时，取样脉冲为占空比小于50％、与第二交流电源同频率的矩形波；当可控整流电压为整流电压时，取样脉冲为低电平。

图6所示实施例中，引导波由2个工频周期的整流波组成，引导波之前的取样脉冲是周期为工频周期的矩形波。2个工频周期的整流波使取样脉冲中出现宽度为40ms、即2个工频周期区间的低电平，如图6所示的低电平区间T5。

判断可控整流电压是否有引导波，方法是，判断取样脉冲中工频周期矩形波之后达到或超过工频周期宽度的低电平区间工频周期数；若取样脉冲中有宽度达到工频周期数y宽度的低电平区间，则可控整流电压中有引导波；若取样脉冲中没有达到工频周期数y宽度的低电平区间，则可控整流电压中没有引导波。

判断取样脉冲中工频周期矩形波之后达到或超过工频周期宽度的低电平区间工频周期数的方法是，对取样脉冲中工频周期矩形波之后超过工频周期宽度的低电平脉冲测量宽度，设测量得到的超过工频周期宽度的低电平脉冲宽度为W，则该低电平区间的工频周期数为INT(W/20)；INT函数的功能是舍去小数部分取整。

数据波的x个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位数据码，每个工频周期的电压波可以是交流波，也可以是整流波。当1个工频周期的电压波是整流波时，与其对应的取样脉冲为1个工频周期区间的低电平；当1个工频周期的电压波是交流波时，与其对应的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波。图6所示实施例中，数据波为连续6个工频周期的可控整流电压波，即区间T6对应的整流波、区间T7对应的交流波、区间T8对应的整流波、区间T9对应的整流波、区间T10对应的整流波和区间T11对应的交流波；3位速度码为101，3位亮度码为110。

将x个工频周期的可控整流电压波转换为x位数据码的方法是，在引导波之后的x个工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位数据码为1，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位数据码为0。或者是，在引导波之后的x个工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位数据码为0，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位数据码为1。

速度码、亮度码转换为吊扇速度等级、灯亮度等级可以使用计算、查表等方法。实施例中，3位速度码的范围是000－111，代表的吊扇速度等级范围是速度1－8；速度码为000时，吊扇速度等级为速度1；速度码为001时，吊扇速度等级为速度2；速度码为010时，吊扇速度等级为速度3；速度码为011时，吊扇速度等级为速度4；以此类推，速度码为111时，吊扇速度等级为速度8。3位亮度码的范围是000－111，代表的灯亮度等级范围是亮度1－8；亮度码为000时，灯亮度等级为亮度1；亮度码为001时，灯亮度等级为亮度2；亮度码为010时，灯亮度等级为亮度3；以此类推，亮度码为111时，灯亮度等级为亮度8。

可控整流电压向吊扇灯控制单元的调节电源模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块和波形取样模块直接供电，其中的调节电源模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块首先对可控整流电压进行整流，再经电容滤波后，向相关电路提供电源；可控整流电压为零时，调节电源模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块的电源电流也为零；波形取样模块为非线性电阻性负载，可控整流电压为零时，波形取样模块的电源电流为零。因此，可控整流电压为零时，其向吊扇灯控制单元提供的电源电流为零。所以，整流控制单元在第二交流电源的过零点进行停止交流输出、开始整流输出，或者是停止整流输出、开始交流输出的切换时，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2与双向晶闸管V3、双向晶闸管V4之间可以成功换流，不致造成电源短路。

本发明具有如下特点：

①采用电源线远距离控制吊扇灯吊扇的速度和灯的亮度，无需遥控器，无需控制线；

②吊扇速度和灯亮度可以根据需要分成多个等级；

③采用整流波传送吊扇灯控制信号，其有效值与交流波相同，不会造成直流无刷电机速度调节时供电电源的不稳定。

Claims (9)

1.一种吊扇灯控制电路，其特征在于：

由整流控制单元和吊扇灯控制单元组成；

所述整流控制单元设有相线输入端子、零线输入端子、第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；所述相线输入端子、零线输入端子输入单相220V交流电源；所述第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子输出可控整流电压；

所述吊扇灯控制单元设有第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子，所述第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子分别连接至整流控制单元的第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；

所述整流控制单元由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、控制给定模块组成；

所述变压器的两个输入端子分别为相线输入端子、零线输入端子，两个输出端子分别为第一交流端子、第二交流端子；所述第一交流端子、第二交流端子输出第二交流电源；

所述控制电源模块由控制电源单相整流桥和第一滤波稳压电路组成，输出第一直流工作电源；所述控制电源单相整流桥的两个交流输入端分别连接至第一交流端子、第二交流端子；所述控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地；所述第一直流工作电源向单片机控制模块供电；

所述可控整流模块由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成；所述整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子和第二交流端子，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子；

所述触发控制模块设有交流控制输入端、整流控制输入端；所述交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；所述交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；所述整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；所述整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止；

所述过零检测模块设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；所述过零电压输入端连接至第一交流端子；所述过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；所述过零脉冲与第二交流电源正半波对应；所述过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波；

所述控制给定模块设有吊扇给定信号输出端和灯给定信号输出端；

所述单片机控制模块设有吊扇给定信号输入端、灯给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述吊扇给定信号输入端连接至控制给定模块的吊扇给定信号输出端；所述灯给定信号输入端连接至控制给定模块的灯给定信号输出端；所述捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端；所述两路电平信号输出端分别为交流控制输出端、整流控制输出端；所述交流控制输出端、整流控制输出端分别连接至触发控制模块的交流控制输入端、整流控制输入端；

所述吊扇灯控制单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、吊扇驱动模块、灯驱动模块组成；

所述调节电源模块输入可控整流电压、输出第二直流工作电源，由调节电源单相整流桥和第二滤波稳压电路组成；所述调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地；所述第二直流工作电源向单片机调节模块供电；

所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；所述取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；所述波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；所述取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应；

所述单片机调节模块具有捕捉输入端和吊扇速度调节输出端、灯亮度调节输出端、制动控制输出端；单片机调节模块的捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端；

所述吊扇驱动模块用于驱动吊扇运行，设有吊扇速度调节输入端、制动控制输入端；所述吊扇速度调节输入端连接至单片机调节模块的吊扇速度调节输出端，制动控制输入端连接至单片机调节模块的制动控制输出端；

所述灯驱动模块用于驱动灯点亮，设有灯亮度调节输入端；所述灯亮度调节输入端连接至单片机调节模块的灯亮度调节输出端；

所述整流控制单元通过控制可控整流电压来发送吊扇灯控制信号，吊扇灯控制信号由引导波和数据波组成；

所述吊扇灯控制单元接收吊扇灯控制信号并控制吊扇灯。

2.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述过零检测模块由二极管D1、电阻R9、稳压管DW1组成，设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；电阻R9的两端分别连接至二极管D1阴极与稳压管DW1阴极；二极管D1阳极为过零电压输入端，连接至第一交流端子；稳压管DW1阳极连接至公共地；稳压管DW1阴极为过零脉冲输出端。

3.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端，由二极管D2、电阻R12、稳压管DW2组成；电阻R12的两端分别连接至二极管D2阴极与稳压管DW2阴极；二极管D2阳极为取样波形输入端，连接至第二可控整流输入端子；稳压管DW2阳极连接至参考地；稳压管DW2阴极为取样脉冲输出端。

4.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述控制给定模块包括有速度电位器和亮度电位器；所述速度电位器对第一直流工作电源进行分压得到吊扇给定信号，亮度电位器对第一直流工作电源进行分压得到灯给定信号。

5.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述吊扇驱动模块的吊扇速度调节输入端的输入信号类型为PWM脉冲。

6.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述灯驱动模块的灯亮度调节输入端的输入信号类型为PWM脉冲。

7.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述吊扇由直流无刷电机驱动；所述吊扇驱动模块为具有PWM脉冲调速功能的直流无刷电机驱动器，或者是由直流无刷电机驱动芯片组成的吊扇驱动模块。

8.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述灯为LED灯；所述灯驱动模块为具有PWM脉冲调节亮度功能的LED驱动模块。

9.根据权利要求1所述的吊扇灯控制电路，其特征在于：所述单片机控制模块由单片机MCU1、晶体振荡器XT1组成，晶体振荡器XT1的两个端子分别连接至单片机MCU1的外接晶体端子XTAL1、XTAL2；所述单片机MCU1的型号是STC12C5412AD；所述单片机调节模块由单片机MCU2、晶体振荡器XT2组成，晶体振荡器XT2的两个端子分别连接至单片机MCU2的外接晶体端子XTAL1、XTAL2；所述单片机MCU2的型号是STC12C5412AD。