CN106959533B - 一种调光玻璃的驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种调光玻璃的驱动装置，包括：温度传感器、控制器和方波发生器；温度传感器与所述控制器连接，用于检测调光玻璃的工作温度，并将工作温度反馈至控制器；控制器与方波发生器连接，用于根据工作温度大于预设工作温度时控制方波发生器产生第一电压幅值的方波，及根据工作温度小于预设工作温度时控制方波发生器产生第二电压幅值的方波；方波发生器用于产生驱动调光玻璃的第一电压幅值的方波或第二电压幅值的方波。由于根据调光玻璃的工作温度控制方波发生器产生相应幅度的方波，与变压器产生的正弦波相比，本申请产生的方波能根据工作温度的变化调节波形幅度，从而解决了调光玻璃工作温度窄的问题。

Description

一种调光玻璃的驱动装置

技术领域

本发明涉及调光玻璃技术领域，具体涉及一种调光玻璃的驱动装置。

背景技术

调光玻璃(PDLC)是一种新型特种光电玻璃产品，通过将液晶膜复合进两层玻璃中间而形成。使用者能够通过控制电流的通断与否来控制玻璃的透明与不透明状态。当调光玻璃关闭电源时，调光玻璃里面的液晶分子会呈现不规则的散布状态，此时玻璃呈现透光而不透明的外观状态；当给调光玻璃通电后，里面的液晶分子呈现整齐排列，光线可以自由穿透，此时调光玻璃呈现透明状态。

目前，调光玻璃采用正弦波进行驱动，如图1所示，通过是否在调光玻璃的两个电极上施加峰峰值电压V1小于120V、频率为50HZ的正弦波电压信号，来控制调光玻璃是否透明或者不透明；由于正弦波的产生是简单的通过变压器将110V的交流市电或者220V的交流市电变压为峰峰值电压V1小于120V、频率为50HZ的正弦波电压信号，其优点是驱动电路仅仅由变压器构成，结构简单；缺点是变压器固定输出电压导致驱动波形幅度不可调，导致驱动波形的使用温度范围较窄，同时正弦波形使用的驱动装置体积大、重量重、成本高，正弦波驱动时功耗也比较大，平均每平米的功耗一般在5W以上。

发明内容

针对调光玻璃的驱动波形正弦波的使用温度范围较窄的问题，本申请提供一种调光玻璃的驱动装置，包括温度传感器、控制器和方波发生器；

温度传感器与控制器连接，用于检测调光玻璃的工作温度，并将工作温度反馈至控制器；

控制器与方波发生器连接，用于根据工作温度大于预设工作温度时控制方波发生器产生第一电压幅值的方波，及根据工作温度小于预设工作温度时控制方波发生器产生第二电压幅值的方波；

方波发生器用于产生驱动调光玻璃的第一电压幅值的方波或第二电压幅值的方波。

一种实施例中，还包括能量回收电路，能量回收电路用于在方波上升沿和下降沿过程中对调光玻璃的电压能量回收。

一种实施例中，能量回收电路包括第一电压源、第二电压源、第一零地电压源、第二零地电压源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和电感；

第一电压源通过第一开关耦合至调光玻璃等效电容的第一电极上，第一零地电压源通过第二开关耦合至调光玻璃等效电容的第一电极上，第二电压源通过第三开关耦合至调光玻璃等效电容的第二电极上，第二零地电压源通过第四开关耦合至调光玻璃等效电容的第二电极上，电感一端耦合至调光玻璃等效电容的第二电极上，另一端通过第五开关耦合至调光玻璃等效电容的第一电极上。

一种实施例中，方波包括正向电压保持阶段、第一下降沿阶段、第二下降沿阶段、反向电压保持阶段、第一上升沿阶段和第二上升沿阶段；

能量回收电路于正向电压保持阶段进行第一电压源的电压保持，于第一下降沿阶段进行反向电压能量储能，于第二下降沿阶段进行反向电压能量回收，于反向电压保持阶段进行第二电压源的电压保持，于第一上升沿阶段进行正向电压能量储能，于第二上升沿阶段进行正向电压能量回收。

一种实施例中，控制器还用于检测方波的波形，并根据方波处于正向电压保持阶段时产生第一控制信号、处于第一下降沿阶段时产生第二控制信号、处于第二下降沿阶段时产生第三控制信号、处于反向电压保持阶段时产生第四控制信号、处于第一上升沿阶段时产生第五控制信号和处于第二上升沿阶段时产生第六控制信号；

第一控制信号用于控制能量回收电路于正向电压保持阶段进行第一电压源的电压保持；

第二控制信号用于控制能量回收电路于第一下降沿阶段进行反向电压能量储能；

第三控制信号用于控制能量回收电路于第二下降沿阶段进行反向电压能量回收；

第四控制信号用于控制能量回收电路于反向电压保持阶段进行所述第二电压源的电压保持；

第五控制信号用于控制能量回收电路于第一上升沿阶段进行正向电压能量储能；

第六控制信号用于控制能量回收电路于第二上升沿阶段进行正向电压能量回收。

一种实施例中，控制器根据第一控制信号控制第一开关和第四开关同时导通及第二开关、第三开关和第五开关同时关断，调光玻璃等效电容维持第一电压源的电压；

控制器根据第二控制信号控制第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，调光玻璃等效电容存储的电压能量回收至电感中；

控制器根据第三控制信号控制第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，电感中的储存的电压能量反向回收至调光玻璃等效电容中；

控制器根据第四控制信号控制第二开关和第三开关同时导通及第一开关、第四开关和第五开关同时关断，调光玻璃等效电容维持第二电压源的电压；

控制器根据第五控制信号控制第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，调光玻璃等效电容存储的电压能量回收至电感中；

控制器根据第六控制信号控制第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，电感中的储存的电压能量正向回收至调光玻璃等效电容中。

依据上述实施例的驱动装置，由于根据调光玻璃的工作温度控制方波发生器产生相应幅度的方波，如，当工作温度高时，可以控制方波发生器产生电压幅值较低的方波，相反的，当工作温度低时，可以控制方波发生器产生电压幅值较高的方波，与变压器产生的正弦波相比，本申请产生的方波能根据工作温度的变化调节波形幅度，从而解决了调光玻璃工作温度窄的问题。

附图说明

图1为驱动调光玻璃的正弦波波形图；

图2为调光玻璃结构示意图；

图3为调光玻璃的等效电路图；

图4为驱动装置的原理图；

图5为电压能量回收电路图；

图6为方波划分示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

调光玻璃的复合结构如图2所示，包括第一透明基板1、第一电极2、液晶层3、第二电极4和第二透明基板5，调光玻璃的等效电路如图3所示，包括并联的等效电容和电阻；现有技术中采用正弦波驱动调光玻璃，由于正弦波主要利用变压器产生的，变压器的结构确定后，正弦波的波形电压幅度不能轻易改变，如需改变要修改变压器，实际应用中不行，正弦波的波形不变的话，只能在某一温度范围内工作，例如：出现较低温度时，由于不能修改变压器，变压器输出的电压没有变化，现有正弦波不足以驱动调光玻璃，为了解决正弦波驱动调光玻璃工作的过程中产生的问题，本例提供一种调光玻璃的驱动装置，包括温度传感器、控制器和方波发生器，其原理图如图4所示。

温度传感器与控制器信号连接，温度传感器用于检测调光玻璃的工作温度，并将工作温度反馈至控制器，控制器与方波发生器信号连接，用于根据工作温度大于预设工作温度时控制方波发生器产生第一电压幅值的方波，及根据工作温度小于预设工作温度时控制方波发生器产生第二电压幅值的方波；方波发生器用于产生驱动调光玻璃的第一电压幅值的方波或第二电压幅值的方波。

具体的，预设工作温度为调光玻璃工作环境中的正常温度，控制器获取温度传感器反馈的工作温度，经判断，若当前的工作温度大于预设工作温度，说明当前工作环境的温度较高，需要控制方波发生器产生一个较低电压的方波，相反的，若当前的工作温度小于预设工作温度，说明当前工作环境的温度较低，需要控制方波发生器产生一个较高电压的方波。因此，本例的方波发生器能根据工作温度的变化产生幅度大小不同的方波，以扩展调光玻璃的工作温度的宽度。

由于方波的每一次上升沿、下降沿都需要将电压反转，对调光玻璃的负载电容进行反复充放电，但，这些电压能量最终转换为热能完全消耗在电路上。进一步，为了减少这些电压能量的损失，本例还包括能量回收电路，能量回收电路用于在方波上升沿和下降沿过程中对调光玻璃的电压能量回收。

能量回收电路的电路图如图5所示，包括第一电压源100、第二电压源101、第一零地电压源102、第二零地电压源103、第一开关104、第二开关105、第三开关106、第四开关107、第五开关108和电感109；第一电压源100通过第一开关104耦合至调光玻璃的第一电极2上，第一零地电压源102通过第二开关105耦合至调光玻璃的第一电极2上，第二电压源101通过第三开关106耦合至调光玻璃的第二电极4上，第二零地电压源103通过第四开关107耦合至调光玻璃的第二电极4上，电感109一端耦合至调光玻璃的第二电极4上，另一端通过第五开关108耦合至调光玻璃的第一电极2上。

如图6所示，方波被分为以下几个阶段：正向电压保持阶段T1、第一下降沿阶段T2、第二下降沿阶段T3、反向电压保持阶段T4、第一上升沿阶段T5和第二上升沿阶段T6；且电压能量回收电路于正向电压保持阶段T1进行第一电压源100的电压保持，于第一下降沿阶段T2进行反向电压能量储能，于第二下降T3沿阶段进行反向电压能量回收，于反向电压保持阶段T4进行第二电压源101的电压保持，于第一上升沿阶段T5进行正向电压能量储能，于第二上升沿阶段T6进行正向电压能量回收。

进一步，控制器还用于检测方波的波形，并检测到方波处于正向电压保持阶段T1时产生第一控制信号、处于第一下降沿阶段T2时产生第二控制信号、处于第二下降沿阶段T3时产生第三控制信号、处于反向电压保持阶段T4时产生第四控制信号、处于第一上升沿阶段T5时产生第五控制信号和处于第二上升沿阶段T6时产生第六控制信号；其中，第一控制信号用于控制能量回收电路于正向电压保持阶段T1进行第一电压源100的电压保持；第二控制信号用于控制所述能量回收电路于第一下降沿阶段T2进行反向电压能量储能；第三控制信号用于控制能量回收电路于第二下降沿阶段T3进行反向电压能量回收；第四控制信号用于控制能量回收电路于反向电压保持阶段T4进行第二电压源101的电压保持；第五控制信号用于控制能量回收电路于第一上升沿阶段T5进行正向电压能量储能；第六控制信号用于控制能量回收电路于第二上升沿阶段T6进行正向电压能量回收。

电压能量回收的具体过程是：

正向电压保持阶段：控制器根据第一控制信号控制第一开关104和第四开关107同时导通及第二开关105、第三开关106和第五开关108同时关断，第一电压源100的直流电压通过第一开关104施加至调光玻璃的第一电极2上，第二零地电压源103的零电压通过第四开关107施加到调光玻璃的第二电极4上，此时，调光玻璃的等效电容维持第一电压源100的电压V2。

反向电压能量储能阶段：控制器根据第二控制信号控制第五开关108导通及第一开关104、第二开关105、第三开关106和第四开关107同时关断，调光玻璃的等效电容与电感109形成闭合回路，由于等效电容上存储了电压能量，该阶段等效电容将电压能量转移至电感109中，当等效电容的电压降低到0V时，电感109上的电流达到最大值，实现将调光玻璃上的电压能量回收到电感109中。

反向电压能量回收阶段：控制器根据第三控制信号控制第五开关108导通及第一开关104、第二开关105、第三开关106和第四开关107同时关断，调光玻璃的等效电容与电感109形成闭合回路，由于电感109存储了电压能量，该阶段电感109将电压能量转移到调光玻璃的等效电容中，当等效电容的电压下降到-V2时，电感109上的电流为0A时，实现将电感109中的储存的电压能量反向回收至调光玻璃中。

上述阶段通过电感109和开关实现了调光玻璃上正向电压电压能量向反向电压电压能量的转移和二次利用，节省80％的驱动功耗。

反向电压保持阶段：控制器根据第四控制信号控制第二开关105和第三开关106同时导通及第一开关104、第四开关107和第五开关108同时关断，第二电压源101的电压通过第三开关106施加到调光玻璃的第二电极4上，第一零地电压源102通过第二开关105施加到调光玻璃的第一电极2上，调光玻璃等效电容维持第二电压源101的电压-V2。

正向电压能量储能阶段：控制器根据第五控制信号控制第五开关108导通及第一开关104、第二开关105、第三开关106和第四开关107同时关断，调光玻璃的等效电容与电感109形成闭合回路，由于等效电容上存储了电压能量，该阶段等效电容将电压能量转移至电感109中，当等效电容的电压上升到0V时，电感109上的电流达到最大值，实现将调光玻璃上的电压能量回收到电感109中。

正向电压能量回收阶段：控制器根据第六控制信号控制第五开关108导通及第一开关104、第二开关105、第三开关106和第四开关107同时关断，调光玻璃的等效电容与电感109形成闭合回路，由于电感109存储了电压能量，该阶段电感109将电压能量转移到调光玻璃的等效电容中，当等效电容的电压上升到V2时，电感109上的电流为0A时，实现将电感109中的储存的电压能量反向回收至调光玻璃中。

本例采用能量回收电路，仅需要最初给一个高电压激励，后续通过电感将负载上已经充好的电压能量在电压反转过程中再次回送给负载，极大减少了电压能量消耗。例如：正负40V方波在每次电压反转过程中只有15％的电压能量被消耗掉，节省了85％的电压能量。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (4)

1.一种调光玻璃的驱动装置，其特征在于，包括：温度传感器、控制器和方波发生器；

所述温度传感器与所述控制器连接，用于检测所述调光玻璃的工作温度，并将所述工作温度反馈至所述控制器；

所述控制器与所述方波发生器连接，用于根据所述工作温度大于预设工作温度时控制所述方波发生器产生第一电压幅值的方波，及根据所述工作温度小于预设工作温度时控制所述方波发生器产生第二电压幅值的方波；

所述方波发生器用于产生驱动调光玻璃的第一电压幅值的方波或第二电压幅值的方波；

还包括能量回收电路，所述能量回收电路用于在所述方波上升沿和下降沿过程中对调光玻璃的电压能量回收；

所述能量回收电路包括第一电压源、第二电压源、第一零地电压源、第二零地电压源、第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关和电感；

所述第一电压源通过第一开关耦合至调光玻璃的第一电极上，所述第一零地电压源通过第二开关耦合至调光玻璃的第一电极上，所述第二电压源通过第三开关耦合至调光玻璃的第二电极上，所述第二零地电压源通过第四开关耦合至调光玻璃的第二电极上，所述电感一端耦合至所述调光玻璃的第二电极上，另一端通过第五开关耦合至所述调光玻璃的第一电极上。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述方波包括正向电压保持阶段、第一下降沿阶段、第二下降沿阶段、反向电压保持阶段、第一上升沿阶段和第二上升沿阶段；

所述能量回收电路于所述正向电压保持阶段进行所述第一电压源的电压保持，于所述第一下降沿阶段进行反向电压能量储能，于所述第二下降沿阶段进行反向电压能量回收，于所述反向电压保持阶段进行所述第二电压源的电压保持，于所述第一上升沿阶段进行正向电压能量储能，于所述第二上升沿阶段进行正向电压能量回收。

3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述控制器还用于检测所述方波的波形，并检测到所述方波处于正向电压保持阶段时产生第一控制信号、处于第一下降沿阶段时产生第二控制信号、处于第二下降沿阶段时产生第三控制信号、处于反向电压保持阶段时产生第四控制信号、处于第一上升沿阶段时产生第五控制信号和处于第二上升沿阶段时产生第六控制信号；

所述第一控制信号用于控制所述能量回收电路于所述正向电压保持阶段进行所述第一电压源的电压保持；

所述第二控制信号用于控制所述能量回收电路于所述第一下降沿阶段进行反向电压能量储能；

所述第三控制信号用于控制所述能量回收电路于所述第二下降沿阶段进行反向电压能量回收；

所述第四控制信号用于控制所述能量回收电路于所述反向电压保持阶段进行所述第二电压源的电压保持；

所述第五控制信号用于控制所述能量回收电路于所述第一上升沿阶段进行正向电压能量储能；

所述第六控制信号用于控制所述能量回收电路于所述第二上升沿阶段进行所述正向电压能量回收。

4.如权利要求3所述的驱动装置，其特征在于，

所述控制器根据所述第一控制信号控制所述第一开关和第四开关同时导通及所述第二开关、第三开关和第五开关同时关断，所述调光玻璃的等效电容维持所述第一电压源的电压；

所述控制器根据所述第二控制信号控制所述第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，所述调光玻璃的等效电容存储的电压能量回收至所述电感中；

所述控制器根据所述第三控制信号控制所述第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，所述电感中的储存的电压能量反向回收至所述调光玻璃的等效电容中；

所述控制器根据所述第四控制信号控制所述第二开关和第三开关同时导通及所述第一开关、第四开关和第五开关同时关断，所述调光玻璃的等效电容维持所述第二电压源的电压；

所述控制器根据所述第五控制信号控制所述第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，所述调光玻璃的等效电容存储的电压能量回收至所述电感中；

所述控制器根据所述第六控制信号控制所述第五开关导通及第一开关、第二开关、第三开关和第四开关同时关断，所述电感中的储存的电压能量正向回收至所述调光玻璃的等效电容中。