CN107249242B - 一种单相电源线发送led灯亮度控制信号的装置 - Google Patents

Abstract

一种单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，为由变压器、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、亮度给定模块组成的整流控制单元。所述整流控制单元输入单相220V交流电源，输出电压有效值低于220V的可控整流电压，在可控整流电压中发送由引导波和数据波组成的亮度控制信号，控制LED灯的亮度。所述装置直接利用单相电源线传输亮度控制信号，可实现远距离LED灯亮度的控制调节。

Description

一种单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置

本发明专利申请为分案申请，原案申请号为201510386873.5，申请日为2015年7月6日，发明名称为可控整流波远距离调节LED灯亮度的装置。

技术领域

本发明涉及一种照明灯控制及时，尤其是一种单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置。

背景技术

由于LED灯的非线性特性，LED灯的亮度不能采用调节电压的方式来实现。

采用可控恒流源来调节LED灯的亮度时，工作电流的改变会带来LED灯的色谱偏移，同时，低亮度下LED灯负载电流也变得很低，会使可控恒流源效率降低及温升增高，损耗在驱动芯片上的功耗越大，从而会损害恒流源及LED光源的寿命。

采用PWM(脉宽调制)调光方式控制LED灯亮度，可以避免调压方式和调电流方式带来的问题。目前常用的LED灯调光方法有三种：

一是采用遥控器控制。LED灯控制电路装有遥控器接收装置，可以通过遥控器对LED灯进行有级调光或者是无级调光，其缺点是一个LED灯需要配备一个遥控器，造成遥控器数量多，管理麻烦，成本也偏高。

二是采用数字控制技术。例如，采用DALI(数字可寻址的照明接口)技术，DALI系统软件可对同一强电回路或不同回路上的单个或多个LED灯具进行独立寻址，通过DALI系统软件对单灯或任意的灯组进行精确的调光及开关控制。该方案技术先进，但成本很高，系统除需要布设电力线外，还需要布设控制线。

三是采用单火线开关通断控制技术。例如，采用NU102专用芯片，即可利用普通墙面开关在规定的时间内的开关动作，实现LED灯的亮度调节。但该方法只能提供4档LED灯的调节亮度，且开关动作有时间要求。

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，利用单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，所述装置为整流控制单元。LED灯的亮度调节由LED灯亮度调节单元实现。

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LED灯亮度调节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、亮度给定模块组成。

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。

所述亮度给定模块设有亮度给定信号输出端。

所述单片机控制模块包括有亮度给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；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LED灯亮度调节单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、LED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PWM脉冲输出端，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LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有PWM亮度调节信号输入端；所述PWM亮度调节信号输入端连接至单片机调节模块的PWM脉冲输出端。

所述整流控制单元通过控制可控整流电压来发送不同亮度等级的亮度控制信号；所述亮度控制信号由引导波和数据波组成；所述引导波为连续多个工频周期的整流波，数据波为连续多个工频周期的可控整流电压波。

所述LED灯亮度调节单元接收可控整流电压中的亮度控制信号并调节LED灯亮度。

本发明的有益效果是，直接采用单相电源线远距离控制LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线；LED灯亮度调节可分多个档位，具有关灯功能；采用整流波传送亮度控制信号，不会造成LED灯亮度调节时闪烁以及功率因数的降低。

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是实施例发送亮度等级为亮度2的亮度控制信号时波形示意图。

图7是亮度控制信号发送方法。

图8是LED灯亮度调节单元结构图。

图9是LED灯亮度调节单元调节部分实施例电路图。

图10是LED驱动模块实施例电路图。

图11是亮度接收与调节方法。

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。

本发明装置的系统结构框图如图1所示，由整流控制单元和LED灯亮度调节单元组成。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。LED灯亮度调节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LED灯亮度。

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、亮度给定模块组成。

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、亮度给定模块，其实施例电路如图5所示。

控制电源模块的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H7133。

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。

亮度给定模块设有亮度给定信号输出端，输出亮度给定信号。图5实施例中，亮度给定模块采用电位器RW1对第一直流工作电源VDD1进行分压，得到的亮度给定信号为亮度给定电压。将电位器RW1输出的亮度给定电压平均分成n+1个区间，最低电压区间代表熄灭LED灯，其亮度给定信号的亮度等级为亮度0；其他区间亮度给定信号的亮度等级分别与亮度1－n对应。

亮度给定模块也可以采用旋转编码器、拨码开关、脉冲电位器等其他装置实现。

单片机控制模块包括有1路亮度给定信号输入端，1路捕捉信号输入端，2路电平信号输出端。1路亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；1路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MSP430G2553。单片机MCU1的模拟电压输入端A0(P1.0)为亮度给定信号输入端，电位器RW1的输出电压连接至单片机MCU1的模拟电压输入端A0(P1.0)。如果采用其他装置发出开关量、数字量形式的亮度给定信号，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A0输入的亮度给定电压进行A/D转换，或者是读取I/O口的输入信号，得到亮度给定信号的亮度等级。单片机MCU1的P2.0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P1.1、P1.2是电平信号输出端，其中P1.1是交流控制输出端KJ，P1.2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亮度控制信号，亮度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。

所述引导波为连续y个工频周期的整流波，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。所述亮度控制信号共有亮度1－n，共n个亮度等级；n为大于等于2、小于等于2^x的整数。亮度给定信号的亮度等级为亮度0时，整流控制单元关闭LED灯，不发送亮度控制信号。亮度控制信号亮度等级的亮度1－n与亮度给定信号亮度等级的亮度1－n之间一一对应。

x个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位二进制亮度码，x个工频周期的可控整流电压波对应x位二进制亮度码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的二进制亮度码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的二进制亮度码是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位二进制亮度码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的二进制亮度码是1；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的二进制亮度码是0。

整流控制单元发送亮度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3，亮度控制信号共有亮度1－8，共8个亮度等级。

图6发送的是亮度等级为亮度2的亮度控制信号。图6(a)为可控整流电压的波形，其中的T1区间为引导波，即2个工频周期的整流波；T2区间为数据波，即3个工频周期的可控整流电压波。实施例的3个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位二进制亮度码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的二进制亮度码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的二进制亮度码是1。3个工频周期对应3位二进制亮度码，亮度码的范围是000－111，代表的亮度等级范围是亮度1－8。图6所示实施例的数据波中，3个工频周期依次为交流波、交流波、整流波，对应3位二进制亮度码为001，该亮度控制信号的亮度等级为亮度2。

单片机控制模块发出一次亮度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，等待，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。

不关闭LED灯，整流控制单元在正常的维持不发出亮度控制信号状态时，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。

整流控制单元发送亮度控制信号的方法如图7所示，包括：

步骤A，读取亮度给定信号；

步骤B，判断是否关闭LED灯，是则控制关闭LED灯，转到步骤D；否则转到步骤C；

步骤C，发出一次亮度控制信号；

步骤D，判断亮度是否发生改变，亮度发生改变，返回步骤B；亮度没有发生改变，返回步骤D。

判断是否关闭LED灯的方法是，判断亮度给定信号的亮度等级是否为亮度0；亮度等级为亮度0时关闭LED灯。判断亮度是否发生改变的方法是，判断亮度给定信号的亮度等级是否发生改变。

控制关闭LED灯的方法是，停止整流输出，停止交流输出；此时第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2不输出可控整流电压。

LED灯亮度调节单元的结构如图8所示，由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、LED驱动模块组成。

LED灯亮度调节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LED灯亮度调节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H7133。

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PWM脉冲输出端，捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端。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MSP430G2553，单片机MCU2的捕捉输入端为P2.0，PWM脉冲输出端为P1.2。

LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有PWM亮度调节信号输入端的LED驱动模块都可以适用于本发明，图10所示仅为其中的一个实施例电路。LED驱动模块的PWM亮度调节信号输入端连接至单片机调节模块的PWM脉冲输出端。

图10所示实施例中，LED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10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PWM亮度调节信号输入端。

LED灯亮度调节单元接收亮度控制信号并调节LED灯亮度，其方法如图11所示，包括：

步骤一，初始化，设定LED灯的初始亮度等级；

步骤二，调节LED亮度；

步骤三，判断是否有亮度控制信号；没有亮度控制信号，返回步骤三；有亮度控制信号，转到步骤四；

步骤四，接收亮度控制信号；

步骤五，返回步骤二。

LED灯的初始亮度等级可以设定为n个亮度等级中的一个，例如，设定初始亮度等级为等级1。

调节LED亮度的方法是，单片机调节模块根据设定或接收到的LED灯的亮度等级计算PWM值，发出相应的PWM脉冲。

判断是否有亮度控制信号，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。

接收亮度控制信号，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位二进制亮度码，再将x位二进制亮度码转换为亮度等级。

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。亮度控制信号中亮度等级为亮度2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％、与交流电压同频率的矩形波；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，引导波为连续2个工频周期的整流波。连续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T3。

判断可控整流电压是否有引导波，方法是，判断取样脉冲中是否有宽度为y个工频周期区间的低电平；若取样脉冲中有宽度为y个工频周期区间的低电平，则可控整流电压中有引导波；若取样脉冲中没有宽度为y个工频周期区间的低电平，则可控整流电压中没有引导波。

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位二进制亮度码，每个工频周期中的可控整流电压波可以是交流波，也可以是整流波。当1个工频周期的可控整流电压波是整流波时，与其对应的取样脉冲为1个工频周期区间的低电平；当1个工频周期的可控整流电压波是交流波时，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3个工频周期的可控整流电压波，该连续3个工频周期区间在y个工频周期区间的引导波之后，依次为区间T4、区间T5、区间T6。区间T4、区间T5、区间T6的取样脉冲依次为矩形波、矩形波、低电平，3位二进制亮度码为001，亮度等级为亮度2。

将x个工频周期的可控整流电压波转换为x位二进制亮度码的方法是，取样脉冲中接收到宽度为y个工频周期区间的低电平后的连续x个工频周期区间为与数据波对应的x个工频周期区间；当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制亮度码为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，相应的该位二进制亮度码为0。或者是，取样脉冲中接收到宽度为y个工频周期区间的低电平后的连续x个工频周期区间为与数据波对应的x个工频周期区间；当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制亮度码为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，相应的该位二进制亮度码为1。

x位二进制亮度码转换为亮度等级可以使用计算、查表等方法。实施例中，3位二进制亮度码的范围是000－111，代表的亮度等级范围是亮度1－8；亮度码为000时，亮度等级为亮度1；亮度码为001时，亮度等级为亮度2；以此类推，亮度码为111时，亮度等级为亮度8。

可控整流电压向LED灯亮度调节单元的调节电源模块、LED驱动模块和波形取样模块直接供电，其中的调节电源模块、LED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、LED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LED灯亮度调节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LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线；

②LED灯亮度可以根据需要分成多个等级；

③采用整流波传送亮度控制信号，不会造成LED灯亮度调节时闪烁以及功率因数的降低。

Claims (9)

1.一种单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：所述装置为整流控制单元；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、亮度给定模块组成；

所述整流控制单元通过控制可控整流电压来发送不同亮度等级的亮度控制信号；所述亮度控制信号由引导波和数据波组成；所述引导波为连续多个工频周期的整流波，数据波为连续多个工频周期的可控整流电压波；

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；

所述亮度给定模块设有亮度给定信号输出端；

所述单片机控制模块包括有亮度给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；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。

2.根据权利要求1所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：

所述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起滤波作用，并联在控制电源单相整流桥的直流电压输出端；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；第一直流工作电源从三端稳压器U5输出端VOUT输出；第一直流工作电源用于向单片机控制模块、触发控制模块和亮度给定模块供电。

3.根据权利要求1所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：所述触发控制模块由过零触发光耦U1、过零触发光耦U2、过零触发光耦U3、过零触发光耦U4、输入限流电阻R1、输入限流电阻R2、输入限流电阻R3、输入限流电阻R4、输出限流电阻R5、输出限流电阻R6、输出限流电阻R7、输出限流电阻R8组成，设有交流控制输入端、整流控制输入端；

所述过零触发光耦U1、过零触发光耦U2、过零触发光耦U3、过零触发光耦U4的内部包括有输入发光二极管和输出光控双向晶闸管；

第一直流工作电源连接输入限流电阻R1一端，输入限流电阻R1另一端与过零触发光耦U1的输入发光二极管阳极连接，过零触发光耦U1的输入发光二极管阴极连接至交流控制输入端；第一直流工作电源连接输入限流电阻R2一端，输入限流电阻R2另一端与过零触发光耦U2的输入发光二极管阳极连接，过零触发光耦U2的输入发光二极管阴极连接至交流控制输入端；第一直流工作电源连接输入限流电阻R3一端，输入限流电阻R3另一端与过零触发光耦U3的输入发光二极管阳极连接，过零触发光耦U3的输入发光二极管阴极连接至整流控制输入端；第一直流工作电源连接输入限流电阻R4一端，输入限流电阻R4另一端与过零触发光耦U4的输入发光二极管阳极连接，过零触发光耦U4的输入发光二极管阴极连接至整流控制输入端；

所述输出限流电阻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的控制极和第一阳极；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的控制极和第一阳极；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的控制极和第一阳极；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的控制极和第一阳极。

4.根据权利要求1所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，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。

5.根据权利要求1所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：所述亮度给定模块为电位器。

6.根据权利要求1－5中任一项所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：

所述引导波为连续y个工频周期的整流波，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；所述亮度控制信号共有亮度1－n，共n个亮度等级；所述n为大于等于2、小于等于2^x的整数。

7.根据权利要求6所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：

所述x个工频周期的可控整流电压波中，1个工频周期对应1位二进制亮度码，x个工频周期的可控整流电压波对应x位二进制亮度码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的二进制亮度码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的二进制亮度码是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位二进制亮度码；每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的二进制亮度码是1；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的二进制亮度码是0。

8.根据权利要求7所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：

单片机控制模块发出一次亮度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，等待，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。

9.根据权利要求8所述的单相电源线发送LED灯亮度控制信号的装置，其特征在于：

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。