CN108811241A - 一种单火线控制多个led灯亮度的电路 - Google Patents

Abstract

一种单火线控制多个LED灯亮度的电路，由壁控开关单元、多个LED灯调节驱动单元组成，可以独立控制调节多个LED灯的亮度。有LED灯的亮度改变时，壁控开关单元通过控制单火线输出端输出的电压波形来发送亮度控制信号，亮度控制信号由引导波形、地址波形和数据波形组成，地址波形表示LED灯调节驱动单元的地址码，所述数据波形表示LED灯的亮度等级；LED灯调节驱动单元由单片机调节模块接收亮度控制信号并控制LED灯亮度。所述LED灯调光方法无需遥控器，也不用重新敷设电源线，可以实现普通照明灯的替代升级与改造。

Description

一种单火线控制多个LED灯亮度的电路

本发明专利申请为分案申请，原案申请号为201510229297.3，申请日为2015年5月8日，发明名称为一种单火线远距离控制多个LED灯亮度的电路。

技术领域

本发明涉及一种照明灯控制技术，尤其是一种单火线控制多个LED灯亮度的电路。

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改变现有照明线路布线的情况下，利用单火线对多个LED灯进行调光的电路。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：一种单火线控制多个LED灯亮度的电路，由K个LED灯调节驱动单元和串联在单火线上的壁控开关单元组成，控制K个LED灯的亮度，K为大于等于1，小于等于9的整数；所述壁控开关单元设有单火线输入端、单火线输出端；所述单火线输入端连接至交流电源火线；所述LED灯调节驱动单元设有火线输入端、零线输入端；所述K个LED灯调节驱动单元的火线输入端都连接至壁控开关单元的单火线输出端、零线输入端都连接至交流电源零线。

所述壁控开关单元包括单火线稳压器、低压差稳压器、可控硅输出光耦、控制单片机、晶振、双向晶闸管、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、稳压管DW1和K个BCD旋转编码器。

所述单火线输入端是壁控开关单元的模拟地且连接至单火线稳压器的交流电压公共端；电容C1的两端分别连接至单火线稳压器的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端；单火线稳压器的直流输出电压地端为壁控开关单元的数字地，电感L2的两端分别连接至壁控开关单元的数字地和模拟地；二极管D1、电感L1和电容C2组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入连接至单火线输出端、输出连接至单火线稳压器的直流高压输入端；单火线稳压器还设有直流电压输出端、交流电压端。

低压差稳压器的输入端连接至单火线稳压器的直流电压输出端；低压差稳压器的输出端输出直流工作电源；单火线稳压器的地端连接至壁控开关单元的数字地。

双向晶闸管的两个阳极端分别连接至单火线输出端和单火线稳压器的交流电压端；电阻R1并联在双向晶闸管的两个阳极端；可控硅输出光耦的输出可控硅与电阻R2串联，其串联支路连接至双向晶闸管的第一阳极和控制极；可控硅输出光耦的输入发光二极管与电阻R3串联，其串联支路一端连接至直流工作电源，另外一端为双向晶闸管的触发信号输入端；触发信号由控制单片机发出。

电阻R4的两端分别连接至二极管D2阴极和稳压管DW1阴极；二极管D2阳极连接至单火线输出端；稳压管DW1阳极连接至壁控开关单元的模拟地；电阻R5并联在稳压管DW1两端；稳压管DW1阴极输出交流电源的过零信号；过零信号连接至控制单片机。

K个BCD旋转编码器的BCD编码输出端并联后连接至控制单片机的编码输入端；每个BCD旋转编码器的公共端连接至控制单片机的编码输入控制端；所述K个BCD旋转编码器提供K个亮度给定信号给控制单片机。

控制单片机依据亮度给定信号，通过可控硅输出光耦控制双向晶闸管向K个LED灯调节驱动单元供电，并向所有LED灯调节驱动单元发出亮度控制信号。

亮度控制信号由引导波形、地址波形和数据波形组成；地址波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移相角γ₁，正半波为移相角γ₀；数据波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移β₁，正半波为移相角β₀。

控制单片机发出亮度控制信号时，随机停止触发信号输出；当停止输出触发信号的时刻在交流电源正半波期间时，双向晶闸管在接下来的交流电源负半波不导通，稳压管DW1阴极在接下来的交流电源负半波输出过零信号，过零信号为对应该不导通的交流电源负半波的正脉冲；当停止触发信号输出的时刻在交流电源负半波期间时，双向晶闸管在接下来的交流电源正半波和下一个交流电源负半波均不导通，稳压管DW1阴极在该不导通的交流电源正半波不输出过零信号，在下一个交流电源负半波输出过零信号，过零信号为对应下一个交流电源负半波的正脉冲。

将过零信号的正脉冲下降沿作为过零计时起点，10ms后为移相角γ₁的过零点，20ms后为移相角γ₀的过零点，30ms后为移相角β₁的过零点，40ms后为移相角β₀的过零点。

引导波形由一个不导通的负半波，紧接一个完整导通的正半波组成；引导波形或者由一个不导通的完整周波，紧接一个完整导通的正半波组成。

壁控开关单元还包括电容C3、电容C4；电容C3的两端分别连接至低压差稳压器的输入端和数字地，电容C4的两端分别连接至低压差稳压器的输出端和数字地。

所述LED灯调节驱动单元由单片机调节模块、LED驱动模块组成；所述LED灯调节驱动单元可以进行地址码设定；所述LED驱动模块设有交流输入端和LED灯驱动端，其中，交流输入端连接至LED灯调节驱动单元的火线输入端和零线输入端，LED灯驱动端连接至LED灯；所述LED驱动模块还设有PWM亮度调节信号输入端。

所述单片机调节模块包括有调节单片机、正半波整流整形电路、负半波整流整形电路和整流稳压电路，设有交流输入端、PWM亮度调节信号输出端；所述交流输入端连接至LED灯调节驱动单元的火线输入端和零线输入端，PWM亮度调节信号输出端连接至LED驱动模块的PWM亮度调节信号输入端；所述正半波整流整形电路和负半波整流整形电路分别对火线输入端输入的交流电压进行正半波整流整形和负半波整流整形；所述正半波整流整形电路的输出、负半波整流整形电路的输出分别连接至调节单片机不同的脉冲捕捉输入端。

所述地址波形表示LED灯调节驱动单元的地址码，所述数据波形表示LED灯的亮度等级。

本发明的有益效果是，提供了一种串联在单火线上、能够产生与发出由不同移相角波形组成的、能够分别控制多个LED灯亮度的、具有亮度等级亮度控制信号且能够实现单火线电子开关关灯功能的壁控开关单元，同时还提供了在单火线上进行过零信号检测和确定过零点的方法。壁控开关单元采用单火线方式控制多个LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线，也不用重新敷设电源线，可以实现普通照明灯的替代升级与改造；LED灯亮度调节共分9档，采用旋钮装置调节，符合操作习惯；单火线上的亮度控制信号仅仅是在改变亮度时进行短时发送，不发出亮度控制信号时，单火线输出端输出的电压波形为连续完整的单相正弦波，没有谐波。

附图说明

图1是系统实施例结构框图。

图2是壁控开关单元实施例电路图。

图3是三进制对应的α角示意图。

图4是发送一次亮度控制信号的波形示例1。

图5是发送一次亮度控制信号的波形示例2。

图6是亮度控制信号发送控制方法。

图7是LED灯调节驱动单元结构图。

图8是单片机调节模块实施例电路图。

图9是LED驱动模块实施例电路图。

图10是亮度控制调节方法。

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。

本发明电路由壁控开关单元和多个LED灯调节驱动单元组成。壁控开关单元单火线AC进，单火线AC1出。多个LED灯调节驱动单元并联后，火线AC1进，零线N出。有4个LED灯调节驱动单元的实施例结构如图1所示，4个LED灯调节驱动单元分别为1－4#LED灯调节驱动单元，分别控制调节4个LED灯的亮度；如果需要增加LED灯调节驱动单元，增加的LED灯调节驱动单元与1－4#LED灯调节驱动单元并联。

控制4个LED灯调节驱动单元的壁控开关单元的实施例电路如图2所示，由单火线稳压器U1、低压差稳压器U2、可控硅输出光耦U3、控制单片机U4、晶振XT1、双向晶闸管V1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电感L1、电感L2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、稳压管DW1，以及4个BCD旋转编码器SW1－SW4组成。

单火线输入端AC是壁控开关单元的模拟地，连接至单火线稳压器U1的交流电压公共端COM；电容C1的两端分别连接至单火线稳压器U1的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端COM；单火线稳压器U1的直流输出电压地GND端为壁控开关单元的数字地，电感L2的两端分别连接至壁控开关单元的数字地和模拟地；二极管D1、电感L1和电容C2组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入连接至单火线输出端AC1、输出为直流DC314V且连接至单火线稳压器U1的直流高压输入端HDC。单火线稳压器U1还设有直流电压输出端VCC、交流电压端AC。

低压差稳压器U2的输入端VIN连接至单火线稳压器U1的直流电压输出端VCC，输出端VOUT输出+3.3V的直流工作电源VDD；单火线稳压器U1的地端GND连接至壁控开关单元的数字地；电容C3、电容C4分别为低压差稳压器U2的输入电压、输出电压滤波电容。

双向晶闸管V1的两个阳极端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U1的交流电压端AC；电阻R1并联在双向晶闸管V1的两个阳极端；可控硅输出光耦U3的输出可控硅与电阻R2串联，其串联支路连接至双向晶闸管V1的第一阳极和控制极；可控硅输出光耦U3的输入发光二极管与电阻R3串联，其串联支路一端连接至直流工作电源VDD，另外一端为双向晶闸管V1的触发信号输入端。双向晶闸管V1、可控硅输出光耦U3、电阻R1、电阻R2、电阻R3组成双向晶闸管交流移相电路。

电阻R4的两端分别连接至二极管D2阴极和稳压管DW1阴极；二极管D2阳极连接至单火线输出端AC1；稳压管DW1阳极连接至壁控开关单元的模拟地；电阻R5并联在稳压管DW1两端。稳压管DW1阴极输出的是提供给控制单片机U4的交流电源过零信号。

BCD旋转编码器输出的BCD编码是0000－1001，其中，BCD编码0001－1001代表亮度1－9，BCD编码为0000时，代表亮度1。4个BCD旋转编码器的BCD编码输出端并联后连接至控制单片机U4的编码输入端；每个BCD旋转编码器的公共端连接至控制单片机U4的编码输入控制端。4个BCD旋转编码器提供4个亮度给定信号给控制单片机U4，分别控制1－4#LED灯的亮度。图2中，4个BCD旋转编码器SW1－SW4的输出分别为1、6、7、4，分别代表亮度1、亮度6、亮度7、亮度4。

交流电源的过零信号从控制单片机U4的输入端P2.0输入，触发信号从控制单片机U4的触发信号输出端P1.0输出。控制单片机U4的编码输入端是P2.4－P2.1，编码输入控制端包括4个控制端子P1.4－P1.1，分别控制4个BCD旋转编码器SW1－SW4的BCD编码输入。

控制单片机U4每次控制编码输入控制端P1.4－P1.1中的1个有效，依次输入4个BCD旋转编码器SW1－SW4的BCD编码并从编码输入端P2.4－P2.1读取。图2所示实施例中，编码输入控制端P1.4－P1.1为低电平有效，例如，控制P1.1为低电平，P1.4－P1.2为高电平，则从编码输入端P2.4－P2.1输入的是BCD旋转编码器SW1的BCD编码，相应读取的是1#LED灯的亮度给定信号。

图2中，控制单片机U4的型号是MSP430G2553，可控硅输出光耦U3的型号为MOC3053，单火线稳压器U1的型号为MP-6V-02S，低压差稳压器U2的型号为HT7333。控制单片机U4、晶振XT1组成单片机控制模块。

壁控开关单元通过控制单火线输出端AC1输出的电压波形来发送亮度控制信号，当壁控开关单元维持不发出亮度控制信号状态时，控制单片机U4持续输出低电平触发信号，双向晶闸管V1除过零点外持续导通，单火线输出端AC1输出的电压波形为连续完整的单相正弦波。

图2电路具有单火线关态取电功能，也具有开态取电功能，能够保证壁控开关单元在单火线的开态和关态均有工作电源。控制单片机U4依据亮度给定信号，通过可控硅输出光耦U3控制双向晶闸管V1向所有LED灯调节驱动单元供电，并向所有LED灯调节驱动单元发出亮度控制信号。

当壁控开关单元需要发送一次亮度控制信号时，一次亮度控制信号的波形由引导波形+地址波形+数据波形组成；引导波形由一个不导通的负半波，紧接一个完整导通的正半波组成；引导波形也可以由一个不导通的完整周波，紧接一个完整导通的正半波组成。

地址波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移相角γ₁，正半波为移相角γ₀；移相角γ₁、移相角γ₀的值可以分别为移相角α₂、α₁、α₀中的一个，移相角α₂、α₁、α₀分别对应三进制数码值2、1、0。地址波形代表的是LED灯调节驱动单元的地址码，地址码由2位三进制地址数据组成，最多可以控制9个LED灯调节驱动单元。1－9#LED灯调节驱动单元按顺序对应的2位三进制地址码是00、01、02、10、11、12、20、21、22。

数据波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移相角β₁，正半波为移相角β₀；移相角β₁、移相角β₀的值可以分别为移相角α₂、α₁、α₀中的一个，移相角α₂、α₁、α₀分别对应三进制数码值2、1、0。每个LED灯有从低到高9档不同的亮度等级，即亮度1－9，由2位三进制亮度数据表示；与亮度1－9对应的2位三进制亮度数据依次是00、01、02、10、11、12、20、21、22；移相角β₁为2位三进制亮度数据的高位，移相角β₀为2位三进制亮度数据的低位。

移相角α₂、α₁、α₀满足α₂<α₁<α₀的关系，典型值取α₂＝30°，α₁＝60°，α₀＝90°，如图3所示。移相角α₂、α₁、α₀也可以取值α₂＝0°，α₁＝45°，α₀＝90°，或者是取值α₂＝0°，α₁＝30°，α₀＝60°。

如图4所示的是发送一次亮度控制信号的波形示例1，其中，图4(a)为单火线输出端AC1输出的亮度控制信号电压波形，图4(b)为交流电源过零信号电压波形，图4(c)为亮度控制信号负半波整流整形后电压波形，图4(d)为亮度控制信号正半波整流整形后电压波形。

单火线输出端AC1输出连续完整的单相正弦波时，单火线输出端AC1与单火线输入端AC之间的电压差很小，不会在稳压管DW1阴极输出交流电源过零信号，交流电源过零信号维持为低电平状态。

控制单片机U4需要发送一次亮度控制信号时，随机停止触发信号输出。当停止输出触发信号的时刻在交流电源正半波期间时，该正半波双向晶闸管V1已经导通，接下来的负半波双向晶闸管V1不导通，整个负半波期间，在稳压管DW1阴极输出的交流电源过零信号为对应交流电源负半波的正脉冲，如图4中的脉冲1所示，脉冲1宽度接近10ms。控制单片机U4在脉冲1的下降沿处发出一个不超过10ms的触发脉冲，控制双向晶闸管V1接下来的正半波导通；同时将脉冲1的下降沿处作为过零计时起点，10ms后为移相角γ₁的过零点，20ms后为移相角γ₀的过零点，30ms后为移相角β₁的过零点，40ms后为移相角β₀的过零点。图4(a)中，波形2－5对应的分别是移相角γ₁、移相角γ₀、移相角β₁、移相角β₀；移相角γ₁的值为α₀，移相角γ₀的值为α₁，代表的地址码是01，对应的LED灯调节驱动单元是2#；移相角β₁的值为α₁，移相角β₀的值为α₂，亮度控制信号对应的2位三进制亮度数据是12；所发送的亮度控制信号的含义是：控制2#LED灯的亮度等级为亮度6。

当单片机控制模块，即其中的控制单片机需要发送一次亮度控制信号，随机停止触发信号输出的时刻在交流电源负半波期间时，该负半波双向晶闸管V1已经导通，接下来的正半波双向晶闸管V1不导通，但由于二极管D2的单向导通特性，也不会在稳压管DW1阴极输出交流电源过零信号；直到再接下来的负半波双向晶闸管V1不导通，整个负半波期间，在稳压管DW1阴极输出交流电源过零信号，交流电源过零信号为正脉冲。发送一次亮度控制信号的波形示例2如图5所示，图5(a)为单火线输出端AC1输出的亮度控制信号电压波形，图5(b)为交流电源过零信号电压波形，图5(c)为亮度控制信号负半波整流整形后电压波形，图5(d)为亮度控制信号正半波整流整形后电压波形。图5中的脉冲11为交流电源过零信号正脉冲，其宽度接近10ms。控制单片机U4在脉冲11的下降沿处发出一个不超过10ms的触发脉冲，控制双向晶闸管V1接下来的正半波导通；同时将脉冲11的下降沿处作为过零计时起点，10ms后为移相角γ₁的过零点，20ms后为移相角γ₀的过零点，30ms后为移相角β₁的过零点，40ms后为移相角β₀的过零点。图5(a)中，波形12－15对应的分别是移相角γ₁、移相角γ₀、移相角β₁、移相角β₀；移相角γ₁的值为α₀，移相角γ₀的值为α₁，代表的地址码是01，对应的LED灯调节驱动单元是2#；移相角β₁的值为α₀，移相角β₀的值为α₂，亮度控制信号对应的2位三进制亮度数据是02；所发送的亮度控制信号的含义是：控制2#LED灯的亮度等级为亮度3。

所有BCD旋转编码器输出的BCD编码为0000时，控制单片机U4停止输出触发信号，双向晶闸管V1关断，关闭所有LED灯，单火线输出端AC1仅流过微电流。

图6为亮度控制信号发送控制方法，通过单片机控制模块中控制单片机的程序实现，其方法是：

步骤A，判断是否关闭LED灯，是则关闭LED灯，进入关闭LED灯状态，转到步骤D；否则为非关闭LED灯状态，转到步骤B；

步骤B，确定亮度控制信号的地址码与亮度等级；

步骤C，发出一次亮度控制信号；

步骤D，判断亮度给定信号是否发生改变，亮度给定信号发生改变，返回步骤A；亮度给定信号没有发生改变，返回步骤C。

当壁控开关单元不发出亮度控制信号时，单火线输出端AC1输出的电压波形为连续完整的单相正弦波。

确定亮度控制信号时，首先判断是哪个地址码对应的LED灯的亮度给定信号发生改变，确定地址码，然后确定其亮度等级。如果有多个地址码对应的LED灯的亮度给定信号发生改变，则先处理其中一个，发出一次亮度控制信号；有未处理完的在步骤D会再一次返回步骤A，依次处理并发出亮度控制信号。

判断亮度给定信号是否发生改变时，只要有1个以上，包含1个LED灯的亮度给定信号发生改变，则认为亮度给定信号发生改变。

所有LED灯调节驱动单元的结构都相同，如图7所示，由单片机调节模块、LED驱动模块组成，单片机调节模块和LED驱动模块的交流输入端均连接至火线输入端AC1、零线输入端N。

LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，所有设有PWM亮度调节信号输入端的LED驱动模块都适用于本发明。

单片机调节模块设有PWM亮度调节信号输出端并连接至LED驱动模块的PWM亮度调节信号输入端。

单片机调节模块的实施例电路如图8所示。

图8所示实施例中，单片机调节模块由调节单片机U5、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、二极管D7、二极管D8、稳压管DW2、稳压管DW3、稳压管DW4、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C5、晶振XT2、BCD拨码开关SW组成。

二极管D3、二极管D4阴极、二极管D5、二极管D6、电容C5、电阻R6、稳压管DW2组成整流稳压电路，向调节单片机U5提供电源。

二极管D8、电阻R8、稳压管DW4组成负半波整流整形电路，稳压管DW4上得到的负半波波形如图4(c)、图5(c)所示；二极管D7、电阻R7、稳压管DW3组成正半波整流整形电路，稳压管DW3上得到的正半波波形如图4(d)、图5(d)所示。正半波整流整形电路和负半波整流整形电路分别对火线输入端AC1输入的交流电压进行正半波整流整形和负半波整流整形。正半波整流整形电路的输出、负半波整流整形电路的输出分别连接至调节单片机U5的捕捉比较输入端P2.0、P2.1。

调节单片机U5型号为MSP430G2553，其PWM输出端P1.2为所述PWM亮度调节信号输出端。调节单片机U5的电源负输入端VSS连接至公共参考地。

BCD拨码开关SW连接至单片机调节模块的地址码设定输入端，图8所示实施例中，地址码设定输入端为调节单片机U5的P2.2－P2.5。BCD拨码开关SW用于设定LED灯调节驱动单元的地址码；BCD拨码开关SW输出的BCD编码范围为0001－1001时，按顺序对应的LED灯调节驱动单元的编号是1－9#，相应的2位三进制地址码是00、01、02、10、11、12、20、21、22；BCD拨码开关SW输出的BCD编码为0000时，该LED灯调节驱动单元将关闭LED灯，停止接收亮度控制信号。图8所示实施例中，BCD拨码开关SW输出的BCD编码为0001，表示将本LED灯调节驱动单元设定为1#LED灯调节驱动单元，相应设定的2位三进制地址码是00。

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9所示仅为其中的一个实施例电路。

图9中，LED驱动模块由LED驱动器U6、二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12、电容C6、电容C7、电容C8、电感L3、快恢复二极管D13、开关管VD、电阻R9、电阻R10组成。LED驱动器U6的型号为HV9910。

图9中，二极管D9、二极管D10、二极管D11、二极管D12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火线输入端AC1、零线输入端N，直流输出负端连接至公共参考地，直流输出正端连接至电容C6正极、电容C7的一端、LED驱动器U6的电源输入端VIN、电感L3的一端、快恢复二极管D13阴极。LED驱动器U6的地输入端GND连接至公共参考地。电容C6负极、电容C7的另一端连接至公共参考地。快恢复二极管D13阳极与开关管VD的漏极联结后作为大功率LED灯的负极性连接端LED－，电感L3的另外一端作为大功率LED灯的正极性连接端LED+。开关管VD的源极与电阻R9一端联结后连接至所述LED驱动器U6的LED电流检测端CS；电阻R9的另一端连接至公共参考地。开关管VD的栅极连接至LED驱动器U6的驱动端GATE；电阻R10的一端连接至LED驱动器U6的振荡频率控制端RT、另一端连接至公共参考地。电容C8正极连接至LED驱动器U6的控制电压输出端VDD和线性电流控制端LD、负极连接至公共参考地。LED驱动器U6的使能控制端PWM_D为所述PWM亮度调节信号输入端。

LED灯调节驱动单元由单片机调节模块接收亮度控制信号并控制亮度，如图10所示，其方法是，

步骤一，初始化，控制LED灯为初始亮度；

步骤二，判断单火线上是否有亮度控制信号；没有亮度控制信号，返回步骤二；有亮度控制信号，转到步骤三；

步骤三，接收亮度控制信号，得到2位三进制地址码和2位三进制亮度数据；

步骤四，判断是否为目标LED灯；不是目标LED灯，返回步骤二；是目标LED灯，转到步骤五；

步骤五，改变LED灯亮度，返回步骤二。

初始亮度可以设置为9档不同亮度中的任何一个，例如，设置为亮度1。

判断单火线上是否有亮度控制信号，方法为判断单火线上是否有亮度控制信号的引导波形。正常情况下，火线输入端AC1输入的电压波形为连续完整的单相正弦波，负半波整流整形电路输出的波形为周期20ms、脉冲宽度近10ms的矩形波。壁控开关单元发送一次亮度控制信号时，其引导波形造成一个负半波的缺失，如图4(c)与图4(b)脉冲1对应位置的负半波脉冲缺失，如图5(c)与图5(b)脉冲11对应位置的负半波脉冲缺失。单片机调节模块判断出负半波整流整形电路输出的波形有负半波脉冲缺失，且接下来的正半波整流整形电路输出的正半波波形完整，对应的正半波脉冲为图4中的脉冲6，或者图5中的脉冲16，即可判断出单火线上有亮度控制信号的引导波形。

接收亮度控制信号，得到2位三进制地址码和2位三进制亮度数据，方法为依次测量地址波形、数据波形负半波的导通角和正半波的导通角，计算得到负半波移相角和正半波移相角后，再转换成2位三进制地址码和2位三进制亮度数据。图4中脉冲7的宽度、图5中脉冲17的宽度为地址波形负半波的导通角，图4中脉冲8的宽度、图5中脉冲18的宽度为地址波形正半波的导通角；图4中脉冲9的宽度、图5中脉冲19的宽度为数据波形负半波的导通角，图4中脉冲10的宽度、图5中脉冲20的宽度为数据波形正半波的导通角。移相角与导通角之和为180°，或者为时间10ms。负半波移相角γ₁和β₁、正半波移相角γ₀和β₀分别选择与移相角α₂、α₁、α₀中最接近的一个，来分别确定对应三进制数码值2、1、0。

判断是否为目标LED灯，方法是判断接收到的2位三进制地址码是否与本LED灯调节驱动单元设定的2位三进制地址码相符合；相符合，是目标LED灯；不相符合，不是目标LED灯。

改变LED灯亮度，通过改变连接至LED驱动器U6使能控制端PWM_D的PWM亮度调节信号的占空比实现。

在图1中，壁控开关单元是单火线AC进，单火线AC1出；所有LED灯调节驱动单元火线AC1进，零线N出。从抗干扰的角度考虑，将图1中的火线AC与零线N位置对调，本发明所述方法仍然有效，且抗干扰能力更强。

本发明具有如下特点：

①采用单火线方式控制LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线，也不用重新敷设电源线；

②LED灯亮度调节共分9档，采用旋钮装置调节，符合操作习惯；

③单火线上的亮度控制信号仅仅是在改变亮度时进行短时发送；

④采用单火线可以分别单独控制最多9个LED灯的亮度。

Claims (10)

1.一种单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：

由K个LED灯调节驱动单元和串联在单火线上的壁控开关单元组成，控制K个LED灯的亮度，K为大于等于1，小于等于9的整数；所述壁控开关单元设有单火线输入端、单火线输出端；所述单火线输入端连接至交流电源火线；所述LED灯调节驱动单元设有火线输入端、零线输入端；所述K个LED灯调节驱动单元的火线输入端都连接至壁控开关单元的单火线输出端、零线输入端都连接至交流电源零线；

所述壁控开关单元包括单火线稳压器、低压差稳压器、可控硅输出光耦、控制单片机、晶振、双向晶闸管、电容C1、电容C2、电感L1、电感L2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、二极管D1、二极管D2、稳压管DW1和K个BCD旋转编码器。

2.根据权利要求1所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：

所述单火线输入端是壁控开关单元的模拟地且连接至单火线稳压器的交流电压公共端；电容C1的两端分别连接至单火线稳压器的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端；单火线稳压器的直流输出电压地端为壁控开关单元的数字地，电感L2的两端分别连接至壁控开关单元的数字地和模拟地；二极管D1、电感L1和电容C2组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入连接至单火线输出端、输出连接至单火线稳压器的直流高压输入端；单火线稳压器还设有直流电压输出端、交流电压端；

低压差稳压器的输入端连接至单火线稳压器的直流电压输出端；低压差稳压器的输出端输出直流工作电源；单火线稳压器的地端连接至壁控开关单元的数字地；

双向晶闸管的两个阳极端分别连接至单火线输出端和单火线稳压器的交流电压端；电阻R1并联在双向晶闸管的两个阳极端；可控硅输出光耦的输出可控硅与电阻R2串联，其串联支路连接至双向晶闸管的第一阳极和控制极；可控硅输出光耦的输入发光二极管与电阻R3串联，其串联支路一端连接至直流工作电源，另外一端为双向晶闸管的触发信号输入端；触发信号由控制单片机发出；

电阻R4的两端分别连接至二极管D2阴极和稳压管DW1阴极；二极管D2阳极连接至单火线输出端；稳压管DW1阳极连接至壁控开关单元的模拟地；电阻R5并联在稳压管DW1两端；稳压管DW1阴极输出交流电源的过零信号；过零信号连接至控制单片机；

K个BCD旋转编码器的BCD编码输出端并联后连接至控制单片机的编码输入端；每个BCD旋转编码器的公共端连接至控制单片机的编码输入控制端；所述K个BCD旋转编码器提供K个亮度给定信号给控制单片机。

3.根据权利要求2所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：控制单片机依据亮度给定信号，通过可控硅输出光耦控制双向晶闸管向K个LED灯调节驱动单元供电，并向所有LED灯调节驱动单元发出亮度控制信号。

4.根据权利要求3所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：亮度控制信号由引导波形、地址波形和数据波形组成；地址波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移相角γ₁，正半波为移相角γ₀；数据波形由一个周波的移相波形组成，负半波为移相角β₁，正半波为移相角β₀。

5.根据权利要求4所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：控制单片机发出亮度控制信号时，随机停止触发信号输出；当停止输出触发信号的时刻在交流电源正半波期间时，双向晶闸管在接下来的交流电源负半波不导通，稳压管DW1阴极在接下来的交流电源负半波输出过零信号，过零信号为对应该不导通的交流电源负半波的正脉冲；当停止触发信号输出的时刻在交流电源负半波期间时，双向晶闸管在接下来的交流电源正半波和下一个交流电源负半波均不导通，稳压管DW1阴极在该不导通的交流电源正半波不输出过零信号，在下一个交流电源负半波输出过零信号，过零信号为对应下一个交流电源负半波的正脉冲。

6.根据权利要求5所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：将过零信号的正脉冲下降沿作为过零计时起点，10ms后为移相角γ₁的过零点，20ms后为移相角γ₀的过零点，30ms后为移相角β₁的过零点，40ms后为移相角β₀的过零点。

7.根据权利要求4-6中任一项所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：引导波形由一个不导通的负半波，紧接一个完整导通的正半波组成；引导波形或者由一个不导通的完整周波，紧接一个完整导通的正半波组成。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：壁控开关单元还包括电容C3、电容C4；电容C3的两端分别连接至低压差稳压器的输入端和数字地，电容C4的两端分别连接至低压差稳压器的输出端和数字地。

9.根据权利要求1-6中任一项所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：所述LED灯调节驱动单元由单片机调节模块、LED驱动模块组成；所述LED灯调节驱动单元可以进行地址码设定；所述LED驱动模块设有交流输入端和LED灯驱动端，其中，交流输入端连接至LED灯调节驱动单元的火线输入端和零线输入端，LED灯驱动端连接至LED灯；所述LED驱动模块还设有PWM亮度调节信号输入端。

10.根据权利要求9所述的单火线控制多个LED灯亮度的电路，其特征在于：所述单片机调节模块包括有调节单片机、正半波整流整形电路、负半波整流整形电路和整流稳压电路，设有交流输入端、PWM亮度调节信号输出端；所述交流输入端连接至LED灯调节驱动单元的火线输入端和零线输入端，PWM亮度调节信号输出端连接至LED驱动模块的PWM亮度调节信号输入端；所述正半波整流整形电路和负半波整流整形电路分别对火线输入端输入的交流电压进行正半波整流整形和负半波整流整形；所述正半波整流整形电路的输出、负半波整流整形电路的输出分别连接至调节单片机不同的脉冲捕捉输入端。