CN110022633A - 一种应用于市政路灯的调光设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种应用于市政路灯的调光设备,该调光设备包括处理器、调光驱动、采样单元、通信接口以及电源单元。所述调光驱动与处理器相连接,接收来自处理器的PWM信号,所述PWM信号用于实现路灯功率和照度的调光控制;所述处理器用于指令数据的接收,并根据接收到的所述指令控制调光驱动实现调光输出。根据采样单元采集的电流和电压,并与配置的门限参数进行比较输出电流、电压告警。该调光设备能够支持可控硅调光的同时,兼顾了效率和功率因数。

Description

一种应用于市政路灯的调光设备
技术领域
本发明涉及智慧照明、智慧城市领域,尤其是一种应用于市政路灯的调光设备。
背景技术
作为新型高效光源,LED具有发光效率高、使用寿命长、节能环保、响应快速等优点,被广泛用于普通照明、汽车照明、景观照明等领域。LED驱动器分为隔离型和非隔离型,非隔离型包括BUCK、BOOST、ZATA等拓扑结构,隔离型包括反激式、谐振式等拓扑结构。
可控硅调光器亦称TRIAC调光器最早用在白炽灯和卤素灯的调光,其工作原理是通过对输入交流电波形进行切割,改变输入交流电的有效值,从而调节电网传递给负载的能量,改变输出功率,从而调节白炽灯的亮度。可控硅调光器具有巨大的节能效益,与TRIAC兼容的LED调光驱动技术目前成为了一个热点。
如何设计一种能够支持可控硅调光的同时,兼顾了效率和功率因数的调光设备已经成为了急需解决的技术问题。
发明内容
本发明设计了一种应用于市政路灯的调光设备。
本发明采用了如下技术方案:
一种应用于市政路灯的调光设备,该调光设备包括处理器、调光驱动、采样单元、通信接口以及电源单元,其特征在于:
所述电源单元给调光设备中各单元模块提供用电输入,电源单元中包括12V交/直流电源电路、5V直流电源电路以及3.3V直流电源电路;
所述采样单元中包括电流采样电路、电压采样电路以及采样基准源电路;
所述调光驱动与处理器相连接,接收来自处理器的PWM信号,所述PWM信号用于实现路灯功率和照度的调光控制;
所述处理器用于指令数据的接收,并根据接收到的所述指令控制调光驱动实现调光输出。根据采样单元采集的电流和电压,并与配置的门限参数进行比较输出电流、电压告警。
进一步的,所述电源单元中所述12V交/直流电源电路连接220V交流输入,所述5V直流电源电路连接12V交/直流电源电路,所述3.3V直流电源电路连接5V电源电路。
进一步的,所述5V直流电源采用MP1584电源管理芯片将12V直流电转换为5V直流电。
进一步的,所述3.3V直流电源电路采用HT7133电源管理芯片,用于将5V直流电转换为3.3V直流电。
进一步的,所述电流采样电路用于完成处理器负载电流的有效值采样,当采样了负载电流有效值后,会将该电流有效值和路灯灯具标称的电流有效值进行差值比较,若当前电流有效值小于路灯灯具标称的电流有效值10%时,确定路灯灯具模组故障。
进一步的,所述采样基准源电路采用TL431作为主芯片,以产生一个2.495V的采样基准源电压。
进一步的,所述调光驱动采用SSL2101T作为主芯片,电压输入为180V~240V,额定输出电压、电流为20V/350mA,额定负载为7W,用于驱动6个1W/350mA的大功率白光LED。
进一步的,所述调光驱动中R1、R2和C3组成电阻分压采样电路,对斩波整流后的直流脉动电压有效值进行采样,R6、R7为限流电阻;R3、R4为泄放电阻,R3在输入电流较低时作为额外的电流回路,保持可控硅调光器的正常导通;R4用于调光器的过零重启和可控硅锁存;R5、R8和C4组成振荡电路,用于设定开关频率的上限和下限;R9、C5和D5组成RCD钳位电路,吸收漏感电压尖峰以保护开关管。
进一步的,所述调光驱动中,T1为高频开关变压器,D6为辅助边整流二极管,D7为输出整流二极管,R14与R15为输入电流采样电阻;R17、R19为输出电压采样电阻,与R16、R18、TL431和光耦RPC817A组成输出过压保护电路。
进一步的,所述调光驱动的控制具体包括:
通过检测整流桥后直流脉动电压相位角或有效值的变化,来相应地控制开关频率或占空比的变化,以改变输出电压和电流,在所述调光驱动中R1、R2和C3组成调光检测电路,检测整流桥输出的直流脉动电压的平均值,将该电压平均值转化为平滑的直流电压信号作为亮度控制电压(VBRIGHTNESS)输出。
本发明的有益效果是:该调光设备能够支持可控硅调光的同时,兼顾了效率和功率因数。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1是调光设备的组成原理示意图;
图2是调光设备中可控硅调光模块的电路示意图;
以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述:
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的,而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式,除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解,本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解,尽管在本申请可能采用术语“所在装置”、“其他装置”等来描述各种装置,但这些装置不应限于这些术语。这些术语仅用来将装置彼此区分开。例如,在不脱离本申请范围的情况下,所在装置也可以被称为其他装置,类似地,其他装置也可以被称为所在装置。取决于语境,如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
图1是调光设备的组成原理示意图。调光设备包括处理器、调光驱动、采样单元、通信接口以及电源单元。
所述电源单元给调光设备中各单元模块提供用电输入,电源单元中包括12V交/直流电源电路、5V直流电源电路以及3.3V直流电源电路。其中12V交/直流电源电路连接220V交流输入。5V直流电源电路连接12V交/直流电源电路,该5V直流电源采用MP1584电源管理芯片将12V直流电转换为5V直流电。3.3V直流电源电路连接5V电源电路,该3.3V直流电源电路采用HT7133电源管理芯片,用于将5V直流电转换为3.3V直流电。
所述采样单元中包括电流采样电路、电压采样电路以及采样基准源电路。
所述电流采样电路用于完成处理器负载电流的有效值采样。当采样了负载电流有效值后,会将该电流有效值和路灯灯具标称的电流有效值进行差值比较,若当前电流有效值小于路灯灯具标称的电流有效值10%时,即可判断路灯灯具模组故障。
所述电压采样电路用于完成处理器负载电压的有效值采样。为了提高对电流和电压的采样精度,所述采样单元中包括了采样基准源电路,该采样基准源电路由采用TL431作为主芯片,以产生一个2.495V的采样基准源电压。
所述调光驱动与处理器相连接,接收来自处理器的PWM信号,所述PWM信号用于实现路灯功率和照度的调光控制,从而实现调光节能的目的。
所述处理器用于指令数据的接收,并根据接收到的所述指令控制调光驱动实现0-10V调光输出。根据采样单元采集的电流和电压,并与配置的门限参数进行比较输出电流、电压告警。
本发明实现了路灯的节能调光和故障检测,还可以用于无线组网应用,通过通信接口实现路灯灯杆间的无线通信。
图2是调光驱动的电路示意图。可控硅调光模块的典型内部结构,包括双向晶体管TRIAC,双向触发二极管DIAC,可调电阻RP,限流电阻R和电容C。设双向触发二极管DIAC的转折电压为UBO,交流电在正半周时通过电阻RP和R给电容C充电,当电容C两端电压UC达到UBO时,双向触发二极管DIAC立即导通,触发双向晶体管TRIAC导通;交流电在负半周时,亦是通过给电容C充电触发双向晶体管TRIAC导通。
本发明的调光驱动基于SSL2101T芯片设计了,电压输入为180V~240V,额定输出电压、电流为20V/350mA,额定负载为7W,用于驱动6个1W/350mA的大功率白光LED。
调光驱动电路中R1、R2和C3组成电阻分压采样电路,对斩波整流后的直流脉动电压有效值进行采样,R6、R7为限流电阻。R3、R4为泄放电阻,R3可以在输入电流较低时作为额外的电流回路,保持可控硅调光器的正常导通;R4用于调光器的过零重启和可控硅锁存。R5、R8和C4组成振荡电路,用于设定开关频率的上限和下限;R9、C5和D5组成RCD钳位电路,吸收漏感电压尖峰以保护开关管。T1为高频开关变压器,D6为辅助边整流二极管,D7为输出整流二极管,R14与R15为输入电流采样电阻;R17、R19为输出电压采样电阻,与R16、R18、TL431和光耦RPC817A组成输出过压保护电路。
调光驱动控制的常用方法是,通过检测整流桥后直流脉动电压相位角或有效值的变化,来相应地控制开关频率或占空比的变化,以改变输出电压和电流。这里使用NXP公司的SSL2101T芯片,在R1、R2和C3组成调光检测电路,检测整流桥输出的直流脉动电压的平均值,将该电压平均值转化为一个平滑的的直流电压信号作为亮度控制电压(VBRIGHTNESS)输出。
根据公式可知,输出功率与开关频率成正比。根据SSL2101T芯片使用手册,在0~2.3V范围内,芯片的开关频率随着亮度控制电压的增加而增加,减小而减小,输出功率和输出电流也随之相应改变,从而达到调光的目的。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种应用于市政路灯的调光设备,该调光设备包括处理器、调光驱动、采样单元、通信接口以及电源单元,其特征在于:
所述电源单元给调光设备中各单元模块提供用电输入,电源单元中包括12V交/直流电源电路、5V直流电源电路以及3.3V直流电源电路;
所述采样单元中包括电流采样电路、电压采样电路以及采样基准源电路;
所述调光驱动与处理器相连接,接收来自处理器的PWM信号,所述PWM信号用于实现路灯功率和照度的调光控制;
所述处理器用于指令数据的接收,并根据接收到的所述指令数据控制调光驱动实现调光输出,根据采样单元采集的电流和电压,并与配置的门限参数进行比较输出电流、电压告警。
2.根据权利要求1所述的调光设备,其特征在于,所述电源单元中所述12V交/直流电源电路连接220V交流输入,所述5V直流电源电路连接12V交/直流电源电路,所述3.3V直流电源电路连接5V电源电路。
3.根据权利要求2所述的调光设备,其特征在于,所述5V直流电源采用MP1584电源管理芯片将12V直流电转换为5V直流电。
4.根据权利要求2或3之一所述的调光设备,其特征在于,所述3.3V直流电源电路采用HT7133电源管理芯片,用于将5V直流电转换为3.3V直流电。
5.根据权利要求1所述的调光设备,其特征在于,所述电流采样电路用于完成处理器负载电流的有效值采样,当采样了负载电流有效值后,会将该电流有效值和路灯灯具标称的电流有效值进行差值比较,若当前电流有效值小于路灯灯具标称的电流有效值10%时,确定路灯灯具模组故障。
6.根据权利要求1所述的调光设备,其特征在于,所述采样基准源电路采用TL431作为主芯片,以产生一个2.495V的采样基准源电压。
7.根据权利要求1所述的调光设备,其特征在于,所述调光驱动采用SSL2101T作为主芯片,电压输入为180V~240V,额定输出电压、电流为20V/350mA,额定负载为7W,用于驱动6个1W/350mA的大功率白光LED。
8.根据权利要求7所述的调光设备,其特征在于,所述调光驱动中R1、R2和C3组成电阻分压采样电路,对斩波整流后的直流脉动电压有效值进行采样,R6、R7为限流电阻;R3、R4为泄放电阻,R3在输入电流较低时作为额外的电流回路,保持可控硅调光器的正常导通;R4用于调光器的过零重启和可控硅锁存;R5、R8和C4组成振荡电路,用于设定开关频率的上限和下限;R9、C5和D5组成RCD钳位电路,吸收漏感电压尖峰以保护开关管。
9.根据权利要求7所述的调光设备,其特征在于,所述调光驱动中,T1为高频开关变压器,D6为辅助边整流二极管,D7为输出整流二极管,R14与R15为输入电流采样电阻;R17、R19为输出电压采样电阻,与R16、R18、TL431和光耦RPC817A组成输出过压保护电路。
10.根据权利要求7所述的调光设备,其特征在于,所述调光驱动的控制具体包括:
通过检测整流桥后直流脉动电压相位角或有效值的变化,来相应地控制开关频率或占空比的变化,以改变输出电压和电流,在所述调光驱动中R1、R2和C3组成调光检测电路,检测整流桥输出的直流脉动电压平均值,将该电压平均值转化为平滑的直流电压信号作为亮度控制电压(VBRIGHTNESS)输出。
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