CN110972382B - 相位调光电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种相位调光电路及方法，相位电路调光包括：调光器、鉴相电路和驱动电路。调光器用于产生脉冲调制交流电，调光器用于输出在相位φ和相位φ+π处设有窄脉冲的交流正弦波，窄脉冲的持续时间t满足50≤t≤100微秒。鉴相电路的输入端与调光器的输出端连接，鉴相电路用于根据交流正弦波输出PWM方波或直流控制电平。驱动电路的输入端与鉴相电路的输出端连接，驱动电路的输出端与光源电源连接，驱动电路用于根据所述PWM方波或直流控制电平控制光源电源的输出电流。根据上述技术方案的相位调光电路，由于采用具有窄脉冲阻断的正弦波来传递相位信息，不会产生周期性的电流突变，不会对电网产生过大的影响，还可以保护调光电路中的功率器件。

Description

相位调光电路及方法

技术领域

本发明涉及调光照明领域，特别涉及一种相位调光电路，还涉及一种相位调光方法。

背景技术

目前的调光产品，主要使用前切调光技术和后切调光技术。但是无论前切调光还是后切调光都需要阻断电流回路，使电网电流周期性突变，不仅影响电网环境，同时还易造成功率器件的损坏。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种相位调光电路，采用窄脉冲阻断的方式调光，避免电网电流周期性突变，同时还可以保护功率性器件损坏。

本发明还提出一种相位调光方法。

根据本发明的第一方面实施例的相位调光电路，包括：调光器，所述调光器用于产生脉冲调制交流电，所述调光器用于输出在相位φ和相位φ+180°处设有阻断的交流正弦波，所述阻断的阻断时间t满足50≤t≤100微秒；鉴相电路，所述鉴相电路的输入端与所述调光器的输出端连接，所述鉴相电路用于根据所述交流正弦波输出PWM方波或直流控制电平；驱动电路，所述驱动电路的输入端与所述鉴相电路的输出端连接，所述驱动电路的输出端与光源电源连接，所述驱动电路用于根据所述PWM方波或所述直流控制电平控制所述光源电源的输出电流。

根据本发明第一方面实施例的相位调光电路，至少具有如下有益效果：调光器输出在相位φ和相位φ+180°处设有阻断的正弦调制交流电，所述阻断的阻断时间t满足50≤t≤100微秒，由于阻断时间极短，调制交流电近似于完整的正弦波，不会产生周期性的电流突变现象。再配合鉴相电路鉴别阻断处的相位，并根据相位生成对应占空比的PWM方波或者对应值的直流控制电平给驱动电路。通过改变相位的方式调节光源亮度，同时由于没有周期性的电流突变，不会对电网造成影响，也可以延长功率器件的寿命。

根据本发明的一些实施例，所述鉴相电路包括：单片机，所述单片机与所述驱动电路的输入端连接，所述单片机用于根据输入计算相位φ，并根据相位φ输出占空比为D的PWM方波到所述驱动电路；整流电路，所述整流电路的输入端连接所述调光器的输出端；过零识别电路，所述过零识别电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述过零识别电路用于过滤窄脉冲，所述过零识别电路的输出端与所述单片机连接；相位识别电路，所述相位识别电路的输入端与所述整流电路的输出端连接，所述相位识别电路用于检测窄脉冲并输出与所述窄脉冲相同持续时间t的低电平，所述相位识别电路的输出端与所述单片机连接。

根据本发明的一些实施例，所述鉴相电路还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端连接所述单片机，所述滤波电路的输出端连接所述驱动电路的输入端，所述单片机通过所述滤波电路与所述驱动电路连接。

根据本发明的一些实施例，所述整流电路包括连接器CON1，保险丝F1，压敏电阻ZR1，安规电容X1，负温度系数热敏电阻RT1和整流桥DB1，所述连接器 CON1的一脚通过所述保险丝F1与所述压敏电阻ZR1的一端连接于节点L，所述连接器CON1的另一脚与所述压敏电阻ZR1的另一端连接于节点N，所述安规电容X1并联于所述压敏电阻ZR1两端，所述节点L连接所述整流桥DB1的输入端的一端，所述节点N通过所述负温度系数热敏电阻RT1连接整流桥DB1的输入端的另一端，所述CON1作为所述整流电路的输入端，所述整流桥DB1的输出端的正极为所述整流电路的输出端。

根据本发明的一些实施例，所述过零识别电路包括电阻R18、电阻R15、电阻R20和电容C15，所述电阻R18的一端与所述整流电路的输出端连接，所述电阻R18的另一端通过所述电阻R15接地，所述电阻R18与所述电阻R15相连于节点C，所述电容C15并联于所述电阻R15的两端，所述节点C通过所述电阻 R19与所述单片机连接。

根据本发明的一些实施例，所述相位识别电路包括电容C6，电容C7，电阻 R21，电阻R20和稳压二极管D10，所述整流电路的输出端分别连接所述电容C6 和所述电阻R21的一端，所述电容C6的另一端与所述电阻R21的另一端连接于节点D，所述节点D连接所述稳压二极管D10的负极，所述稳压二极管D10的正极接地，所述电容C7并联于所述稳压二极管D10的两端，所述节点D通过所述电阻R20连接所述单片机。

根据本发明的一些实施例，所述滤波电路包括电阻R17，电阻R16和电阻 R14，所述电阻R17的一端连接所述单片机，所述电阻R17的另一端分别与所述电阻R16的一端和所述电阻R14的一端连接，所述电阻R16的另一端作为所述滤波电路的输出，所述电阻R14的另一端接地。

根据本发明的一些实施例，所述滤波电路还包括电容C12，所述电容C12并联于所述电阻R14的两端。

根据本发明的第二方面实施例的相位调光方法，包括：

生成正弦波A，所述正弦波A在相位φ和相位φ+180°处设有窄脉冲，所述窄脉冲的持续时间t满足50≤t≤100微秒；

将所述正弦波A整流成波形B；

滤去所述波形B中的所述窄脉冲获得波形C，并根据所述波形C获得周期T；

检测所述波形B中的窄脉冲，并输出与所述窄脉冲相同持续时间t的低电平获得波形D，并根据所述波形C和所述波形D得出所述窄脉冲开始处距所述正弦波A上一个过零点的间隔时间△T；

根据相位Φ＝π(△T/T)输出对应占空比的PWM方波给光源电源。

根据本发明第二方面实施例的相位调光方法，通过设有窄脉冲阻断的正弦波来传递输出PWM波的占空比，没有周期性的电流突变，不会对电网造成影响，也可以延长功率器件的寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明实施例的调光器的电路原理图；

图2为本发明实施例的鉴相电路及驱动电路的电路原理图；

图3为本发明实施例的整流电路的电路原理图；

图4为本发明实施例的过零识别电路、相位识别电路及滤波电路的电路原理图

图5为本发明实施例的波形示意图；

图6为本发明实施例的相位调光方法的流程图。

附图标记：

调光器100，

鉴相电路200，单片机210，整流电路220，过零识别电路230，相位识别电路240，滤波电路250，

驱动电路300。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1和图2，根据本发明的第一方面的实施例的相位调光电路包括调光器100，鉴相电路200及驱动电路300。其中调光器100即为公开号为CN 108337774A的发明专利中公开的大功率MOSFT调光电路的任一实施例，通过修改其中主控芯片的配置，使调光器100可以输出在相位φ和相位φ+π处设有窄脉冲的交流正弦波，正弦波的波形参照图6中的波形A所示，其中相位φ处的窄脉冲为负脉冲，相位φ+π处的窄脉冲为正脉冲。其中窄脉冲的持续时间t满足 50≤t≤100。调光器100的输出与鉴相电路200的输入连接，正弦波送入到鉴相电路200中，鉴相电路200将正弦波进行一系列的变换，并从中获取到窄脉冲开始的相位φ，并根据φ生成一定占空比的PWM方波或者一定值的直流控制电平。鉴相电路200的输出端与驱动电路300的输入端连接，驱动电路300的输出端与光源电源连接，驱动电路300根据输入的PWM方波或者直流控制电平控制光源电源的输出，进而控制光源的亮度变化。由于调制用的正弦波上只设有持续时间很短的一窄脉冲来标记相位φ，调制用的波形近似于完整的正弦波，不会产生周期性的电流突变现象，进而不会对电网造成影响，也可以延长功率器件的寿命。

在进一步的实施例中，鉴相电路200包括单片机210，整流电路220，过零识别电路230和相位识别电路240。单片机210主要用于根据输入的波形计算出相位φ，并根据相位φ输出对应占空比D的PWM方波。整流电路220的输入端作为鉴相电路200的输入端，与调光器100的输出端连接，将输入的带有窄脉冲阻断的正弦波整流，便于后续参数的测量及计算。可以理解的是，整流电路220 可以采用真空二极管、充气管、半导体二极管或者可控硅等整流元件。

过零识别电路230的输入端连接整流电路220的输出端，用于将整流后的正弦波中的窄脉冲阻断滤去，以便于识别正弦波的过零点，通过测量过零识别电路 230中相邻两次最接近0的点的时间间隔即可获得周期T，过零识别电路230的输出端连接单片机210。可以理解的是，过零识别电路230可以采用RC滤波也可以采用幅值滤波方法。相位识别电路240的输入端连接整流电路220的输出端，用于将整流后的正弦波中的窄脉冲阻断部分反向，即检测窄脉冲并输出与窄脉冲等持续时间的低电平，以便于测量出窄脉冲开始的时间，相位识别电路240的输出端连接单片机210。

参照图6中的波形C，波形D和波形E，其中波形C为过零识别电路230的输出波形，波形D为相位识别电路240的输出波形，波形E为单片机210输出的PWM方波。单片机210分别测出同一周期下波形C和波形D到达最低电平的时间t1和t2。由于波形C到达最低电平的时间t1对应正弦波的过零点的时间，波形D到达最低电平的时间t2为窄脉冲阻断开始的时间，所以通过两者相减即可获得窄脉冲开始处相对于最近的过零点的间隔时间△T＝t2-t1，再结合前面获得的周期T即可获得窄脉冲处的相位φ＝π(△T/T)。单片机210根据计算出的相位φ输出对应占空比的PWM方波，如图6中的波形E所示。

在一些实施例中，鉴相电路200还可以包括滤波电路250。滤波电路250的输入端与单片机210连接，用于单片机210输出的PWM方波的滤波。可以理解的是，滤波电路250可以仅将PWM方波中的噪声去除，也可以将PWM方波中的低电压滤去，将PWM方波转换为直流控制电平。滤波电路250的输出端与驱动电路300的输入端连接。

下面参考图2，图3和图4以一个具体的实施例详细描述根据本发明实施例的相位调光电路。值得理解的是，下述描述仅是示例性说明，而不是对发明的具体限制。

参照图1所示，为本发明实施例的调光器100的具体实施例，由于本实施例中的调光器100采用公开号为CN 108337774 A的发明专利中公开的大功率MOSFT调光电路的第一个实施例，其具体电路结构可参考该专利文件，在此不再详细说明。在本实施例中，窄脉冲的持续时间t取75微秒。

参照图2，为本发明实施例的鉴相电路200和驱动电路300的具体实施例。参照图3，为本发明的整流电路的具体实施例。整流电路220包括连接器CON1，保险丝F1，压敏电阻ZR1，安规电容X1，负温度系数热敏电阻RT1和整流桥DB1。连接器CON1的一脚通过保险丝F1与压敏电阻ZR1的一端连接于节点L，连接器 CON1的另一脚与压敏电阻ZR1的另一端连接于节点N，安规电容X1并联于压敏电阻ZR1两端，节点L连接整流桥DB1的输入端的一端，节点N通过负温度系数热敏电阻RT1连接整流桥DB1的输入端的另一端，CON1作为整流电路220 的输入端，整流桥DB1的输出端的正极为整流电路220的输出端。其中DB1选用DB107集成式整流桥，安规电容X1用于差模和共模滤波，保险丝F1则用于保护主要元器件，负温度系数热敏电阻RT1用于温度校正，压敏电阻ZR1则用于过电压保护。

过零识别电路230是由电阻R18、电阻R15、电阻R20和电容C15组成的RC 滤波电路。电阻R18的一端与整流电路220的输出端连接，电阻R18的另一端通过电阻R15接地，电阻R18与电阻R15相连于节点C，电容C15并联于电阻 R15的两端，节点C通过电阻R19与单片机210的7脚连接，其中R19用于限流。

相位识别电路240由电容C6，电容C7，电阻R21，电阻R20和稳压二极管 D10组成。整流电路220的输出端分别连接电容C6和电阻R21的一端，电容C6 的另一端与电阻R21的另一端连接于节点D，节点D连接稳压二极管D10的负极，稳压二极管D10的正极接地，电容C7并联于稳压二极管D10的两端，节点 D通过所述电阻R20连接单片机210的8脚，其中R20用于限流。

滤波电路250由电阻R17，电阻R16和电阻R14组成。电阻R17的一端连接单片机210，电阻R17的另一端分别与电阻R16的一端和电阻R14的一端连接，电阻R16的另一端作为滤波电路的输出dim_det信号连接驱动电路300，电阻R14 的另一端接地。此时滤波电路250将单片机210输出的PWM方波中的噪声去除。参照图4，当在电阻R14的两端并联电容C12时，滤波电路250将单片机210的输出整形成电压值与PWM方波占空比成比例的直流控制电平。

参照图2，为驱动电路300的具体实施例，包括一个单片机U1和若干保护电路及开关功率器件组成的功率转换电路等。驱动电路300为通用的光源电源驱动电路，可以根据输入的PWM方波占空比或者电平信号驱动光源电源输出相应的输出电压，为本领域内技术人员已经知晓或者可以知晓的现有技术，故在此不做详细赘述。

在上述实施例的相位调光电路中，参照图5，图5中的I1为安规电容X1的电流波形，图5中的VF为调光电源驱动电路中电容C8两端的电压波形，I1和 VF的波形均无大幅度的波动。

根据本发明第二方面的相位调光方法，可以由本发明第一方面的相位调光电路实施。其具体步骤包括如下几步：

首先生成相位φ和相位φ+π处分别设有窄脉冲，所述窄脉冲的持续时间t 满足50≤t≤100微秒的正弦波A。在一些实施例中，相位φ处的窄脉冲为负脉冲，相位φ+π处的窄脉冲为正脉冲。

再将正弦波A整流成波形B。

然后将波形B中的窄脉冲滤去获得波形C，并根据波形C得出周期T。

获得波形C的同时检测波形B中的窄脉冲，并输出与窄脉冲等持续时间的低电平来标记出窄脉冲获得波形D，并根据波形C和波形D得出窄脉冲开始处距正弦波A上一个过零点的间隔时间△T。

最后根据相位Φ＝π(△T/T)输出对应占空比的PWM方波给光源电源。

其中正弦波A、波形B、波形C及波形D可以参照图6所示。结合本发明第一方面的相位调光电路，生成带窄脉冲阻断的正弦波A由调光器100实施，其余步骤由鉴相电路200完成。其中，将正弦波A整流成波形B由整流电路220 实施；将波形B滤去窄脉冲获得波形C由过零识别电路230实施；将波形B中的窄脉冲检测并输出低电平标记形成波形D由相位识别电路240实施；通过波形C和波形D获取周期T，以及窄脉冲开始处到最近过零点的间隔时间△T的测量及计算由单片机210实施。周期T及时间△T的具体获得方法已在本发明的第一方面的论述中说明，在此不再赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

根据本发明的相位调光电路，由于采用具有窄脉冲阻断的正弦波来传递相位信息，相比于前沿切向和后沿切向直接将正弦波斩波的方式，具有较为完整的正弦波，不会产生周期性的电流突变，进而不会对电网电流产生过大的影响。同时由于不会出现很大的峰值电流，可以保护调光电路中的功率器件。

上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种相位调光电路，其特征在于，包括：

调光器（100），所述调光器（100）用于产生脉冲调制交流电，所述调光器（100）用于输出在相位φ和相位φ+π处设有窄脉冲的交流正弦波，所述窄脉冲的持续时间t满足50≤t≤100微秒；

鉴相电路（200），所述鉴相电路（200）的输入端与所述调光器（100）的输出端连接，所述鉴相电路（200）用于根据所述交流正弦波输出PWM方波或直流控制电平；

驱动电路（300），所述驱动电路（300）的输入端与所述鉴相电路（200）的输出端连接，所述驱动电路（300）的输出端与光源电源连接，所述驱动电路（300）用于根据所述PWM方波或所述直流控制电平控制所述光源电源的输出电流；

其中，所述鉴相电路（200）包括：

单片机（210），所述单片机（210）与所述驱动电路（300）的输入端连接，所述单片机（210）用于根据输入计算相位φ，并根据相位φ输出占空比为D的PWM方波到所述驱动电路（300）；

整流电路（220），所述整流电路（220）的输入端连接所述调光器的输出端；

过零识别电路，所述过零识别电路的输入端与所述整流电路（220）的输出端连接，所述过零识别电路用于过滤所述窄脉冲，所述过零识别电路的输出端与所述单片机（210）连接，其中，所述过零识别电路为幅值滤波电路；

相位识别电路（240），所述相位识别电路（240）的输入端与所述整流电路（220）的输出端连接，所述相位识别电路（240）用于检测所述窄脉冲并输出与所述窄脉冲相同持续时间t的低电平，所述相位识别电路（240）的输出端与所述单片机（210）连接。

2.根据权利要求1所述的相位调光电路，其特征在于，所述鉴相电路（200）还包括滤波电路（250），所述滤波电路（250）的输入端连接所述单片机（210），所述滤波电路（250）的输出端连接所述驱动电路（300）的输入端，所述单片机（210）通过所述滤波电路（250）与所述驱动电路（300）连接。

3.根据权利要求1所述的相位调光电路，其特征在于，所述整流电路（220）包括连接器CON1，保险丝F1，压敏电阻ZR1，安规电容X1，负温度系数热敏电阻RT1和整流桥DB1，所述连接器CON1的一脚通过所述保险丝F1与所述压敏电阻ZR1的一端连接于节点L，所述连接器CON1的另一脚与所述压敏电阻ZR1的另一端连接于节点N，所述安规电容X1并联于所述压敏电阻ZR1两端，所述节点L连接所述整流桥DB1的输入端的一端，所述节点N通过所述负温度系数热敏电阻RT1连接整流桥DB1的输入端的另一端，所述CON1作为所述整流电路的输入端，所述整流桥DB1的输出端的正极为所述整流电路（220）的输出端。

4.根据权利要1所述的相位调光电路，其特征在于，所述相位识别电路（240）包括电容C6，电容C7，电阻R21，电阻R20和稳压二极管D10，所述整流电路（220）的输出端分别连接所述电容C6和所述电阻R21的一端，所述电容C6的另一端与所述电阻R21的另一端连接于节点D，所述节点D连接所述稳压二极管D10的负极，所述稳压二极管D10的正极接地，所述电容C7并联于所述稳压二极管D10的两端，所述节点D通过所述电阻R20连接所述单片机（210）。

5.根据权利要求2所述的相位调光电路，其特征在于，所述滤波电路（250）包括电阻R17，电阻R16和电阻R14，所述电阻R17的一端连接所述单片机（210），所述电阻R17的另一端分别与所述电阻R16的一端和所述电阻R14的一端连接，所述电阻R16的另一端作为所述滤波电路（250）的输出，所述电阻R14的另一端接地。

6.根据权利要求5所述的相位调光电路，其特征在于，所述滤波电路（250）还包括电容C12，所述电容C12并联于所述电阻R14的两端。

7.一种相位调光方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任意一项所述的相位调光电路，所述方法包括：

所述调光器（100）生成正弦波A，所述正弦波A在相位φ和相位φ+180°处设有窄脉冲，所述窄脉冲的持续时间t满足50≤t≤100微秒；

所述整流电路（220）将所述正弦波A整流成波形B；

所述过零识别电路滤去所述波形B中的所述窄脉冲获得波形C，并根据所述波形C获得周期T；

所述相位识别电路（240）检测所述波形B中的窄脉冲，并输出与所述窄脉冲相同持续时间t的低电平获得波形D；

所述单片机（210）根据所述波形C和所述波形D得出所述窄脉冲开始处距所述正弦波A上一个过零点的间隔时间△T，并根据相位Φ=π（△T/T）输出对应占空比的PWM方波给光源电源。

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