CN113840420A - 一种调光调色的数据传输方法以及调光调色驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及LED照明技术领域，尤其涉及一种调光调色的数据传输方法及调光调色驱动电路，数据传输方法包括：判断灯管电源的交流电正弦波是否过零点，如果是，则切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输。在检测到该交流电正弦波的零点时切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上；此时开关闭合，灯管电源对灯管进行供电，并将数据传输至灯管上；利用现有的电源线进行数据的传输，无需额外接入信号线或无线通信网路，方便进行数据的传输，且节约了成本。
Description
技术领域
本申请涉及LED照明的技术领域，尤其是涉及一种调光调色的数据传输方法以及调光调色驱动电路。
背景技术
LED是一种能够将电能直接转化为光能的半导体器件，它不同于白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理，而是采用电场发光。LED的色温由光源决定，光源不同，显色指数也不相同。根据光源的色温，可大致分成暖白光和冷白光。为了实现光照的调节，可采用LED调光技术，将若干不同颜色的LED光源进行组合，调节各个光源的光度参数，改变光照的色温和照度。
目前，LED常用的调光方式有模拟调光和脉宽调制(PWM)调光。模拟调光通过改变电路的电流大小，实现LED的亮度调节；PWM调光通过改变光源电流的通断时间，即通过占空比改变平均有效电流，从而实现LED亮度调节。
针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：无论采用模拟调光还是脉宽调制(PWM)调光，均需要增加额外的线路或模块进行数据的传输，比如：0-10V调光的情况下需要额外增加信号线，无线调光的情况下需要额外增加无线模块；但是这样的设置会造成布线困难，安装、装修均不方便，且导致成本高。
发明内容
为了有助于解决相关技术中的数据传输中成本较高的问题，本申请提供一种调光调色的数据传输方法以及调光调色驱动电路。
第一方面，本申请提供的一种调光调色的数据传输方法，采用如下的技术方案：
一种调光调色的数据传输方法，包括：
判断灯管电源的交流电正弦波是否过零点，如果是，则切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输。
通过采用上述技术方案，检测灯管电源的交流电正弦波的零点，在检测到该交流电正弦波的零点时切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上；此时开关闭合，灯管电源对灯管进行供电，并将数据传输至灯管上；利用现有的电源线进行数据的传输，无需额外接入信号线或无线通信网路，方便进行数据的传输，且节约了成本。
可选的，所述开关为三线开关，所述切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：
对所述交流电正弦波的每个周期的下降沿进行切相，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上；
通过检测所述交流电正弦波不同周期的零点，判断所述交流电正弦波切除的波形上是否存在数据，如果是，则进行数据的传输。
可选的，所述开关为二线开关，所述切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：
对所述交流电正弦波的每个周期的下降沿进行切相，用于给开关供电；
对所述交流电正弦波的每个周期的上升沿进行切相切相，并将数据加载到交流电正弦波的上升沿波形上；
通过检测所述交流电正弦波不同周期的零点，判断所述交流电正弦波的上升沿波形上是否存在数据，如果是，则进行数据的传输。
通过采用上述技术方案，由于二线开关没有零线，所以开关没有取电的回路。为了保证开关有足够的电能供应，对交流电正弦波的每个周期都进行切相。
可选的，将数据加载由每个周期加载2bit数据调整为每4个周期加载1bit数据。
通过采用上述技术方案，为了减小切相变化对灯管电源的影响，从而便于提高灯管电源的稳定性，有效消除因数据加载过多而造成灯管的灯光闪烁的问题。
可选的，在开关切相的情况下，对灯管电源进行放电。
通过采用上述技术方案，对灯管电源进行加速放电后，能快速地产生零点信号，使得零点信号波形时间长，能够稳定检测出零点信号波形，从而便于提高通信成功率。
第二方面，本申请提供的一种调光调色驱动电路，采用如下的技术方案：
一种调光调色驱动电路，包括开关电路、零点检测电路以及控制驱动电路，所述零点检测电路用于检测交流输入端所接收的正弦波的交流信号的零点，并在检测到该交流信号的零点时，切除灯管电源的交流电正弦波零点的波形，并输出相应的控制信号控制开关电路导通或截止；
在开关电路导通的情况下，控制驱动电路根据高电压提取出数据信号，在交流传输线上传输数据信号。
通过采用上述技术方案，利用现有的电源线进行数据的传输，无需额外接入信号线或无线通信网路，方便进行数据的传输，且节约了成本。
可选的，所述开关电路包括第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2串联；所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的源极均接地，栅极均连接控制驱动电路的输入端，第一NMOS管Q1漏极与零点检测电路的电源输入端AC_L连接。
通过采用上述技术方案，零点检测电路检测到高电平时，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2导通，电流从第一NMOS管Q1与第二NMOS管Q2到控制驱动电路，控制驱动电路根据电压的变化提取出数据信号，从而实现在交流电源线上传输数据信号。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
检测灯管电源的交流电正弦波的零点，在检测到该交流电正弦波的零点时切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上；此时开关闭合，灯管电源对灯管进行供电，并将数据传输至灯管上；利用现有的电源线进行数据的传输，无需额外接入信号线或无线通信网路，方便进行数据的传输，且节约了成本。
附图说明
图1是本申请其中一实施例示出的三线开关下灯管电源的波形图。
图2是本申请其中一实施例示出的二线开关下灯管电源的波形图。
图3是本申请其中一实施例示出的切相操作前后灯管和开关的电压波形图。
图4是本申请其中一实施例示出的零点检测电路的示意图。
图5是本申请其中一实施例示出的开关电路与控制驱动电路的示意图。
图6是本申请其中一实施例示出的灯管电源输入部分的EMC电路。
图7是本申请其中一实施例示出的灯管电源的放电电路。
图8是本申请其中一实施例示出的没有加速放电和使用加速放电的波形图。
具体实施方式
以下结合附图1-8对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种调光调色的数据传输方法。
作为数据传输方法的一种实施方式，包括以下步骤：判断灯管电源的交流电正弦波是否过零点，如果是，则切除交流电正弦波过零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输。
具体来说，检测灯管电源的交流电正弦波的零点，在检测到该交流电正弦波的零点时切除交流电正弦波零点的波形，并将数据“1”加载到交流电正弦波切除的波形上；此时开关闭合，灯管电源对灯管进行供电，并将数据“1”传输至灯管上，同时记录相应的数据bit。
其实，切除交流电正弦波波形就是加载数据的过程，可以认为不切除的时候数据为“0”，切除的时候数据为“1”，这里的“0”和“1”均为二进制数据。
利用现有的电源线进行数据的传输，无需额外接入信号线或无线通信网路，方便进行数据的传输，且节约了成本。
作为开关的一种实施方式，如图1所示，开关为三线开关，当需要传输数据“1”时，在下降沿切相，下降沿的切相在每个周期以固定的时间来进行。
其中，将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：在检测到交流电正弦波的零点后，将数据“1”加载到交流电正弦波切除的下降沿波形上，在检测到交流电正弦波每个周期的零点后，判断该交流电正弦波的下降沿波形上是否存在数据“1”，如果是，则判断存在数据传输。
作为开关的另一种实施方式，如图2所示，开关为二线开关，由于二线开关没有零线，所以开关没有取电的回路。为了保证开关有足够的电能供应，对交流电正弦波的每个周期都进行切相。
在二线开关的情况下，为了保证开关有足够的电能取得，同时为了尽量减小电源的输入冲击电流，对交流电正弦波的每个周期的下降沿进行切相，用来取电给开关本身使用，且下降沿的切相在每个周期都以固定的时间来进行。当需要传输数据“1”时，在上升沿切相，上升沿的切相在每个周期也以固定的时间来进行。
在开关为二线开关的情况下，将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：将数据“1”加载到交流电正弦波切除的上升沿波形上，在检测到交流电正弦波不同周期的零点后，判断该交流电正弦波的波形上是否存在数据“1”，如果是，则判断存在数据传输。
如图3所示，开关断开时，灯管电源不给灯管供电，所有电压全在开关上，这时灯管电压为0；开关闭合时，电压较高的部分通过切相给灯管供电，过零点附近的电压留给开关供电使用和检测过零点使用，但只在下降沿切相。在灯管端，如果检测到上升沿发生了切相，则认为收到数据“1”。
通过控制开关的通断来传输数据信号，其中数据帧结构如表1所示，在一个数据帧中，前导码+头+节点RGB数据+校验位(bit0)构成完整一帧数据，一帧最大512节点，可用于驱动512个RGB三色LED灯管，LED灯管中的芯片接收数据信号，并根据数据信号来控制LED灯管的亮度和色温。
表1 数据帧结构：
其中，数据帧结构中的数据及命令定义如下：
bit15-12:固定值“0xf”，作为帧头；
bit11-10:命令类型，其中
0x00:调光命令；
0x01:调色温命令；
0x10:保存及通报命令。该命令在灯管正常运行时收到认为是保存命令，即将数据帧中的CCT LEVEL和DIM LEVEL数值保存下来。在灯管启动时收到该命令则认为是二线/三线区分命令，启动时收到该命令则认为是二线开关。
bit9:备用；
bit8:奇偶检验位；
bit7-6:区域，未启用，固定值“0x00”；
bit5-4:未启用，固定值“0x00”；
保存命令时：bit7-4为色温等级，对应0-15级调色温等级；
bit3-0:
调光命令时：调光等级。对应0-15级调光等级；
调色温命令时：色温等级。对应0-15级调色温等级；
保存命令时：调光等级。对应0-15级调色温等级。
作为数据传输方法的另一种实施方式，为了减小切相变化对灯管电源的影响，将数据加载由每个周期加载2bit数据调整为每4个周期加载1bit数据。也就是将数据帧中16bit扩展为16byte，每个byte的最首个bit为实际数据，其他bit均为填充“0”。
举例来说，若调光到第3等级，数据帧为：0b1111 0001 0000 0011；将数据帧扩展成16byte后，相关的数据如下：
plc_send_buff[0]＝0b1000 0000
plc_send_buff[1]＝0b1000 0000
plc_send_buff[2]＝0b1000 0000
plc_send_buff[3]＝0b1000 0000
plc_send_buff[4]＝0b0000 0000
plc_send_buff[5]＝0b0000 0000
plc_send_buff[6]＝0b0000 0000
plc_send_buff[7]＝0b1000 0000
plc_send_buff[8]＝0b0000 0000
plc_send_buff[9]＝0b0000 0000
plc_send_buff[10]＝0b0000 0000
plc_send_buff[11]＝0b0000 0000
plc_send_buff[12]＝0b0000 0000
plc_send_buff[13]＝0b0000 0000
plc_send_buff[14]＝0b1000 0000
plc_send_buff[15]＝0b1000 0000
以上16byte数据将按照plc_send_buff[0]～plc_send_buff[15]的顺序发送，每个byte先发送最高bit(即bit7)。
在开关切相的情况下，对灯管电源进行放电。对灯管电源进行加速放电后，能快速地产生零点信号，使得零点信号波形时间长，能够稳定检测出零点信号波形，从而便于提高通信成功率。
基于上述数据传输方法，本申请实施例还公开了一种调光调色驱动电路。
作为调光调色驱动电路的一种实施方式，包括开关电路、零点检测电路以及控制驱动电路，零点检测电路用于检测交流输入端所接收的正弦波的交流信号的零点，并在检测到该交流信号的零点时，切除灯管电源的交流电正弦波零点的波形，并输出相应的控制信号控制开关电路导通或截止；当开关电路导通时，控制驱动电路的两端电压为高电压；当开关电路截止时，控制驱动电路的两端电压为低电压。通过控制开关电路的通断来控制交流电源施加到控制驱动电路的电压高低来传输信息，控制驱动电路根据电压的变化提取出数据信号，从而实现在交流电源线上传输数据信号。
本申请提供的控制驱动电路可应用于驱动LED灯管上，LED灯管可以根据电压变化提取出数据信号，进而改变LED灯管的亮度和色温。
如图4所示，作为零点检测电路的一种实施方式，交流电具有方向性，可以通过整流桥整流为脉动直流，再经过光耦隔离后将零点信号输出。具体的，交流电经过整流桥后，变成了脉动直流，交流电的负半周被翻转为正，在过零点以外的地方都可以使光耦导通，而在零点附近光耦截止。
波形分析如下：正半周期：光耦的发光二极管导通，输出端导通，输出信号为低电平；负半周期：光耦的发光二极管导通，输出端导通，输出信号为低电平；零点附近：光耦的发光二极管介质，输出端介质，输出信号为高电平。因此，只要检测到高电平即可判断零点来临。
如图5所示，作为开关电路的一种实施方式，开关电路包括第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2串联；第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的源极均接地，栅极均连接控制驱动电路的输入端，第一NMOS管Q1漏极与零点检测电路的电源输入端AC_L连接，第二NMOS管Q2的漏极通过电感L2以及电容器C4与零点检测电路的电源输入端AC_L连接；电容器C4并联有压敏电阻VDR1，压敏电路VDR1的一端通过开关K2连接有输入端AC_L1，另一端连接有输入端LOAD1。
零点检测电路检测到高电平时，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2导通，电流从第一NMOS管Q1与第二NMOS管Q2到控制驱动电路，控制驱动电路根据电压的变化提取出数据信号，从而实现在交流电源线上传输数据信号。
为了使零点信号波形时间长，能够稳定检测出零点信号波形，对灯管电源进行加速放电，快速地产生零点信号，从而便于提高通信成功率。
如图6和7所示，灯管电源AC输入端由电容CX1储电；当开关切相时，由于灯管内电容CX1的存在，导致切相后A点电压缓慢下降。因此，会影响在C点和D点的零点波形检测，特别是当277VAC输入条件下，把灯管功率调到最小时，电容CX1放电很慢，影响会尤为明显，从而导致零点检测错误，无法通信成功。
通过给B点施加高电平，使得MOS管Q10导通，由电阻器R64将电容CX1的多余电量消耗掉，使A点电压迅速下降到0V。
如图8所示，在没有加速放电时，由于电容CX1余电存在，导致切相信号下达后，AC电压只能缓慢下降，如图82A的正弦波下降沿。由于该电压需要很缓慢才能掉到0V，就导致零点检测信号时间非常短，如图83A零点信号波形非常窄，并且可能因为太窄导致无法成功检测。
使用了加速放电后，电容CX1的余电能很快被消耗掉，电压能快速下降到0V，如图82B，这时能快速地产生零点信号，使得零点信号波形时间长，能稳定检测，保证通信成功率。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种调光调色的数据传输方法，其特征在于，包括：
判断灯管电源的交流电正弦波是否过零点，如果是，则切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输。
2.根据权利要求1所述的一种调光调色的数据传输方法，其特征在于，所述开关为三线开关，所述切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：
对所述交流电正弦波的每个周期的下降沿进行切相，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上；
通过检测所述交流电正弦波不同周期的零点，判断所述交流电正弦波切除的波形上是否存在数据，如果是，则进行数据的传输。
3.根据权利要求1所述的一种调光调色的数据传输方法，其特征在于，所述开关为二线开关，所述切除交流电正弦波零点的波形，并将数据加载到交流电正弦波切除的波形上进行数据的传输步骤具体包括：
对所述交流电正弦波的每个周期的下降沿进行切相，用于给开关供电；
对所述交流电正弦波的每个周期的上升沿进行切相切相，并将数据加载到交流电正弦波的上升沿波形上；
通过检测所述交流电正弦波不同周期的零点，判断所述交流电正弦波的上升沿波形上是否存在数据，如果是，则进行数据的传输。
4.根据权利要求2或3所述的一种调光调色的数据传输方法，其特征在于：将数据加载由每个周期加载2bit数据调整为每4个周期加载1bit数据。
5.根据权利要求2或3所述的一种调光调色的数据传输方法，其特征在于：在开关切相的情况下，对灯管电源进行放电。
6.一种调光调色驱动电路，其特征在于，包括开关电路、零点检测电路以及控制驱动电路，所述零点检测电路用于检测交流输入端所接收的正弦波的交流信号的零点，并在检测到该交流信号的零点时，切除灯管电源的交流电正弦波零点的波形，并输出相应的控制信号控制开关电路导通或截止；
在开关电路导通的情况下，控制驱动电路根据高电压提取出数据信号，在交流传输线上传输数据信号。
7.根据权利要求6所述的一种LED灯的调光调色驱动电路，其特征在于：所述开关电路包括第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2，所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2串联；所述第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的源极均接地，栅极均连接控制驱动电路的输入端，第一NMOS管Q1漏极与零点检测电路的电源输入端AC_L连接。
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