CN117896883A - 一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法，调光器包括切相载波控制器、主电源、调光检测电路、调色温检测电路、信号处理电路、第一驱动电路、第二驱动电路以及MOS管Q1和MOS管Q2；通过上述结构能够使得工频交流电输入到切相调光调色驱动的每个周期的波形都是保留着，不存在整个半波被斩掉的情况，所以工频交流电输入的每个半波都对电路内部的储能电容进行充电，使得主电源的储能电容较小，也能够保持灯具输出所需的维持时间，有利于调光调色驱动的小型化。

Description

一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法

技术领域

本发明涉及调光技术领域，特别涉及一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法。

背景技术

随着智能照明市场的普及。智能LED灯具在智能家居方面被广泛应用，而为了体现LED灯具本身的易操作性以及实现调光调色功能，传统的住宅切相调光比较单一，并不能兼容调色功能等缺点。

为了迎合调光时又能调色等优势，市面上出现的总线通信技术（DALI,KNX,RS485等）和无线通信技术(ZIGBEE，BLE等)均存在一些缺点；由于传统用墙壁开关进行调光是照明系统设计常用的方案，然而总线通信技术布线复杂且成本高，在旧宅升级改造时，因无线控制与传统墙壁开关不相适应且稳定性不佳等缺点，没有体现LED灯具本身的易操作性和稳定性。

因此，急需一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法来解决上述问题。

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，本发明提出一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法。

本发明的一种实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于电力载波的调光器，包括切相载波控制器、主电源、调光检测电路、调色温检测电路、信号处理电路、第一驱动电路、第二驱动电路以及MOS管Q1和MOS管Q2；

切相载波控制器的输入端连接交流电源并接入控制信号；

主电源连接于切相载波控制器的输出端；

调光检测电路和调色温检测电路连接于切相载波控制器的输出端与信号处理电路的输入端之间；

第一驱动电路连接于信号处理电路的输出端与MOS管Q1的栅极之间，第二驱动电路连接于信号处理电路的输出端与MOS管Q2的栅极之间，MOS管Q1的源极和MOS管Q2的源极接地；

第一LED灯连接于主电源的输出端与MOS管Q1的漏极之间，第二LED灯连接于主电源的输出端与MOS管Q2的漏极之间。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括顺次串接于切相载波控制器的输出端与主电源的输入端之间的EMC电路和整流滤波电路。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器的输入端连接的若干个电位器，用于产生控制信号。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器的输入端连接的若干个编码器，用于产生控制信号。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器的输入端连接的若干个按键，用于产生控制信号。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器的输入端连接的触摸调光电路，用于产生控制信号。

作为本发明的优选实施例之一，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器的输入端连接的无线信号调光电路，用于产生控制信号。

一种调光控制控制方法，应用于所述的调光器中，包括如下步骤：

S1、对控制信号数据帧进行定义，控制信号数据帧包括起始标志、数据单元和结束标识，起始标志包括N个码元，数据单元包括M个码元，结束标识包括K个码元，起始标志表征调光控制或调色温控制；

S2、切相载波控制器对输入交流工频信号的每一个半波进行斩波，并对半波信号中已被斩波部分进行波形还原来表示码元“1”，且已被斩波但未进行波形还原的半波信号来表示码元“0”；

S3、编码后的交流工频信号传输至调光检测电路和调色温检测电路进行解码，解码后的信号传输给信号处理电路；

S4、信号处理电路根据斩波后的信号调节输出到第一驱动电路和/或第二驱动电路的PWM占空比的大小，以调节第一LED灯和/或第二LED灯的亮度或色温。

本发明的有益效果：一种基于电力载波的调光器及调光调色控制方法，调光器包括切相载波控制器、主电源、调光检测电路、调色温检测电路、信号处理电路、第一驱动电路、第二驱动电路以及MOS管Q1和MOS管Q2；通过上述结构能够使得工频交流电输入到切相调光调色驱动的每个周期的波形都是保留着，不存在整个半波被斩掉的情况，所以工频交流电输入的每个半波都对电路内部的储能电容进行充电，使得主电源的储能电容较小，也能够保持灯具输出所需的维持时间，有利于调光调色驱动的小型化。

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为一种基于电力载波的调光器的原理框图；

图2为一种基于电力载波的调光器在调光时的波形图；

图3为一种基于电力载波的调光器在调色温时的波形图；

图4为一种基于电力载波的调光器的部分电路原理图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，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。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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至图4，一种基于电力载波的调光器，包括切相载波控制器10、主电源20、调光检测电路30、调色温检测电路40、信号处理电路50、第一驱动电路61、第二驱动电路62以及MOS管Q1和MOS管Q2；

切相载波控制器10的输入端连接交流电源并接入控制信号；

主电源20连接于切相载波控制器10的输出端；

调光检测电路30和调色温检测电路40连接于切相载波控制器10的输出端与信号处理电路50的输入端之间；

第一驱动电路61连接于信号处理电路50的输出端与MOS管Q1的栅极之间，第二驱动电路62连接于信号处理电路50的输出端与MOS管Q2的栅极之间，MOS管Q1的源极和MOS管Q2的源极接地；

第一LED灯连接于主电源20的输出端与MOS管Q1的漏极之间，第二LED灯连接于主电源20的输出端与MOS管Q2的漏极之间；其中，作为优选，第一LED灯（LED1）和第二LED灯（LED2）分别为低色温灯珠和高色温灯珠，可以是集成的，也可以是独立的LED灯具。

在本发明中，参照图2-3，首先对控制信号的数据帧进行定义，控制信号数据帧包括起始标志、数据单元和结束标识，起始标志包括N个码元，数据单元包括M个码元，结束标识包括K个码元，起始标志表征调光控制或调色温控制；具体的，起始标志为可以任意定义控制类型，例如101b为调光控制，111b为调色温控制，或者任何定义的功能，例如有按键1至按键N的话，则为不同色温保存状态控制且每个按键都保存了对应的色温状态，当按下按键时，输出对应的色温，当然起始标志位码元不局限于当前定义，可以任意定义。

①参照图1-2、4，控制信号为调光信号时，切相载波控制器10将根据控制信号对输入交流工频信号的每一个半波进行固定的斩波（图2中的A1区域），再传输到EMC电路70、整流滤波电路80和主电源20，最终输出到第一LED灯（LED1）和第二LED灯（LED2）；参照图4，为本发明中的调光检测电路30、调色温检测电路40、信号处理电路50、第一驱动电路61、第二驱动电路62以及MOS管Q1和MOS管Q2的电路原理图；具体的，斩波后的交流工频信号（火线L、零线N）同时也经过二极管D1和二极管D2整流给电阻R1电阻R2分压，当电阻R2两端压降是大于三极管Q3的BE极导通压降时，三极管Q3为打开状态，当电阻R2两端压降小于三极管Q3的BE极导通压降时，三极管Q3为关闭状态（交流输入工频信号每个半波被削掉的部分越少，电阻R2分压所得维持三极管Q3导通的时间也就越大，最终灯具越亮；交流输入工频信号每个半波被削掉的部分越多，电阻R2分压所得维持三极管Q3导通的时间也就越小，最终灯具越暗），所以此处会产生一个PWM信号的状态；当三极管Q3为导通时，VDD电压经过电阻R3和光电耦合器U1初级(使其发光)和三极管Q3的CE极到地(GND)，由于光电耦合器U1初级有电流流过，光电耦合器U1次级的光敏三极管会导通，VCC电压通过偏置电阻R4流到光电耦合器U1次级的光敏三极管C极和三极管Q4的B极，光电耦合器U1次级的光敏三极管E极接地(GNS)，所以三极管Q4的B极电压被拉低，三极管Q4关闭，同时VCC电压经过限流电阻R5连接三极管Q4的C极，所以三极管Q4的C极为高电平；当三极管Q3为关闭状态时，由于光电耦合器U1初级不导通，所以光电耦合器U1次级的光敏三极管关闭，VCC电压通过偏置电阻R4流到光电耦合器U1次级的光敏三极管C极和三极管Q4的B极，此时三极管Q4的B极为高电平，三极管Q4打开；同时VCC电压经过限流电阻R5连接三极管Q4的C极，三极管Q4的E极接地(GNS)，三极管Q4的C极电压被拉低，所以三极管Q4的C极处也是一个PWM信号的状态；PWM波形经过电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11分压和电容C2和电容C3滤波输入到运算放大器U2的同相输入端(二极管D4是为了刚通电时加速提供一个电压信号给运算放大器U2的同相输入端，二极管D3是当关电时加速泄放运算放大器U2的同相输入端电压)，运算放大器U2的输出端经电阻R12连接到运算放大器U2的反相输入端，还经电阻R13到地(GNS)，运算放大器U2的输出端经电阻R14到信号处理电路50（MCU处理器U3），信号处理电路50判断输入的电压大小之后（电压如果是大于设置的最大值，则PWM信号输出为100%,电压如果小于设置的最小值，则PWM信号输出为0，如果输入的信号电压是设置的最大值和最小值之间，那么输出PWM按比例输出占空比），判断是调光还是调色温是通过电阻R6、电阻R7以及电容C1来检测PWM波形，如果每个周期都是一个PWM的话，则为调光控制，如果每个周期里面还嵌有一个小的PWM在里面，则为调色温，最终根据信号大小决定输出到第一驱动电路61和/或第二驱动电路62的PWM占空比的大小，当交流输入工频信号每个半波被削掉的部分越多，信号处理电路50输出的PWM百分比越小，MOS管Q1和/或MOS管Q2开通的PWM占空比也就越小，则流过灯具的电流也将越小，起到控制输出灯具亮度变暗的一个效果，反之亦然。

②参照图1、3-4，控制信号为调色温信号时，切相载波控制器10将根据控制信号对输入交流工频信号的每一个半波进行固定的斩波，并利用对交流工频电每个半波已被固定斩波部分还原交流工频信号出来（图3中的A2区域），进而表达码元1，对于交流工频信号已被斩波部分但没有还原交流工频信号出来的半波（图3中的A1区域）来表达码元0，再传输到EMC电路70、整流滤波电路80和主电源20，最终输出到第一LED灯（LED1）和/或第二LED灯（LED2）；参照图4，为本发明中的调光检测电路30、调色温检测电路40、信号处理电路50、第一驱动电路61、第二驱动电路62以及MOS管Q1和MOS管Q2的电路原理图；具体的，被编码后的交流工频信号（火线L、零线N）同时也经过二极管D1和二极管D2整流，然后给电阻R1电阻R2分压，当电阻R2两端压降大于三极管Q3的BE极导通压降时，三极管Q3为打开状态，当电阻R2两端压降小于三极管Q3的BE极导通压降时，三极管Q3为关闭状态（交流输入工频信号每个半波被削掉的部分越少，电阻R2分压所得维持Q1导通的时间也就越大，最终灯具越亮；交流输入工频信号每个半波被削掉的部分越多，电阻R2分压所得维持Q1导通的时间也就越小，最终灯具越暗），所以此处会产生一个PWM信号的状态，由于调色温时交流工频电每个半波已被固定斩波部分有的还原交流工频信号出来，所以此处是有一个大的PWM信号里面嵌有一个小的PWM（还原的交流工频信号整流得出）；当三极管Q3为导通状态时，VDD电压经过电阻R3和光电耦合器U1初级(使其发光)和三极管Q3的CE极到地(GND)，由于光电耦合器U1初级有电流流过，光电耦合器U1次级的光敏三极管会导通，VCC电压通过偏置电阻R4流到光电耦合器U1次级的光敏三极管C极和三极管Q4的B极，光电耦合器U1次级的光敏三极管E极接地(GNS)，所以三极管Q4的B极电压被拉低，三极管Q4关闭，同时VCC电压经过限流电阻R5连接三极管Q4的C极，所以三极管Q4的C极为高电平，当三极管Q3为关闭状态时，由于光电耦合器U1初级不导通，所以光电耦合器U1次级的光敏三极管关闭，VCC电压通过偏置电阻R4流到光电耦合器U1次级的光敏三极管C极和三极管Q4的B极，此时三极管Q4的B极为高电平，三极管Q4打开，同时VCC电压经过限流电阻R5连接三极管Q4的C极，三极管Q4的E极接地(GNS)，三极管Q4的C极电压被拉低，所以三极管Q4的C极处也是一个PWM信号的状态。

（1）PWM波形经过电阻R6、电阻R7和电容C1分压给信号处理电路50（MCU处理器U3）采样，信号处理电路50根据此处的PWM波形来判断是调亮度还是调色温，当只有一个大的PWM信号时为调亮度，当一个大的PWM信号嵌着一个小的PWM信号时为调色温，色温输出的PWM1和PWM2（分别输送至第一驱动电路61和第二驱动电路62）大小取决于MCU解码出控制信号编程在工频交流电上的码元是多少；

（2）PWM波形经过电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11分压和电容C2和电容C3滤波输入到运算放大器U2的同相输入端(二极管D4是为了刚通电时加速提供一个电压信号给运算放大器U2的同相输入端，二极管D3是当关电时加速泄放运算放大器U2的同相输入端电压)，运算放大器U2的输出端经电阻R12连接到运算放大器U2的反相输入端，还经电阻R13到地(GNS)，运算放大器U2的输出端经电阻R14到信号处理电路50（MCU）；MCU判断输入的电压大小之后，输出PWM信号到第一驱动电路61，或者另一路PWM信号到第二驱动电路62，开关MOS管Q1或者开关MOS管Q2的占空比；调色温状态时，亮度大小是不变化的，只有冷光和暖光之间的变化；其中，电阻R6、电阻R7和电容C1连接处的TFS为物理连接到MCU处理器U3的采样；当输出V+和V1-短路或者超载时，电阻R15与MOS管Q1的S极连接处会产生尖峰电压信号，当电压超过设置的值时，PWM驱动第一驱动电路61关闭输出，MOS管Q1关闭，起到一个超载保护和短路保护的作用；当输出V+和V2-短路或者超载时，电阻R16与MOS管Q2的S极连接处会产生尖峰电压信号，当电压超过设置的值时，PWM驱动第二驱动电路62关闭输出，MOS管Q2关闭。起到一个超载保护和短路保护的作用。

本发明的优点在于：工频交流电输入到切相调光调色驱动的每个周期的波形都是保留着，不存在整个半波被斩掉的情况，所以工频交流电输入的每个半波都流经EMC电路70、整流滤波电路80，然后对电路内部的储能电容进行充电，由于每个半波都有电流流进储能电容，所以即使主电源20的储能电容较小，也能够保持灯具输出所需的维持时间，有利于调光调色驱动的小型化。

作为优选，一种基于电力载波的调光器还包括顺次串接于切相载波控制器10的输出端与主电源20的输入端之间的EMC电路70和整流滤波电路80。

作为控制信号产生的第一实施例，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器10的输入端连接的若干个电位器，用于产生控制信号。

作为控制信号产生的第二实施例，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器10的输入端连接的若干个编码器，用于产生控制信号。

一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器10的输入端连接的若干个按键，用于产生控制信号。

作为控制信号产生的第三实施例，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器10的输入端连接的触摸调光电路，用于产生控制信号。

作为控制信号产生的第四实施例，一种基于电力载波的调光器还包括与切相载波控制器10的输入端连接的无线信号调光电路，用于产生控制信号。

一种调光控制控制方法，应用于所述的调光器中，包括如下步骤：

S1、对控制信号数据帧进行定义，控制信号数据帧包括起始标志、数据单元和结束标识，起始标志包括N个码元，数据单元包括M个码元，结束标识包括K个码元，起始标志表征调光控制或调色温控制；

S2、切相载波控制器10对输入交流工频信号的每一个半波进行斩波，并对半波信号中已被斩波部分进行波形还原来表示码元“1”，且已被斩波但未进行波形还原的半波信号来表示码元“0”；

S3、编码后的交流工频信号传输至调光检测电路30和调色温检测电路40进行解码，解码后的信号传输给信号处理电路50；

S4、信号处理电路50根据斩波后的信号调节输出到第一驱动电路61和/或第二驱动电路62的PWM占空比的大小，以调节第一LED灯和/或第二LED灯的亮度或色温。

当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形和替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种基于电力载波的调光器，其特征在于：包括切相载波控制器（10）、主电源（20）、调光检测电路（30）、调色温检测电路（40）、信号处理电路（50）、第一驱动电路（61）、第二驱动电路（62）以及MOS管Q1和MOS管Q2；

所述切相载波控制器（10）的输入端连接交流电源并接入控制信号；

所述主电源（20）连接于所述切相载波控制器（10）的输出端；

所述调光检测电路（30）和调色温检测电路（40）连接于所述切相载波控制器（10）的输出端与所述信号处理电路（50）的输入端之间；

所述第一驱动电路（61）连接于所述信号处理电路（50）的输出端与所述MOS管Q1的栅极之间，所述第二驱动电路（62）连接于所述信号处理电路（50）的输出端与所述MOS管Q2的栅极之间，MOS管Q1的源极和MOS管Q2的源极接地；

第一LED灯连接于所述主电源（20）的输出端与MOS管Q1的漏极之间，第二LED灯连接于所述主电源（20）的输出端与MOS管Q2的漏极之间。

2.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括顺次串接于所述切相载波控制器（10）的输出端与所述主电源（20）的输入端之间的EMC电路（70）和整流滤波电路（80）。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括与所述切相载波控制器（10）的输入端连接的若干个电位器，用于产生所述控制信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括与所述切相载波控制器（10）的输入端连接的若干个编码器，用于产生所述控制信号。

5.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括与所述切相载波控制器（10）的输入端连接的若干个按键，用于产生所述控制信号。

6.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括与所述切相载波控制器（10）的输入端连接的触摸调光电路，用于产生所述控制信号。

7.根据权利要求1所述的一种基于电力载波的调光器，其特征在于：还包括与所述切相载波控制器（10）的输入端连接的无线信号调光电路，用于产生所述控制信号。

8.一种调光控制控制方法，应用于权利要求1-7任一项所述的调光器中，其特征在于，包括如下步骤：

S1、对控制信号数据帧进行定义，控制信号数据帧包括起始标志、数据单元和结束标识，起始标志包括N个码元，数据单元包括M个码元，结束标识包括K个码元，起始标志表征调光控制或调色温控制；

S2、切相载波控制器（10）对输入交流工频信号的每一个半波进行斩波，并对半波信号中已被斩波部分进行波形还原来表示码元“1”，且已被斩波但未进行波形还原的半波信号来表示码元“0”；

S3、编码后的交流工频信号传输至调光检测电路（30）和调色温检测电路（40）进行解码，解码后的信号传输给信号处理电路（50）；

S4、信号处理电路（50）根据斩波后的信号调节输出到第一驱动电路（61）和/或第二驱动电路（62）的PWM占空比的大小，以调节第一LED灯和/或第二LED灯的亮度或色温。