CN1805648A

CN1805648A - 数字调光节能的方法及其控制系统

Info

Publication number: CN1805648A
Application number: CN 200510011157
Authority: CN
Inventors: 杨东亮
Original assignee: 杨东亮
Current assignee: Beijing Dongyang day electronic technology limited company
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: CN1805648B

Abstract

本发明提供一种数字调光节能的方法，包括光源和光源驱动装置，其特征在于：所述光源驱动装置通过数字译码电路对带有数字调光控制信息的交流工频电源进行解译并执行对光源的功率调整，从而实现按照需求改变光源强度达到调光节能的目的。本发明还提供一种数字调光节能的控制系统。

Description

数字调光节能的方法及其控制系统

技术领域

本发明涉及照明领域的调光节能技术，更具体地说，涉及一种对电子镇流器或电子电源或电子变压器等光源驱动装置驱动的光源进行数字调光节能的方法及其控制系统。

背景技术

电子镇流器或电子电源或电子变压器驱动的光源是现代电能变换技术在照明领域广泛使用的技术，荧光灯、节能灯(紧凑型荧光灯)、低压钠(LPS)灯以及高压汞灯、高压钠(HPS)灯、金卤(MH)灯等高强度气体放电(HID)灯是采用电子镇流器或电子电源驱动的光源；霓虹灯、冷阴极光源则是采用电子变压器驱动的光源。上述光源要想按照需求调整光强度大多是采用调频率的方法，而改变频率是将RC振荡电路的电阻换成电位器用线引出，一支电位器只能调整一个光源的变化。如果考虑EMC问题，调频调光的问题会变得更加复杂，频率调整范围限制在20-100KHz左右，否则EMC标准很难通过。从工程和应用的角度，上述使用现代电能变换技术如电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源调光节能是一件不容易的事情。目前公共场所照明广泛使用的低压钠(LPS)灯、高压汞灯、高压钠(HPS)灯、金卤灯(MH)等高强度气体放电(HID)灯，还无法实现光源强度按需要调整以达到节能的目的。因此，如果能够直接利用交流工频电源编译数字信息来实现对电子镇流器驱动的光源群控调光进行有效控制，那么，这一新颖的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源数字调光节能技术能够实现光源强度按需求调整，将对现有照明领域调光节能特别是节能这一人类永恒探索的主题产生重要和深远的影响。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术缺陷或不足，提供一种数字调光节能的方法。采用该方法，数字调光编码器可以利用电源线自主控端至受控端输送经过数字编码处理的正弦交流工频电源，无需控制线或专用控制信息通道即可在完成电能输送的同时传送主控端至受控端电网上并联的n个带有译码器的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源调光控制信息(n为自然数)，实现了光源强度能够按照人类需求调整从而达到调光节能的目的。

本发明还提供一种数字调光节能的控制系统。

本发明的技术构思为，利用交流工频电源零点的电压为零和在零点附近产生一个时间非常短的零点扩展区域而不会产生电源冲击的特点，使用这个零点扩展区域组成数字编码信息，该数字编码信息和交流工频电源同时输送至受控端，也就是说，输送电源并配有数字调光编码器的主控端向受控端电网上输送的是经过了数字编码处理的交流工频电源，或者说，是带有零点扩展区域及其数字信息的交流工频电源。受控端电网上并联的n个带有译码器的电子镇流器或电子电源或电子变压器解码并译出数字调光控制信息驱动光源调光节能(n为自然数)。

本发明技术方案如下：

数字调光节能的方法，包括光源和光源驱动装置，其特征在于：所述光源驱动装置通过数字译码电路对带有数字调光控制信息的交流工频电源进行解译并执行对光源的功率调整，从而能够按需求改变光源强度。

所述光源驱动装置为电子镇流器或电子电源或电子变压器。

所述光源为气体放电灯或固体光源。

所述气体放电灯为荧光灯、节能灯、低压钠即LPS灯、高压汞灯、高压钠即HPS灯、金卤即MH灯、霓虹灯或冷阴极灯，所述固体光源为LED灯。

所述带有数字调光控制信息的交流工频电源具有零点扩展区，即在输送电源的主控端，利用编码器产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，产生可作为数字量识别的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送。

所述零点扩展区的存在为二进制数字的1或0，而不存在扩展区的零点相应地为0或1，由此组成K+K1位二进制数码信息队列，即K位地址位和K1位数据位，K和K1均为自然数；所述数码信息队列约定起始位、奇偶校验位、结束位和地址、数据位中的位即bit定义，约定高位即MSB和低位即LSB的时序，用于呈阵列分布的数个光源的调光节能，其中任一光源可采用编址编码信息技术对其进行调光控制，无需控制线；所述数字译码电路为工频同步时钟译码器或约定地址的工频同步时钟译码器。

所述光源驱动装置不仅包括有数字译码电路，还包括有D/A转换电路和/或V/F转换电路。

所述光源驱动装置不仅包括有数字译码电路，还包括有驱动控制模块和/或单片机智能控制电路。

所述带有数字调光控制信息的交流工频电源具有零点扩展区，即在输送电源的主控端，利用编码器产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，生成具有高速数字信息流的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送。

数字调光节能的控制系统，其特征在于：包括设置于输送电源主控端的调光编码器和设置于受控端的带有数字译码电路的光源驱动装置，该调光编码器利用其产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，产生可作为数字量识别的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送；所述数字译码电路为工频同步时钟译码器或约定地址的工频同步时钟译码器，该译码器将零点扩展区组成的数字信息译出并通过相应的功率电子元件执行控制指令对光源的功率进行调整，从而能够按需求改变光源强度。

本发明技术效果如下：

由于本发明数字调光节能的方法，利用带有数字调光控制信息的交流工频电源，通过设置在光源驱动装置中的数字译码电路对该交流工频电源中的数字调光控制信息进行解译并执行对光源的功率调整，从而能够按需求改变光源强度即达到按需求改变光源强度的目的。显然，在整个调光节能的过程中无需控制线或专用控制信息通道即可在完成电能输送的同时传送光源调光控制信息，达到了方便、快捷、实用、容易推广实施和行之有效的技术效果。关于实现带有数字调光控制信息的交流工频电源可以参照本发明人的在先中国专利申请，申请号为200410009967.2和200410098903.4。

由于光源驱动装置采用了电子镇流器或电子电源或电子变压器等成熟的节能技术，从而使得整个数字调光节能系统在节能方面的作用得到充分发挥。由于光源为气体放电灯或固体光源；所述气体放电灯为荧光灯、节能灯、低压钠即LPS灯、高压汞灯、高压钠即HPS灯、金卤即MH灯、霓虹灯或冷阴极灯，所述固体光源为LED灯；这就为本发明开辟了极为广泛的用途。

具体用途简要介绍如下：

广泛使用于路灯、公共场所照明使用现代电能变换技术设计的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源调光以达到节能的目的。

广泛使用于楼宇、景观等泛光照明使用现代电能变换技术设计的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源调光。

广泛使用于场馆等照明使用现代电能变换技术设计的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的光源无级调光的目的。采用带有地址译码器的电子镇流器可以广泛使用于场馆、景观等照明中一个电源上使用n个现代电能变换技术设计的电子镇流器或电子电源或电子变压器等驱动的任一个或任意几个光源无级调光以达到聚光和烘托效果的目的(n为自然数)。如图7带有地址译码器的电子镇流器驱动的光源m行n列平面分布结构示意图。

广泛使用于景观、广告等使用现代电能变换技术设计的电子变压器等驱动的光源调光以达到烘托效果和节能的目的。

由于本发明数字调光节能的控制系统，采用了上述数字调光节能的方法，相应地设置有调光编码器和带有数字译码电路的光源驱动装置，不仅产生了带有数字调光控制信息的交流工频电源，而且通过译码器将零点扩展区组成的数字信息译出并通过相应的功率电子元件执行控制指令对光源的功率进行调整，从而达到按需求改变光源强度的目的，无需控制线或专用控制信息通道即可在完成电能输送的同时传送光源调光控制信息，充分实现调光节能。

附图说明

图1：现有气体放电灯电子镇流器电路原理示意图。

图2：数字调光编码器电路原理示意图。

图3：气体放电灯译码电子镇流器方案一电路原理示意图。

图4：气体放电灯译码电子镇流器方案二电路原理示意图。

图5：气体放电灯译码电子镇流器方案三电路原理示意图。

图6：数字调光节能控制系统原理示意图。

图7：气体放电灯配有地址译码功能的电子镇流器成阵列分布时的系统控制原理示意图。

图8：固体光源译码电子电源电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1所示为现有技术中气体放电灯电子镇流器电路，采用50Hz或60Hz交流工频电源，电路包括电磁干扰滤波、全波整流电路、功率因数校正、振荡控制、DC/AC逆变、输出网络(触发)和气体放电灯，以及连接于输出网络(触发)与振荡控制电路之间的保护电路。

如图2所示，本发明使用数字调光控制器向一个或多个气体放电灯译码电子镇流器输送带有编码信息的交流工频电源，无需专用控制线或专用控制信息通道。数字调光编码器设置有功率电子开关，该功率电子开关由单片机智能控制电路根据编码输入电路的要求，经光隔离驱动电路驱动向受控端输送带有编码信息的交流工频电源。零点识别电路识别交流电源的零点作为零点扩展区时间基准。电源电路提供数字调光编码器电路电源。单片微机智能控制电路程序存储器中存有汇编语言组成的智能控制逻辑软件。编码输入电路组成数字调光编码信息的输入接口。光隔离驱动电路采用光藕隔离驱动可以有效隔离电路间产生的干扰。

如图3所示，虚线框图内为本发明使用的数字译码电路和D/A数模转换电路。数字译码电路由零点识别产生时间基准及工频同步时钟，移位寄存器存储数字信息。D/A数模转换电路将移位寄存器中存储的数字信息转换为驱动DC/AC逆变电路的模拟量使得气体放电灯能够按照数字调光信息的要求改变亮度达到调光节能目的。输出网络由阻容等元件构成谐振、反馈、取样、高压触发电路。保护电路可有效保护灯开路或短路等异常状态不会损坏电子镇流器。其中各电路功能作用如下：

电磁干扰(EMI)滤波——电感和电容组成的滤波器可有效抑制EMI；

全波整流电路——交流转换成直流；

功率因数校正——可获得低电流谐波畸变，实现高功率因数；

振荡控制——振荡频率的产生和控制；

DC/AC逆变——将直流电压变换成高频电压。

如图4所示，虚线框图内为本发明使用的数字译码电路、D/A数模转换电路和V/F转换电路。数字译码电路由零点识别产生时间基准及工频同步时钟，移位寄存器存储数字信息。D/A数模转换电路将移位寄存器中存储的数字信息转换为电压频率转换电路即V/F转换电路所需的模拟量，V/F转换电路产生对应振荡频率驱动DC/AC逆变电路使得气体放电灯能够按照数字调光信息的要求改变亮度达到调光节能目的。输出网络由阻容等元件构成谐振、反馈、取样、高压触发电路。保护电路可有效保护灯开路或短路等异常状态不会损坏电子镇流器。

V/F转换电路——电压频率转换电路。

如图5所示，虚线框图内为本发明使用的单片微机智能控制电路。数字译码部分由零点识别、移位寄存、时钟等汇编语言软件组成。驱动控制部分可以由数模转换或频率等输出模式的汇编语言软件组成，驱动DC/AC逆变电路使得气体放电灯能够按照数字调光信息的要求改变亮度达到调光节能目的。输出网络由阻容等元件构成谐振、反馈、取样、高压触发电路。保护电路可有效保护灯开路或短路等异常状态不会损坏电子镇流器。

数字译码——由零点识别、移位寄存、时钟等软件逻辑组成。

驱动控制——驱动控制部分可以由数模转换或频率等输出模式的汇编语言软件组成。

单片机智能控制电路——单片微机智能控制电路，程序存储器存有汇编语言组成的逻辑软件。

如图6所示，数字调光节能控制系统由传送数字信息的系统包括交流工频电源及其输送线路以及一个数字调光编码器和受它控制的同一个电源上的n个译码电子镇流器驱动的n个气体放电灯组成。无需专用控制线或专用控制信息通道，数字调光控制器可以将带有数字调光信息的工频交流电源输送至受控端的n个译码电子镇流器。译码电子镇流器解译数字调光信息并执行调光指令调整控制气体放电灯的亮度以达到调光节能的目的(n为自然数)。

如图7所示，由气体放电灯组成的光源为平面阵列分布时，其中任一个光源均可以采用编址编码数字调光编码器对其进行调光控制或按照需求设计出光源阵列的动态效果。该系统由传送数字信息的系统包括交流工频电源及其输送线路以及一个mxn个地址的数字调光编码器和受它控制的同一个电源上的mxn个译码电子镇流器驱动的mxn个气体放电灯组成。无需专用控制线或专用控制信息通道，数字调光编码器可以将带有数字调光或光动态效果信息的工频交流电源输送至受控端的mxn个译码电子镇流器。译码电子镇流器解译数字调光信息并执行调光指令调整控制气体放电灯的亮度以达到调光或实现动态效果的目的(m、n为自然数)。

如图8所示，虚线框图内为本发明使用的单片微机智能控制电路。数字译码部分由零点识别、移位寄存、时钟等汇编语言软件组成。驱动控制部分可以由数模转换或占空比输出模式的汇编语言软件组成，驱动功率开关电路使得LED等固体光源能够按照数字调光信息的要求改变亮度达到调光节能或实现动态光效的目的。输出网络由阻容等元件构成取样电路。保护电路可有效保护LED等固体光源开路或短路等异常状态不会损坏电子电源。图中LED固体光源还可以是其他固体光源。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施方式对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或者等同替换；而一切不脱离本发的精神和技术实质的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims

1.数字调光节能的方法，包括光源和光源驱动装置，其特征在于：所述光源驱动装置通过数字译码电路对带有数字调光控制信息的交流工频电源进行解译并执行对光源的功率调整，从而能够按需求改变光源强度。

2.根据权利要求1所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述光源驱动装置为电子镇流器或电子电源或电子变压器。

3.根据权利要求2所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述光源为气体放电灯或固体光源。

4.根据权利要求3所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述气体放电灯为荧光灯、节能灯、低压钠即LPS灯、高压汞灯、高压钠即HPS灯、金卤即MH灯、霓虹灯或冷阴极灯，所述固体光源为LED灯。

5.根据权利要求1所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述带有数字调光控制信息的交流工频电源具有零点扩展区，即在输送电源的主控端，利用编码器产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，产生可作为数字量识别的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送。

6.根据权利要求5所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述零点扩展区的存在为二进制数字的1或0，而不存在扩展区的零点相应地为0或1，由此组成K+K1位二进制数码信息队列，即K位地址位和K1位数据位，K和K1均为自然数；所述数码信息队列约定起始位、奇偶校验位、结束位和地址、数据位中的位即bit定义，约定高位即MSB和低位即LSB的时序，用于呈阵列分布的数个光源的调光节能，其中任一光源可采用编址编码信息技术对其进行调光控制，无需控制线或专用控制信息通道；所述数字译码电路为工频同步时钟译码器或约定地址的工频同步时钟译码器。

7.根据权利要求1所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述光源驱动装置不仅包括有数字译码电路，还包括有D/A转换电路和/或V/F转换电路。

8.根据权利要求1所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述光源驱动装置不仅包括有数字译码电路，还包括有驱动控制模块和/或单片机智能控制电路。

9.根据权利要求1所述的数字调光节能的方法，其特征在于：所述带有数字调光控制信息的交流工频电源具有零点扩展区，即在输送电源的主控端，利用编码器产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，生成具有高速数字信息流的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送。

10.数字调光节能的控制系统，其特征在于：包括设置于输送电源主控端的调光编码器和设置于受控端的带有数字译码电路的光源驱动装置，该调光编码器利用其产生的数字信息驱动电子开关对交流工频电源的零点和零点附近进行干预，产生可作为数字量识别的零点扩展区，以使得数字信息与交流工频电源一同输送；所述数字译码电路为工频同步时钟译码器或约定地址的工频同步时钟译码器，该译码器将零点扩展区组成的数字信息译出并通过相应的功率电子元件执行控制指令对光源的功率进行调整，从而能够按需求改变光源强度。