CN200959696Y - 智能化调光电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型的名称为智能化调光电子镇流器。属于日光灯镇流器技术领域。主要是解决传统的镇流器或者电子镇流器没有自动调光功能的问题。它的主要特征是：包括由电磁兼容电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、半桥驱动电路、高频逆变电路和镇流器控制电路构成的电子镇流器电路模块，还包括由光敏器件、AD转换及其外围电路组成的光信号采集电路模块；由单片机和面板接口构成的微控制器电路模块；且在电子镇流器电路模块中设有调光控制接口电路。本实用新型具有自动调光、功率因数校正、控制和保护功能，主要用于电化教室、会议室、和普通家庭等一切需要实现调光的场合。

Description

智能化调光电子镇流器

技术领域

本实用新型属于日光灯镇流器技术领域，具体涉及一种具有自动调光功能的电子镇流器。

背景技术

在我们日常生活中所见的日光灯，采用传统的镇流器或者电子镇流器，但都存在以下几个缺点：

(1)人们必须对它机械开关控制。

每当人们主观判断光线太弱的时候就打开日光灯；而在主观认为光线太强的时候就关掉，通过人为机械的开关来达到节省电能。在生活中大家都发现要把握控制日光灯的开关很难。为了省电节能，还得安排管理人员对灯进行管理，在没人或者光强时关灯，光弱时开灯，准时开关灯。这就是人为的机械控制太不方便。

(2)现有的日光灯没有自动调光功能，给管理带来不方便。

虽然市场上有少数厂家生产了机械调光的日光灯，人们可以根据个人的主观来调节光的强度，来满足个人的要求。但在有些公共场所，通过调节日光灯的光照强度满足大家的要求似乎不可能。现在出现的一些可调光电子镇流器虽然可调光，但不能自动调光，这是一大缺陷，本设计弥补了着个不足。

(3)成本问题。

目前国外在调光方面的技术比较成熟，但应用国外技术在专利费用，器件成本，技术支持等方面还有很大的问题。

发明内容

本实用新型的目的就是针对上述不足之处而提供一种具有自动调光、功率因数校正、控制和保护功能的荧光灯电子镇流器。

本实用新型的技术解决方案是：一种智能化调光电子镇流器，包括由电磁兼容整流滤波电路(图2中虚线框3)、功率因数校正电路(图2中虚线框4)、半桥驱动高频逆变电路(图2中虚线框5)和镇流器控制电路(图1)构成的电子镇流器电路模块，其特征是：还包括由光敏器件、AD转换及其外围电路组成的光信号采集电路模块(图1中虚线框1)；由单片机和面板接口构成的微控制器电路模块(图2中虚线框4)；且在电子镇流器电路模块中设有调光控制接口电路(图2中虚线框6)。

本实用新型的技术解决方案中所述的AD转换及其外围电路是由TLC1549串行A/D转换器和外围的电阻构成的。

本实用新型的技术解决方案中所述的单片机为AT89C51单片机。

本实用新型的技术解决方案中所述的面板接口由插座及电阻、电容构成。

本实用新型的技术解决方案中所述的电子镇流器电路模块中半桥驱动电路、高频逆变电路是采用镇流控制芯片IR2159及外围元器件构成的。

本实用新型的技术解决方案中所述的电子镇流器电路模块中功率因数校正电路是由芯片及外围元器件构成的。

本实用新型由于采用由电磁兼容电路、整流滤波电路、调光控制接口电路、功率因数校正电路、半桥驱动电路、高频逆变电路和镇流器控制电路构成的电子镇流器电路模块，由光敏器件、AD转换及其外围电路组成的光信号采集电路模块和由单片机和面板接口构成的微控制器电路模块，因而，光信号采集电路模块将房间亮度信息转换为电信号传递给单片机；电子镇流器电路模块对电网冲击具有较强的抵御能力，具有调光接口，无可闻噪音，灯光无闪烁，能在非标准市电下正常启动，因其工作在高频状态，所以产生很少的热，效率非常高；微控制器电路模块控制信号处理部分，将光信号采集电路模块传送来的外部光亮度信息进行处理生成控制命令发给电子镇流器模块，同时也可以通过它将电子镇流器状态传回单片机，单片机利用其中的程序来控制各个部分的工作，接口部分是电子镇流器和微控制器的一个接口。通过各种光传感器，把采集到光的强度的数据传送给单片机处理，单片机把处理后的数据以调节信号传送给电子镇流器，通过电子镇流使输出的功率改变，达到自动调光目的。它将根据自然光的强度，按设定的若干基本状态进行工作，自动调节适应各种场合的不同场景要求。智能化节能电子镇流器可将照度自动调整到工作最合适的水平。本实用新型具有自动调光、功率因数校正、控制和保护功能，可广泛用于电化教室、会议室、和普通家庭等一切需要实现调光的场合。

附图说明

图1是本实用新型微控制器电路模块电路图。

图2是本实用新型电子镇流器电路模块电路图；

具体实施方式

光信号采集电路模块电路如图1中虚线框1所示。光信号采集电路模块由TLC1549串行A/D转换器IC1、电阻R1和光敏元件RL构成。光信号采集电路模块的作用主要是：采集光线强度信号，并把光强度转换成模拟电信号，然后通过A/D转换器把模拟电信号转换成数字电信号并传送给微控制器。

光敏元件RL采集光照强度生成模拟电信号(以电压的形式表现出来)传送给TLC1549串行A/D转换器IC1，A/D转换器IC1将传输来的模拟电压信号转换成串行数字信号传送给单片机。我通过光敏电阻和一个普通电阻串联对五伏电源分压从而把光强度转换成电压。(备注：采集电路的感光器件视环境安装在特定部位，比如安装在窗户旁边)

TI公司的TLC1549是10位串行A/D转换器，使用容逐次逼近技术完成A/D转换过程，由于产生的是串行信号，可以节省51系列单片机I/O资源，且价格适中。

其特点：

(1)10位分辨率A/D转换器；(2)在工作温度范围内21Ls转换时间；(3)1个模拟输入通道；

(4)线性误差+1LSB(max)；(5)具有自动的采样-保持功能；(6)具有转换结果的三态串行输出；(7)体积小巧

电子镇流器电路模块电路如图2所示。电子镇流器电路模块电路的功能包括：电磁兼容、整流滤波、功率因数校正、调光、半桥驱动、高频逆变等。镇流控制器接收从微控制器传输来的控制信号，从而驱动功率开关管产生高频高压的电信号，实现荧光灯的预热、点火、调光和检测灯状态等动作，并把灯的状态信息传回给微控制器。

电磁兼容方面，随着国际上对电磁污染的限制，电磁干扰的问题显得越发重要。电子镇流器由于工作在高频状态，如果不加以限制，对电网的污染是很严重的。相对电子镇流器，电网本身也是电磁污染源，利用电感电容组成的π型EMI滤波器可以有效控制和减小电子镇流器产生的电磁干扰，也能有效抑制电网本身电磁干扰对电子镇流器的影响。

功率因数校正方面，传统的镇流器功率因数低，谐波含量高，即使采用分立元件设计的功率因数校正器也难以达到很高的功率因子。集成式功率因数控制器，受外界的影响比较小，性能稳定，尤其成本不断降低，具有很大的优势。我们采用了L6561，它比较容易实现较高的功率因子，降低总谐波含量，控制各次谐波。

IR公司开发出的镇流器控制芯片IR2159集镇流器控制和半桥驱动于一体，可以实现平稳的相控调光，并且还有0.5～5V的模拟调光接口，为微控制器的调光提供了良好的接口。IR2159具有可设定预热时间、灯功率控制、异常检测、过热保护等功能。其内部含有的各个功能模块包括：电压控制振荡器(VCO)，用于控制半桥频率；半桥驱动器；幅度控制模块，可以设定预热阶段电流从而用于设定预热时间。下面按照灯的运行过程进行说明。

灯正常燃点过程：

整个运行过程包括欠压锁定阶段、预热阶段、点火阶段、点火到调光的过渡阶段、正常运行阶段(调光模式)。

欠压锁定模式用来在功率开关管启动之前实现系统的功能检测，此时可以保持极低的静态电流(＜200μA)，这是通过图2中的电容C17，C12和二极管D5，D26实现的。系统上电以后启动电容C17，由通过电阻R1的电流和启动时由芯片吸收的电流的差值充电，当C17上的电压超过启动阀值电压，功率开关管输入端IR2159的管脚HO和管脚LO激活，由于芯片工作电流的增大C17开始进入放电阶段。在欠压锁定模式下，VCO(管脚2)被内部拉高至5V以设定启动频率至最大，CPH(管脚3)内部和地短接以设定预热时间。

欠压锁定阶段之后，进入预热阶段，驱动功率开关的输出脚HO、LO(IR2159的11脚和16脚)开始以50％的占空比振荡在最大的工作频率。CPH和地断开并且由内部1μA的电流源对C15充电。同时芯片内部有个1μA的电流源对C13放电，降低C13的电压，因此也降低了工作频率，进而增大了负载电流。当管脚CS的峰值电压超出管脚IPH的电压时，内部一个60μA的电流源开始对VCO充电，管脚CS电压下降，频率增加，负载电流随着减小。直到CS脚的电压低于IPH脚的电压，60μA的电流源断开，C13开始由1μA的电流源放电，频率再次降低。这两种过程的平衡稳定了用户通过管脚IPH设定的峰值预热电流。内部电流源连到IPH管脚上的电阻RIPH组成了对CPH充电实现峰值预热电流的电压源。

当CPH脚上的电压超过5V时，预热模式结束，镇流器进入点火模式。此时CPH脚从由IPH脚组成的电压源断开，连到内部的1.6V电压阀值。内部1μA的电流源开始对VCO脚放电，频率降低到镇流器的共振频率，导致了灯电压和负载电流的增加。频率继续降低直到灯燃点。

当灯燃点之后，IR2159进入点火调光模式，也就是让灯启动在用户预先设定的调光水平。此时DIM脚内部连接到CPH脚，由R26对C15放电，使得工作频率由最大降到用户设定的启动频率。IR2159包括了0.5～5V的模拟调光接口，方便与微控制器的连接。5V对应了最大功率，0.5V对应了最小功率。

控制和故障检查：

在电子镇流器原理图中可知，通过五条控制及故障检查线对电子镇流器的状态进行调整，名称如下：LAMP-SD、SD、FIMN、DIM、GND。

微控制器电路模块电路如图3所示。微控制器电路的功能包括：接收采集电路传输来的电信号，处理后生成控制信号传送给镇流控制器，控制命令包括启动或者关闭镇流器、设定调光级别；接收从镇流控制器传回的状态信号，信号包括灯是否正常工作、灯的调光级别等灯管状态，微控制器根据灯管状态自动调节镇流器输出。

AT89C51单片机在这里作为外界和镇流控制器芯片的核心，光信号通过采集电路的光敏器件和AD转换器生成数字电信号传输给单片机，单片机采集到光照度数据以后经过程序的处理产生控制命令传送给IR2159，或者反馈镇流器的状态信息给单片机，单片机根据程序进行相应处理。

与采集电路的AD转换器接口，接收采集电路传送来的数字信号，并对信号处理，确定调光信号，并输出调光信号输送给调光芯片。采用导线将AD转换和微控制器连接起来。

与镇流控制芯片IR2159接口，AT89C51是一款8位单片机，具有较多集成的功能和优越性，包括三组I/O口，内部有2K的数据空间，五个中断源，价格便宜。

通过微控制器的I/O端口可以与数个调光芯片(IR2159)相连接(图2中虚线框6)，如图1中虚线框2中所示可以与两个调光芯片相接。

图1中虚线框2采用的五口的插座把电子镇流器控制电路和微控制电路连接起来。如图1中的J1(CON5)、J2(CON5)、图2中C21(PORT_5)。

(1)LAMP-SD

与灯管输出信号指示了灯管良好或者已经损坏或者根本不存在，与灯管输出信号的接口，当灯管坏掉或者不存在时候，灯输出信号被电阻拉高为+5V，AT89C51关闭IR2159。当灯管状态良好或者更换新灯时候，由于灯管电阻较小，该信号将输出0V，AT89C51重新开启IR2159，启动荧光灯。

(2)SD

通过控制IR2159的9脚(SD)可以开关IR2159，AT89C51输出高电平关闭IR2159，输出低电平启动IR2159。

(3)FIMN

通过检测IR2159的第7脚(FMIN)的状态，可以判断芯片的工作情况，如果FMIN输出低则说明IR2159芯片处在关闭状态，输出高则说明IR2159芯片工作正常。

(4)DIM

调节IR2159第4脚输入的电压(0.5～5V)，控制IR2159内部的压控振荡器，实现对荧光灯调光0.5V对应着1％的灯功率，5V对应着灯的满负荷功率。利用AT89C51的定时器可以输出各种占空比且周期可变的脉宽调制波形，这样对于设定的R1和C4可以通过调节占空比和周期输出需要的脉宽调制波形对C4充电来达到调光的电压。AT89C51单片机还可以通过调节占空比变化的速度来改变灯调光状态改变的时间，实现平稳调光。IR2159第5脚MAX和第6脚MIN分别设定了0.5V和5V所对应的最大最小功率。

(4)GND

与地线相连接。

当室外光较强时，智能化节能电子镇流器输出功率降低，日光灯变暗，室内照度也就自动调暗；室外光较弱时，智能化节能电子镇流器输出功率增加，日光灯变亮，室内照度则自动调亮，使室内的照度始终保持在恒定值附近，从而能够充分利用自然光实现节能的目的。例如，在靠近窗户等自然采光较好的场所，系统会很好地利用自然光照明，调节到最合适的水平。当天气发生变化时，系统仍能自动将照度调节到最合适的水平。总之，无论在什么场所或天气如何变化，系统均能保证室内照度维持在预先设定的水平。通过自动调光，实现了智能化，大大减少了资源浪费。

Claims (6)

1、一种智能化调光电子镇流器，包括由电磁兼容电路、整流滤波电路、功率因数校正电路、半桥驱动电路、高频逆变电路和镇流器控制电路构成的电子镇流器电路模块，其特征是：还包括由光敏器件、AD转换及其外围电路组成的光信号采集电路模块；由单片机和面板接口构成的微控制器电路模块；且在电子镇流器电路模块中设有调光控制接口电路。

2、根据权利要求1所述的智能化调光电子镇流器，其特征是：所述的AD转换及其外围电路是由TLC1549串行A/D转换器(IC1)和外围的电阻(R1)构成的。

3、根据权利要求1所述的智能化调光电子镇流器，其特征是：所述的单片机(IC2)为AT89C52单片机。

4、根据权利要求1所述的智能化调光电子镇流器，其特征是：所述的面板接口由插座(J1、J2)及电阻(R2-R11)、电容(C1-C4)构成。

5、根据权利要求1所述的智能化调光电子镇流器，其特征是：所述的电子镇流器电路模块中半桥驱动电路、高频逆变电路是采用镇流控制芯片IR2159(IC4)及外围元器件构成的。

6、根据权利要求1或2所述的智能化调光电子镇流器，其特征是：所述的电子镇流器电路模块中功率因数校正电路是由L6561芯片及外围元器件构成的。

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