CN200976697Y - 大功率智能调光环保节能装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及大功率智能调光环保节能装置，属于照明调光节能装置领域。该装置包括由两个互补运行的斩波开关S2、续流开关S1、电感L和电容C1、C2构成的主电路；由PWM信号发生模块、单片机及辅助电路构成的控制电路；其中，开关S2的1端和开关S1的2端构成装置的输入端，开关S2的2端、开关S1的1端和电感L的1端相连，电感L的2端是装置的输出端，C1和C2分别并接在输入和输出端；所述控制电路中SPWM信号发生模块的输出端与开关S2、S1的控制端相连接，所述电源模块与装置输入端、控制电路相连。本实用新型节能率高、环保，调节范围宽、过程平稳、精度高，安全可靠，体积小，适用的照明负载类型多。

Description

大功率智能调光环保节能装置

技术领域

本实用新型属于大功率照明系统的照明调光节能装置领域，特别涉及智能化的大功率环保节能装置的结构设计和实现。

背景技术

随着我国城市化进程的加快和社会文明进步，美化亮化城市不仅是各级政府造福一方的重要工程，更是关系到广大人民日益增长的物质、文化生活的需要，城市道路照明还关系交通安全，社会治安等问题。但照明用电现在已占到了全球总用电量的10％-20％，各国政府都纷纷制定了本国的绿色照明计划。所谓绿色照明就是在保证或提高照明质量的前提下节约用电，减少对不可再生资源的消耗和大气污染，以达到保护生态环境的目的。绿色照明工程的节能，不只是提高光源的效率，同时还要对照明系统中的每一个环节进行节能处理，以提高对能源的利用率。

现有的照明节能装置大多没有精密的电压电流检测和装置自检，一般不具装置故障时还能保证正常照明的功能，无法做到高精度按程序调光，也无法做到按时段保证照明要求的同时，极大限度地节约能源。目前市场上的照明节能产品及其特点有：

(1)、SCR可控硅控制产品：输出电压严重畸变，污染电网，产生干扰，无法满足电磁兼容要求，影响电力调度，同时只能适应感性灯光负载，对目前提倡的多元化照明和国家强制的电容补偿无法适应。

(2)、电磁自藕变压器固定抽头机械切换产品：体积大而笨重，工作时无法进行调压调光，节能率固定，照度无法控制，出现照度与需求倒置的现象。

(3)、电磁自藕变压器抽头SCR切换产品：体积大笨重，突变式调压调光，对城市道路照明的HID灯有灭灯现象，调光无法精确控制，由于多SCR开关切换时有共态导同，所以故障率高。

(4)、电磁自藕变压器无级碳刷切换产品：体积大笨重，机械碳刷部件在大电流时滑动，受到电火花的影响，寿命短、故障率高。

(5)、电磁感应变压器电机伺服无级碳刷调压调光产品：体积大笨重，效率低，噪音大。

上述产品一般也无灯具的保护功能，智能化程度低，并且装置出现故障时，不能保证正常的照明。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有的技术缺陷，提供一种大功率智能调光环保节能装置，该装置具有安全可靠、调节精度高、调节平滑、适应负载类型范围广、寿命长、体积小、环保节能等优点。

本实用新型所提供的一种大功率智能调光环保节能装置，其特征在于：该装置包括主电路、控制电路以及电源模块；所述的主电路采用直接的交流/交流变换电路，主要包括两个互补运行的斩波开关S2、续流开关S1以及电感L和电容C1、C2；所述的控制电路主要包括PWM信号发生模块、单片机及辅助电路；各部件的连接关系为：主要包括两个互补运行的斩波开关(S2)、续流开关(S1)、电感L和电容C1、C2；所述的控制电路主要包括带PWM外设模块的单片机；各部件的连接关系为：斩波开关S2的1端子和续流开关S1的2端子构成装置的输入端(IN)，电容C1并接在输入端，斩波开关S2的2端子分别与电感L的1端、续流开关S1的1端子相连接，电感L的2端子是装置的输出端(OUT)，电容C2并接在输出端。所述控制电路中SPWM信号发生模块的输出端分别与斩波开关(S2)、续流开关(S1)的控制端相连接，控制开关S1、S2的开通与关断，从而输出纯正弦电压，所述电源模块分别与装置输入端、控制电路相连。

所述的控制电路的辅助电路包括由电压电流采样电路、温度检测电路和故障旁路电路组成的保护电路，以及由整流滤波电路和A/D转换电路组成的外围电路，实现过压与欠压保护，过流与欠流保护，超温保护，装置自检保护，故障旁路功能；其连接关系为：所述电压电流采样电路的输入端连接在主电路的输出端，另一端通过整流滤波电路和A/D转换电路与单片机相连，所述温度检测电路的输入端与所述主电路的斩波开关S2、续流开关S1相连，其输出端与所述片机的相应端口相连。

所述的故障旁路电路包括三个接触器，其中第一、第三个接触器分别连接在主电路的输入、输出端，第二个接触器的输入端与第一个接触器的输入端相连，其输出端与第三个接触器的输出端相连。

本实用新型的控制电路还连接有串行通讯模块和人机交互界面，实现远程遥控与现场直接操作。

本实用新型的有益效果：

(1)体积小，重量轻，效率高，无机械部件和易损部件，装置寿命长。

(2)输出无级可调节的纯正弦电压，对电网无污染，适应照明负载类型多。

(3)按用户需求调节灯光照度，在满足照度要求的同时，最大限度的节能。

(4)在调光节能过程中不会出现熄灯现象，可保护灯具，延长灯具使用寿命。而且能保证照明的优先权。

(5)不改变用户线路，采用三相四线制，三相输出独立调光节能，适应严重不平衡负载。

附图说明

图1为本实用新型的主电路的实施例的工作原理图。

图2为本实用新型的实施例总体结构框图。

图3为本实用新型的故障旁路电路实施例结构框图。

图4为本实施例的控制工作流程框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本实用新型做进一步详细的说明。

本实用新型的一种实施例结构如图1、2所示，包括主电路、控制电路、电源模块、串行通讯模块和人机交互界面；其中本实施例的主电路是直接的“交流/交流”变换电路，包括斩波开关S2、续流开关S1、电感L和电容C1、C2，本实施例的S1和S2采用两个互补运行的高频大功率双向开关IGBT。其连接关系为：斩波开关S2的1端子和续流开关S1的2端子是装置的输入端(IN)，斩波开关S2的2端子分别与电感L的1端、续流开关S1的1端子相连接，电容C2的一端与电感L的2端相连接，另一端与地相连接，电感L的2端子是装置的输出端(OUT)。电容C1并接在输入端，可以和输入的交流电源的内阻抗一起构成输入端滤波回路，滤除输入端电流谐波。电感L传递能量、续流、滤除输出端的电流谐波，而电容C2的作用除了滤除输出端电流谐波波外，同时也为负载供电以维持负载端电流的连续。所述的控制电路包括带PWM外设模块的单片机(本实施例的单片机采用AVR单片机Atmega128或相同功能的其它型号单片机，单片机的PWM外设模块结合软件算法产生SPWM控制信号)及辅助电路，SPWM信号发生模块输出端分别与斩波开关S2、续流开关S1的控制端相连接，将SPWM信号发生模块产生的SPWM信号输入给主电路，控制开关S1、S2的开通与关断。由于是高频率SPWM控制的斩波，电流谐波不大，再加上滤波回路，基本上不含谐波，使本装置输出纯正弦电压。

本实施例的控制电路的辅助电路包括由电压电流采样电路、温度检测电路和故障旁路电路组成的保护电路，以及由整流滤波电路和A/D转换电路组成的外围电路，电压电流采样电路的输入端连接在主电路的输出端，另一端通过整流滤波电路和A/D转换电路与单片机相连，温度检测电路的输入端与主电路的开关IGBT及其散热片相连，其输出端与单片机的相应端口相连；其中电压电流采样电路用于实时检测主电路的电压电流信息，经过整流、滤波和A/D转换后传输给单片机，如果电压电流处于正常工作区间，单片机通过比较实际电压值和设定的电压值来调节SPWM信号的占空比，稳定或调整电压输出值，直到满足用户需求；如果检测到电压电流出现异常，则进入异常处理程序。电压电流异常包括过压与欠压，过流与欠流。相应的异常处理程序包括：当出现过压过流异常，控制电路发出旁路信号，装置进入旁路状态，等待电压电流恢复正常值后，装置重新投入节能；当出现欠压欠流异常，控制电路发出旁路信号，装置直接进入旁路状态，不再自动重新投入节能。

本实施例的电压电流采样电路、整流滤波电路和A/D转换电路均采用常规的电路实现，温度检测电路采用数字温度传感器(本实施例中用DS18B20)，可实现与单片机的直接通信。

本实施例的保护电路的故障旁路电路包括三个接触器，其中第一、第三个接触器分别连接在主电路的输入、输出端，第二个接触器的输入端与第一个接触器的输入端相连，其输出端与第三个接触器的输出端相连，如图3所示；正常节能工作时接触器1和3闭合，接触器2断开，装置给照明负载供电，同时节能。当检测到电压、电流异常时，接触器2闭合，接触器1和3断开，装置退出节能运行，旁路给负载供电；检测电路检测到温度后，先与温度的第一个设定值(例如本实施例为50度)比较，若大于第一个设定值，则控制风扇全速运转，当检测到温度持续上升且超过第三个设定值(例如本实施例设为75度)，则控制主电路逐渐退出节能状态，接触器2闭合，接触器1和3断开，装置退出运行，旁路给负载供电；当检测到运行温度环境降低到第二个设定值时(例如本实施例设为60度)，装置自动恢复节能运行，但是无论在任何时间，一旦检测到温度超过设定的最高限定值(例如本实施例设为85度)，散热片上的温度开关动作，强迫装置立即退出节能状态，旁路给负载供电，且装置不会自动投入到节能状态。当检测到装置有硬故障时，接触器2闭合，接触器1和3断开，装置退出节能运行，旁路给负载供电。这样保证了不会因本装置的故障损坏导致负载供电的间断。

本实施例装置的输入端一般接在控制照明负载的变压器或开关柜上，装置的输出端接上照明负载后，控制电路主要根据固化在单片机中的照明节能软件程序来智能化的工作。本实施例的照明节能软件程序内置用户需求表——“电压-时间”表，根据时间和季节变化自动执行。并可修改保存“电压-时间”表，以实现不同路段，不同场所的“按需照明”节能与保护。当“电压-时间”表按用户设定速度变化时，主控制电路改变SPWM信号发生模块的频率，使开关的占空比D改变，进行调压调光节能。当检测到故障时，控制电路发出命令，本节能装置退出节能状态，旁路供给照明系统电压，确保照明负载供电的不间断。

本实施例的照明节能软件程序的控制工作流程如图4所示，包括以下步骤：

1)开始通电；

2)装置自检；如果成功，就使装置预热一段时间，自检不成功则进入步骤4)的异常处理程序；

3)预热时间到，检查负载的电压电流是否处于正常工作区间，如果在正常工作区间，比较用户需求的“电压-时间”表和实际的“时间-电压”情况，进而调节SPWM信号的占空比，稳定或调整电压输出值，直到达到预定值(用户需求需求表中的设定的电压值)时结束调压过程；如果负载的电压电流是在异常区间，则转入到异常处理程序；

4)异常处理程序中处理的异常情况：a.装置自检过程中异常有：检测到温度传感器不存在或读数有问题，单片机的EEPROM读数不正确，电压电流温度不在正常范围内。装置自检过程中出现任何一种异常，装置都不会投入节能状态，只处在旁路状态，只有等待工作人员根据故障内容检查维修装置。b.当装置进入预热阶段后“常值后，装置重新投入节能；当出现欠压欠流异常，控制电路发出旁路信号，装置直接进入旁路状态，不再自动重新投入节能.c.装置进入预热阶段后温度异常处理，温度高于85度，设备无条件退出运行，高于75度，过温处理，等待温度下降到60度，装置重新运行在节能状态。

上述流程可实现按需调亮，在不影响正常照明的同时，能极大限度地节约能源和保护照明灯具。本实施例的智能化的照明节能软件运行环境为标准C语言设计，可实现消息的传递和多任务并发，属于常规技术。对不同芯片的移植比较简单，主要工作是按各芯片的要求，设置启动代码(初始化芯片)，数据堆栈，重写定时中断服务程序。

本实施例的控制电路中的通讯模块有RS-232/485接口属于常规产品，可接受手机短消息命令或控制中心命令和参数，例如接收“时间-电压”表，上传装置的状态，上传电流、电压、温度参数等。

本实施例的人机交互界面是通过薄膜按键和中英文输入的背投液晶显示器实现的，可供现场设置参数、显示信息、查询信息使用。

本实施例的电源模块负责控制电路中各个模块的供电。

Claims (4)

1、一种大功率智能调光环保节能装置，其特征在于：该装置包括主电路、控制电路以及电源模块；所述的主电路采用直接的交流/交流变换电路，主要包括两个互补运行的斩波开关(S2)、续流开关(S1)、电感(L)和电容(C1、C2)；所述的控制电路主要包括PWM信号发生模块、单片机及辅助电路；各部件的连接关系为：斩波开关(S2)的1端子和续流开关(S1)的2端子是装置的输入端(IN)，电容(C1)并接在输入端，斩波开关(S2)的2端子分别与电感L的1端、续流开关(S1)的1端子相连接，电感(L)的2端子是装置的输出端(OUT)，电容(C2)并接在输出端；所述控制电路中SPWM信号发生模块的输出端分别与斩波开关(S2)、续流开关(S1)的控制端相连接，所述电源模块分别与装置输入端、控制电路相连。

2、如权利要求1所述的大功率智能调光环保节能装置，其特征在于：所述的控制电路的辅助电路包括由电压电流采样电路、温度检测电路和故障旁路电路组成的保护电路，以及由整流滤波电路和A/D转换电路组成的外围电路，其连接关系为：所述电压电流采样电路的输入端连接在主电路的输出端，另一端通过整流滤波电路和A/D转换电路与单片机相连，所述温度检测电路的输入端与所述主电路的斩波开关(S2)、续流开关(S1)相连，其输出端与所述片机的相应端口相连。

3、如权利要求2所述的大功率智能调光环保节能装置，其特征在于：所述的故障旁路电路包括三个接触器，其中第一、第三个接触器分别连接在主电路的输入、输出端，第二个接触器的输入端与第一个接触器的输入端相连，其输出端与第三个接触器的输出端相连。

4、按照权利1、2或3所述的大功率智能调光环保节能装置，其特征在于：该装置还包括与所述的控制电路相连的串行通讯模块和人机交互界面。

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