CN201345774Y - 大功率荧光灯的智能调光电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种适合公共场所照明用的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，它属于照明技术中电子镇流器领域。主要解决在公共场所照明中所用的大功率荧光灯无法根据天气变化情况及时间要求自动开、关和自动调光。其电路包括调光镇流器部分和智能控制部分。智能控制部分包括光信号采集部分和信息智能处理部分，调光镇流器部分包括EMI滤波器与整流滤波电路、功率因素校正电路和半桥驱动与高频逆变电路。此外，还提供了智能控制部分智能化控制调光镇流器部分从而实现大功率荧光灯可根据天气变化情况及时间要求自动开、关和自动调光的工作过程及方法。本实用新型主要用于城市街道、广场、厂房等公共场所照明场所。

Description

大功率荧光灯的智能调光电子镇流器

技术领域

本适用新型涉及照明技术中电子镇流器领域，特别涉及一种可根据光线强弱及时间要求自动智能调节大功率荧光灯亮度的电子镇流器。

背景技术

城市街道、广场、厂房等公共场所照明需要使用大功率的节能照明设备，而大功率节能灯或高强度气体放电灯等大功率荧光灯由于光效高、显色性好、节能效果明显，是目前公共场所照明最佳的选择。然而这些照明设备所采用的电子镇流器，都存在以下几个缺点：

(1)必须采用人工控制开关。即人为主观判断光线强弱来打开或关掉荧光灯，这既浪费了人力资源，又很不方便。

(2)无智能调光功能，造成照明效果下降及能源浪费。如傍晚天色渐暗与夜深路人稀少时，可将亮度调低，以满足实际需求，节约电能。这时若用无调光功能的电子镇流器，只能采用关掉部分荧光灯的方案，这又会造成路面亮度不均匀，使得照明效果差。目前虽然出现了一些可调光的电子镇流器，但适用于大功率荧光灯的很少，并且又不能智能调光。

因此，就必须设计一种适合于公共场所照明用大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，使得公共场所的大功率荧光灯能根据光线强弱自动开关及调节亮度变化，在特定的时间段，如深夜时，自动将荧光灯亮度调低，这将大大提高照明及节能效率。

发明内容

本实用新型就是针对上述的不足而提供一种适合于公共场所照明用大功率荧光灯的智能调光电子镇流器。在傍晚天色渐暗时，自动开启荧光灯，并随着天色越来越暗，调节增大荧光灯的亮度；在深夜时，根据所设定的时间自动将荧光灯亮度调低；在清晨天亮时，自动关闭荧光灯。

本实用新型所采用的技术方案：一种适用于荧光灯的智能调光电子镇流器，包括调光镇流器部分和智能控制部分。智能控制部分包括光信号采集部分和信息智能处理部分，其中：光信号采集部分用于检测检测点亮度强弱，其检测信息传送至信息智能处理部分处理，信息智能处理部分根据检测的亮度信息及时间与亮度的要求信息进行智能处理，输出用于控制调光部分工作的开关控制信号和用于调节荧光灯亮度的电压信号。调光镇流器部分根据智能控制部分输出的电压控制荧光灯的亮度。

智能控制部分中的光信号采集部分用光敏器件检测亮度强弱，通过8位串行A/D转换器TLC549将检测到的反映亮度信息大小的模拟电压信号转化为数字信号，传送给信息智能处理部分。

智能控制部分中的信息智能处理部分包括固化了智能信息处理软件的单片机AT89C2051及外围控制电路。该单片机根据光信号采集部分传送过来的数字信号及所设定的时间进行调光的信息进行信息分析处理，其分析处理的结果信号送单片机外围电路。单片机外围电路有控制镇流器电源线通、断的继电器和PWM滤波电路，单片机输出的镇流器开关控制信号送继电器用于控制镇流器电源线的通、断；单片机输出的用于调节荧光灯亮度的PWM信号经滤波后转化为模拟电压信号，用于调光部分调节荧光灯的亮度。

调光镇流器部分是由EMI滤波器与整流滤波电路、功率因素校正电路和半桥驱动与高频逆变电路构成。功率因素校正电路由功率因数校正控制器芯片L6561及外围电路组成，使得调光镇流器电路具有功率因素高的特点。半桥驱动与高频逆变电路由调光镇流器控制芯片IR21592及外围电路组成，设有0.5～5V的模拟调光接口，采用相位调光方案，具有可设定预热时间与电流、灯功率控制、异常检测、过热保护等功能。

本实用新型通过智能控制部分中的光信号采集部分采集亮度信息，一般正常情况下深夜荧光灯满功率照明的亮度也比白天正常情况下的亮度低(可选择合理的光信息采集点以满足该要求)，设定正常情况下深夜荧光灯满功率照明的亮度为临界满功率亮度，当傍晚天渐暗，实际亮度低于临界满功率亮度，信息智能处理部分的单片机输出一开启信号至继电器用于接通镇流器电源线，调光镇流器部分开始工作，同时单片机根据采集亮度信息输出对应的调节荧光灯亮度的PWM信号经滤波后转化为模拟电压信号，用于调光部分调节荧光灯的亮度，使灯输出功率增大达到临界满功率亮度。当天更暗时，光信号采集部分采集亮度信息指示亮度低于临界满功率亮度，信息智能处理部分的单片机输出的调节荧光灯亮度的模拟电压信号将逐步增大，直至灯输出功率增大达到临界满功率亮度。若前面所述的天变暗是由于短暂的特殊气象原因造成的，而短暂的特殊气象结束后天又会开始变亮，当光信号采集部分采集亮度信息指示亮度高于临界满功率亮度，则逐步降低调节荧光灯亮度的模拟电压信号，调低荧光灯的亮度。当荧光灯亮度调至满功率的10％时，此时若亮度信息指示亮度仍高于临界满功率亮度，则单片机输出一关闭信号至继电器用于断开镇流器电源线，调光镇流器部分停止工作，即关闭荧光灯。若是正常天气的天黑过程，灯输出亮度达到临界满功率亮度的持续时间为一小时，则认为天已全黑一小时(这是为了避免因特殊天气而造成误判)，这时灯一直保持临界满功率亮度，当达到客户要求的天全黑后要求的调低亮度的时间，信息智能处理部分的单片机输出的调节荧光灯亮度的模拟电压信号下降至客户需求的低功率亮度的电压信号。此时智能控制部分中的光信号采集部分采集亮度信息，当采集到的亮度大于临界满功率亮度，则认为天已亮了，单片机输出一关闭信号至继电器用于断开镇流器电源线，调光镇流器部分停止工作，即关闭荧光灯。

本实用新型在白天时只有智能控制部分工作，调光镇流器部分停止工作(即为待机状态)，此时消耗的功率极低，天黑时可自动开机，并可根据自然亮度自动调光，天全黑后，荧光灯以临界满功率亮度的恒定亮度照明，到夜深时(客户指定的某一时间)，荧光灯自动将亮度调低，天亮后荧光灯自动关灯。具备了完整的室外公共场所照明所需的智能控制的功能，还具有功率因素校正、异常检测和保护等功能，可广泛用于城市街道、广场、厂房等公共场所需要大功率荧光灯调光照明的场所。

附图说明

图1为大功率荧光灯的智能调光电子镇流器的构成原理框图；

图2为大功率荧光灯的智能调光电子镇流器智能控制部分的电路原理图；

图3为大功率荧光灯的智能调光电子镇流器调光镇流器部分的电路原理图。

具体实施方式

参照图1，这是大功率荧光灯的智能调光电子镇流器的构成原理框图。

如图所示，大功率荧光灯的智能调光电子镇流器包括调光镇流器部分和智能控制部分。智能控制部分包括光信号采集部分和信息智能处理部分，其中：光信号采集部分用于检测检测点亮度强弱，其检测信息传送至信息智能处理部分处理，信息智能处理部分根据检测的亮度信息及时间与亮度的要求信息进行智能处理，输出用于控制调光部分工作的开关控制信号和用于调节荧光灯亮度的PWM信号，PWM信号经RC滤波后得到调节荧光灯亮度的0.5～5V的模拟调光电压信号。调光镇流器部分是由EMI滤波器、整流滤波电路、功率因素校正电路和半桥驱动与高频逆变电路构成。

参照图2，这是大功率荧光灯的智能调光电子镇流器智能控制部分的电路原理图。

智能控制部分中的光信号采集部分由串行A/D转换器IC1(TLC549)、光敏电阻R0、电阻R1构成。光敏电阻R0的阻值随入射光的强弱而改变，入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。通过光敏电阻R0和一个普通可调电阻R1串联对五伏的电源分压从而把光强度转化为模拟电压信号，该模拟电压信号传送给串行A/D转换器IC1。串行A/D转换器IC选用TLC549，它是8位开关电容逐次逼近A/D转换器，8位A/D转换器即可保证较为连续的调光效果，又可避免光信号采集部分过于敏感而造成频繁调光。而且TLC549输出的是串行的数字信号，可节省单片机的I/O资源，价格也较低廉(若要提高光信号采集部分灵敏度，可选用10位串行A/D转换器TLC1549)。串行A/D转换器IC1将传送来的模拟电压信号转换为串行数字信号，传送给信息智能处理部分的核心单片机。

智能控制部分中的信息智能处理部分的核心是单片机，因所设计的智能控制部分占用单片机的I/O资源较少，为减少电路版尺寸，选用管脚少、性价比高的单片机AT89C2051。单片机根据所得到的光强度数字信号和预先设定的时间要求信息，按编写好的程序进行信息处理，得到的调光镇流器开关控制信号控制继电器，从而控制调光镇流器的开关；输出的调光PWM信号经RC滤波得到的模拟调光电压信号(0.5～5V)送调光镇流器模拟调光接口。

光信号采集部分中的感光器件光敏电阻R0因视环境安装在特定部位，并可适当调节所串联的电阻R1的阻值，以保证感光器件采集到信息为深夜荧光灯满功率照明的亮度比白天正常情况下的亮度低一些，设定正常情况下深夜荧光灯满功率照明的亮度为临界满功率亮度，则白天正常情况下的亮度因略大于荧光灯临界满功率亮度。

大功率荧光灯的智能调光电子镇流器智能控制部分的智能控制过程如下：当傍晚天渐暗，实际亮度低于临界满功率亮度，信息智能处理部分的单片机输出一开启信号至继电器用于接通镇流器电源线，调光镇流器部分开始工作，同时单片机根据采集亮度信息输出对应的调节荧光灯亮度的PWM信号经滤波后转化为模拟电压信号，用于调光部分调节荧光灯的亮度，使灯输出功率增大达到临界满功率亮度。当天更暗时，光信号采集部分采集亮度信息指示亮度低于临界满功率亮度，信息智能处理部分的单片机输出的调节荧光灯亮度的模拟电压信号将逐步增大，直至灯输出功率增大达到临界满功率亮度。若前面所述的天变暗是由于短暂的特殊气象原因造成的，而短暂的特殊气象结束后天又会开始变亮，当光信号采集部分采集亮度信息指示亮度高于临界满功率亮度，则逐步降低调节荧光灯亮度的模拟电压信号，调低荧光灯的亮度。当荧光灯亮度调至满功率的10％时，此时若亮度信息指示亮度仍高于临界满功率亮度，则单片机输出一关闭信号至继电器用于断开镇流器电源线，调光镇流器部分停止工作，即关闭荧光灯。若是正常天气的天黑过程，灯输出亮度达到临界满功率亮度的持续时间为一小时，则认为天已全黑一小时(避免因特殊天气而造成误判)，这时灯一直保持临界满功率亮度，当达到客户要求的天全黑后要求的调低亮度的时间，信息智能处理部分的单片机输出的调节荧光灯亮度的模拟电压信号下降至客户需求的低功率亮度的电压信号。此时智能控制部分中的光信号采集部分采集亮度信息，当采集到的亮度大于临界满功率亮度，则认为天已亮了，单片机输出一关闭信号至继电器用于断开镇流器电源线，调光镇流器部分停止工作，即关闭荧光灯。为避免因偶尔临时性的强光照射使得调光镇流器过于频繁调光，单片机可间隔五分钟控制光信号采集部分采集亮度信息一次，若二次采集到的采集亮度信息显示亮度低于或高于临界满功率亮度，方可调节调光输出信号调节荧光灯的亮度。

参照图3，这是大功率荧光灯的智能调光电子镇流器调光镇流器部分的电路原理图。调光镇流器部分的电路包括：EMI滤波器、整流滤波、功率因素校正、调光、半桥驱动和高频逆变等。由电感L1、电容C1组成的П型EMI滤波器可有效控制和减少电子镇流器产生的电磁干扰，也能有效的抑制电网本身电磁干扰对电子镇流器的影响。功率因素校正电路是基于集成式功率因素控制器L6561的有源功率因素校正升压型预变换电路，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，且性能稳定，受外界影响小。调光、半桥驱动和高频逆变等电路采用IR公司开发出的镇流器控制芯片IR21592，它集镇流器控制和半桥驱动于一体，可实现平稳的相控调光，并且还有0.5～5V的模拟调光接口，为微处理器的调光提供了良好的的接口。IR21592具有可设定预热时间和预热电流，最大和最低灯功率可调，最小工作频率等参数均可由外部电阻或电容来设置，还提供灯触发失败、灯丝失效、热过载和欠电压等保护和自动重新启动等功能。

采用IR21592设计调光电子镇流器，首先应确定荧光灯的各个电气参数。对于大功率荧光灯，必须明确所匹配的大功率荧光灯的电气参数有以下几个：灯丝预热电流有效值、灯丝预热时间、最大灯预热电压、最大灯预热电压峰峰值、灯触发电压峰峰值、最大亮度和最小亮度下的灯功率值、最大亮度和最小亮度下灯电压的电压峰-峰值。根据这些灯的电气参数，根据IR公司所给出的IR21592相关电路参数计算公式，可初步确定调光电子镇流器电路各元件的参数。再通过对实验样机的反复检测、调试，则可最终确定基于IR21592大功率调光电子镇流器电路各元件的参数值。如所设计的100W节能灯的可调光电子镇流器，经测量其灯丝预热电流有效值为0.9A，经根据IR公司所给出的IR21592相关电路参数计算公式计算及通过实验样机的反复测试、调节，最确定调光电子镇流器电路(图3)中的各元件参数值。经检测，该可调光电子镇流器可实现对100W大功率节能灯的平稳调光，调光范围5W～100W，最大输出功率时功率因素为0.98。

本实用新型所提出的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，是一种针对公共场所照明用的大功率荧光灯进行智能化调光的电子镇流器，可根据天气亮度的变换自动开启或关闭荧光灯，并进行调光；还可根据预先设定的时间对荧光灯进行调光。但本技术领域的技术人员应该明白，以上的实例仅是用来说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，对所设定的临界满功率亮度、采集亮度信息的间隔时间、设定的调低荧光灯亮度的时间及功率大小等，在不脱离后附的权利要求书所定义的精神和范围的情况下，所做出的各种各样的变化、替代和添加，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1、一种大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，其特征是：包括调光镇流器部分和智能控制部分；智能控制部分包括光信号采集部分和信息智能处理部分，调光镇流器部分包括EMI滤波器与整流滤波电路、功率因素校正电路和半桥驱动与高频逆变电路；各部件的连接关系为：智能控制部分输出的调光电压信号与调光镇流器部分中半桥驱动与高频逆变电路中的调光接口相连，信息智能处理部分输出的开关控制信号控制继电器，AC电源通过继电器与调光镇流器部分相连。

2、根据权利要求1所述的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，其特征是：所述的光信号采集部分由8位串行A/D转换器TLC549和光敏电阻及其串联分压电阻构成。

3、根据权利要求1所述的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，其特征是：所述的信息智能处理部分的核心所选用的单片机是AT89C2051。

4、根据权利要求1所述的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，其特征是：所述的信息智能处理部分的外围接口电路包括继电器及其驱动电路和PWM信号的RC滤波电路。

5、根据权利要求1所述的大功率荧光灯的智能调光电子镇流器，其特征是：所述的调光镇流器部分是由经继电器过来的AC电源，经EMI滤波器、整流滤波电路、功率因素校正电路接入半桥驱动与高频逆变电路，半桥驱动与高频逆变电路的输出端接大功率荧光灯。

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