CN205648160U - 一种智能照明调控系统 - Google Patents

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付永升
雷志勇
李静
李翰山
王泽民
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刘星
刘敏
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Abstract

本实用新型公开了一种智能照明调控系统，涉及照明电路技术领域。所述系统采用4‑IGBT串联完成了对市电从AC/AC的斩波降压，直接将交流市电经过4个串联的IGBT通过相关的控制时序形成输出可调的电压，供路灯等设备使用，减少了一级AC/DC的转换，并且舍去了使用变压器的麻烦，使整个系统提高了效率，减小了体积，增大了功率密度。同时交流斩波时序控制时采用CPLD及纯数字外部电路完成，相比于其他的系统实时性高，对于不同电路特性的负载响应度高，实时改变控制时序调整功率因数，降低电网负载。

Description

一种智能照明调控系统
技术领域
本实用新型涉及照明电路技术领域，特别是涉及一种智能照明调控系统。
背景技术
城市照明系统由市电供电网供电，因而其电压容易随电网电压升降而产生较大的波动。供电电网的特点是当负荷增大时，电压相对较低负荷减小时，电压相对较高。特别是像类似路灯这样的气体放电照明设备，在前半夜行人车辆较多时，时逢用电高峰时段，所发光线往往相对昏暗，甚至会出现频闪现象，影响照明效果而在人少车稀的后半夜，由于电网线电压的骤升，又会导致其异常明亮，甚至出现眩光，容易导致交通安全隐患。再加之常用的气体放电光源，大都采用传统的镇流器作为扼流圈，以此来限制流过灯丝的电流，由于其固有的设计，该类镇流器扼流能力差，自身压降大，势必会增加电、热转换的比值，使灯具的用电效率随之下降，直接导致其所耗电能比正常情况下高出以上，同时灯具的使用寿命也会相应的缩短一倍以上。既造成了不必要的电能浪费，又降低了灯具的使用寿命。由于气体放电光源工作过程复杂，传统调控方案根本无法实现。所以一旦灯具安装，就几乎永久的保持着恒定甚至超量的功耗，不管交通繁忙与否。
目前，我国电网系统与电力建设基础工业发展速度很快，电能浪费造成的电力缺口和电能质量不符合相关标准，成为电力系统的短板。同时大规模超高压送变电工程的建立与大功率电器设备的普遍应用也预示着我国电力行业正朝着超高电压，大功率的方向迈进。然而超高电压，大功率的输变电方式也面临着许多必须解决的问题，比如，谐波污染严重，电能利用率遭遇瓶颈，施工难度大等诸多问题。而且随着经济的迅速发展，电力设备的基础建设在供电质量上不能满足需求，电网电压波动、谐波干扰较大，对电气设备的影响很大，有可能导致电气设备的损坏，因此调节电网电压对敏感性负载的正常运行很重要。传统的调压设备运用的开关器件为普通的晶闸管，但是当调压设备负载功率增大时，功率因数减小，电流中谐波幅值相对较大，设备体积也会增大，调压效果并不理想。
实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种智能照明调控系统，可以解决现有技术中存在的问题。
一种智能照明调控系统，包括电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路、第一调相-过零检测电路、CPLD、第一IGBT驱动电路、第一RCD保护电路、第二IGBT驱动电路、第二RCD保护电路、第三IGBT驱动电路、第三RCD保护电路、第四IGBT驱动电路、第四RCD保护电路、电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路、第二调相-过零检测电路、滤波网络以及负载，所述电压霍尔传感器电路两端分别连接在市电网络的火线和零线上，所述电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路和第一调相-过零检测电路依次电连接，所述第一调相-过零检测电路与所述CPLD的一个输入端连接；所述CPLD的四个输出控制端分别与所述第一IGBT驱动电路、第二IGBT驱动电路、第三IGBT驱动电路和第四IGBT驱动电路的控制端连接，所述第一IGBT驱动电路的输入端与市电的火线连接，输出端与所述第二IGBT驱动电路的输出端连接，所述第二IGBT驱动电路的输入端与所述第三IGBT驱动电路的输入端连接，所述第三IGBT驱动电路的输出端与所述第四IGBT驱动电路的输出端连接，所述第四IGBT驱动电路的输入端与市电网络的零线连接，同时所述第一RCD保护电路两端分别连接在所述第一IGBT驱动电路的输入端和输出端，所述第二RCD保护电路两端分别连接在所述第二IGBT驱动电路的输入端和输出端，所述第三RCD保护电路两端分别连接在所述第三IGBT驱动电路的输入端和输出端，所述第四RCD保护电路两端分别连接在所述第四IGBT驱动电路的输入端和输出端；所述电流霍尔传感电路和滤波网络串联在所述第二IGBT驱动电路的输入端和市电网络的零线之间，所述负载与所述滤波网络并联，所述电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路和第二调相-过零检测电路依次电连接，所述第二调相-过零检测电路的输出端与所述CPLD的另一个输入端连接。
较佳地，所述第一IGBT驱动电路包括光隔、IGBT1和IGBT2，所述光隔的输入端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端为所述第一IGBT驱动电路的输入端，所述光隔的输出端通过电阻R2与所述IGBT1的闸极连接，同时所述光隔的输出端通过两个反向连接的稳压二极管D1和D2连接至所述IGBT1的源极，所述IGBT1的漏极与所述IGBT2的漏极连接，并连接至压敏电阻RV1的一端，压敏电阻RV1的另一端为所述第一IGBT驱动电路的输出端；所述IGBT1的闸极通过电阻R3连接至所述IGBT2的源极，所述IGBT2的闸极与电阻R4一端连接，电阻R4另一端为所述第一IGBT驱动电路的控制端，同时所述IGBT2的闸极和源极通过电阻R5连接，所述IGBT2的源极和漏极通过串联的电容C1和电阻R6连接，电阻R6两端并联有二极管D3，其中二极管D3的正极与所述IGBT2的漏极连接。
较佳地，所述第一RCD保护电路包括交流源AC以及RCD电路，所述交流源AC的正极通过开关连接至所述RCD电路的源极，同时所述RCD电路的源极和所述交流源AC的负极之间并联连接有电容C2、压敏电阻RV2以及串联的电阻R7和电容C3；所述RCD电路的漏极为所述第一RCD保护电路的输出端，所述交流源AC的负极为所述第一RCD保护电路的输入端。
较佳地，所述第一调相-过零检测电路包括电流霍尔传感器U1、运算放大器U2、U3和U4，所述电流霍尔传感器U1的输出端连接至所述运算放大器U2的正极，同时所述电流霍尔传感器U1的输出端还通过电阻R8接地；所述运算放大器U2的负极与输出端连接，所述运算放大器U2的输出端通过串联的电阻R9和R10连接至所述运算放大器U3的负极，同时所述电阻R9和R10之间通过电容C4接地；所述运算放大器U3的负极通过电阻R11连接至输出端，同时所述运算放大器U3的正极通过电阻R12接地；所述运算放大器U3通过串联的电容C5和电阻R14连接至所述运算放大器U4的负极，同时所述电容C5和电阻R14之间通过电阻R13接地；所述运算放大器U4的正极和负极之间通过电容C6连接，所述运算放大器U4的正极还通过电阻R15接地；所述运算放大器U4的正极通过电容C7连接至输出端，输出端通过电阻R16连接至+12V电源，输出端也通过电阻R17连接至三极管Q1的基极；所述三极管Q1的基极和发射极通过电阻R19连接，同时发射极接地；所述三极管Q1的集电极通过二极管D5接地，其中二极管D5的正极接地；所述三极管Q1的集电极通过电阻R18和二极管D4的负极连接，所述二极管D4的正极为所述第一调相-过零检测电路的输出端，同时所述电阻R18和二极管D4之间还连接至+5V电源。
较佳地，所述电压霍尔传感器电路包括电压霍尔传感器U5，所述电压霍尔传感器U5的输入端与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端为所述电压霍尔传感器电路的输入端u1，该输入端u1与市电的零线连接，所述电压霍尔传感器U5的输出端为所述电压霍尔传感器电路的输出端u2；同时，所述电压霍尔传感器电路的另一输入端u3与市电的火线连接；所述电压霍尔传感器U5的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时所述电压霍尔传感器U5连接+12V电源的电源端通过两个并联的电容C8和C9与两个并联的电容C10和C11串联后连接至连接-12V电源的电源端。
较佳地，所述电流霍尔传感器电路包括电流霍尔传感器U6，所述电流霍尔传感器U6的输入端为所述电流霍尔传感器电路的输入端，输出端接地，且所述电流霍尔传感器U6的输入端和输出端之间通过电阻R21连接；所述电流霍尔传感器U6的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时所述电流霍尔传感器U6连接+12V的电源端通过两个并联的电容C12和C13与两个并联的电容C14和C15串联后连接至连接-12V电源的电源端。
本实用新型实施例中一种智能照明调控系统，采用4-IGBT串联完成了对市电从AC/AC的斩波降压，直接将交流市电经过4个串联的IGBT通过相关的控制时序形成输出可调的电压，供路灯等设备使用，减少了一级AC/DC的转换，并且舍去了使用变压器的麻烦，使整个系统提高了效率，减小了体积，增大了功率密度。同时交流斩波时序控制时采用CPLD及纯数字外部电路完成，相比于其他的系统实时性高，对于不同电路特性的负载响应度高，实时改变控制时序调整功率因数，降低电网负载。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种智能照明调控系统的结构示意图；
图2为图1中IGBT驱动电路的结构示意图；
图3为图1中RCD保护电路的结构示意图；
图4为图1中调相-过零检测电路的结构示意图；
图5为图1中电压霍尔传感器电路的结构示意图；
图6为图1中电流霍尔传感器电路的结构示意图。
附图标记说明：
100-第一IGBT驱动电路，101-第一RCD保护电路，110-第二IGBT驱动电路，111-第二RCD保护电路，120-第三IGBT驱动电路，121-第三RCD保护电路，130-第四IGBT驱动电路，131-第四RCD保护电路。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。
参照图1，为本实用新型实施例中提供的一种智能照明调控系统的结构示意图，所述系统包括电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路、第一调相-过零检测电路、CPLD(复杂可编程逻辑器件)、第一IGBT(绝缘栅双极型晶体管)驱动电路100、第一RCD(电阻电容二极管)保护电路101、第二IGBT驱动电路110、第二RCD保护电路111、第三IGBT驱动电路120、第三RCD保护电路121、第四IGBT驱动电路130、第四RCD保护电路131、电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路、第二调相-过零检测电路、滤波网络以及负载，所述电压霍尔传感器电路两端分别连接在市电网络的火线和零线上，所述电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路和第一调相-过零检测电路依次电连接，所述第一调相-过零检测电路与所述CPLD的一个输入端连接。
所述CPLD的四个输出控制端分别与所述第一IGBT驱动电路100、第二IGBT驱动电路110、第三IGBT驱动电路120和第四IGBT驱动电路130的控制端连接，所述第一IGBT驱动电路100的输入端与市电的火线连接，输出端与所述第二IGBT驱动电路110的输出端连接，所述第二IGBT驱动电路110的输入端与所述第三IGBT驱动电路120的输入端连接，所述第三IGBT驱动电路120的输出端与所述第四IGBT驱动电路130的输出端连接，所述第四IGBT驱动电路130的输入端与市电网络的零线连接，同时所述第一RCD保护电路101两端分别连接在所述第一IGBT驱动电路100的输入端和输出端，所述第二RCD保护电路111两端分别连接在所述第二IGBT驱动电路110的输入端和输出端，所述第三RCD保护电路121两端分别连接在所述第三IGBT驱动电路120的输入端和输出端，所述第四RCD保护电路131两端分别连接在所述第四IGBT驱动电路130的输入端和输出端。
所述电流霍尔传感电路和滤波网络串联在所述第二IGBT驱动电路110的输入端和市电网络的零线之间，所述负载与所述滤波网络并联，所述电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路和第二调相-过零检测电路依次电连接，所述第二调相-过零检测电路的输出端与所述CPLD的另一个输入端连接。
参照图2，所述第一IGBT驱动电路100、第二IGBT驱动电路110、第三IGBT驱动电路120和第四IGBT驱动电路130具有相同的结构，下面以所述第一IGBT驱动电路100为例进行说明。
所述第一IGBT驱动电路100包括光隔、IGBT1和IGBT2，所述光隔的输入端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端为所述第一IGBT驱动电路100的输入端，所述光隔的输出端通过电阻R2与所述IGBT1的闸极连接，同时所述光隔的输出端通过两个反向连接的稳压二极管D1和D2连接至所述IGBT1的源极，所述IGBT1的漏极与所述IGBT2的漏极连接，并连接至压敏电阻RV1的一端，压敏电阻RV1的另一端为所述第一IGBT驱动电路100的输出端。所述IGBT1的闸极通过电阻R3连接至所述IGBT2的源极，所述IGBT2的闸极与电阻R4一端连接，电阻R4另一端为所述第一IGBT驱动电路100的控制端，同时所述IGBT2的闸极和源极通过电阻R5连接，所述IGBT2的源极和漏极通过串联的电容C1和电阻R6连接，电阻R6两端并联有二极管D3，其中二极管D3的正极与所述IGBT2的漏极连接。在本实施例中，所述光隔的型号为TLP250。
参照图3，所述第一RCD保护电路101、第二RCD保护电路111、第三RCD保护电路121和第四RCD保护电路131具有相同的结构，下面以所述第一RCD保护电路101为例进行说明。
所述第一RCD保护电路101包括交流源AC以及RCD电路，所述交流源AC的正极通过开关连接至所述RCD电路的源极，同时所述RCD电路的源极和所述交流源AC的负极之间并联连接有电容C2、压敏电阻RV2以及串联的电阻R7和电容C3。所述RCD电路的漏极为所述第一RCD保护电路的输出端，所述交流源AC的负极为所述第一RCD保护电路的输入端。
参照图4，所述第一调相-过零检测电路和第二调相-过零检测电路具有相同的结构，下面以所述第一调相-过零检测电路为例进行说明。
所述第一调相-过零检测电路包括电流霍尔传感器U1、集成运算放大器U2、U3和U4，电流霍尔传感器U1的输出端连接至运算放大器U2的正极，同时电流霍尔传感器U1的输出端还通过电阻R8接地。运算放大器U2的负极与输出端连接，运算放大器U2的输出端通过串联的电阻R9和R10连接至运算放大器U3的负极，同时电阻R9和R10之间通过电容C4接地。运算放大器U3的负极通过电阻R11连接至输出端，同时运算放大器U3的正极通过电阻R12接地。运算放大器U3通过串联的电容C5和电阻R14连接至运算放大器U4的负极，同时电容C5和电阻R14之间通过电阻R13接地。运算放大器U4的正极和负极之间通过电容C6连接，运算放大器U4的正极还通过电阻R15接地。运算放大器U4的正极通过电容C7连接至输出端，输出端通过电阻R16连接至+12V电源，输出端也通过电阻R17连接至三极管Q1的基极。三极管Q1的基极和发射极通过电阻R19连接，同时发射极接地。三极管Q1的集电极通过二极管D5接地，其中二极管D5的正极接地。三极管Q1的集电极通过电阻R18和二极管D4的负极连接，二极管D4的正极为所述第一调相-过零检测电路的输出端，同时电阻R18和二极管D4之间还连接至+5V电源。
参照图5，所述电压霍尔传感器电路包括电压霍尔传感器U5，电压霍尔传感器U5的输入端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端为所述电压霍尔传感器电路的输入端u1，该输入端u1与市电的零线连接，电压霍尔传感器U5的输出端为所述电压霍尔传感器电路的输出端u2。同时，电压霍尔传感器电路的另一输入端u3与市电的火线连接。电压霍尔传感器U5的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时电压霍尔传感器U5连接+12V电源的电源端通过两个并联的电容C8和C9与两个并联的电容C10和C11串联后连接至连接-12V电源的电源端。
参照图6，所述电流霍尔传感器电路包括电流霍尔传感器U6，电流霍尔传感器U6的输入端为所述电流霍尔传感器电路的输入端，输出端接地，且电流霍尔传感器U6的输入端和输出端之间通过电阻R21连接。电流霍尔传感器U6的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时电流霍尔传感器U6连接+12V的电源端通过两个并联的电容C12和C13与两个并联的电容C14和C15串联后连接至连接-12V电源的电源端。
综上所述，本实用新型实施例中一种智能照明调控系统，采用4-IGBT串联完成了对市电从AC/AC的斩波降压，直接将交流市电经过4个串联的IGBT通过相关的控制时序形成输出可调的电压，供路灯等设备使用，减少了一级AC/DC的转换，并且舍去了使用变压器的麻烦，使整个系统提高了效率，减小了体积，增大了功率密度。同时交流斩波时序控制时采用CPLD及纯数字外部电路完成，相比于其他的系统实时性高，对于不同电路特性的负载响应度高，实时改变控制时序调整功率因数，降低电网负载。
以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是，本实用新型实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能照明调控系统，其特征在于，包括电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路、第一调相-过零检测电路、CPLD、第一IGBT驱动电路(100)、第一RCD保护电路(101)、第二IGBT驱动电路(110)、第二RCD保护电路(111)、第三IGBT驱动电路(120)、第三RCD保护电路(121)、第四IGBT驱动电路(130)、第四RCD保护电路(131)、电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路、第二调相-过零检测电路、滤波网络以及负载，所述电压霍尔传感器电路两端分别连接在市电网络的火线和零线上，所述电压霍尔传感器电路、第一滤波相位补偿电路和第一调相-过零检测电路依次电连接，所述第一调相-过零检测电路与所述CPLD的一个输入端连接；所述CPLD的四个输出控制端分别与所述第一IGBT驱动电路(100)、第二IGBT驱动电路(110)、第三IGBT驱动电路(120)和第四IGBT驱动电路(130)的控制端连接，所述第一IGBT驱动电路(100)的输入端与市电的火线连接，输出端与所述第二IGBT驱动电路(110)的输出端连接，所述第二IGBT驱动电路(110)的输入端与所述第三IGBT驱动电路(120)的输入端连接，所述第三IGBT驱动电路(120)的输出端与所述第四IGBT驱动电路(130)的输出端连接，所述第四IGBT驱动电路(130)的输入端与市电网络的零线连接，同时所述第一RCD保护电路(101)两端分别连接在所述第一IGBT驱动电路(100)的输入端和输出端，所述第二RCD保护电路(111)两端分别连接在所述第二IGBT驱动电路(110)的输入端和输出端，所述第三RCD保护电路(121)两端分别连接在所述第三IGBT驱动电路(120)的输入端和输出端，所述第四RCD保护电路(131)两端分别连接在所述第四IGBT驱动电路(130)的输入端和输出端；所述电流霍尔传感电路和滤波网络串联在所述第二IGBT驱动电路(110)的输入端和市电网络的零线之间，所述负载与所述滤波网络并联，所述电流霍尔传感器电路、第二滤波相位补偿电路和第二调相-过零检测电路依次电连接，所述第二调相-过零检测电路的输出端与所述CPLD的另一个输入端连接。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一IGBT驱动电路(100)包括光隔、IGBT1和IGBT2，所述光隔的输入端与电阻R1一端连接，电阻R1另一端为所述第一IGBT驱动电路(100)的输入端，所述光隔的输出端通过电阻R2与所述IGBT1的闸极连接，同时所述光隔的输出端通过两个反向连接的稳压二极管D1和D2连接至所述IGBT1的源极，所述IGBT1的漏极与所述IGBT2的漏极连接，并连接至压敏电阻RV1的一端，压敏电阻RV1的另一端为所述第一IGBT驱动电路(100)的输出端；所述IGBT1的闸极通过电阻R3连接至所述IGBT2的源极，所述IGBT2的闸极与电阻R4一端连接，电阻R4另一端为所述第一IGBT驱动电路(100)的控制端，同时所述IGBT2的闸极和源极通过电阻R5连接，所述IGBT2的源极和漏极通过串联的电容C1和电阻R6连接，电阻R6两端并联有二极管D3，其中二极管D3的正极与所述IGBT2的漏极连接。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一RCD保护电路(101)包括交流源AC以及RCD电路，所述交流源AC的正极通过开关连接至所述RCD电路的源极，同时所述RCD电路的源极和所述交流源AC的负极之间并联连接有电容C2、压敏电阻RV2以及串联的电阻R7和电容C3；所述RCD电路的漏极为所述第一RCD保护电路的输出端，所述交流源AC的负极为所述第一RCD保护电路的输入端。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一调相-过零检测电路包括电流霍尔传感器U1、运算放大器U2、U3和U4，所述电流霍尔传感器U1的输出端连接至所述运算放大器U2的正极，同时所述电流霍尔传感器U1的输出端还通过电阻R8接地；所述运算放大器U2的负极与输出端连接，所述运算放大器U2的输出端通过串联的电阻R9和R10连接至所述运算放大器U3的负极，同时所述电阻R9和R10之间通过电容C4接地；所述运算放大器U3的负极通过电阻R11连接至输出端，同时所述运算放大器U3的正极通过电阻R12接地；所述运算放大器U3通过串联的电容C5和电阻R14连接至所述运算放大器U4的负极，同时所述电容C5和电阻R14之间通过电阻R13接地；所述运算放大器U4的正极和负极之间通过电容C6连接，所述运算放大器U4的正极还通过电阻R15接地；所述运算放大器U4的正极通过电容C7连接至输出端，输出端通过电阻R16连接至+12V电源，输出端也通过电阻R17连接至三极管Q1的基极；所述三极管Q1的基极和发射极通过电阻R19连接，同时发射极接地；所述三极管Q1的集电极通过二极管D5接地，其中二极管D5的正极接地；所述三极管Q1的集电极通过电阻R18和二极管D4的负极连接，所述二极管D4的正极为所述第一调相-过零检测电路的输出端，同时所述电阻R18和二极管D4之间还连接至+5V电源。
5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电压霍尔传感器电路包括电压霍尔传感器U5，所述电压霍尔传感器U5的输入端与电阻R20的一端连接，所述电阻R20的另一端为所述电压霍尔传感器电路的输入端u1，该输入端u1与市电的零线连接，所述电压霍尔传感器U5的输出端为所述电压霍尔传感器电路的输出端u2；同时，所述电压霍尔传感器电路的另一输入端u3与市电的火线连接；所述电压霍尔传感器U5的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时所述电压霍尔传感器U5连接+12V电源的电源端通过两个并联的电容C8和C9与两个并联的电容C10和C11串联后连接至连接-12V电源的电源端。
6.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流霍尔传感器电路包括电流霍尔传感器U6，所述电流霍尔传感器U6的输入端为所述电流霍尔传感器电路的输入端，输出端接地，且所述电流霍尔传感器U6的输入端和输出端之间通过电阻R21连接；所述电流霍尔传感器U6的两个电源端分别与+12V电源和-12V电源连接，同时所述电流霍尔传感器U6连接+12V的电源端通过两个并联的电容C12和C13与两个并联的电容C14和C15串联后连接至连接-12V电源的电源端。
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