CN205902171U - 一种自适应负载类型的总线式调光设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自适应负载类型的总线式调光设备，包括主控制板和调光控制板，其中，所述主控制板上设置有主控MCU模块和CAN总线收发器，所述主控MCU模块和CAN总线收发器之间通过数据总线相连，所述主控MCU模块、CAN总线收发器的电源端均与LDO电源电路相连；所述调光控制板上至少设置有一路调光通道单元，所述主控MCU模块通过串行总线和调光通道单元相连。本实用新型的调光控制板上至少设置有一路调光通道单元，每路调光通道单元可方便地通过负载特性检测电路实现不同的切相控制，并通过CAN总线联网实现远程控制，从而具有快捷的可扩展性，满足白炽灯、220V卤素灯、LED灯等负载的调光控制。

Description

一种自适应负载类型的总线式调光设备

技术领域

本实用新型涉及一种调光设备，尤其涉及一种自适应负载类型的总线式调光设备。

背景技术

可控硅调光是目前在白炽灯和节能灯应用中被普遍采用的一种调光方式。它的工作原理是将输入电压的波形通过导通角切波之后，产生一个切向的输出电压波形。应用切向的原理，可减少输出电压的有效值，以此来降低负载的功率。

目前可控硅调光方式的缺陷如下：

1、基于其工作原理，在应用时存在一些设计缺陷，缺陷的根源在于可控硅导通后需要一个维持电流来保持导通，否则会恢复到截止状态。不同的可控硅维持电流不同，通常在几mA至几十mA之间，有的甚至达到50mA。而功率越大，需要的维持电流就越大，如果维持电流不够，则导通角不稳定，输出的波形也会不均匀，而且会产生颤动和尖峰，当将这样的不稳定输出加到LED上时就会出现闪烁。之前的白炽灯由于是线性负载，而且工作电流一般都会超过50mA，所以不会出现闪烁的现象，因此目前市面上适用于白炽灯的可控硅调光器不直接适用于LED产品，需要对其进行设计改进以符合LED的工作特性。

2、目前市面上普遍应用的LED负载需要配备的电子变压器为容性负载，前切相调光时负载端电压会突变，这样对于容性负载就是一个电压阶跃。根据I＝C*dV/dt此时理论上电流无穷大，事实上也会有极大的冲击电流，危害灯具和调光器本身的使用寿命。

3、可控硅为半控型期间，只能控制器开通不能控制器关断。当导通过程中发生短路时，不能自主关断，引发器件损坏。

本实用新型是一款使用性能和安全性能均极佳的调光产品，主要用于家居，酒店，公共区域等的照明智能化调光控制，可以自动检测负载特性并自动选择调光的切相方式，阻性负载和感性负载自动采用前切相调光，容性负载自动采用后切相调光方式。本实用新型具备过载保护，短路保护，过电压保护，过热保护。主要用于对白炽灯、220V卤素灯、以及装设可调光电子变压器的低压卤素灯,LED灯等进行调光控制。通过安装在MOS管散热片上的温控开关实现过热保护。本实用新型可以通过N-BUS总线实现远程控制，同时模块的每个输出通道都配置了单独控制显示按键及指示灯，用于直接控制该输出通道并实时显示通道状态。本实用新型的每个通道都具有报错红色指示效果，当底层板供电异常，负载短路，负载过载，温度过高等模块红灯亮并上传对应的故障代码，回路正常并且回路处于导通状态，蓝色灯亮上传回路调光值。无论在安装调试还是在维修中都可以通过指示灯的颜色对通道的状态进行识别。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种自适应负载类型的总线式调光设备，能够更好地满足白炽灯、220V卤素灯、LED灯以及装设可调光电子变压器的低压卤素灯等调光控制要求，性能稳定，安全性高。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种自适应负载类型的总线式调光设备，包括主控制板和调光控制板，其中，所述主控制板上设置有主控MCU模块和CAN总线收发器，所述主控MCU模块和CAN总线收发器之间通过数据总线相连，所述主控MCU模块、CAN总线收发器的电源端均与LDO电源电路相连；所述调光控制板上至少设置有一路调光通道单元，所述主控MCU模块通过串行总线和调光通道单元相连。

上述的自适应负载类型的总线式调光设备，其中，所述主控MCU模块的输入端和按键模块相连，所述主控MCU模块的输出端通过达灵顿驱动电路连接运行指示灯、总线数据流指示灯和通道状态指示灯。

上述的自适应负载类型的总线式调光设备，其中，每路调光通道单元包括调光MCU模块和调光电源模块，所述调光MCU模块通过调光驱动电路连接MOS管对正弦波切相，所述调光MCU模块通过光耦隔离模块和主控制板的串行总线相连。

上述的自适应负载类型的总线式调光设备，其中，所述调光控制板上还设置有过零检测电路，所述调光电源模块输入220V交流电，输出13V直流电和5V直流电，所述零检测电路通过电阻分压和比较器检测调光电源模块火线L和零线N的过零信号。

上述的自适应负载类型的总线式调光设备，其中，所述调光控制板上还设置有用于检测负载电压和电流相位差的负载特性检测电路，当负载电流波形相位滞后于电压时，所述调光MCU模块通过调光驱动电路采用前切相调光；当电压波形相位滞后于电流时，所述调光MCU模块通过调光驱动电路采用后切相调光。

上述的自适应负载类型的总线式调光设备，其中，所述调光控制板上还设置有用于提供短路、过载及过热检测的保护电路。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的自适应负载类型的总线式调光设备，所述调光控制板上至少设置有一路调光通道单元，每路调光通道单元可方便地通过负载特性检测电路实现不同的切相控制，多路调光通道单元之间通过电气隔离，并通过CAN总线联网实现远程控制，从而具有快捷的可扩展性，满足白炽灯、220V卤素灯、LED灯以及装设可调光电子变压器的低压卤素灯等调光控制要求，性能稳定，安全性高。

附图说明

图1为本实用新型自适应负载类型的总线式调光设备电路方框示意图；

图2为本实用新型总线式调光设备中调光通道单元的电路方框示意图；

图3为本实用新型调光通道单元中的保护电路图；

图4为本实用新型调光通道单元中的调光驱动电路图；

图5a为本实用新型对于阻性负载和感性负载采用前切相输出电压波形图；

图5b为本实用新型对于容性负载采用后切相输出电压波形图；

图6为本实用新型调光通道单元中的过零检测电路输出信号示意图。

图中：

1主控制板 2调光控制板 3主控MCU模块

4达灵顿驱动电路 5CAN总线收发器 6LDO电源电路

7调光通道单元 8运行指示灯 9总线数据流指示灯

10通道状态指示灯 11按键模块 71调光MCU模块

72光耦隔离模块 73负载特性检测电路 74保护电路

75调光驱动电路 76MOS管 77调光电源模块

78过零检测电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

图1为本实用新型自适应负载类型的总线式调光设备结构示意图。

请参见图1，本实用新型提供的自适应负载类型的总线式调光设备，包括主控制板1和调光控制板2，其中，所述主控制板1上设置有主控MCU模块3和CAN总线收发器5，所述主控MCU模块3和CAN总线收发器5之间通过数据总线相连，所述主控MCU模块3、CAN总线收发器5的电源端均与LDO电源电路6相连；所述调光控制板2上至少设置有一路调光通道单元7，所述主控MCU模块3通过串行总线和调光通道单元7相连。

本实用新型提供的自适应负载类型的总线式调光设备，所述主控MCU模块3的输入端和按键模块11相连，所述主控MCU模块3的输出端通过达灵顿驱动电路4连接运行指示灯8、总线数据流指示灯9和通道状态指示灯10。运行指示灯8不同的亮灭方式反应模块的运行状态；总线数据流指示灯9，当模块接收或发生CAN数据帧是指示灯闪烁一次；通道状态指示灯10为双色LED，调光通道的状态指示灯，每个调光回路对应一个指示灯。调光回路关闭时指示灯灭，调光回路正常输出时指示灯为蓝色，调光回路出现故障时指示灯为红色。按键模块11提供调光回路对应的控制按键，短按对应回路在“上一次亮度”和“关闭回路”切换，长按对应回路在“渐亮调光”和“渐暗调光”切换，释放按键锁定调光亮度。

本实用新型提供的自适应负载类型的总线式调光设备，主要用于家居，酒店，公共区域等的照明智能化调光控制，可以自动检测负载特性并自动选择调光的切相方式，阻性负载和感性负载自动采用前切相调光，容性负载自动采用后切相调光方式。本实用新型具备过载保护，短路保护，过电压保护，过热保护。主要用于对白炽灯、220V卤素灯、以及装设可调光电子变压器的低压卤素灯,LED灯等进行调光控制。通过安装在MOS管散热片上的温控开关实现过热保护。本实用新型可以通过N-BUS总线实现远程控制，同时模块的每个输出通道都配置了单独控制显示按键及指示灯，用于直接控制该输出通道并实时显示通道状态。本实用新型的每个通道都具有报错红色指示效果，当底层板供电异常，负载短路，负载过载，温度过高等模块红灯亮并上传对应的故障代码，回路正常并且回路处于导通状态，蓝色灯亮上传回路调光值。无论在安装调试还是在维修中都可以通过指示灯的颜色对通道的状态进行识别。各主要模块的功能及实现如下：

主控制板1：本实用新型的主逻辑运算板，负责解析CANBUS上接受的命令，通过串口发送命令给调光控制板2来执行调光命令。调光控制板2的状态也可以通过串口上报给PCB1-核心控制板，主控制板1再发送到CANBUS上的其他设备。

调光控制板2：通过串口接受调光命令，根据负载特性选择调光的切相方式，并自动上报调光值或故障代码。自带负载短路，负载过载，温度过高等保护。

主控MCU模块3：负载核心控制板的通讯，逻辑运算，可选用单片机。

达灵顿驱动电路4：信号功率放大作用。接收单片机IO口输出信号，三极管集电极开路输出。

CAN总线收发器5：为CAN总线收发器，是CAN控制器和物理总线间的接口，提供对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。N-BUS总线外部接口就是是一种集成了CAN总线和12VDC电源线，包含了12V,GND,CANH,CANL，采用RJ45接口快速安装的自定义总线。

LDO电源电路6：将N-BUS总线上提供12V的直流电压转换为5V和3.3V，为整个主控制板1提供电源。

调光通道单元7：调光控制板2的回路调光单元电路，回路之间为电气隔离，回路和主控制板1通过光耦电气隔离。如图2所示，本实用新型的调光通道单元包括如下模块：

调光MCU模块71：调光通道单元的核心，负载通讯，逻辑运算，信号处理。

光耦隔离模块72：调光通道单元和PCB1-核心控制板采用光耦隔离的方式进行串口通讯，增加本实用新型对外接口的安全性。

负载特性检测电路73：负载特性检测判定负载的阻性，感性，容性。针对不同的负载特性选择合适的切相方式以获得最优调光切相方式。具体工作原理为通过检测负载的电压和电流的相位差来确定。电流波形相位滞后于电压时负载特性为感性采用前切相调光，电压波形相位滞后于电流时负载特性为容性采用后切相调光，电流和电压波形相位差为0时负载特性为阻性采用前切相调光。

保护电路74：负载检测短路，过载，过热。如图3所示，220V正半波时，输入GA为高电平，U6导通，电流沿U6-R45-U7体二极管运行，如图3中的回路1。220V负半波时，输入GB为高电平，U7导通，电流沿U7-R45-U6体二极管运行，如图3中回路2。

图3中的输入信号GA，GB为MOS管控制信号。

输出信号AN为过载检测模拟量输出信号。220V正半波时，电流量沿回路1运行，当主回路电流越大，MOS管U6的U_DS越大，AN处电压也越大，通过单片机A/D采样AN电压判定过载。

输出信号TEMP为过热保护开关量输出信号，当贴合在MOS管散热片上的常开型温控开关闭合时，说明MOS管温度过高，TEMP为低电平，过热保护输出有效。

输出信号S-short为短路保护模拟量输出信号。220V正半波时,电流沿回路1运行，短路时Q5导通，S-short电压下降。220V负半波时，电流沿回路2运行，短路时Q4导通，S-short电压下降。S-short信号再通过后级电路的比较器与参考电压比较得到数字量的短路信号，供MCU单元和驱动单元使用。

图3中的元件功能如下：R48为上拉电阻，D4,D5为保护二极管，阻断主回路高电压到AN。U6,U7为MOS管，可控性功率开关器件，控制主回路开通关闭。R44,R47为MOS管门极驱动电阻，既能抑制震荡，也能限制电流。Z7,Z8为MOS管门极过电压保护，防止门极电压过高，MOS管损坏。R22,R23为Q5，Q4的基极限流电阻。Q5,Q4为短路检测三极管。R19为上拉电阻，C23为旁路吸收电容，R46为压敏电阻，保护MOS管过压击穿。

调光驱动电路75：带使能功能的功率放大器，为MOS管提供电压放大的控制信号，以及保护功能接口电路。如图4所示，其中，RC1为驱动电路输入信号，由MCU提供输出0/5V。GATEA为硬件级别驱动电路使能输入信号，当回路发生短路故障时，由保护电路输出为13V,Q7导通GA输出钳位为0V。正常状态下GATEA输出为0V,GA输出正常。GATEB为软件级别驱动电路的使能输入信号，当发生过载，过热等故障时，由MCU单片机提供，使能时GATEB为13V,禁止时为0V。GA为输出信号，作为MOS管门极的控制信号。GA为13V时，MOS管导通，GA为0V时，MOS管截止。

各元件功能描述如下：R28，R30为分压电阻，限流电阻；Q7为功率放大器件；R26，R24为限流电阻；电容C17，C15用于增加GA下降沿斜率，防止回路短路时，MOS管关闭过快负载端产生过高的反向感应电动势，MOS管过压击穿。

MOS管76：调光主回路的开关器件，对正弦波切相。对于阻性负载或感性负载，前切相输出电压，如图5a所示；对于容性负载，后切相输出电压，如图5b所示。

调光电源模块77：将220v交流电转成13V直流电和5V直流电，给调光通道单元的其他模块供电。

过零检测电路78：借助电阻分压和比较器检测火线L和零线N的过零信号。当VL>VN输出高电平，当VL<VN输出低电平。如图6所示，正弦波为输入的220v交流信号，方波为过零检测输出信号。

本实用新型提供的自适应负载类型的总线式调光设备，主要优点如下：1.通过CAN总线联网，可实现远程控制。2.负载特性自适应切相方式，降低容性负载的冲击电流和感性负载的冲击电压。3.全方位的保护功能，包括短路，过流，过载，过热保护。保证了设备的可靠性和安全性。4.故障检测，故障LED指示,故障上报功能方便使用和设备维护。5.采用总线型结构，方便快捷的可扩展性。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (6)

1.一种自适应负载类型的总线式调光设备，包括主控制板(1)和调光控制板(2)，其特征在于，所述主控制板(1)上设置有主控MCU模块(3)和CAN总线收发器(5)，所述主控MCU模块(3)和CAN总线收发器(5)之间通过数据总线相连，所述主控MCU模块(3)、CAN总线收发器(5)的电源端均与LDO电源电路(6)相连；所述调光控制板(2)上至少设置有一路调光通道单元(7)，所述主控MCU模块(3)通过串行总线和调光通道单元(7)相连。

2.如权利要求1所述的自适应负载类型的总线式调光设备，其特征在于，所述主控MCU模块(3)的输入端和按键模块(11)相连，所述主控MCU模块(3)的输出端通过达灵顿驱动电路(4)连接运行指示灯(8)、总线数据流指示灯(9)和通道状态指示灯(10)。

3.如权利要求1所述的自适应负载类型的总线式调光设备，其特征在于，每路调光通道单元(7)包括调光MCU模块(71)和调光电源模块(77)，所述调光MCU模块(71)通过调光驱动电路(75)连接MOS管(76)对正弦波切相，所述调光MCU模块(71)通过光耦隔离模块(72)和主控制板(1)的串行总线相连。

4.如权利要求3所述的自适应负载类型的总线式调光设备，其特征在于，所述调光控制板(2)上还设置有过零检测电路(78)，所述调光电源模块(77)输入220V交流电，输出13V直流电和5V直流电，所述零检测电路(78)通过电阻分压和比较器检测调光电源模块(77)火线L和零线N的过零信号。

5.如权利要求3所述的自适应负载类型的总线式调光设备，其特征在于，所述调光控制板(2)上还设置有用于检测负载电压和电流相位差的负载特性检测电路(73)，当负载电流波形相位滞后于电压时，所述调光MCU模块(71)通过调光驱动电路(75)采用前切相调光；当电压波形相位滞后于电流时，所述调光MCU模块(71)通过调光驱动电路(75)采用后切相调光。

6.如权利要求3所述的自适应负载类型的总线式调光设备，其特征在于，所述调光控制板(2)上还设置有用于提供短路、过载及过热检测的保护电路(74)。