專利名稱：調光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及燈光控制領域中的一種通過操作或偏程調節燈光亮度的調光裝置。
在許多場所，如歌舞廳、劇場和游樂宮及其他娛樂場所，需要使用調光裝置進行燈光效果控制。這種采用可控硅器件，通過調節可控硅導通的相移，即主回路交流電壓過零點至觸發導通時刻的間隔，進行燈光亮度調節的調光裝置的基本結構包括調節輸入裝置、移相裝置和觸發裝置等。調節輸入裝置，普遍采用電位器，用于接受操作人員的手動調節，產生一個模擬量給移相裝置;移相裝置根據該模擬量使觸發信號移動(延遲)一定相位;觸發裝置在觸發信號作用下驅動可控硅導通。隨著微處理器和集成電路技術的發展，以數字技術為基礎的控制方式也進入了調光裝置。在調節輸入裝置與移相裝置之間插入控制裝置，用A/D轉換將電位器的模擬量數字化，然后存放在存貯器中，使用時再通過D/A再現模擬量，輸出到移相裝置。增加了控制裝置這一環節，可以實現調光位置甚至過程的記憶，可以對輸入數據進行處理，增加調光裝置的功能。如昭63-291393，平1-(3993，166488，183094)，平2-(7396，162692，213096，213097)等等給出的調光裝置的控制環節都是這種結構。
這種基于A/D-D/A原理的調光裝置存在一些缺點首先，由于A/D及D/A轉換內外包括許多模擬電路，引入誤差的因素很多，表現為如基準電源誤差，失調誤差，非線性及微分非線性誤差，增益誤差等等。為減少誤差，常要使用輔助的補償或校正電路，提高了電路復雜性與成本，降低了可靠性，而且還需要手工調整。由于各種誤差的存在，引起模擬信號再現精度和各路燈光控制一致性方面的問題。其次，A/D、D/A成本高，不能每路控制都采用一個A/D，要用模擬多路選擇器，而后者成本也較高，尤其是當燈光路數較多(幾十至上百)時，更是如此;類似地，如果D/A不是每路觸發設一個，就要使用S/H(采樣/保持器)，并不節約成本。另外，A/D進行的輪流采樣也限制了采樣頻率，當路數較多時，就要提高A/D的速度，這也是增加成本的因素。
本發明的目的是提供一種不用A/D-D/A或其他涉及模擬量的轉換，完全采用數字電路，直接進行觸發導通過程中相位的測量與控制的調光裝置，克服誤差、再現性與一致性等方面的問題，以及成本高的缺點。
本發明裝置的技術方案如下。
在調節可控硅導通角的調光裝置中，包括了與各路操作對應的各調節輸入裝置，根據輸入控制量產生相移控制信號的各移相裝置，受相移控制信號驅動的觸發裝置，以及過零檢測裝置和可以記憶、再現調光操作的控制裝置。不同的是，在本發明技術方案中，控制裝置不是處于調節輸入與移相裝置之間，對輸入的模擬控制量進行采樣與記錄，再為移相裝置輸出模擬控制參量，而是放在移相裝置之后，以計時方式對已產生的各觸發信號的相移同時進行測量，并以定時方式同時直接產生為各觸發裝置提供的觸發信號的相移。其中包括可以同時對各輸入觸發信號的相移進行計時方式測量的計時裝置，并包括可以同時以定時方式產生各觸發信號輸出中相移的定時裝置，還有一個產生計時與定時操作所需時鐘信號時鐘發生器，以及可以記錄計時裝置中各計時值、設置定時裝置中各定時值的控制器。
上述的計時裝置的結構包括，一組寄存器，與各被測的輸入觸發信號一一對應，以及至少一個計數器。計數器由過零檢測信號在相位過零時復位并啟動計數。各寄存器以計數器的計數值為數據輸入，鎖存控制為被測的觸發信號，在觸發的同時，使計數值進入寄存器作為測得的相移值，并可由控制器讀出。計數器可以是所有寄存器共用一個，也可以是每個寄存器用一個，或幾個寄存器用一個，各計數器都是同步計數的。計數器的位數等于也可以大于寄存器位數，當計數器位數大于寄存器位數時，寄存器存入計數器的高位，而舍棄其低位。多余的低位可以作為分頻器使用，提高啟動相位處的分辯率。計數器可以是加計數也可以是減計數工作。
上述的定時裝置的一種結構包括，與各觸發輸出一一對應的一組比較器、寄存器對，和至少一個計數器。計數器由過零檢測信號復位和啟動計數器。各寄存器的內容為與所產生觸發信號相移對應的定時值，由控制器寫入，各比較器將相應的寄存器內容與計數器值比較。當計數器值達到和/或超過相應的寄存器值時，比較器輸出有效，對應觸發信號的導通觸發，驅動相應的觸發裝置。計數器的個數可以是一個，為各比較器共用，也可以是多個，幾個比較器用一個，甚至每個比較器用一個，各計數器完全同步計數。計數器位數可以大于或等于寄存器的位數，如果是大于情況，比較器比較的是計數器的高位，舍棄低位。多余的低位可以起分頻器的作用，提高啟動計數時的相位分辨率。計數器可以是加也可以是減計數工作。
定時裝置的另一種結構包括，與各觸發輸出一一對應的一組計數器、寄存器對。寄存器由控制器寫入與所要產生的觸發相移對應的定時值。在相位過零時，過零檢測信號啟動各計數器裝入相應寄存器的值作為計數初值并開始計數。當計數至溢出值后，計數器輸出有效信號，對應觸發信號的導通觸發，驅動對應的觸發裝置。同前一種定時裝置結構中的計數器類似，這里的各計數器位數等于，也可以大于相應寄存器的位數，當大于時，計數器將寄存器值設置為自己的高位作為初值。同樣，計數器可以是加，也可以是減計數。
在本發明裝置的控制裝置中，上述的時鐘發生器包括了一個晶體振蕩器，和一個分頻計數器。晶體振蕩器提供Mhz量級的時鐘信號，經分頻計數器分頻，產生定時與計時裝置所需的時鐘信號。分頻計數器是可復位的，由過零檢測信號在過零時進行復位，保證計時與定時起點的分辯率僅為晶振的分辯單位。分頻精度取決于指標要求，分頻比例≥1。
在本發明調光裝置的控制裝置中，如果定時裝置采用上述的前一種結構，那么，定時與計時所用的計數器可以是同一計數器。特別地，當定時裝置和計時裝置在上述結構中都各只使用一個公共計數器，那么，這兩個計數器也可以用一個計數器代替，即整個控制裝置只用一個計數器。原因是上述結構的計時裝置與上述前一種結構的定時裝置中，所有計數器工作都是完全同步的。當然，這是采用同一計數器所涉及的計時裝置中的計時部分和定時裝置中的定時部分都同是對應加計數或減計數的。
本發明調光裝置的控制裝置中，控制器采用一般的適用微處理器或計算機結構，在這里僅涉及對計時值與定時值的讀寫，可以以任何一種現有技術來實現。
本發明裝置的優點是
1、精度高、成本低。不存在模擬電路引入的各種誤差。可以完全采用數字電路實現。同時，計數器的分辯率在增加時，仍保持低成本，而A/D-D/A則隨位數增加成本急劇上升，并且諸如誤差、電路調整及空碼發生等問題會變得嚴重。
2、一致性好。相移的測量與產生全部由數字電路實現，不用任何調整，沒有眾多的誤差因素，各路觸發控制性能一致。
3、再現性好。兩次轉換之間沒有線性度的問題，再現結果與將移相裝置的輸出與觸發裝置直接相連的相移結果一樣。
4、可控性好。直接生成觸發信號相移，可以方便地由程序將觸發時刻設定在任意計時點上，尤其是在過零點附近，移相裝置可能無法產生觸發信號的地方。
下列附圖用于說明本發明裝置的特點和實施例。
圖1是采用先有技術調光裝置的基本原理結構;圖2是本發明裝置及實施例的基本結構;圖3給出了本發明裝置中的控制裝置的基本原理結構;圖4用波形圖顯示了裝置中各主要點上的信號波形，用以說明裝置的工作原理及信號之間的關系;圖5給出控制裝置中計時裝置與定時裝置的實施例;圖6給出了控制裝置中時鐘發生器的實施例。
下面將結合
本發明裝置的實施例。
圖1顯示了采用先有技術調光裝置的結構。其中包括，調節輸入裝置1，移相裝置2，觸發裝置3，可控硅5以及產生過零檢測信號的過零檢測裝置6和處于1、2之間的控制裝置7，該裝置由A/D輸入調節裝置1的模擬量，由D/A輸出用于移相控制的模擬量。
圖2顯示了本發明裝置的基本結構，也是實施例的結構。與圖1的不同之處在于，控制裝置是4，位于2和3之間，其中沒有A/D-D/A部分。4以移相裝置2產生的觸發信號為輸入，以計時方式進行相移測量，并以定時方式輸出具有不同相移的各觸發信號驅動觸發裝置3。
圖3是控制裝置4的實施例的結構。其中，41是計時裝置，可以以計時方式同時對輸入的觸發信號20中各信號的相位進行測量，得到計時值;42是定時裝置，可以以定時方式同時產生具有不同指定相移的輸出觸發信號30中的各個信號;43是控制裝置，在這里其作用是讀出計時裝置41和為定時裝置42設置各定時值;DB是數據總線，RD、WR分別是讀、寫控制線;44是時鐘發生器，為41和42提供時鐘驅動信號440;60是來自過零檢測裝置6的過零檢測信號。
圖4中的幾個波形說明了本發明調光裝置及其中控制裝置的工作原理和信號之間的關系。圖中波形(a)是受控主回路上的電壓波形，周期為T，對50Hz來說是20ms，陰影部分是可控硅導通區域，導通時間(相位)是t1。
(60)是過零檢測信號60的波形，當(a)過零時，產生窄脈沖T3，寬度為t3，T3前沿不遲于過0點，后沿不早于過0點。(20)是移相裝置2產生的某一個觸發脈沖信號，于t1時刻觸發，觸發脈沖寬度為t2，一般為不小于某一值，取決于可控硅的觸發要求，最大為T4的寬度。(40)是控制裝置4產生的觸發信號40中的一個，在t1′處觸發有效。(40)的陰影部分為定時區間T1，t1′可處于(a)的半周期內從t3后沿至t3前沿的整個區間。(20)陰影部分為計時區間，也是T1，t1位置范圍與t1′相同。當計時與定時分辯率1/n＝1/256時，最小分辯時間為T/2n＝10ms/256≈40us，而t3可以僅有數us，遠小于1/n，因此t3可以忽略，T1＝t1。另外，t1′可以與t1不同，圖4中顯示的是(40)再現(20)的觸發相移的情況，此時有t1′＝t1。
圖5(a)是計時裝置41的實施例。412為與20中的各觸發信號一一對應的各寄存器之一。411為所有412共用的計數器。過零檢測號60前沿使411復位，從后沿開始，允許411對時鐘信號440計數。當(20)的觸發沿到來時，使412記下411的瞬時計數值。該值在來自控制器43的RD作用下，放到DB總線上被43讀回。
圖5(b)是定時裝置42的實施例之一。422為與40中的各觸發信號一一對應的各寄存器之一，421是計數器，423是比較器。予定相移的定時值由控制裝置43通過寫控制信號WR寫入422，在60前沿，421復位，并從60后沿開始對時鐘信號440計數。比較器423對422的予定值與421的計數值進行比較，當421的值大于或大于等于(加計數時)后，423輸出有效信號，對應圖4(40)的t1′后的情況，直到下一次T3前沿(60前沿)到來使411復位為止。
圖5(c)是定時裝置的實施例之二。427是寄存器，與圖2(b)中的422類似，由控制器43寫入定時初值。428是或門，426是計數器。在過零檢測信號60的前沿(如圖示，也可由后沿)，426讀入427的定時初值，在60的后沿426開始對440計數。426在溢出時(這里為全0)輸出有效，該輸出一方面作為(40)輸出，另一方面返回計數器426的計數允許端E，使計數器426停止計數，保持為0，直到60的下一個前沿到來再次使426裝入定時初值時為止。
圖6顯示了時鐘發生器44的實施例。圖中441是晶體振蕩體，為分頻計數器442提供輸入。當過零檢測信號60前沿來到時，442復位。在60的脈沖之后，442開始分頻計數。其輸出440便是計時裝置41與定時裝置42所需的時鐘信號。
在上述的實施例中，圖5中的寄存器412，422，427可在任意時刻讀或寫，也可以采用如DMA等快速傳送方式由過零檢測信號60前沿啟動，在t3期間進行同步讀或寫。圖5中各計數器411、421、426位數可以超過相應的寄存器位數，此時，圖中所示各計數器的數據輸入或輸出端均為高位，低位相當于超分頻作用以減小誤差。即使計數器與寄存器位置相同，也可以只用高位，寄存器低位總被忽略(讀時)或總置0(寫時)，這樣，可以靈活選擇相移測量與產生的分辯率和啟始點誤差。
權利要求
1.一種通過改變可控硅導通角進行燈光控制的調光裝置，包括與各路操作及燈光對應的調節輸入裝置、移相裝置和觸發裝置，以及產生過零檢測信號的過零檢測裝置和可以測量、記憶、再現調光操作的控制裝置，本發明的特征在于，控制裝置的位置是在移相裝置之后，輸入已產生的各觸發信號，以所包括的一個計時裝置通過計時方式同時測量各觸發信號中的觸發相移，并以所包括的一個定時裝置，通過定時方式同時產生驅動各觸發裝置所需的各觸發信號輸出的觸發相移，還包括一個為計時裝置與定時裝置提供時鐘信號的時鐘發生裝置。
2.根據權利要求1的調光裝置，其特征在于，所述的計時裝置包括，與各被測輸入觸發信號一一對應的一組寄存器，和至少一個位數大于或等于各寄存器位數的計數器，計數器由過零檢測信號復位和啟動計數，各寄存器以計數器的計數值為輸入數據，在被測觸發信號的觸發時刻，將該時刻的計數值存入寄存器。
3.根據權利要求1的調光裝置，其特征在于，所述的定時裝置包括，與各觸發信號輸出一一對應的一組比較器和寄存器對，至少一個位數大于或等于各寄存器位數的計數器，計數器由過零檢測信號復位和啟動計數，各比較器對計數器的高位與相應寄存器的值進行比較，當計數值達到和/或超過相應的寄存器的值時，比較器輸出有效的觸發信號輸出。
4.根據權利要求1的調光裝置，其特征在于，所述的定時裝置包括，與各觸發信號輸出一一對應的一組計數器和寄存器一對，計數器由過零檢測信號啟動裝入相應寄存器的值作為計數初值并開始計數，當計數至溢出值后，計數器輸出有效觸發信號輸出。
5.根據權利要求1的調光裝置，其特征在于，所述的時鐘發生裝置包括，一個晶體振蕩器，一個對晶體振蕩器信號進行分頻的分頻計數器，過零檢測信號在每次相位過零時使分頻計數器復位，重新開始計數分頻，分頻比例≥1。
6.根據權利要求2和3的調光裝置，所述的計時裝置中某計時用的計數器與定時裝置中某定時用的計數器是同一計數器。
全文摘要
本發明涉及一種通過改變可控硅導通角進行燈光調節并可記憶調節操作過程的調光裝置。與先有調光裝置采用A/D采樣輸入控制量，再通過D/A還原模擬量控制觸發相移的方式不同，本發明采用計時方式測量觸發信號的相移(或導通角)，以定時方式產生相移進觸發驅動。與先有方法比較，這種測量與再現方式，可以完全用數字電路實現，具有誤差小、再現程度高、調光一致性好、可控性好以及成本低的優點。
文檔編號H02M5/257GK1083302SQ92109159
公開日1994年3月2日 申請日期1992年8月11日 優先權日1992年8月11日
發明者陳蘇 申請人:陳蘇