專利名稱：一種“交-交調控”的數控hid驅動方法及其驅動器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種“交-交凋控”的數控HID驅動(包括降壓型驅動、升壓型驅動和降壓升壓型驅動)方法及其驅動器，屬于電器照明領域，它是高壓氣體放電燈(簡稱HID)新一代的重要配件。本發明適用于高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、鏑燈等不同管電壓的HID。適用范圍廣，可含蓋從小功率射燈、柜臺燈、近光裝飾燈、聚光燈，到人功率舞臺燈、路燈，廣場、車站、碼頭、體育場館照明燈，及演藝場館、餐廳、車用、船用照明的HID驅動。
背景技術：
I、HID光源及鎮流器 HID是當前大功率照明的主光源，由于其光效高、功率因素高、顯色性好等優點，在LED光源飛速發展的時代，仍以穿透性高和舒適度好等不可取代的優點，成為照明領域大規模照明的主體。但由于HID為氣體放電燈，需要高壓啟動和電流控制，所以，必須配以鎮流器、觸發器才能工作。傳統HID照明，多以電感鎮流器供電，因其功率因素低，效率低，照明質量不穩定，不可調控，耗能聞等缺點，將逐步被淘汰。電子鎮流器的出現，以其高效率、高功率因素和便于自動控制等優點，日趨受到用戶的青睞。但由于其成本高、壽命短的致命弱點，限制了其推廣使用。“交-交凋控”是當今世界自動控制領域里的最新技術。本發明將“交-交凋控”應用于數控HID驅動領域，打破了電子鎮流器常規的“交-直-交控制”的技術路線，取消了直流控制環節，所以，簡化了電路，大大降低了成本，大大提高了產品的可靠性，大大延長了 HID燈及配屬設備的壽命，并使HID調控數控化成為可能。2、“交-交凋控”數控HID驅動與HID電子鎮流器驅動對比采用“交-交調控”數控HID驅動與HID電子鎮流器驅動相比，具有極明顯優點(I)HID電子鎮流器采用的是“低頻方波式高頻電路”的技術路線，將交流供電轉為直流，再在直流電路內進行電流，電壓的模擬控制，以達到輸出功率穩定的效果，而采用“交-交調控”數控HID驅動，是由嵌入式控制器直接對輸入交流電源進行凋制，以可控的恒功率模式直接輸出交流電能，向HID恒功率供電。同時在供電過程中，電流、電壓經嵌入式控制器采樣反饋處理后，直接控制交流恒功率輸出。(2)由于采用“交-交調控”數控HID驅動器是以嵌入式控制器為前提的，所以調控系統可以很方便的構成。以嵌入式控制器模塊和“交-交調控”模塊為核心，配以不同功率的驅動模塊，即可構成適用于不同功率的HID照明，提高標準化，通用化水平，大大減化電路，制作簡單，成本低廉。(3)由于采用“交-交凋控”數控HID驅動是以嵌入式控制器為核心，系統的數控化易于實現。如恒功率控制，過流、過壓、過熱、短路保護等，均由嵌入式控制器直接控制完成。同時，系統也易于實現開放式接口，便于與無線、有線及電力載波網絡聯接，實現系統通信及控制。
(4)由于采用“交-交調控”數控HID驅動，其整個系統變換完全是在交流環節完成的，避開了直流轉換環節，大幅度減少了電子元器件，降低了成本，同時，由于沒有電解電容等易損兀件的存在，還大大提聞了電路的可罪性和廣品壽命。
發明內容
本發明涉及一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器。本發明的目的是提供一種高效率，高可靠性，長壽命，低成本，功率因素可達1，能實現降壓、升壓、降壓升壓驅動的交流正弦輸出的數控HID驅動方法及驅動器，以滿足高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、鏑燈等不同管電壓的HID，以及小功率射燈，柜臺燈，近光裝飾燈，聚光燈，到大功率的舞臺燈、路燈、廣場照明燈、車站、碼頭、體育場館用燈，以及演藝場館、餐廳、車用、船用照明的HID照明要求。為實現上述目的，本發明的技術方案是
一種采用“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器。所述“交-交調控”的數控HID驅動方法是一種通過直接從交流到交流進行電源變換而實現的數控HID驅動方法，是與電子鎮流器通過“交流-直流-交流”的電源變換而實現的HID驅動方法完全不同的新方法。它是以嵌入式控制器與“交-交調控”驅動模塊為核心，通過與各功能電路連接、協凋處理，將輸入的正弦交流電直接進行交流調制，輸出滿足數控HID驅動的恒功率正弦交流電源，并實現數控HID驅動的各種照明功能和控制保護功能的方法；所述“交-交調控”的數控HID驅動器，是應用“交-交調控”的數控HID驅動方法實現的一種電路設備，其電路組成包括嵌入式控制器1，EMI及輸入濾波電路2，交-交調控驅動模塊3，交流正弦輸出濾波電路4，電流電壓采樣反饋電路5，高壓觸發驅動模塊6，通信控制接口電路7，以及HID燈泡8和輸入交流電源9。與輸入交流電源9相連接的EMI及輸入濾波電路2，用于隔離外部電源與本發明設備之間的干擾與噪聲，調理后的輸入交流電源一路供給“交-交凋控”驅動模塊3進行“交-交調控”;另一路供給嵌入式控制器I，用于輸入電源采樣及提供嵌入式控制器I的工作電源；與“交-交調控”驅動模塊3相連接的交流正弦輸出濾波電路4，用于抑制“交-交調控”驅動模塊3的輸出噪聲；串接于交流正弦輸出濾波電路4和HID燈泡8之間的電流/電壓采樣反饋電路5，用于采樣HID燈泡8的工作電流和電壓，調理后供嵌入式控制器I分析；串接于HID燈泡8之前的高壓觸發驅動電路6，在給定工作電壓范圍內，產生HID啟輝的觸發電平，點亮HID燈泡8 ；與嵌入式控制器I相連接的通信控制接口電路7，用于接收外部設定的工作參數，接收外部的控制指令，發送實時工況數據；其特征在于嵌入式控制器1，它是本發明的核心及管理控制中心。它采樣EMI及輸入濾波電路2的輸入以及交流正弦輸出濾波電路4的輸出，比對系統設定的工作參數，產生“交-交凋控”驅動模塊3工作的操作控制指令，實現電源的“交-交凋控”變換；它通過通信接口電路7，實現與外部的數據交互及互聯集群控制；
它通過對電流/電壓采樣反饋電路5反饋的電流、電壓值及對系統工作模型的分析，比對系統設定參數可實現過流、過壓、過熱及短路保護功能，以保障本發明驅動器穩定、可靠地工作。其特征還在于一個“交-交調控”驅動模塊3，與EMI及輸入濾波電路2相連接，用于對輸入電源直接進行“交-交調控”變換處理。它執行嵌入式控制器I給出的操作控制指令，將輸入電源直接變換為HID燈泡8的工作電源。本發明的有益效果是采用“交-交凋控”技術實現了正弦交流直接變換，有效地提高了 HID及配屬設備的使用壽命；通過“交-交調控”，可實現降壓、升壓及降壓升壓型交流電源變換；能適應85V 275V的寬電壓交流供電。通過外部指令設置，可對輸出電壓的工作范圍進行控制，以滿足各類HID燈照明的工作參數要求，有效地實現HID的恒功率控制；同時，還可以方便地實現連續線性恒功率 控制及調光。由于“交-交凋控”是以嵌入式控制器為前提，因而調控系統構成方便。以嵌入式控制器模塊和“交-交調控”驅動模塊為核心，配以不同功率的驅動模塊，即可構成適用于不同功率的HID驅動器，大大減化了電路，制作簡單，通用性強。易于實現系統的各種有效保護。由于“交-交調控”變換是在交流變換環節完成，避免了電子鎮流器變換的直流環節，大幅度減少了電子元器件，降低了成本；同時沒有電解電容易損件存在，大大提高了電路可靠性和產品壽命。
圖I是本發明一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器組成示意圖。圖2是本發明一種“交-交凋控”的數控HID驅動方法及其驅動器中嵌入式控制器I原理示意圖。圖3 圖6是本發明一種“交-交凋控”的數控HID驅動方法及其驅動器中“交-交凋控”驅動模塊3拓撲結構的幾種典型電路圖。其中圖3是用于實現降壓型變換的雙Buck電路圖。圖4是用于實現升壓型變換的雙Boost電路圖。圖5是用于實現降壓升壓型變換的雙Buck-Boost電路圖。圖6是雙CuK電路圖。
具體實施例方式如圖I所示，一種“交-交凋控”的數控HID驅動方法及其驅動器，其驅動器由嵌入式控制器1，EMI及輸入濾波電路2，“交-交調控”驅動模塊3，交流正弦輸出濾波電路4，電流/電壓采樣反饋電路5，高壓觸發驅動模塊6，通信控制接口電路7，HID燈泡8和輸入交流電源9組成。EMI及輸入濾波電路2濾除輸入交流電源9輸入的射頻、電磁干擾，同時，也防止本發明驅動器衍生的射頻、電磁干擾進入外部輸入電源，起到雙向隔離作用。經EMl及輸入濾波電路2的交流電源一路輸出到嵌入式控制器I，作為嵌入式控制器I的工作電源和過零檢測信號源，另一路輸出到“交-交調控”驅動模塊3，用于直接進行“交-交凋控”用的交流電源。“交-交凋控”驅動模塊3將EMI及輸入濾波電路2所供給的交流電源，按嵌入式控制器I給出的操作控制指令，進行“交流-交流”電源變換操作，輸出符合系統設定的額定交流電源到交流正弦輸出濾波電路4。交流正弦輸出濾波電路4對“交-交調控”驅動模塊3輸出的額定交流電源進行 濾波，去除干擾噪聲后，將滿足HID燈照明要求的交流正弦電源信號經高壓觸發驅動模塊6輸出到HID燈泡8。電流/電壓采樣反饋電路5串接在交流正弦輸出濾波電路4和HID燈泡8之間，對HID燈泡8的工作電流、電壓進行采樣，經調理后反饋給嵌入式控制器I。通信控制接口電路7用于本發明驅動器的開放式接口，便于實現有線、無線或電力載波網絡連接，實現系統的聯網或集群控制。通過接口，可接受上位機設定的外部指令，實現內部工作參數的設定、對輸出功率的修改、以及系統工作數據的輸出(如累計有效工作時間、累計有效的有功輸出功率等)；通過該接口，還可實現HID的“開/關”控制以及凋功率調光控制。HID燈泡8包括高壓鈉燈、金鹵燈、高壓汞燈、鏑燈等不同功率、不同管電壓的高壓氣體放電燈。輸入交流電源9為本發明提供供電電源，可以是85V 275V的寬電壓交流電源。嵌入式控制器I是本發明的核心和管理控制中心。嵌入式控制器I嚴格按設定的工作模型和參數，比對電流/電壓采樣反饋電路5反饋的采樣數據，計算并給出“交-交調控”驅動模塊3的操作控制指令，控制“交-交調控”驅動模塊3輸出滿足HID恒功率控制所需要的交流電源；嵌入式控制器I根據啟輝控制模型，給出“交-交調控”驅動模塊3的操作控制指令，控制高壓觸發驅動模塊6按啟輝控制模型點亮HID燈泡8。嵌入式控制器I通過通信控制接口電路7，接收并存儲外部設定的系統工作參數；實時接收外部指令，進行“開、關”控制，調功率凋光控制，以及過流、過壓、過熱、短路保護控制，并可根據外部指令要求，輸出系統的實時工作狀態及參數。圖2是嵌入式控制器I的原理示意圖。嵌入式控制器I主要由主控制器MPU10，系統工作參數存儲器11，“交-交調控”邏輯控制電路12，過零檢測邏輯控制電路13，AC-DC模塊14，通信控制器15組成，并與EMI及輸入濾波電路2，電流電壓采樣反饋電路5，通信控制接口電路7，交流正弦輸出濾波電路4，“交-交調控”驅動模塊3連接。主控制器10是嵌入式控制器I的中樞，承擔嵌入式控制器I的主要管理控制職能，與嵌入式控制器I內部各組成部分之間和本發明驅動器各組成部分之間多有連接。AC-DC模塊14將EMI及電源濾波電路2處理后的交流電源變換為低壓直流電源供主控制器MPUlO工作使用；過零檢測邏輯控制電路13對EMI及電源濾波電路2處理后的交流電源供主控制器MPUlO采樣使用；交-交調控邏輯控制電路12按主控制器MPUlO提供驅動信息，經過編程后發出“交-交調控”驅動指令給“交-交凋控”驅動模塊3 ;通信控制器15與通信控制接口電路7連接，接收并存儲外部設定的系統工作參數，實時接收外部指令，并傳輸給主控制器MPU10，主控制器MPUlO經過比對，處理后傳輸給通信控制器15，并通過通信控制器15與通信控制接口電路7連接，實現與外部數據的交互及互聯集群控制；系統工作參數存儲器11用于系統設置工作參數存儲，與主控制器10進行數據比對、交換。從主控制器MPUlO和“交-交調控”驅動模塊3輸出的經“交-交調控”后的交流電源到交流正弦輸出濾波電路4，進行濾波處理后使用。主控制器MPUlO接收電流電壓采樣反饋電路5采集并調理后的HID燈泡8的工作電流、電壓信息，嚴格按啟輝控制模型和設定的參數進行比對，計算并給出“交-交調控”驅動模塊3的操作控制指令，并通過“交-交調控”邏輯控制電路12發出控制驅動指令，控制高壓觸發驅動模塊6按啟輝控制模型點亮HID燈泡8和HID燈泡8的恒功率控制。圖3 圖6是本發明的“交-交調控”驅動模塊3拓撲結構的兒種典型電路圖。實現本發明的“交-交調控”驅動模塊3，根據不同功率、不同管電壓的需求，可以有多種電路，本發明給出了幾種具有代表性的典型電路。圖3是用于實現降壓型變換的雙Buck電路，圖4 是用于實現升壓型變換的雙Boost電路，圖5是用于實現降壓升壓型變換的雙Buck-Boost電路，圖6是一種變形的雙CuK電路。本發明只需變換一種“交-交凋控”驅動模塊3的拓撲電路，就能組成一種“交-交凋控”的數控HID驅動器，大大減化了設計方法，實現產品設計更高層次的標準化，通用化水平，大幅度降低成本。
權利要求
1.一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器，其特征在于是一種通過直接從交流到交流進行電源變換而實現的數控HID驅動方法，它是以嵌入式控制器與“交-交調控”驅動模塊為核心，通過與各功能電路連接、協調、處理，將輸入的正弦交流電源直接進行交流調制，輸出滿足數控HID驅動的恒功率正弦交流電，并實現數控HID驅動的各種照明功能和控制保護功能的方法。
2.一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器，所述驅動器是應用“交-交調控”數控HID驅動方法實現的電路設備，其電路組成包括EMI及輸入濾波電路(2)，交流正弦輸出濾波電路(4)，電流/電壓采樣電路(5)，高壓觸發驅動模塊￠)，通信控制接口電路(7)，HID燈泡(8)和輸入交流電源(9)，其特征在于，它還包括嵌入式控制器(1)，用于與電流/電壓采樣反饋電路(5)，通信控制接口電路(7)和“交-交調控”驅動模塊(3)連接，實現系統的管理控制；其特征在于，它還包括“交-交調控”驅動模塊(3)，用于與嵌入式控制器(I)連接，并按嵌入式控制器(I)給出的操作控制指令，將輸入的交流電源直接變換為HID燈泡(8)工作所需的正弦交流電源。
3.根據權利要求I和2所述的一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器，其特征在于所述嵌入式控制器(I)的基本電路由主控制器MPU(IO)，系統工作參數存儲器(11)，交-交調控邏輯控制電路(12)，過零檢測邏輯控制電路(13)，AC-DC模塊(14)，通信控制器(15)組成，它嚴格按設定的工作模型和參數，比對電流/電壓采樣反饋電路(5)反饋的數據，計算并給出“交-交調控”驅動模塊(3)的操作控制指令，控制“交-交調控”驅動模塊(3)輸出滿足HID恒功率控制所需交流電源實現“交-交調控”工作電源的數控閉環管理；它還根據啟輝控制模型，給出“交-交調控”驅動模塊(3)的操作控制指令，控制高壓觸發驅動模塊(6)按啟輝控制模型點亮HID燈泡(8);它還通過通信控制接口電路(7)，接收并儲存外部設定的系統工作參數，實時接收外部指令，進行開、關控制，調功率調光控制，過流、過壓、過熱、短路保護控制。
4.根據權利要求I和2所述的一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器，其特征在于所述“交-交調控”驅動模塊(3)，接受嵌入式控制器(I)給出的操作控制指令，通過其拓撲電路實現降壓型、升壓型以及降壓升壓型的“交流-交流”變換，將輸入的交流電源直接變換為各種HID燈泡(8)工作所需的正弦交流電源，其“交-交調控”驅動模塊(3)拓撲結構的典型電路，圖3是實現降壓型變換的雙Buck電路，圖4是實現升壓型變換的雙Boost電路，圖5是實現降壓升壓型轉換的雙Buck-boost電路，圖6是雙CuK電路。
全文摘要
本發明涉及一種“交-交調控”的數控HID驅動方法及其驅動器。所述的驅動方法是一種通過直接從交流到交流進行電源變換而實現的數控HID驅動方法，它是以嵌入式控制器與“交-交調控”驅動模塊為核心，通過與各電路連接，將輸入的正弦交流直接進行交流調制，輸出滿足數控HID驅動的恒功率正弦交流電源，并實現數控HID驅動的各種照明功能和控制保護功能的方法；所述驅動器，是應用該方法實現的一種電路設備，其電路組成包括EMI及輸入濾波電路2，交流正弦輸出濾波電路4，電流電壓采樣反饋電路5，高壓觸發驅動模塊6，通信控制接口電路7，HID燈泡8和輸入交流電源9，其特征在于還包括嵌入式控制器1，交-交調控驅動模塊3。
文檔編號H05B41/36GK102821531SQ201210310588
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者劉松岳, 武青, 李能, 劉敏, 黃財文 申請人:湖北寶努斯照明電器有限公司