一種日光燈調光電路及其控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種日光燈調光電路，包括主電路，輔助電源模塊，單片機控制模塊，驅動模塊。輸入電源Vac接輔助電源模塊的輸入，輔助電源模塊的輸出分別與單片機控制模塊和驅動模塊的電源輸入端連接。單片機控制模塊獲得由第一、第二和第三電壓傳感器分別采樣的主電路輸入電壓、第一電容C1兩端電壓和日光燈兩端電壓。單片機控制模塊輸出的控制信號接驅動模塊的驅動信號端，而驅動模塊的輸出接主電路中開關管的門極。本發明能用于對日光燈進行亮度調節，同時在低功率的情況下調低日光燈的亮度且不致關斷。
【專利說明】一種日光燈調光電路及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及日光燈調光技術，應用于不同廠家、不同類型各種型號的日光燈的亮度調節的一種日光燈調光電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002]照明在減少能量消耗和溫室氣體排放當中起著至關重要的作用，可以利用新的照明設備如LED燈來提高照明效率，但是，通過有效地減少電能的消耗(如在一些場合通過沒人的時候將日光燈調得很暗、有人的時候調亮日光燈來減少日光燈的能耗)，傳統的日光燈在節能方面仍很有意義。
[0003]像熒光燈、汞燈和鈉燈這些日光燈相對于白熾燈效率高得多，控制這些日光燈面臨著一些嚴峻的挑戰。像熒光燈這些電燈，每開通一次，它的壽命大約減少一個小時，所以不能頻繁地開通和關斷。而目前用的很多的電子鎮流器如Buck變換器都是通過快速頻繁地開通關斷日光燈來調節日光燈亮度，大大地降低了日光燈的壽命，這也是電子鎮流器沒有在調節日光燈領域內廣泛應用起來的一個原因。
【發明內容】
[0004]鑒于以上背景，為了克服現有的不足，提供了一種日光燈調光電路及其控制方法，不僅解決了電子整流器頻繁開斷日光燈降低日光燈壽命的問題，而且本身消耗的能量也非常低，從而達到了節能的目的。
[0005]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是:
一種日光燈調光電路，其包括主電路，輔助電源模塊，單片機控制模塊，驅動模塊。輸入電源Vac的AC+接輔助電源模塊的輸入，AC-接地。輔助電源模塊的輸出Vcc分別與單片機控制模塊和驅動模塊的電源輸入端Vcc連接。單片機控制模塊輸入的米樣電壓來自主電路中第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器。單片機控制模塊輸出的控制信號端接驅動模塊的輸入，而驅動模塊輸出的驅動信號接主電路中的開關管的門極。
[0006]上述的日光燈調光電路中，主電路串聯在日光燈和輸入電源之間，主電路包括開關管、第一二極管、整流橋、第一電容、日光燈、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器；開關管、第一二極管、整流橋、第一電容并聯連接，其中第一電容的正極接第一開關管的漏極，第一電容的負極接第一開關管的源極，整流橋的陰極接第一開關管的漏極，整流橋的陽極接第一開關管的源極；第一電壓傳感器的輸入和電源輸入端并聯，第二電壓傳感器的輸入和第一電容并聯，第三電壓傳感器的輸入和日光燈并聯，第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器的輸出接單片機控制模塊的電壓采樣端；日光燈串聯在主電路中，一端接在電源AC-端，另一端接在第一電容的負極。
[0007]上述的日光燈調光電路中，輔助電源模塊包括整流橋Bridge，第二電容、第三電容、第四電容，第一電阻、第二電阻、第五二極管。用于輸出15V直流電壓的第一穩壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片7805。整流橋Bridge上下兩端分別接輸入電源Vac的AC+與AC-兩端，輸出兩端分別與第二電容兩端相接。第二電容的正極端接第一穩壓芯片輸入端Vinl,第一穩壓芯片輸出端Voutl接第二穩壓芯片輸入端Vin2,第二穩壓芯片輸出端Vout2與單片機模塊和驅動模塊的輸入端Vcc連接。第一穩壓芯片的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地。第一電阻的一端與第二電阻的非接地端連接，另一端接第一穩壓芯片輸出端Voutl。第三電容正極端接第二穩壓芯片輸入端Vin2，另一端接地。第四電容正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地。第五二極管的正端接第二穩壓芯片輸出端Vout2，另一端接第二穩壓芯片輸入端Vin2。
[0008]上述的日光燈調光電路中，驅動模塊包括第三電阻、第五電容、第一與門以及驅動隔離電路；單片機控制模塊輸出的控制信號分別連接第三電阻R3的一端和第一與門；第三電阻R3的另一端接第一與門的一端和第五電容的一端,第五電容的另一端接地；第一與門的輸出接驅動隔離電路。
[0009]上述的日光燈調光電路中，每一個驅動隔離電路包括第三三極管、第四三極管、第七電容、第一變壓器、第五電阻；第三三極管的基極和第四三極管的基極相連后連接第一與門的輸出；第三三極管的發射極和第四三極管的發射極相連后與第七電容的一端相連，第三三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩壓芯片的輸出，第四三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端；第一變壓器的一個輸出端與第五電阻的一端相連，另一端接主電路開關管的源極，第三電阻的另一端接主電路開關管的門極。
[0010]日光燈調光電路的控制方法:由分壓原理，改變第一電容兩端的電容值，從而改變第一電容兩端的分壓值，也就改變了日光燈兩端的電壓。單片機控制模塊中的單片機控制電路接收主電路采樣得到的輸入電源電壓、兩端電壓和日光燈兩端電壓，根據日光燈亮度調節需要，由日光燈的伏安特性曲線和兩個開關管的導通關系圖來決定單片機控制模塊輸出的觸發脈沖信號，以此控制兩個開關管的通斷來改變第一電容接入電路時間的長短，等效改變了電容值的大小。
[0011]與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果:本發明不僅解決了電子鎮流器頻繁開斷日光燈使日光燈壽命降低的問題，而且其本身消耗的能量非常低，從而達到了節能的目的。單片機控制模塊接收第一電壓傳感器、第二電壓傳感器、第三電壓傳感器的信號，選擇開關管開通關斷的時刻，從而改變第一電容接入電路時間長短，等效改變其電容值的大小，變化日光燈兩側的電壓，從而改變日光燈的亮度。這種日光燈調節電路調節的范圍寬，能夠調節日光燈使其達到很暗的程度而不至于使日光燈關斷，從而延長日光燈的壽命。
[0012]另外，相比四個開關管的雙橋臂和2個開關管的單橋臂來說，雖然其控制范圍小很多，但是其控制電路簡單，開關損耗也大大減小，在較小的負載系統中還是可以廣泛應用的。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的總體結構圖；
圖2是本發明的輔助電源模塊的電路圖；
圖3是本發明的驅動模塊的電路圖；
圖4是本發明的驅動模塊中的驅動隔離電路圖。
[0014]圖5是本發明的調光電路工作在電容充電模式時的電路圖。
[0015]圖6是本發明的調光電路工作在電容放電模式時的電路圖。
[0016]圖7是本發明的調光電路工作在電容旁路模式時的電路圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】作進一步說明，但本發明的實施和保護范圍不限于此，需指出的是，以下若有未特別詳細說明的內容，均是本領域技術人員可以參照現有技術實現的。
[0018]圖1給出了本發明示例的日光燈調光電路的總體結構圖，其中包括主電路，輔助電源模塊，單片機控制模塊，驅動模塊。主電路包括開關管Q1、第一二極管D1、整流橋、第一電容Cl、日光燈、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器；開關管Q1、第一二極管D1、整流橋、第一電容Cl并聯連接，其中第一電容的正極接第一開關管的漏極，第一電容的負極接第一開關管的源極，整流橋的陰極接第一開關管的漏極，整流橋的陽極接第一開關管的源極；第一電壓傳感器的輸入和電源輸入端并聯，第二電壓傳感器的輸入和第一電容并聯，第三電壓傳感器的輸入和日光燈并聯，第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器的輸出接單片機控制模塊的電壓采樣端。日光燈串聯在主電路中，輔助電源模塊將220V的交流電壓轉化為15V和5V的直流電壓輸出，作為單片機控制模塊和驅動模塊的輔助電源。三個電壓傳感器采樣電壓信號輸入給單片機控制模塊，單片機控制模塊輸出控制信號給驅動模塊。驅動模塊輸出的驅動信號驅動主電路中的開關管，通過調節開關管的導通時刻和導通時間長短，來控制第一電容接入電路時間的長短，等效改變了電容大小，從而改變日光燈兩側電壓，調節日光燈的亮度。
[0019]圖2給出了日光燈調光電路輔助電源模塊的電路圖，輔助電源模塊包括整流橋Bridge、第二電容C2、第三電容C3、第四電容C4,第一電阻R1、第二電阻R2、第五二極管。用于輸出15V直流電壓的第一穩壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片7805。整流橋Bridge上下兩端分別接輸入電源Vac的AC+與AC-兩端，輸出兩端分別與第二電容兩端相接。第二電容的正極端接第一穩壓芯片的Vinl端，第一穩壓芯片輸出端Voutl接第二穩壓芯片輸入端Vin2，第二穩壓芯片輸出端Vout2與單片機模塊和驅動模塊的輸入端Vcc連接。第一穩壓芯片的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地。第一電阻的一端與第二電阻的非接地端連接，另一端接第一穩壓芯片的輸出端。第三電容C3正極端接第二穩壓芯片的輸入端，另一端接地。第四電容正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地。第五二極管的正端接第二穩壓芯片的輸出端Vout2，另一端接第二穩壓芯片的輸入端Vin2。整流橋將220V的交流電壓整流成直流電壓，第二電容C2為濾波電容，第一電阻和第二電阻的阻值調節TL783輸出電壓的大小，第三電容C3為第一穩壓芯片TL783的輸出濾波電容和第二穩壓芯片7805的輸入濾波電容。第四電容C4為第二穩壓芯片的輸出濾波電容。第五二極管保護穩壓芯片7805，提供一個放電回路。TL783和7805分別輸出15V和5V的直流電壓，作為系統內部各控制電路的電源。
[0020]圖3為驅動模塊的電路圖，驅動模塊包括第三電阻R3、第五電容C5、第一與門Ul以及驅動隔離電路；單片機控制模塊輸出的控制信號分別連接第三電阻的一端和第一與門的一端；第三電阻的另一端接第一與門的另一端和第五電容的一端，第五電容的另一端接地；第一與門的輸出接驅動隔尚電路。
[0021]圖4為驅動模塊中驅動隔離的電路圖，每一個驅動隔離電路包括第三三極管Q3、第四三極管Q4、第七電容C7、第一變壓器Tl、第五電阻R5 ;第三三極管Q3的基極和第四三極管Q4的基極相連后連接第一與門的輸出；第三三極管Q3的發射極和第四三極管Q4的發射極相連后與第七電容的一端相連，第三三極管Q3的集電極接輔助電源模塊中第一穩壓芯片的輸出，第四三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端；第一變壓器的一個輸出端與第五電阻的一端相連，另一端接主電路開關管的源極，第三電阻的另一端接主電路開關管的門極。
[0022]圖5為日光燈調光電路工作在充電模式時的電路圖，圖中標示出了充電模式下主電路中電流Ishunt的流通路徑及方向。充電模式時，主電路中的開關管Ql關斷，所以電流流經電容Cl，電源對電容進行充電。
[0023]圖6為日光燈調光電路工作在放電模式時的電路圖，圖中標示出了第一電容放電模式下電流Ishunt的流通路徑及方向。充電模式時，主電路中的開關管Ql關斷，此時電容向外電路放電。
[0024]圖7為日光燈調光電路工作在旁路模式時的電路圖，圖中標示出了充電模式下主電路電流Iswitch的流通路徑及方向。旁路模式時，主電路中的開關管Ql導通，二極管反向偏置。電流直接流經開關管，二極管被旁路。
[0025]如上即可較好的實現本發明并取得
【發明內容】
所述的效果。
【權利要求】
1.一種日光燈調光電路，其特征在于包括主電路、輔助電源模塊、單片機控制模塊和驅動模塊；輸入電源(Vac)的一端接輔助電源模塊的輸入端,另一端接地；輔助電源模塊的輸出(Vcc)分別與單片機控制模塊和驅動模塊的電源輸入端連接；單片機控制模塊的輸入采樣電壓來自主電路中第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器；單片機控制模塊的輸出控制信號端接驅動模塊的輸入，而驅動模塊輸出的驅動信號接主電路中的開關管門極。
2.根據權利要求1所述的日光燈調光電路，其特征在于主電路包括開關管、第一二極管、整流橋、第一電容、日光燈、第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器；開關管、第一二極管、整流橋、第一電容聯連接，其中第一電容的正極接開關管的漏極，第一電容的負極接第一開關管的源極，整流橋的陰極接第一開關管的漏極，整流橋的陽極接第一開關管的源極；第一電壓傳感器的兩個輸入端和電源輸出端并聯，其中第一電壓傳感器的一端還與第一電容的正極連接，第一電壓傳感器的另一端還與日光燈的一端連接，第二電壓傳感器的兩個輸入端和第一電容并聯，第三電壓傳感器的兩個輸入端和日光燈并聯，第一電壓傳感器、第二電壓傳感器和第三電壓傳感器的輸出接單片機控制模塊的電壓采樣端；日光燈串聯在主電路中，一端接在電源AC-端，另一端接在第一電容的負極。
3.根據權利要求1所述的日光燈調光電路，其特征在于輔助電源模塊包括整流橋Bridge、第二電容、第三電容、第四電容、第一電阻、第二電阻和第五二極管、用于輸出15V直流電壓的第一穩壓芯片TL783和用于輸出5V直流電壓的第二穩壓芯片7805 ;整流橋Bridge上下兩端分別接輸入電源(Vac)的兩端，輸出兩端分別與第二電容兩端相接;第二電容的正極端接第一穩壓芯片的輸入端(Vinl),第一穩壓芯片的輸出端(VoutI)接第二穩壓芯片的輸入端(Vin2)，第二穩壓芯片的輸出端(Vout2)與單片機模塊和驅動模塊的輸入端連接；第一穩壓芯片的接地端與第二電阻一端連接，第二電阻的另一端接地；第一電阻的一端與第二電阻的非接地端連接，另一端接第一穩壓芯片的輸出端(Voutl);第三電容正極端接第二穩壓芯片的輸入端(Vin2)，另一端接地；第四電容正極端接第二穩壓芯片的輸出端，另一端接地；第五二極管的正端接第二穩壓芯片的輸出端(Vout2)，另一端接第二穩壓芯片的輸入端(Vin2)。
4.根據權利要求1所述的日光燈調光電路，其特征在于驅動模塊包括第三電阻、第五電容、第一與門以及驅動隔離電路；單片機控制模塊輸出的控制信號分別連接第三電阻的一端和第一與門；第三電阻的另一端接第一與門的一端和第五電容的一端，第五電容的另一端接地；第一與門的輸出接驅動隔離電路。
5.根據權利要求1所述的日光燈調光電路，其特征在于驅動隔離電路包括第三三極管、第四三極管、第七電容、第一變壓器、第五電阻；第三三極管的基極和第四三極管的基極相連后連接第一與門的輸出；第三三極管的發射極和第四三極管的發射極相連后與第七電容的一端相連，第三三極管的集電極接輔助電源模塊中第一穩壓芯片的輸出，第四三極管的集電極與第一變壓器的一個輸入端相連后接地，第七電容的另一端接第一變壓器的另一輸入端；第一變壓器的一個輸出端與第五電阻的一端相連，另一端接主電路開關管的源極，第三電阻的另一端接主電路開關管的門極。
6.權利要求1飛任一項所述日光燈調光電路的控制方法，其特征在于:通過控制開關管的開關頻率，等效改變了第一電容兩端的電容值，由分壓原理，改變第一電容兩端的分壓值，同時也就改變了日光燈兩端的電壓；單片機控制模塊中的單片機接收主電路采樣得到的輸入電源電壓、第一電容兩端電壓和日光燈兩端電壓，根據日光燈亮度調節需要，由日光燈的伏安特性曲線來決定單片機控制模塊輸出的用于控制開關管的觸發脈沖信號，以此控制開關管的通斷來改變第一電容接入電路時間的長短，等效改變了電容值的大小，進而改變日光燈的兩端電壓。
【文檔編號】H05B37/02GK104378880SQ201410610699
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年10月31日 優先權日:2014年10月31日
【發明者】康龍云, 陳凌宇, 陶思念 申請人:華南理工大學