专利名称：照明灯具节能控制方法及其节能电路的制作方法
技术领域：
本发明属电学及控制领域，涉及一种节能电路，尤其涉及一种照明灯具的节能控制方法及其节能电路。
背景技术：
在实际应用中，针对道路照明中出现的各种情况，例如后半夜路上行人及车流量减少不需要进行全度照明或出现雨雪大雾等能见度低的天气情况时，都需要对道路照明需要进行相应的调整，进行补充照明或抑制照明，该调控方式对照明灯具甚至电路都有很高的要求。目前市面上所见到的各种照明灯具，都是施行统一亮度，不能实现按需调节，智能化程度低，不可控性强，不能实现节能的目的。在统一的亮度下，使照明灯具的使用寿命不能达到规定的年限而报废，浪费率居高不下。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种工作过程可控、智能程度高、节能效果明显以及使用寿命长的照明灯具节能控制方法及其节能电路。本发明的技术解决方案是本发明提供了一种照明灯具节能控制方法，其特殊之处在于所述照明灯具节能控制方法包括以下步骤1)输入变化的外部电压；2)将步骤1)所得到的外部电压转化为频率固定信号Fl ；3)将频率固定信号Fl转化为电路负载频率信号F2 ；4)根据电路负载频率信号F2调节负载功率P。上步骤2)的具体实现方式是2. 1)将变化的外部电压转换为内部电压参考量，所述内部电压参考量是稳定值；2. 2)由负载电路产生一定频率的锯齿波；2.3)将步骤2. 2)所产生的锯齿波与步骤2. 1)所得到的内部电压参考量进行比较；若步骤2. 2)所产生的锯齿波高于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出高电压量；若步骤2. 2)所产生的锯齿波低于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出低电压量；2.4)由步骤2. 中所产生的高电压量与低电压量交替变化产生频率固定信号 Fl0上述步骤3)的具体实现方式是3. 1)将频率固定信号Fl通过积分电路转化采样电压信号U ；3. 2)将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U转化为电路负载频率信号F2。上述步骤3. 1)的具体实现方式是3. 1. 1)获取频率固定信号的占空比D ；3. 1.2)将步骤3. 1. 1)所得到的频率固定信号的占空比D通过积分电路计算采样电压信号U ；所述积分电路包括公式U = 5X (D0·5)。上述步骤3. 2)的具体实现方式是将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U通过压控振荡器计算并输出为一定频率波形的电路负载频率信号F2 ；所述计算方式是F2 = kXU+Fl其中k是压控系数；U是步骤3. 1)所得到的采样电压信号；Fl是压控振荡器及外围电路设置的最小输出频率。上述步骤4)的具体实现方式是电路负载频率信号F2通过厄流电感分压调节负载功率P ；其计算公式是P= [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL其中Vbus是负载电路提供的直流总线电压；RL是负载的阻值；L是扼流电感的电感量；F2是电路负载频率信号。一种基于照明灯具节能控制方法的节能电路，其特殊之处在于所述节能电路包括电压输入端、调光电路信号输入单元、信号转换单元、控制信号输出单元以及负载功率调节单元；所述电压输入端依次通过调光电路信号输入单元、信号转换单元以及控制信号输出单元接入负载功率调节单元。上述电压输入端包括输入的电压范围是0-10V的外部直流电压输入端以及由调光电路所产生的频率电压信号输入端；所述调光电路信号输入单元包括电压比较器；所述外部电压输入端以及频率电压信号输入端分别接入电压比较器。上述信号转换单元包括第一积分电路以及第一微控制器；所述调光电路信号输入单元通过第一积分电路接入第一微控制器；所述第一积分电路包括第一电容以及第一电阻；所述第一电容的一端接地，另一端与第一电阻以及调光电路信号输入单元并联后共同接入第一微控制器；所述第一微控制器是PIC16系列的单片机；所述第一微控制器优选 PIC16F886 单片机。上述控制信号输出单元包括第二积分电路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括压控振荡器；所述信号转换单元通过第二积分电路接入第二微控制器；所述第二积分电路包括第二电容以及第二电阻；所述信号转换单元通过第二电阻与第二微控制器相连； 所述第二电容的一端接地，另一端与第二电阻并联后接入第二微控制器；所述第二微控制器是MC14046B芯片；所述负载功率调节单元包括扼流电感；所述压控振荡器接入扼流电感。本发明的优点是本发明提供了一种照明灯具节能控制方法及其节能电路，由于微控制器内部程序的控制，可使灯的功率在50% 100%额定功率范围内变化。0 IOV的数字调光功能，能够实现灯全功率的50% 100%范围内的照度控制。一方面，灯可以通过外接日光感应器等器件，根据外部情况变化，自动实现调光，调节照明。另一方面，也可以组网，实现统一控制，由中央集成控制系统，调配整体照明或调整每盏灯的参数。这种可自由配置的调光设计，使得在道路照明应用中，尤其在后半夜照明中，可实现低照明度控制，既满足实际照明需求，又节约了电能。适合于超市、商场、停车场、道路等场所的照明。本规格电子镇流器系统内嵌入软件，提高了效率、可靠性，减小了体积，节约了成本。全范围模拟或数字调光。节能显著。外接感测装配，每盏灯可自动实现调光。为道路照明的智能化控制提供了可能性。 也为楼宇智能化提供了参照。
图1是本发明所采用的外部电压量U到内部频率量F转换的电路图；图2是本发明所采用的调整负载输出功率信号转换电路及微控制器接收电路图；图3是本发明所采用的第二积分电路图。
具体实施例方式本发明提供了一种照明灯具节能控制方法，该方法包括以下步骤1)输入变化的外部电压，该电压的输入范围是0-10V ；2)将步骤1)所得到的外部电压转化为频率固定信号Fl ；2. 1)将变化的外部电压转换为内部电压参考量，内部电压参考量是稳定值；当外部输入电压恒定了，转换成的内部电压参考量才是恒定的；2. 2)由调光电路产生一定频率的锯齿波；2. 3)将步骤2. 2)所产生的锯齿波与步骤2. 1)所得到的内部电压参考量进行比较；若步骤2. 2)所产生的锯齿波高于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出高电压量；若步骤2. 2)所产生的锯齿波低于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出低电压量；2.4)由步骤2. 中所产生的高电压量与低电压量交替变化产生频率固定信号 Fl03)将频率固定信号Fl转化为电路负载频率信号F2 ；3. 1)将频率固定信号Fl通过积分电路转化采样电压信号U ；3. 1. 1)获取频率固定信号的占空比D ；3. 1. 2)将步骤3. 1. 1)所得到的频率固定信号的占空比D通过积分电路计算采样电压信号U ；积分电路包括公式U = 5X (D0·5)。3. 2)将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U转化为电路负载频率信号F2。将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U通过压控振荡器计算并输出为一定频率波形的电路负载频率信号F2 ；所述计算方式是F2 = kXU+Fl其中k是压控系数；U是步骤3. 1)所得到的采样电压信号；Fl是压控振荡器及外围电路设置的最小输出频率。4)根据电路负载频率信号F2调节负载功率P。
电路负载频率信号F2通过厄流电感分压调节负载功率P ；其计算公式是P= [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL其中Vbus是负载电路提供的直流总线电压；RL是负载的阻值；L是扼流电感的电感量；F2是电路负载频率信号。本发明在提出上述节能方法的同时，还提供了一种基于照明灯具节能控制方法的节能电路，该上节能电路包括电压输入端、调光电路信号输入单元、信号转换单元、控制信号输出单元以及负载功率调节单元；电压输入端依次通过调光电路信号输入单元、信号转换单元以及控制信号输出单元接入负载功率调节单元。电压输入端包括输入的电压范围是0-10V的外部直流电压输入端以及由调光电路所产生的频率电压信号输入端；调光电路信号输入单元包括电压比较器；外部电压输入端以及频率电压信号输入端分别接入电压比较器。信号转换单元包括第一积分电路以及第一微控制器；调光电路信号输入单元通过第一积分电路接入第一微控制器；第一积分电路包括第一电容以及第一电阻；第一电容的一端接地，另一端与第一电阻以及调光电路信号输入单元并联后共同接入第一微控制器； 所述第一微控制器是PIC16系列的单片机；第一微控制器优选PIC16F886单片机。控制信号输出单元包括第二积分电路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括输出信号为震荡信号的压控振荡器；信号转换单元通过第二积分电路接入第二微控制器接入；第二积分电路包括第二电容以及第二电阻；信号转换单元通过第二电阻与第二微控制器相连；第二电容的一端接地，另一端与第二电阻并联后接入第二微控制器；第二微控制器是MC14046B芯片；负载功率调节单元包括扼流电感；输出频率，即负载工作频率接入扼流电感。本发明在照明全功率的50% 100%范围内，可实现全范围的0 IOV数字调光。 进一步提高了节能效果。用于实现节能效果的调光电路，其主要是通过改变RC充放电周期，通过微处理控制器进行采样后，调整灯的输出功率。本发明采用如下具体实施例对本发明进行详细的说明参照电路图1，是本发明将所得到的外部电压转化为频率固定信号的电路示意图； 其电路工作过程可以描述为1、电路上电后，Bin-端处的电压由于是由电阻串联分压组成，故此处的电压恒定。 Bin+端处的电压是由R3、R12、R7、C5组成，取样R7端处的电压。由于电容的充电过程，Bin+ 处采集的电压是一个缓慢上升过程。2、在Bin+处的电压还没有大于Bin-处的电压时，由电压比较器U2处理后，BOUT 处输出低电平。此时Q2、Q3三极管处于关断状态，Ain+处的电压不受影响。当Bin+处的电压上升到大于Bin-处的电压时，BOUT输出高电平。此时Q2导通，进而使Q3导通，Q3导通后，A+处的电压被拉低到地。与此同时，B+处的电压也被拉低。3、当B+处的电压被拉低到小于B-处的电压时，电压比较器U2处理后，BOUT输出低电压，此时Q2、Q3关断，Bin+处的电压回升，Ain+处的电压回升。
4、比较器B的输出Bqut，Bin+处的电压变化，重复上述2、3过程。5、Ain-处的电压由外接的调光电压控制。6、Ain+处的电压和Bin+处的电压变化几乎同步，变化波形同Bin+。当Ain+处的电压大于Ain-时，AOUT输出高电平，光偶器关断；当Ain+受比较器B的影响，电压下降，小于A-处电压时，AOUT输出低电平，光偶器开通。7、光偶器开通与关断的时间，构成调光电路的周期控制信号反馈到微控制器的调光信号。通过采样信号处理后，被微处理器识别、处理，控制负载功率变化。由外部电压量U到内部频率量F的工作原理是从外部电压量U到内部频率量F 的转变。将外部的电压信号量，转换可为内部电路所使用的频率信号量。外部输入0 IOV 电压；电路产生的频率电压信号；电压比较器进行比较；输出频率信号。由外部电压转换为内部所使用的频率信号量F2(此处为外部电压转换单元的输出信号，并非最后负载工作时的频率信号，当时在图中为了区分电路自身的锯齿信号频率与输出信号频率而设置名称为之间的关系可用下表表示
序外部输输出频率频率信号序外部输输出频率频率信号号入电压信号F2 F2占空比号入电压信号F2 F2占空比
1OV1__12 5.5V0.20
20.5V0.90 13 6.0V0.16
31.0V0.8114 6.5V0.12
41.5V0.72 15 7.0V0.09
52.0V0.64 16 7.5V0.06
62.5V0.56 17 8.0V0.04
73.0V0.49 18 8.5V0.02
83.5V0.42 19 9.0V0.01
94.0V0.36 20 9.5V0.002
104.5V0.30 21 1.0V ^^^ 0_
115.0V0.25_____调光电路与微按制器间的控制模型如下外接0 IOV数字电压模块；调光电路；信号输入；信号转换电路；微控制器；控制信号输出。调光电路的周期信号，传输到信号转换电路后，其变为电压信号，最后由微控制器采样处理后，调整负载输出功率信号转换电路及微控制器接收电路如图2 调光电路的输出信号加到电容C47处。供电电压通过电阻R52、C47接地。由于调光电路处的信号，在开通时，电流是从微控制器的14引脚处流向调光电路，；在关断时，电流由供电电源提供，经电容C47流向地。通过由R52和C47组成的积分电路，可在PIC16F886单片机的14脚得到一个有效值电压。这个电压的有效值计算公式如下U = 5X (D0·5)............公式 1此处，D为频率固定信号F2信号的占空比。调光电路的输出信号是一个周期性开通、关断的信号，这个信号引起电容C47中的电流流向发生周期性的。最终在微控制器的14脚得到一个相对稳定的电压有效值信号。 这个信号经微控制器处理后输出，调节负载的功率进行变化。这个周期信号的周期由外部输出的电压决定。参见图3，在扫频点火电路中，用到的MC14046B是琐相环芯片。本电路中使用其压控振荡器功能，实现从PIC16系列单片机输出的F(固定频率信号)，通过电阻R68和电容 C12组成的积分电路后，由MC14046B输出用于电路工作中的F’(工作频率信号步骤3)中的F)其中，在本电路中应用的PIC16F886单片机的13脚，输出一个幅值是5V的PWM信号。 它的频率是固定的，但是占空比在点火过程中是由最大1线性变化到0。最终由MC14046B 芯片的4脚输出一个频率由355KHZ到61KHZ的变化频率。在这个频率范围内导找电路的谐振点，以达到提供一个最合适的点火电压的目的。其工作原理可以简化为PIC16F系列单片机输出PWM信号(固定频率信号)；RC 积分电路将PWM信号转化成电压信号(采样电压量)；MC14046B内的压控振荡器输出一定频率波形。将PWM信号转换成的控制电压输入；压控振荡器；输出频率信号F2，振荡器源频率信号Π ；其线性关系式为F2 = kXU+Fl。........................公式2k为压控系数，Fl为MC14046B及外围电路设置的最小输出频率(芯片资料中有介绍)。在本电路中，其由芯片的PWM信号到输出工作频率信号的线性关系式为F2 = 45XVX (D0'5) +61 最终结果为 KHZ ..................公式 3其中45为压控系数。V为PIC16F系列芯片输出PWM信号的幅值，D为此PWM信号的占空比(由Pic控制芯片内部通过程序运算后得出相应的值)。61KHZ为本电路中外围电路与MC14046B芯片组成的最小输出频率。PIC16F系列单片机输出PWM信号占空比控制在PIC16F系列单片机中，都设有专门的脚位用于输出PWM信号。且单片机内部设有A/D(模、数转换)转换脚，已经达到了 10位的分辨率。对于数字电路5V的电平而言，其可以识别的最小压差为5/(21°) = 0.004拟8125，几乎可以完全实现由模拟量到数字量后， 不失真地还原回去。在本电路中，PIC单片机将14脚采样到的电压信号到调节输出PWM信号的占空比， 是通过电路内部的程序进行相应的计算后，进行控制处理。在本电路中，其控制PWM信号占空比D的计算公式为D= [(2+0. 22V)/5]2........................公式 4公式中V为电路中PIC16F886单片机14脚的采样电压信号。其是由调光电路板输出的频率信号通过由R52和C47进行积分后得出。详细计算过程见“公式1”工作频率最后调节负载功率的调节方式是其作用关系式为P (负载)=U2~2/RL ..................公式5其中U2 = UlXRL/(RL+2 π XF2XL)，........................公式 6RL是负载的阻值，L为扼流电感的电感量，Ul是负载电路提供的直流总线电压。整个由调光电路，将外部电压信号转换后给PIC16F系列单片机处理，再将处理结果转换为负载工作频率，最终反应为负载功率的过程。完成外部电压信号转换；RC积分电路；PIC16系列单片机信号处理后输出PWM信号；RC积分电路；频率控制信号输出；调节负载电压，改变功率。
权利要求
1.一种照明灯具节能控制方法，其特征在于所述照明灯具节能控制方法包括以下步骤1)输入变化的外部电压；2)将步骤1)所得到的外部电压转化为频率固定信号Fl；3)将频率固定信号Fl转化为电路负载频率信号F2；4)根据电路负载频率信号F2调节负载功率P。
2.根据权利要求1所述的照明灯具节能控制方法，其特征在于所述步骤2)的具体实现方式是2. 1)将变化的外部电压转换为内部电压参考量，所述内部电压参考量是稳定值； 2. 2)由负载电路产生一定频率的锯齿波；2.3)将步骤2. 2)所产生的锯齿波与步骤2. 1)所得到的内部电压参考量进行比较；若步骤2. 2)所产生的锯齿波高于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出高电压量；若步骤2. 2)所产生的锯齿波低于步骤2. 1)所得到的内部电压参考量时，则输出低电压量；2.4)由步骤2. 中所产生的高电压量与低电压量交替变化产生频率固定信号F1。
3.根据权利要求1或2所述的照明灯具节能控制方法，其特征在于所述步骤幻的具体实现方式是3. 1)将频率固定信号Fl通过积分电路转化采样电压信号U ；3.2)将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U转化为电路负载频率信号F2。
4.根据权利要求3所述的照明灯具节能控制方法，其特征在于所述步骤3.1)的具体实现方式是3.1.1)获取频率固定信号的占空比D ；3. 1.2)将步骤3. 1. 1)所得到的频率固定信号的占空比D通过积分电路计算采样电压信号U ；所述积分电路包括公式U = 5X (D°_5)。
5.根据权利要求4所述的照明灯具节能控制方法，其特征在于所述步骤3. 的具体实现方式是将步骤3. 1)所得到的采样电压信号U通过压控振荡器计算并输出为一定频率波形的电路负载频率信号F2 ；所述计算方式是F2 = kXU+Fl 其中k是压控系数；U是步骤3. 1)所得到的采样电压信号； Fl是压控振荡器及外围电路设置的最小输出频率。
6.根据权利要求5所述的照明灯具节能控制方法，其特征在于所述步骤4)的具体实现方式是电路负载频率信号F2通过厄流电感分压调节负载功率P ；其计算公式是 P = [RLXVbus/(RL+2 π XF2XL)]2/RL 其中Vbus是负载电路提供的直流总线电压； RL是负载的阻值； L是扼流电感的电感量；F2是电路负载频率信号。
7.一种基于权利要求1-6任一权利要求所述的照明灯具节能控制方法的节能电路，其特征在于所述节能电路包括电压输入端、调光电路信号输入单元、信号转换单元、控制信号输出单元以及负载功率调节单元；所述电压输入端依次通过调光电路信号输入单元、信号转换单元以及控制信号输出单元接入负载功率调节单元。
8.根据权利要求7所述的节能电路，其特征在于所述电压输入端包括输入的电压范围是0-10V的外部直流电压输入端以及由负载电路所产生的频率电压信号输入端；所述调光电路信号输入单元包括电压比较器；所述外部电压输入端以及频率电压信号输入端分别接入电压比较器。
9.根据权利要求7或8所述的节能电路，其特征在于所述信号转换单元包括第一积分电路以及第一微控制器；所述调光电路信号输入单元通过第一积分电路接入第一微控制器；所述第一积分电路包括第一电容以及第一电阻；所述第一电容的一端接地，另一端与第一电阻以及调光电路信号输入单元并联后共同接入第一微控制器；所述第一微控制器是 PIC16系列的单片机；所述第一微控制器优选PIC16F886单片机。
10.根据权利要求9所述的节能电路，其特征在于所述控制信号输出单元包括第二积分电路以及第二微控制器；所述第二微控制器包括压控振荡器；所述信号转换单元通过第二积分电路接入第二微控制器；所述第二积分电路包括第二电容以及第二电阻；所述信号转换单元通过第二电阻与第二微控制器相连；所述第二电容的一端接地，另一端与第二电阻并联后接入第二微控制器；所述第二微控制器是MC14046B芯片；所述负载功率调节单元包括扼流电感；所述压控振荡器接入扼流电感。
全文摘要
本发明涉及一种照明灯具的节能控制方法及其节能电路，该方法包括以下步骤1)输入变化的外部电压；2)将步骤1)所得到的外部电压转化为频率固定信号F1；3)将频率固定信号F1转化为电路负载频率信号F2；4)根据电路负载频率信号F2调节负载功率P。本发明提供了一种工作过程可控、智能程度高、节能效果明显以及使用寿命长的照明灯具节能控制方法及其节能电路。
文档编号H05B37/02GK102497705SQ201110420888
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者赵宽明, 陈勇, 魏立奇, 黄旭 申请人:西安华雷船舶实业有限公司