一种日光灯调光电路及其控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种日光灯调光电路，包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。输入电源Vac接辅助电源模块的输入，辅助电源模块的输出分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端连接。单片机控制模块获得由第一、第二和第三电压传感器分别采样的主电路输入电压、第一电容C1两端电压和日光灯两端电压。单片机控制模块输出的控制信号接驱动模块的驱动信号端，而驱动模块的输出接主电路中开关管的门极。本发明能用于对日光灯进行亮度调节，同时在低功率的情况下调低日光灯的亮度且不致关断。
【专利说明】一种日光灯调光电路及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及日光灯调光技术，应用于不同厂家、不同类型各种型号的日光灯的亮度调节的一种日光灯调光电路及其控制方法。
【背景技术】
[0002]照明在减少能量消耗和温室气体排放当中起着至关重要的作用，可以利用新的照明设备如LED灯来提高照明效率，但是，通过有效地减少电能的消耗(如在一些场合通过没人的时候将日光灯调得很暗、有人的时候调亮日光灯来减少日光灯的能耗)，传统的日光灯在节能方面仍很有意义。
[0003]像荧光灯、汞灯和钠灯这些日光灯相对于白炽灯效率高得多，控制这些日光灯面临着一些严峻的挑战。像荧光灯这些电灯，每开通一次，它的寿命大约减少一个小时，所以不能频繁地开通和关断。而目前用的很多的电子镇流器如Buck变换器都是通过快速频繁地开通关断日光灯来调节日光灯亮度，大大地降低了日光灯的寿命，这也是电子镇流器没有在调节日光灯领域内广泛应用起来的一个原因。
【发明内容】
[0004]鉴于以上背景，为了克服现有的不足，提供了一种日光灯调光电路及其控制方法，不仅解决了电子整流器频繁开断日光灯降低日光灯寿命的问题，而且本身消耗的能量也非常低，从而达到了节能的目的。
[0005]为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是:
一种日光灯调光电路，其包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。输入电源Vac的AC+接辅助电源模块的输入，AC-接地。辅助电源模块的输出Vcc分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端Vcc连接。单片机控制模块输入的米样电压来自主电路中第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器。单片机控制模块输出的控制信号端接驱动模块的输入，而驱动模块输出的驱动信号接主电路中的开关管的门极。
[0006]上述的日光灯调光电路中，主电路串联在日光灯和输入电源之间，主电路包括开关管、第一二极管、整流桥、第一电容、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；开关管、第一二极管、整流桥、第一电容并联连接，其中第一电容的正极接第一开关管的漏极，第一电容的负极接第一开关管的源极，整流桥的阴极接第一开关管的漏极，整流桥的阳极接第一开关管的源极；第一电压传感器的输入和电源输入端并联，第二电压传感器的输入和第一电容并联，第三电压传感器的输入和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端；日光灯串联在主电路中，一端接在电源AC-端，另一端接在第一电容的负极。
[0007]上述的日光灯调光电路中，辅助电源模块包括整流桥Bridge，第二电容、第三电容、第四电容，第一电阻、第二电阻、第五二极管。用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805。整流桥Bridge上下两端分别接输入电源Vac的AC+与AC-两端，输出两端分别与第二电容两端相接。第二电容的正极端接第一稳压芯片输入端Vinl,第一稳压芯片输出端Voutl接第二稳压芯片输入端Vin2,第二稳压芯片输出端Vout2与单片机模块和驱动模块的输入端Vcc连接。第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地。第一电阻的一端与第二电阻的非接地端连接，另一端接第一稳压芯片输出端Voutl。第三电容正极端接第二稳压芯片输入端Vin2，另一端接地。第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。第五二极管的正端接第二稳压芯片输出端Vout2，另一端接第二稳压芯片输入端Vin2。
[0008]上述的日光灯调光电路中，驱动模块包括第三电阻、第五电容、第一与门以及驱动隔离电路；单片机控制模块输出的控制信号分别连接第三电阻R3的一端和第一与门；第三电阻R3的另一端接第一与门的一端和第五电容的一端,第五电容的另一端接地；第一与门的输出接驱动隔离电路。
[0009]上述的日光灯调光电路中，每一个驱动隔离电路包括第三三极管、第四三极管、第七电容、第一变压器、第五电阻；第三三极管的基极和第四三极管的基极相连后连接第一与门的输出；第三三极管的发射极和第四三极管的发射极相连后与第七电容的一端相连，第三三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第四三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端；第一变压器的一个输出端与第五电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第三电阻的另一端接主电路开关管的门极。
[0010]日光灯调光电路的控制方法:由分压原理，改变第一电容两端的电容值，从而改变第一电容两端的分压值，也就改变了日光灯两端的电压。单片机控制模块中的单片机控制电路接收主电路采样得到的输入电源电压、两端电压和日光灯两端电压，根据日光灯亮度调节需要，由日光灯的伏安特性曲线和两个开关管的导通关系图来决定单片机控制模块输出的触发脉冲信号，以此控制两个开关管的通断来改变第一电容接入电路时间的长短，等效改变了电容值的大小。
[0011]与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果:本发明不仅解决了电子镇流器频繁开断日光灯使日光灯寿命降低的问题，而且其本身消耗的能量非常低，从而达到了节能的目的。单片机控制模块接收第一电压传感器、第二电压传感器、第三电压传感器的信号，选择开关管开通关断的时刻，从而改变第一电容接入电路时间长短，等效改变其电容值的大小，变化日光灯两侧的电压，从而改变日光灯的亮度。这种日光灯调节电路调节的范围宽，能够调节日光灯使其达到很暗的程度而不至于使日光灯关断，从而延长日光灯的寿命。
[0012]另外，相比四个开关管的双桥臂和2个开关管的单桥臂来说，虽然其控制范围小很多，但是其控制电路简单，开关损耗也大大减小，在较小的负载系统中还是可以广泛应用的。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的总体结构图；
图2是本发明的辅助电源模块的电路图；
图3是本发明的驱动模块的电路图；
图4是本发明的驱动模块中的驱动隔离电路图。
[0014]图5是本发明的调光电路工作在电容充电模式时的电路图。
[0015]图6是本发明的调光电路工作在电容放电模式时的电路图。
[0016]图7是本发明的调光电路工作在电容旁路模式时的电路图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明，但本发明的实施和保护范围不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明的内容，均是本领域技术人员可以参照现有技术实现的。
[0018]图1给出了本发明示例的日光灯调光电路的总体结构图，其中包括主电路，辅助电源模块，单片机控制模块，驱动模块。主电路包括开关管Q1、第一二极管D1、整流桥、第一电容Cl、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；开关管Q1、第一二极管D1、整流桥、第一电容Cl并联连接，其中第一电容的正极接第一开关管的漏极，第一电容的负极接第一开关管的源极，整流桥的阴极接第一开关管的漏极，整流桥的阳极接第一开关管的源极；第一电压传感器的输入和电源输入端并联，第二电压传感器的输入和第一电容并联，第三电压传感器的输入和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端。日光灯串联在主电路中，辅助电源模块将220V的交流电压转化为15V和5V的直流电压输出，作为单片机控制模块和驱动模块的辅助电源。三个电压传感器采样电压信号输入给单片机控制模块，单片机控制模块输出控制信号给驱动模块。驱动模块输出的驱动信号驱动主电路中的开关管，通过调节开关管的导通时刻和导通时间长短，来控制第一电容接入电路时间的长短，等效改变了电容大小，从而改变日光灯两侧电压，调节日光灯的亮度。
[0019]图2给出了日光灯调光电路辅助电源模块的电路图，辅助电源模块包括整流桥Bridge、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4,第一电阻R1、第二电阻R2、第五二极管。用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805。整流桥Bridge上下两端分别接输入电源Vac的AC+与AC-两端，输出两端分别与第二电容两端相接。第二电容的正极端接第一稳压芯片的Vinl端，第一稳压芯片输出端Voutl接第二稳压芯片输入端Vin2，第二稳压芯片输出端Vout2与单片机模块和驱动模块的输入端Vcc连接。第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地。第一电阻的一端与第二电阻的非接地端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端。第三电容C3正极端接第二稳压芯片的输入端，另一端接地。第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地。第五二极管的正端接第二稳压芯片的输出端Vout2，另一端接第二稳压芯片的输入端Vin2。整流桥将220V的交流电压整流成直流电压，第二电容C2为滤波电容，第一电阻和第二电阻的阻值调节TL783输出电压的大小，第三电容C3为第一稳压芯片TL783的输出滤波电容和第二稳压芯片7805的输入滤波电容。第四电容C4为第二稳压芯片的输出滤波电容。第五二极管保护稳压芯片7805，提供一个放电回路。TL783和7805分别输出15V和5V的直流电压，作为系统内部各控制电路的电源。
[0020]图3为驱动模块的电路图，驱动模块包括第三电阻R3、第五电容C5、第一与门Ul以及驱动隔离电路；单片机控制模块输出的控制信号分别连接第三电阻的一端和第一与门的一端；第三电阻的另一端接第一与门的另一端和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；第一与门的输出接驱动隔尚电路。
[0021]图4为驱动模块中驱动隔离的电路图，每一个驱动隔离电路包括第三三极管Q3、第四三极管Q4、第七电容C7、第一变压器Tl、第五电阻R5 ;第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极相连后连接第一与门的输出；第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的发射极相连后与第七电容的一端相连，第三三极管Q3的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第四三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端；第一变压器的一个输出端与第五电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第三电阻的另一端接主电路开关管的门极。
[0022]图5为日光灯调光电路工作在充电模式时的电路图，图中标示出了充电模式下主电路中电流Ishunt的流通路径及方向。充电模式时，主电路中的开关管Ql关断，所以电流流经电容Cl，电源对电容进行充电。
[0023]图6为日光灯调光电路工作在放电模式时的电路图，图中标示出了第一电容放电模式下电流Ishunt的流通路径及方向。充电模式时，主电路中的开关管Ql关断，此时电容向外电路放电。
[0024]图7为日光灯调光电路工作在旁路模式时的电路图，图中标示出了充电模式下主电路电流Iswitch的流通路径及方向。旁路模式时，主电路中的开关管Ql导通，二极管反向偏置。电流直接流经开关管，二极管被旁路。
[0025]如上即可较好的实现本发明并取得
【发明内容】
所述的效果。
【权利要求】
1.一种日光灯调光电路，其特征在于包括主电路、辅助电源模块、单片机控制模块和驱动模块；输入电源(Vac)的一端接辅助电源模块的输入端,另一端接地；辅助电源模块的输出(Vcc)分别与单片机控制模块和驱动模块的电源输入端连接；单片机控制模块的输入采样电压来自主电路中第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；单片机控制模块的输出控制信号端接驱动模块的输入，而驱动模块输出的驱动信号接主电路中的开关管门极。
2.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，其特征在于主电路包括开关管、第一二极管、整流桥、第一电容、日光灯、第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器；开关管、第一二极管、整流桥、第一电容联连接，其中第一电容的正极接开关管的漏极，第一电容的负极接第一开关管的源极，整流桥的阴极接第一开关管的漏极，整流桥的阳极接第一开关管的源极；第一电压传感器的两个输入端和电源输出端并联，其中第一电压传感器的一端还与第一电容的正极连接，第一电压传感器的另一端还与日光灯的一端连接，第二电压传感器的两个输入端和第一电容并联，第三电压传感器的两个输入端和日光灯并联，第一电压传感器、第二电压传感器和第三电压传感器的输出接单片机控制模块的电压采样端；日光灯串联在主电路中，一端接在电源AC-端，另一端接在第一电容的负极。
3.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，其特征在于辅助电源模块包括整流桥Bridge、第二电容、第三电容、第四电容、第一电阻、第二电阻和第五二极管、用于输出15V直流电压的第一稳压芯片TL783和用于输出5V直流电压的第二稳压芯片7805 ;整流桥Bridge上下两端分别接输入电源(Vac)的两端，输出两端分别与第二电容两端相接;第二电容的正极端接第一稳压芯片的输入端(Vinl),第一稳压芯片的输出端(VoutI)接第二稳压芯片的输入端(Vin2)，第二稳压芯片的输出端(Vout2)与单片机模块和驱动模块的输入端连接；第一稳压芯片的接地端与第二电阻一端连接，第二电阻的另一端接地；第一电阻的一端与第二电阻的非接地端连接，另一端接第一稳压芯片的输出端(Voutl);第三电容正极端接第二稳压芯片的输入端(Vin2)，另一端接地；第四电容正极端接第二稳压芯片的输出端，另一端接地；第五二极管的正端接第二稳压芯片的输出端(Vout2)，另一端接第二稳压芯片的输入端(Vin2)。
4.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，其特征在于驱动模块包括第三电阻、第五电容、第一与门以及驱动隔离电路；单片机控制模块输出的控制信号分别连接第三电阻的一端和第一与门；第三电阻的另一端接第一与门的一端和第五电容的一端，第五电容的另一端接地；第一与门的输出接驱动隔离电路。
5.根据权利要求1所述的日光灯调光电路，其特征在于驱动隔离电路包括第三三极管、第四三极管、第七电容、第一变压器、第五电阻；第三三极管的基极和第四三极管的基极相连后连接第一与门的输出；第三三极管的发射极和第四三极管的发射极相连后与第七电容的一端相连，第三三极管的集电极接辅助电源模块中第一稳压芯片的输出，第四三极管的集电极与第一变压器的一个输入端相连后接地，第七电容的另一端接第一变压器的另一输入端；第一变压器的一个输出端与第五电阻的一端相连，另一端接主电路开关管的源极，第三电阻的另一端接主电路开关管的门极。
6.权利要求1飞任一项所述日光灯调光电路的控制方法，其特征在于:通过控制开关管的开关频率，等效改变了第一电容两端的电容值，由分压原理，改变第一电容两端的分压值，同时也就改变了日光灯两端的电压；单片机控制模块中的单片机接收主电路采样得到的输入电源电压、第一电容两端电压和日光灯两端电压，根据日光灯亮度调节需要，由日光灯的伏安特性曲线来决定单片机控制模块输出的用于控制开关管的触发脉冲信号，以此控制开关管的通断来改变第一电容接入电路时间的长短，等效改变了电容值的大小，进而改变日光灯的两端电压。
【文档编号】H05B37/02GK104378880SQ201410610699
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月31日 优先权日:2014年10月31日
【发明者】康龙云, 陈凌宇, 陶思念 申请人:华南理工大学