專利名稱：在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電子鎮(zhèn)流器氣體放電燈的調(diào)光控制技術(shù)，特 別是利用鎮(zhèn)流器的供電線路傳送氣體放電燈亮度控制信號的裝置。背景技術(shù)：
熒光燈，金屬鹵化物燈等低壓或高壓氣體放電燈因發(fā)光效率高、 節(jié)能已成為主要的照明光源。隨著電子技術(shù)的進步，與之配套的電子 鎮(zhèn)流器，逐漸替代了傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器?？烧{(diào)光的氣體放電燈技術(shù) 近年來也得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用。
對具有非線性負阻特性的氣體放電燈進行調(diào)光的方法主要有調(diào) 相、調(diào)頻等方法。集成電路廠商已為氣體放電燈鎮(zhèn)流器開發(fā)出數(shù)量眾 多的驅(qū)動控制電路，應(yīng)用時，只要對驅(qū)動控制電路施加一個低電壓調(diào) 光控制信號即可實現(xiàn)調(diào)光。
除了臺燈之外，由于多數(shù)固定式照明燈的控制開關(guān)與燈具位置具 有一定距離的分離，因此如何從開關(guān)面板向遠離的與燈管(泡)近在 一起的鎮(zhèn)流器傳送調(diào)光控制信號成為爭相研究的課題。
在現(xiàn)有技術(shù)方案中，增加兩根專用線傳送調(diào)光信號最簡單，但其 只適用于臺燈或落地燈等控制開關(guān)與鎮(zhèn)流器距離很近的燈具。
有一種在電力線上疊加載波傳輸控制信號的所謂xio協(xié)議方
案，可以實現(xiàn)同一電網(wǎng)上多達256個終端家用電器包括氣體放電燈
鎮(zhèn)流器的智能化控制。但由于成本高，傳送速度慢等因素，不適用于 普通用戶。
在一線進一線出的所謂兩線制調(diào)光技術(shù)方案中，可控硅相控調(diào)光 法是早期使用的一種調(diào)光方法。該方法通過控制雙向可控硅的導通 角，對電網(wǎng)輸入的正弦波電壓正負半周作可變觸發(fā)角的對稱截波，經(jīng) 整流后對電壓作升壓變換。鎮(zhèn)流器中的檢測電路是以整流電路輸出的 直流電壓的波動電壓差作為控制信號的，為了獲得必要精度的控制信 號，在最大調(diào)光深度時，電壓波形的觸發(fā)角要大到接近180度。隨 著觸發(fā)角的加大，可控硅的功率負荷也加大，導致電壓波形嚴重失真， 從而使得電流總諧波失真而無法得到改善，即使采取功率因數(shù)校正措 施，在調(diào)光深度加大時，功率因數(shù)也因校正乏力而變得極差。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中可控硅 相控調(diào)光在熒光燈亮度受控期間，電源電壓波形觸發(fā)角大，而導致電 壓波形始終嚴重失真，從而使得電流總諧波失真的缺陷，提供一種在 線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置。
本實用新型所涉及的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置，包 括調(diào)光控制開關(guān)端和鎮(zhèn)流器端，兩者之間由單相交流電輸送線連接， 鎮(zhèn)流器端還包括依次連接的整流器電路、功率因數(shù)校正電路以及逆變 電路，其特征在于調(diào)光控制開關(guān)端置有一可根據(jù)用戶的調(diào)光請求， 輸出交流電壓正半周或者負半周具有觸發(fā)角斬波的正弦波電壓信號 的直流分量疊加開關(guān)電路，鎮(zhèn)流器端還置有一積分式隔離解調(diào)電路，
其輸入端連接在調(diào)光控制開關(guān)端與鎮(zhèn)流器端之間的單相交流電輸送 線上，其輸出端連接在逆變電路的調(diào)光控制電壓輸入端。
本實用新型調(diào)光控制開關(guān)端對交流電壓的半周波上作可變角度
的斬波，并借助電源線傳輸該交流電壓中疊加可變直流分量的信號；
在鎮(zhèn)流器端，對疊加了該可變直流分量的交流電壓信號進行積分處 理，提取可變直流信號，經(jīng)極性變換、電位隔離和功率放大等信號處 理后用作調(diào)光控制信號。
本實用新型具有實施方法簡單，造價低廉，高功率因數(shù)，低諧波 失真等優(yōu)點，是一種理想的兩線制氣體放電燈亮度控制信號的傳送方 式和裝置。

圖1為本實用新型在線式積分型氣體放電燈調(diào)光裝置方框圖2為本實用新型直流分量疊加開關(guān)電路圖3為本實用新型交流電壓可變觸發(fā)角波形圖4為本實用新型積分式隔離解調(diào)電路電路圖5為本實用新型中直流分量疊加開關(guān)電路和積分式隔離解調(diào)
電路電路圖。
圖中各序號和符號分別表示為
l一調(diào)光控制開關(guān)端 2—電子鎮(zhèn)流器端
3—直流分量疊加開關(guān)電路 4一整流電路
5—功率因數(shù)校正電路 6—積分式隔離解調(diào)電路
7—逆變電路 8 —熒光燈9一積分電路 ll一電位隔離電路 SW—電源開關(guān) UA—移相控制電路 L一單相交流電相線 Vac —交流電壓值 Rv—可變電阻 Rj —積分電阻 Ula—第一運算放大器 U2—光電耦合器
R-偏置電阻 A—單向可控硅陽極
具體實施方式
參照圖1，本實用新型所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制 裝置包括調(diào)光控制開關(guān)端1和電子鎮(zhèn)流器端2，兩者之間由單相交流 電輸送線連接。電子鎮(zhèn)流器端還包括依次連接的整流電路4、功率因 數(shù)校正電路5以及逆變電路6。調(diào)光控制開關(guān)端1置有一可根據(jù)用戶 的調(diào)光請求，輸出交流電壓正半周或者負半周具有觸發(fā)角5斬波的正 弦波電壓信號的直流分量疊加開關(guān)電路3，電子鎮(zhèn)流器端2還置有一 積分式隔離解調(diào)電路6，其輸入端連接在調(diào)光控制開關(guān)端2與電子鎮(zhèn) 流器端2之間的單相交流電輸送線上，其輸出端連接在逆變電路7的 調(diào)光控制電壓輸入端。
IO —阻抗及極性變換電路 12—功率放大電路 D—二極管 SD—單向可控硅 N—單向交流電中線 S —觸發(fā)角 C —移相電容器 Cj —積分電容器 Ulb—第二運算放大器
Q—晶體管跟隨器
K一單向可控硅的陰極
G—單向可控硅控制極
參照圖2，直流分量疊加開關(guān)電路3由電源開關(guān)SW, 二極管D， 單向可控硅SD，以及移相控制電路UA所構(gòu)成，單向可控硅SD串聯(lián) 連接在單相交流電的相線L上， 一個二極管D與單向可控硅SD并聯(lián) 連接，移相控制電路UA連接在單向可控硅SD的陰極K和控制極G之 間。
本實用新型所述的移相控制電路UA可以是數(shù)字電路構(gòu)成，也可 以采用模擬移相電路構(gòu)成。
參照圖5，如本實用新型實施例中采用模擬移相電路所構(gòu)成的移 相控制電路UA，其結(jié)構(gòu)是可變電阻Rv與移相電容器C串聯(lián)連接 后跨接在單向可控硅SD的陰極K和陽極A兩端，單向可控硅SD的 控制極G連接可變電阻Rv與移相電容器C公共端。
參照圖4，所述的積分式隔離解調(diào)電路6包括依次相連接的積分 電路9、阻抗變換及極性變換電路10、電位隔離電路11以及功率放 大電路12。
所述的積分電路9由積分電阻Rj和積分電容器Cj構(gòu)成。所述的 阻抗變換及極性變換電路10由第一運算放大器Ula構(gòu)成。所述的電 位隔離電路ll由光電耦合器U2構(gòu)成。所述的功率放大電路12由第 二運算放大器Ulb和晶體管跟隨器Q構(gòu)成，第二運算放大器Ulb反 相輸入端連接晶體管跟隨器Q發(fā)射極，并作為積分式隔離解調(diào)電路 6的輸出端連接逆變電路7的調(diào)光控制電壓輸入端，第二運算放大 器Ulb的輸出端連接晶體管跟隨器Q的基極，第二運算放大器Ulb 同相輸入端通過偏置電阻R連接本電路工作電源，晶體管跟隨器Q
集電極連接本電路工作電源。
以下簡要敘述本實用新型調(diào)光控制的工作過程以及原理
(1) 調(diào)光控制開關(guān)端1的直流分量疊加開關(guān)電路3，根據(jù)用戶 的調(diào)光請求，輸出交流電壓正半周或者負半周具有觸發(fā)角s斬波的正 弦波電壓信號,所述的觸發(fā)角S大于0度，小于等于30度；
(2) 上述具有觸發(fā)角S斬波的正弦波電壓信號通過單相交流電
輸送線傳輸至電子鎮(zhèn)流器端2;
(3) 電子鎮(zhèn)流器端2的積分電路9對上述信號進行積分，提取 可變直流信號；
(4) 在阻抗及極性變換電路10中對上述可變直流信號進行阻抗 變換以及按照輸出調(diào)光控制的需要作極性變換；
(5) 再通過電位隔離電路11中的光電耦合器對上述輸出的直流 信號進行電位隔離；
(6) 對電位隔離后的直流信號進行功率放大，得到所需的低壓 直流調(diào)光控制電壓提供給熒光燈8的逆變電路7。
在本實用新型中，直流分量疊加開關(guān)電路3，根據(jù)亮度要求對交 流電源電壓波形的半個周波上作可變角度S斬波，交流電壓正負半周 經(jīng)這種不對稱畸變使交流電壓信號中疊加上一個可用作調(diào)光控制的 可變直流分量。借助電源線將該調(diào)光控制信號傳送到電子鎮(zhèn)流器端2 一側(cè)的積分式隔離解調(diào)電路6。
如所周知，交流電壓的數(shù)學表達式為 v(0 = vm x sin(欣)^
其中VG)為t時刻的交流電壓值；
為交流電壓峰值； w為初始相位； 對上述函數(shù)正弦因子在一個周期內(nèi)積分
Q Q 2
式中L為 一個周期內(nèi)的電壓積分值；
T為周期，即交流電源頻率的倒數(shù)。
這表明，上、下半個周期對稱的正弦波電壓，經(jīng)積分后數(shù)值為零。 如果交流電源的任一半波過零后再經(jīng)S度才導通，則交流電的電壓積 分值就不為零，其值僅與觸發(fā)角S的大小有關(guān)-v諷！ 二丄sin(欲)^
=f sin(^)Jf — f sin(W =- f sin一)^
=COS 5 — 1
式中5為交流電壓半個周期內(nèi)的觸發(fā)角。
在線式直流分量疊加開關(guān)就是根據(jù)亮度要求對交流電源的半波 作可變角度斬波，使交流電源中疊加一個調(diào)光控制信號的。由于只是 一個變化范圍在30度以內(nèi)的較小的可變觸發(fā)角，而且亮度最大時觸 發(fā)角為零，所以對功率因數(shù)和電流諧波基木沒有影響。
積分式隔離解調(diào)電路電路6安裝在電子鎮(zhèn)流器端2的一側(cè)，通過 積分電路9將交流電壓中疊加的代表不同亮度的調(diào)光控制信號分離
出來，再按電子鎮(zhèn)流器所需的控制電平進行放大。積分電路9對非對 稱可變觸發(fā)角正弦波信號進行積分所獲得的直流電壓與電壓波形的 觸發(fā)角S大小成比例，而與電源電壓的高低無關(guān)。因此，電源電壓的 波動不會引起調(diào)光亮度的變化，可以實現(xiàn)寬電壓范圍供電的鎮(zhèn)流器的 調(diào)光。
參照附圖，本實用新型實施例中調(diào)光控制信號的形成和傳送如下 所述
根據(jù)亮度控制的要求，改變單向可控硅SD控制極G上的移相 電壓實現(xiàn)對交流電源電壓波形在正半波或負半波上作可變角度斬波。
輸入交流電源電壓的相線L線經(jīng)控制電源通./斷的電源開關(guān)SW 后接到單向可控硅SD的陰極K和二極管D的正極。在輸入的電壓 正半波時，二極管D導通，輸入電壓直接輸出；在電壓負半波時， 二極管D截止，在單向可控硅SD陰極K和控制極G之間的移相 電壓到達可控硅的觸發(fā)電壓之前，沒有電壓輸出。當移相控制電路UA 的輸出電壓到達可控硅SD的觸發(fā)電壓時，可控硅SD觸發(fā)導通，使 輸出電壓波形負半周形成一個如圖3所示可變觸發(fā)角S的斬波。 若圖2中將直流分量疊加開關(guān)電路3的輸入端與輸出端倒置，則可 得到對輸入電壓波形的正半周作可變觸發(fā)角斬波。
移相控制電路UA可以是由數(shù)字電路，用來提供可變移相電壓； 也可以采用如圖5所示的由可變電阻Rv和移相電容器C所組成 的模擬移相電路。無論直接改變由數(shù)字電路提供的移相電壓，還是調(diào) 節(jié)電阻-電容模擬移相電路中可變電阻的阻值，都可以使輸出電壓波
形的半個周波上形成一個可變觸發(fā)角斬波
所述的積分式隔離解調(diào)電路5位于電子鎮(zhèn)流器端2的一側(cè)。如圖 4所示，積分電阻Rj和積分電容器Cj構(gòu)成積分積分電路9，接在 單向交流電源的相線L與中線N之間，對通過單相交流電源相線L傳 送過來的，由直流分量疊加開關(guān)輸出的電壓波形的半個周期上有可變 觸發(fā)角斬波的電壓波形進行積分，獲得交流電壓中的直流分量。積分 電壓的數(shù)值Vav與可變觸發(fā)角S的大小有關(guān)，Vav = Cos S -l。
積分電容器Cj和積分電阻Rj的連接點即積分電路9的輸出 端輸出的積分電壓，在由第一運算放大器Ula進行阻抗變換和按照 輸出調(diào)光控制的需要作極性變換，由光電耦合器U2作電位隔離，隔 離輸出的電壓經(jīng)第二運算放大器Ulb和由晶體管跟隨器Q功率放 大后，得到所需的低壓直流調(diào)光控制電壓。此直流電壓送到調(diào)光鎮(zhèn)流 器的逆變電路7，調(diào)控氣體放電燈(熒光燈8)輸出功率，實現(xiàn)氣體 放電燈亮度的調(diào)控。
在調(diào)光過程中，當輸入/輸出功率最大時，應(yīng)使可控硅觸發(fā)角為 零；當輸入/輸出功率最小時，觸發(fā)角最大。這可以根據(jù)亮度控制電 路的需要，選取觸發(fā)角的部位是位于正弦波的正半周或負半周，并通 過改變積分式隔離解調(diào)電路中的放大器的極性變換來保證。
權(quán)利要求1、一種在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置，包括調(diào)光控制開關(guān)端和鎮(zhèn)流器端，兩者之間由單相交流電輸送線連接，鎮(zhèn)流器端還包括依次連接的整流器電路、功率因數(shù)校正電路以及逆變電路，其特征在于調(diào)光控制開關(guān)端置有一可根據(jù)用戶的調(diào)光請求，輸出交流電壓正半周或者負半周具有觸發(fā)角斬波的正弦波電壓信號的直流分量疊加開關(guān)電路，鎮(zhèn)流器端還置有一積分式隔離解調(diào)電路，其輸入端連接在調(diào)光控制開關(guān)端與鎮(zhèn)流器端之間的單相交流電輸送線上，其輸出端連接在逆變電路的調(diào)光控制電壓輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于直流分量疊加開關(guān)電路由電源開關(guān)，二極管，單向 可控硅，以及移相控制電路所構(gòu)成，單向可控硅串連連接在單相交流 電相線上，二極管與單向可控硅并聯(lián)連接，移相控制電路連接在單向 可控硅的陰極和控制極。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于移相控制電路可以是數(shù)字電路構(gòu)成，也可以采用 模擬移相電路構(gòu)成。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于所述模擬移相電路構(gòu)成的移相控制電路結(jié)構(gòu)是可 變電阻與移相電容器串聯(lián)連接后跨接在單向可控硅的陰陽極兩端， 單向可控硅的控制極連接可變電阻與移相電容器的公共端。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于所述的積分式隔離解調(diào)電路包括依次相連接的積 分電路、阻抗變換及極性變換電路、電位隔離電路以及功率放大電 路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于所述的積分電路由積分電阻和積分電容器構(gòu)成。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于所述的阻抗變換及極性變換電路由第一運算放大 器構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝 置，其特征在于所述的電位隔離電路由光電耦合器構(gòu)成。
9、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置，其特征在于所述的功率放大電路由第二運算放大器，和晶體 管跟隨器構(gòu)成，第二運算放大器反相輸入端連接晶體管跟隨器發(fā)射 極，并作為積分式隔離解調(diào)電路輸出端連接逆變電路的調(diào)光控制電 壓輸入端，第二運算放大器輸出端連接晶體管跟隨器的基極，第二 運算放大器同相輸入端通過偏置電阻連接工作電源，晶體管跟隨器 的集電極連接工作電源。
專利摘要在線式積分型氣體放電燈調(diào)光控制裝置，包括調(diào)光控制開關(guān)端和鎮(zhèn)流器端，由交流電線連接，調(diào)光控制開關(guān)端置有可輸出半周具有觸發(fā)角斬波交流電壓信號的直流分量疊加開關(guān)電路，鎮(zhèn)流器端依次連接的整流器電路、功率因數(shù)校正電路以及逆變電路。積分式隔離解調(diào)電路的輸入端連接鎮(zhèn)流器端的交流電線上，其輸出端連接逆變電路。在本實用新型中調(diào)光控制開關(guān)端輸出可變直流分量信號，經(jīng)電源線傳輸至鎮(zhèn)流器媏，再對疊加了該可變直流分量的交流電壓信號進行積分處理，提取可變直流信號，經(jīng)阻抗極性變換、電位隔離和功率放大等信號處理后用作調(diào)光控制信號。本實用新型具有實施方法簡單，造價低廉，高功率因數(shù)，低諧波失真等優(yōu)點。
文檔編號H05B41/392GK201207752SQ20082005889
公開日2009年3月11日 申請日期2008年5月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月23日
發(fā)明者路智勇 申請人:上海阿卡得電子有限公司