基于斩控交流调压的舞台调光器的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于斩控交流调压的舞台调光器，包括数据接收电路、单片机、PWM脉冲电路、IGBT驱动保护电路、IGBT斩控调压电路和滤波电路，所述数据接收电路接收来自舞台调光台的信号后，将信号传输给单片机，所述PWM脉冲电路电连接在单片机的输出端，所述单片机的输出端电连接在IGBT驱动保护电路的输入端，所述IGBT驱动保护电路的输出端电连接IGBT斩控调压电路的输入端，所述IGBT斩控调压电路电连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端电连接舞台灯具。实现抑制电路中的谐波和无线电干扰的优点，提高舞台灯光的调光性能。
【专利说明】基于斩控交流调压的舞台调光器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及舞台照明控制领域，具体地，涉及一种基于斩控交流调压的舞台调光器。
【背景技术】
[0002]目前通用的舞台调光技术多以可控硅作为调光元件，可控硅调光原理如下:控制台发出控制信号，由调光器转换为相位角可变的脉冲信号，控制驱动可控硅，可控硅由交流主回路电压过零关断。在下一周期重复相同的动作。相位角可变脉冲位置不同，交流主回路电压波形被斩控后的面积不同，从而实现了输出到舞台灯具上的电压不同，达到调光的目的，在交流主回路中电压和电流为正弦波，斩控后输出到灯泡上的电压和电流仅为正弦波的一部分。由于这种交流调光器在使用过程中，会产生大量的谐波和无线电干扰，使电网正弦波畸变，功率因素降低，电能质量下降。在舞台灯光使用时，干扰其他音频设备的正常使用。随着调光设备的增加，干扰越严重。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种基于斩控交流调压的舞台调光器，以实现抑制电路中的谐波和无线电干扰的优点。
[0004]为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0005]一种基于斩控交流调压的舞台调光器，包括数据接收电路、单片机、PWM脉冲电路、IGBT驱动保护电路、IGBT斩控调压电路和滤波电路，所述数据接收电路接收来自舞台调光台的信号后，将信号传输给单片机，所述PWM脉冲电路电连接在单片机的输出端，所述单片机的输出端电连接在IGBT驱动保护电路的输入端，所述IGBT驱动保护电路的输出端电连接IGBT斩控调压电路的输入端，所述IGBT斩控调压电路电连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端电连接舞台灯具。
[0006]进一步的，所述单片机采用ATMEGA16单片机。
[0007]进一步的，所述IGBT驱动保护电路包括EXB841驱动芯片、二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4和稳压二极管D5，所述EXB841驱动芯片的过流保护端和IGBT的集电极串联，所述EXB841驱动芯片的驱动输出端和IGBT的门极间串联电阻R3和二极管D2，所述二极管D2的阳极和电阻R3串联，电阻R4的一端电连接在二极管D2的阴极，电阻R4的另一端电连接在EXB841驱动芯片的驱动输出端，所述EXB841驱动芯片的电源端和IGBT的发射极间串联电阻R1，所述IGBT的门极和发射极间串联稳压二极管D3和稳压二极管D4，所述稳压二极管D3的阴极电连接在IGBT的门极上，稳压二极管D3的阳极和稳压二极管D4的阳极电连接，所述稳压二极管D4的阴极电连接在IGBT的发射极上，电阻R6和电容C2并联，且电容R6电连接在IGBT的门极和发射极之间。
[0008]进一步的，IGBT斩控调压电路包括绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3，所述绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的集电极和发射极间均连接二极管D3、二极管D6和二极管D7，所述二极管D3、二极管D6和二极管D7的阳极分别电连接在绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极上，所述绝缘栅双极型晶体管Vl的集电极与二极管D2的阴极串联，所述二极管D2的阳极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极串联，所述绝缘栅双极型晶体管Vl的发射极和二极管D5的阳极串联，所述二极管D5的阴极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上。
[0009]本实用新型的技术方案具有以下有益效果:
[0010]本实用新型的技术方案，使用IGBT作为舞台灯光调压的主控元件，IGBT为全控型元件，小的栅极电压变化即可控制元件对高电压大电流的导通或关断。IGBT调光是以脉冲来控制元件的通断，脉冲高电位时元件导通，低电位时元件关断，高低电位的持续时间不一样，即所谓占空比的不同，决定了输出交流电压大小不同。通过单片机对IGBT的控制，达到了抑制电路中的谐波和无线电干扰的目的，提高舞台灯光的调光性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型实施例所述的基于斩控交流调压的舞台调光器的原理框图；
[0012]图2为本实用新型实施例所述的数据接收电路的电子电路图；
[0013]图3为本实用新型实施例所述的PWM脉冲电路和单片机连接的电子电路图；
[0014]图4为本实用新型实施例所述的IGBT驱动保护电路的电子电路图；
[0015]图5为本实用新型实施例所述的IGBT斩控调压电路的电子电路图；
[0016]图6为本实用新型实施例所述的滤波电路的电子电路图。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0018]如图1所示，一种基于斩控交流调压的舞台调光器，包括数据接收电路、单片机、PWM脉冲电路、IGBT驱动保护电路、IGBT斩控调压电路和滤波电路，数据接收电路接收来自舞台调光台的信号后，将信号传输给单片机，PWM脉冲电路电连接在单片机的输出端，单片机的输出端电连接在IGBT驱动保护电路的输入端，IGBT驱动保护电路的输出端电连接IGBT斩控调压电路的输入端，IGBT斩控调压电路电连接滤波电路的输入端，滤波电路的输出端电连接舞台灯具。
[0019]其中，单片机采用ATMEGA16单片机。IGBT驱动保护电路如图4所示，包括EXB841驱动芯片、二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4和稳压二极管D5，EXB841驱动芯片的过流保护端和IGBT的集电极串联，EXB841驱动芯片的驱动输出端和IGBT的门极间串联电阻R3和二极管D2，二极管D2的阳极和电阻R3串联，电阻R4的一端电连接在二极管D2的阴极，电阻R4的另一端电连接在EXB841驱动芯片的驱动输出端，EXB841驱动芯片的电源端和IGBT的发射极间串联电阻Rl，IGBT的门极和发射极间串联稳压二极管D3和稳压二极管D4，稳压二极管D3的阴极电连接在IGBT的门极上，稳压二极管D3的阳极和稳压二极管D4的阳极电连接，稳压二极管D4的阴极电连接在IGBT的发射极上，电阻R6和电容C2并联，且电容R6电连接在IGBT的门极和发射极之间。
[0020]IGBT斩控调压电路如图5所示，包括绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3，绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的集电极和发射极间均连接二极管D3、二极管D6和二极管D7，二极管D3、二极管D6和二极管D7的阳极分别电连接在绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极上，绝缘栅双极型晶体管Vl的集电极与二极管D2的阴极串联，二极管D2的阳极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上，绝缘栅双极型晶体管V2的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极串联，绝缘栅双极型晶体管Vl的发射极和二极管D5的阳极串联，二极管D5的阴极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上。IGBT即为绝缘栅双极型晶体管。
[0021]IGBT正弦波调光不再产生高次谐波，不再干扰其他视频、音频设备，不会产生过载现象，IGBT元件的控制电路生产时已设置好了额定电流，当控制回路的电流超过额定电流时，IGBT会自动关小一些导通角。因此短路对IGBT调光元件影响不大，因为出现短路时，控制回路会完全关闭导通角，来保证IGBT的安全，如果是临时性短路(时间小于4秒)，短路去除后，灯具会自动亮起来。如果是永久性短路(时间大于4秒)，控制回路会关断回路。短路去除后，重新开启IGBT，灯具会重新亮起来。IGBT不会受到任何损坏。两路可控硅调光回路是不能并联运行的。而IGBT调光回路可以并联运行，不会造成IGBT的损坏。
[0022]滤波电路采用低通滤波器如图6所示。
[0023]数据接收电路如图2所示，以SN75176芯片为核心，VCC为5V电源输入端；1/0+、I/O-为输入输出总线接口，1/0+为非反相端，I/o-为反相端；R0为接收器输出端；/RE为接收器使能端(低电平有效);DE为驱动器使能端(高电平有效);DI为驱动器输入端。SN75176用作接收器，/RE和DE端口接地(使能接收器，关闭驱动器)，接收器输出端(RO)接单片机PDO 口，用于串口接收数据。同时输出端还接单片机H)2 (INTO) 口，利用外部中断0判断DMX512数据包头，提前通知单片机准备串口接收调光数据。
[0024]PWM脉冲电路的脉冲芯片采用IXDP610芯片，IXDP610芯片和ATMEGA16单片机的接口电路如图3所示，IXDP610的8位数据总线连接单片机PB 口 ；4位控制接口 SEL、WR、CS、RST连接单片机的PA(TPA3 口 ；按键电路接单片机的PA4?PA7 口，当按键被按下时，ATMEGA16单片判断哪个按键被按下。IXDP610的时钟使用外接的晶振，决定其输出PWM信号的频率和死区时间范围。单片机接受调光台发送的DMX512数据包，并根据按键值选择相应的通道数据送至IXDP610数据总线，单片机的PA(TPA3 口提供控制信号，最终将调光数字信号转换为PWM信号。
[0025]由于传统51单片机的控制精度、存储容量、处理速度等有限，本发明采用AVR单片机作为主控芯片，和51单片机相比，AVR单片机具有以下优势:
[0026](I)哈佛结构，具备IMIPS / MHz的高速运行处理能力；
[0027](2)精简指令集(RISC)，具有32个通用工作寄存器，克服了如8051 MCU采用单一寄存器ACC进行处理造成的瓶颈现象；
[0028](3)快速的存取寄存器组、单周期指令系统，大大优化了目标代码的大小、执行效率，FLASH比较大，特别适用于使用高级语言进行开发；
[0029](4)作输出时可输出40mA (单一输出)，作输入时可设置为三态闻阻抗输入或带上拉电阻输入，具备10mA-20mA灌电流的能力；
[0030](5)片内集成多种频率的RC振荡器、上电自动复位、看门狗、启动延时等功能，外围电路更加简单，系统更加稳定可靠，对简单应用可以构成真正的单片系统；
[0031](6)片上资源丰富:带￡2?1?(^?11，町(:，5?1，臥町，111，15?，40等，大大简化了外围电路，使实现真正的单片系统成为可能。
[0032](7)AVR单片机的实时性和精确性完全符合设计的需求，在完成调光需求的同时有效的控制了产品的生产成本。
[0033]最后应说明的是:以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范 围之内。
【权利要求】
1.一种基于斩控交流调压的舞台调光器，其特征在于，包括数据接收电路、单片机、PWM脉冲电路、IGBT驱动保护电路、IGBT斩控调压电路和滤波电路，所述数据接收电路接收来自舞台调光台的信号后，将信号传输给单片机，所述PWM脉冲电路电连接在单片机的输出端，所述单片机的输出端电连接在IGBT驱动保护电路的输入端，所述IGBT驱动保护电路的输出端电连接IGBT斩控调压电路的输入端，所述IGBT斩控调压电路电连接滤波电路的输入端，所述滤波电路的输出端电连接舞台灯具。
2.根据权利要求1所述的基于斩控交流调压的舞台调光器，其特征在于，所述单片机采用ATMEGA16单片机。
3.根据权利要求2所述的基于斩控交流调压的舞台调光器，其特征在于，所述IGBT驱动保护电路包括EXB841驱动芯片、二极管D2、稳压二极管D3、稳压二极管D4和稳压二极管D5，所述EXB841驱动芯片的过流保护端和IGBT的集电极串联，所述EXB841驱动芯片的驱动输出端和IGBT的门极间串联电阻R3和二极管D2，所述二极管D2的阳极和电阻R3串联，电阻R4的一端电连接在二极管D2的阴极，电阻R4的另一端电连接在EXB841驱动芯片的驱动输出端，所述EXB841驱动芯片的电源端和IGBT的发射极间串联电阻R1，所述IGBT的门极和发射极间串联稳压二极管D3和稳压二极管D4，所述稳压二极管D3的阴极电连接在IGBT的门极上，稳压二极管D3的阳极和稳压二极管D4的阳极电连接，所述稳压二极管D4的阴极电连接在IGBT的发射极上，电阻R6和电容C2并联，且电容R6电连接在IGBT的门极和发射极之间。
4.根据权利要求2所述的基于斩控交流调压的舞台调光器，其特征在于，IGBT斩控调压电路包括绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3，所述绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的集电极和发射极间均连接二极管D3、二极管D6和二极管D7，所述二极管D3、二极管D6和二极管D7的阳极分别电连接在绝缘栅双极型晶体管V1、绝缘栅双极型晶体管V2和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极上，所述绝缘栅双极型晶体管Vl的集电极与二极管D2的阴极串联，所述二极管D2的阳极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极串联，所述绝缘栅双极型晶体管Vl的发射极和二极管D5的阳极串联，所述二极管D5的阴极串联在绝缘栅双极型晶体管V2的集电极上。
【文档编号】H05B37/02GK203387747SQ201320504164
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年8月19日
【发明者】李 真, 任慧, 李艳哲, 王会芹, 白石磊 申请人:中国传媒大学