线性调光智能数字电源的制作方法

本发明涉及线性调光智能数字电源

背景技术：

电源是常用的电器控制器件，但在现有技术中的电源存在以下几个方面的问题：1.目前电子镇流器、驱动电源、开关电源、工业变压器等工业照明驱动的技术运用，都以模拟调光技术、可控硅调光、分段调光技术，这些技术容易受到负载的变化的影响不能很好的调光或者说不能很好的精确地的线性调光，不能成线性调光。2.目前驱动电源、开关电源解释静态调光技术，即不会因负载变化、环境变化、用户习惯变化实现线性的调整。3.目前驱动电源、开关电源皆是有本身带有变压器副边供电技术，此目的缺陷在于让整装置处于待机状态中，电解电容等关键寿命软件一直处于工作状态，大大减少了整装置的寿命。4.目前驱动电源、开关电源皆是皆不带有电能信息采集和分析处理单元，会造成不会根据环境变换实现线性调整。5.目前驱动电源、开关电源皆是利用继电器开关功能实现主回路的开关功能，继电器属于感性元件在开启是峰值较高对后面整流前应力要求提高，且继电器存在开关次数和响应时间不及时的缺点，使驱动电源的使用寿命大大缩减且响应了负载供电的及时性。6、在不同的季节、和特殊天气中控制方式不灵活，零散的灯具和广阔的地域分布，带来了控制管理的不方便，控制界面不直观，能源浪费严重，故障巡检费用高，维护和维修麻烦。

技术实现要素：

本发明的目的之一是为了克服现有技术中的不足，提供一种可线性调整电路输出的线性调光数字电源。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

线性调光智能数字电源，其特征在于，包括：

主功率回路单元，所述主功率回路单元具有输入端和输出端；

调光控制单元，所述线性调光控制单元包括pwm输出调节单元，所述调光控制单元通过控制pwm输出占空比调整主功率回路的输出功率；所述调光控制单元接收外部控制信号设置的pwm占空比并对外部控制信号设置的pwm占空比进行修正，所述修正值＝设置值×转换效率×功率因数；

所述转换效率计算公式为η＝po/pin,其中”η”代表电源的转换效率，“po”代表输出功率，计算公式为po＝uo×io，“uo”代表输出电压，“io”代表输出电流，通过两者的乘积计算出“po”；pin”代表输入功率，计算公式为pin＝ui×iin，“ui”代表输入电压，“iin”代表输入电流，通过两者的乘积计算出“pin”；

功率因数根据输入端电压和电流数值可确定；

电能信息采集单元，所述电能信息采集单元用于采集所述主功率回路的输入端和输出端的电能数据；包括电压和电流数据；

调光计算单元，所述调光计算单元与所述电能信息采集单元通信并与所述调光控制单元通信；所述电能信息采集单元将采集的数据传输给所述调光计算单元，并经调光计算单元计算后传输给调光控制单元，所述调光控制单元根据收到的计算结果，修正输出pwm占空比，调整主功率回路输出。

根据本发明的一个实施例，还包括通信单元，所述通信单元用于接收外部输入的控制信号，并传输给调光控制单元，由所述调光控制单元根据控制信号确定pwm占空比设定值或者由调光控制单元传输给调光计算单元再由调光计算单元确定pwm占空比设定值。

根据本发明的一个实施例，所述通信单元与调光控制单元之间还设置有高压隔离驱动单元。

根据本发明的一个实施例，还包括使用终端，所述使用终端通过所述通信单元与所述光控制单元通信；所述使用终端用于输入控制命令，并转换为控制信号输送给通信单元。

根据本发明的一个实施例，还包括环境参数检测单元，所述环境参数检测单元用于检测环境参数，并将环境参数数据传输给调光计算单元和/或调光控制单元，由调光计算单元和/或调光控制单元确定在该环境参数下的pwm占空比设定值。

根据本发明的一个实施例，还包括standby供电回路单元，所述standby供电回路单元与其他电路单元电连接，为其他电路供电。

根据本发明的一个实施例，还包括软开关，所述软开关与所述调光控制单元电连接，用于控制主功率回路的开和关；所述调光控制单元控制所述软开关工作。

根据本发明的一个实施例，还包括电能参数处理单元，所述电能参数处理单元与所述电能信息采集单元通信连接，用于将电能信息采集单元采集的电能数据解码后发送给调光计算单元。

本发明目根据电能信息采集单元、电能参数处理单元，数字调光计算单元、环境参数检测单元、通信单元来做数据分析实现线性调光问题。

本发明装置电源区内部带有standby供电回路单元，平时处于待机状态，切断主功率回路电路或者通过调光控制单元切断主功率回路电路。但当环境发生变化时，包括环境变换，季节变化、光照度变化、地点变换、车流、人流、温度发生变化时，主功率回路电路开启，从而延长了主功率回路电路的使用寿命。本发明具有电能信息采集单元、根据采集到输入输出电能信息，发送到电能参数处理单元进行处理，经过处理之后的数据发送到数字调光计算单元，由数字调光计算单元计算后发送至调光控制单元执行控制，目的为了达到线性调光精确调光，提高整体能效；

本发明是去除继电器利用原理的物理特性，实现了固件软开关功能，解决开机时峰值问题、响应不及时问题、寿命开关次数问题等，大大延长了本装置的使用寿命问题。

1.本发明装置可以很好实现线性调光计算，能做到精确控制输出，已达到精确节能控制目的；

2.本发明实现软开关控制功能，减少硬开关带来的浪涌冲击功能；

3.本发明主电路处于一个待机状态，当因环境出发改变动态调节输出，实现很好能效比；

4.对led灯的智能控制提高55％的节能率，提高80％的led使用寿命，提高60％能效比；

5.动态感应线性调光技术，减少了无人灯的能耗，与传统控制相比，至少降低50％的co2排放；

6.通过gps经纬度和季节计算日出日落时间，在全球范围零设置，自动调节照明开关时间；

7.故障主动报警，快速gps显示定位，维修维护方便，降低90％的人力成本；

8.移动端监控和故障通知，提高70％的工作执行效率；

9.自动检测雾霾，日全食，车流，暴雨，大雾等环境进行多重联动照明控制；

10.用加密技术保证了整个系统控制的安全和大数据信息的安全。

11.多级操作权限控制，历史数据查询统计，电能计量趋势分析，预付费控制系统。

12.网络断线时，内置离线控制策略自运控制，内置大容量储存器保存计量数据长达60天。

13.可广泛应用于高速公路、普通公路、道路等各种场景的智能控制灯具上；

附图说明

图1为本发明中的线性调光智能数字电源细化拓扑结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，线性调光智能数字电源，其包括主功率回路单元、调光控制单元11、电能信息采集单元1、调光计算单元16、通信单元13、环境参数检测单元14、standby供电回路单元6。

所述主功率回路单元具有输入端和输出端；还包括spd防雷单元2、emc电磁兼容单元3、整流滤波单元4、pfc变换驱动单元5、llc半桥准谐振驱动单元8、输出修整控制单元9和反馈单元10。

所述的spd防雷单元2，该单元主要目的在于当该数字调光装置用于户外并遭受雷击后，对雷电产生的过电压能量进行吸收、泄放。同时对进入该数字调光装置的操作过电压、工频暂态过电压冲击及通过ac输入线进入的浪涌电压等也有吸收与泄放作用。该单元起到保护后级电子元器件免受浪涌过压导致损坏的作用。

所述的emc电磁兼容单元3，该单元能滤除由该装置本身产生并向外部发出的传导噪声干扰，可避免影响同一电磁环境下其他电子设备的正常工作；同时起到抑制和衰减由外界产生的噪声和信号干扰。该单元对线路中的共模和差模干扰信号均有良好的抑制和衰减作用。

所述的整流滤波单元4，该桥式整流单元主要利用由四个封装为一体的二极管组成的桥路实现将已经过spd单元和emc单元的交流电压转化为脉动的直流电压。该直流电压将作为pfc模块单元的输入电压。

所述的pfc变换驱动单元5，该单元利用boost拓扑构成的电路对经过桥式整流单元进入的电流信号进行相位校正，使电流信号尽量跟随电压信号，提高pf(功率因数)值，以提高电能利用率。该主动式pfc由电感、电容、mosfet、专用ic及相关辅助电子元器件构成，可调整电流波形，对电流电压间的相位差进行补偿，使最终功率因数可达98％以上，同时可显著降低总谐波失真。该模块中电路简单，输出电压纹波很小，具有显著优点。如拓扑图中所示，pfc电感l1在mos开关管q1导通时储存能量，在开关管截止时，电感l1上感应出右正左负的电压，将导通时储存的能量通过升压二极管d1对大的滤波电容c1充电，输出能量，在这个过程中pfc驱动单元根据r1上采集的电流信号进行相位补偿调整，最终达到对pf值进行校正的目的。

所述的llc半桥准谐振驱动单元8，将前级pfc单元调整后电压，通过llc谐振半桥拓扑电路和高频隔离变压器后，实现dctodc变换。q2、q3、cr、lm、lr(lr为隔离变压器漏感)、d5、d6、d7、d8构成llc半桥谐振拓扑。工作过程中将有效利用变压器漏感lr,通过cr、lm、lr三者谐振，实现原边q2、q3的zvs(零电压导通)和副边d5、d6、d7、d8的zcs(零电流关断)，减小q2、q3导通时电压电流交叉损耗，减小d5、d6、d7、d8反向电流，提升电源整体效率。

所述的输出修整控制单元9，将前级隔离变压器变换的电压，通过d5、d6、d7、d8四个二级管全桥整流后，再经c5滤波，为后级led模组提供稳定电压电流。

所述的反馈单元10，包含电压反馈部分和电流反馈部分。电压反馈部分将输出电压实时情况反馈到原边半桥驱动单元，通过调节驱动频率，稳定输出电压，为后级负载提供导通电压。电流反馈部分将输出电流通过sense电阻r6采样，将采集到电流数据信息，反馈到智能数字控制单元，实现智能调光。

所述的线性调光控制单元11包括pwm输出调节单元，所述调光控制单元通过控制pwm输出占空比调整主功率回路的输出功率；所述调光控制单元接收外部控制信号设置的pwm占空比并对外部控制信号设置的pwm占空比进行修正，所述修正值＝设置值×转换效率×功率因数。所述转换效率计算公式为η＝po/pin,其中”η”代表电源的转换效率，“po”代表输出功率，计算公式为po＝uo×io，“uo”代表输出电压，“io”代表输出电流，通过两者的乘积计算出“po”；pin”代表输入功率，计算公式为pin＝ui×iin，“ui”代表输入电压，“iin”代表输入电流，通过两者的乘积计算出“pin”；功率因数根据输入端电压和电流数值可确定；

所述电能信息采集单元1用于采集所述主功率回路的输入端和输出端的电能数据；包括电压和电流数据；1).输入端接入市电后，通过电压互感器pt1、电流互感器ct1采集到输入端的电流数据和电压数据，通过一颗带有spi和uart通讯接口的高精度功能计量芯片，解码发送给调光控制单元；2).当输出进入正常工作后，通过锰铜采集到输出端的电流，并将解码到的到的输出的电压、电流发送给调光控制单元；将输入端的电能(电压、电流、功率因数)信息和输出端(电压、电流)的电能信息皆解码后由嵌入式数字计算单元进入计算；3).该电能采集单元处于ac输入前端，包括电流互感器ct1和电压互感器pt1，ct1作用为对ac输入端电流数据进行采集以作为电能参数处理单元的电流信息输入数据，pt1作用为对ac输入端l与n之间电压数据进行采集以作为电能参数处理单元的电压输入数据。电流互感器ct1和电压互感器pt1具有体积小、精度高、一致性好的特点。4).将通过锰铜丝元件rs1采样输出电流和电压数据，解码后发送给智能数字控制单元.5).电能参数处理单元7计算处理，计算出的结果反调光控制单元11里，最后通过调光控制单元11发送对应控制信号给反馈单元10，此目的以达到精准控制控制占空比，实时实施调节、频率控制基于维持不同区域的适应阈值，可以使用瞬时间启动和关闭。当存在负载时，可以利用各种系数对电压、电流补偿或调节，同时使用软开关功能，可以避免浪涌的产生和开关次数的寿命延长，并降低有效噪声，并最终实现线性调光功能；

所述电能参数处理单元7与所述电能信息采集单元1通信连接，用于将电能信息采集单元1采集的电能数据解码后发送给调光计算单元16。将电压互感器pt1、电流互感器ct1采集到输入端的电流和电压数据，通过一颗带有spi和uart通讯接口的高精度功能计量芯片，解码发送给调光控制单元11及调光计算单元16，同时将通过锰铜丝元件rs1采样输出电流和电压数据，解码后发送给智能数字控制单元11及调光计算单元16。

所述的调光计算单元16与所述电能信息采集单元1通信并与所述调光控制单元11通信；所述电能信息采集单元1将采集的数据传输给所述调光计算单元16，并经调光计算单元16计算后传输给调光控制单元11，所述调光控制单元11根据收到的计算结果，修正输出pwm占空比，调整主功率回路输出。

另外，更进一步地，调光计算单元控制还可以包括：(1)根据电压采样数值和电压参考值获得电压偏差值＝电压参考值–电压采样值；(2)根据所述比例值和积分值获得输出值结果＝比例值+积分值，并对所述输出进行调整，使其通过输出值在0～180°范围内变化；(3)对积分值进行调整和限幅，处理后获得比例值和积分值。本发明中，用数字化方法代替模拟控制，可以消除温度漂移等常规模拟调节器难以克服的缺点，有利于进行很好的线性控制、参数整定和变参数调节，便于通过程序软件的改变方便地调整控制模式；方案和实现多种新型控制策略，同时可减少元器件的数目、减轻了重量、缩短了开发周期、简化硬件结构，从而提高系统的可靠性。

更进一步地，所述初始化包括智能数字单元的初始化、外设模块初始化和对全局变量进行初始化；所述智能数字控制单元初始化具体为：设置系统时钟频率，设置高速外设hispcp和低速外设lospcp寄存器，设置i/o口复用控制寄存器，将通用gpiox口各引脚定义为基本功能或外设功能；所述外设模块初始化具体为：对adc模数转化模块进行初始化，并对pwm、on/off进行初始化。

所述通信单元13用于接收外部输入的控制信号，并传输给调光控制单元11，由所述调光控制单元11根据控制信号确定pwm占空比设定值或者由调光控制单元11传输给调光计算单元16再由调光计算单元16确定pwm占空比设定值。

所述通信单元13为rs-485总线通讯控制单元，1).本功能单元rs-485总线接口是一种常用的串口，具有网络连接方便、抗干扰性能好、传输距离远等优点。rs-485收发器采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力，加上收发器具有高的灵敏度，能检测到低达200mv的电压，可靠通信的传输距离可达数千米。使用rs-485总线组网，只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统、设备简单、价格低廉、通信距离长；2)当用户在pc终端设置时，通过设计的参数转换对应的数字代码，下达给功能单元[11],功能单元[11]根据就收的数据进行判断控制命令，单收到“代码为0011”时证明为调光命令，当用户输入1-10时代表输出对应的调光值，当接受到的代码为“0010”时证明接接收到的为开关机命令，当用户输入“1”时证明接收到的是“关机”命令，但用户输入“0”时证明接收到的“开机”命令；3)当本装置接入上位机，收到相应命令代码执行相应命令；

所述环境参数检测单元14，用于检测环境参数，并将环境参数数据传输给调光计算单元和/或调光控制单元，由调光计算单元和/或调光控制单元确定在该环境参数下的pwm占空比设定值。1).本单元装置平时处于待机状态，当环境发生变化时，环境变换包括季节变化、光照度变化、地点变换、车流、人流、温度发生变化时根据内置预设情景进行线性的调整；2).本单元装置具有定时开关功能，在不同的季节、和特殊天气中控制方式不灵活，零散的灯具和广阔的地域分布，带来了控制管理的不方便，控制界面不直观，能源浪费严重，故障巡检费用高，维护和维修麻烦。3).本单元装置能在默认参数设定的情况下，便可智能的进行开灯、关灯、调光，并且具备故障报警、故障定位、管理信息推送、环境感知、电能统计、电费报表统计上报、本地设备监控、远程设备监控、移动设备监控的功能。

所述的使用终端可以是pc电脑、手机、平板电脑等，1).本单元装置为用户方便设置输出参数调节，用户根据环境、负载变化，设置的对应的输出参数，方便用户灵活使用和设置输出参数；2).当用户在pc终端设置时，通过设计的参数转换对应的数字代码，下达给功能单元[11],功能单元[11]根据就收的数据进行判断控制命令，单收到“代码为0011”时证明为调光命令，当用户输入1-10时代表输出对应的调光值，当接受到的代码为“0010”时证明接接收到的为开关机命令，当用户输入“1”时证明接收到的是“关机”命令，但用户输入“0”时证明接收到的“开机”命令；3).当本装置接入上位机，收到经过加密的代码经过解码后，统计相应命令代码执行相应命令传达功能；

所述standby供电回路单元6与其他电路单元电连接，为其他电路供电。通过flyback变换器，将ac交流电压变换成稳定可靠dc电压。为调光控制单元11、主回路ic的vcc单元、通信单元13、电能参数处理单元7提供standby供电必要供电功能，平时切断主回路供电，延长主回路电子元件的使用寿命。在当后端环境参数检测单元14检测的环境参数触发接通主功率回路时或者后端rs-485总线控制发送相应指令时接通主功率回路或者通过调光控制单元11接通主功率回路。

所述软开关17与所述调光控制单元11电连接，用于控制主功率回路的开和关；所述调光控制单元11控制所述软开关17工作。本单元利用主回路单元的物理特性实现输出固件关闭硬件功能，提高了整个线性调光电源的开关次数，高了调光电源的效率，也延长的使用寿命。在当后端环境参数检测单元14检测的环境参数触发接通主功率回路时或者后端rs-485总线控制发送相应指令时接通主功率回路。

本发明还设置有高压隔离驱动单元12，本功能单元存在目的为保护来自电网与负载之间实现很好的隔离措施，保证负载与通信单元13实现隔离措施，不会受到外部的环境干扰以及来自电网本身的干扰。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。