基于通信协议调光的可控硅调光器及其工作方法与流程

本发明涉及智能灯具的控制领域，具体地，是一种基于通信协议调光的可控硅调光器以及这种可控硅调光器的工作方法。

背景技术：

传统的灯具主要是钨丝灯、荧光灯或者白炽灯，这些灯具仍是市面上主流的灯具，随着调光技术的普及，如何将先进的调光技术应用于对传统灯具进行智能控制，是灯具行业致力解决的问题。dali通信协议是目前世界上最先进的灯光控制系统所使用的通信协议，能够对每个灯具进行单独控制，可以实现亮度、色温、颜色等线性控制，对灯具进行分组控制，设置不同的情景模式、计划，并实现对灯具的能耗监控等。

随着调光技术的不断发展，各种调光技术层出不穷，其中，可控硅调光技术是一种常见的调光技术，这种调光技术具有安装方式简单的优点。目前，可控硅调光技术具有两种调光方式，即前沿控制方式和后沿控制方式。参见图1，对于正弦波的半波周期内，如果采用前沿控制方式，则在交流电过零点后，从过零点开始向后斩波，例如图1中阴影线部分是被斩波的部分，例如斩波比例为30％，则输出的调光比例为70％，图中的箭头是斩波的方向。参见图2，如果采用后沿控制方式，则是从过零点开始向前斩波，例如图2中阴影线部分是被斩波的部分，图中的箭头是斩波的方向。

通常，前沿控制的调光器对后级的可控硅驱动电源的兼容性要求较低，但对电网干扰大，并容易产生噪音；而采用后沿控制的调光器对后级的可控硅驱动电源的兼容性要求相对较高，但后沿控制的调光器对电网的干扰更小，对较轻负载体验感更好，适用于要求较高的场合，因此，前沿控制的方式与后沿控制的方式各有利弊。但目前的调光器往往只能够使用一种调光方式，一旦调光器的调光方式确定，用户无法进行选择或者改变，对调光器的应用造成很大的限制。

技术实现要素：

本发明的第一目的是提供一种可以满足各种场合需求的基于通信协议调光的可控硅调光器。

本发明的第二目的是提供一种上述基于通信协议调光的可控硅调光器的工作方法。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的基于通信协议调光的可控硅调光器包括通信协议接口电路、控制器、斩波电路、过零检测电路以及选择开关电路；通信协议接口电路向控制器输出调光控制信号，控制器还接收选择开关电路输出的选择信号以及过零检测电路输出的过零检测信号，并根据调光控制信号、过零检测信号以及选择信号向斩波电路输出脉冲调制信号，其中，选择信号用于确定脉冲调制信号的前沿斩波或者后沿斩波。

由上述方案可见，用户可以根据需要选择前沿控制的方式或者后沿控制的方式进行调光，例如通过选择开关电路向控制器发送选择信号，即选择前沿控制还是后沿控制，控制器根据选择信号来控制脉冲调制信号的斩波方向，从而实现前沿控制方式与后沿控制方式的切换，用户可以自主选择前沿控制方式还是后沿控制方式。

一个优选的方案是，通信协议接口电路为dali通信协议接口电路、蓝牙5.0mesh通信协议接口电路、dmx通信协议接口电路或者rdm通信协议接口电路。

由此可见，本发明将dali通信协议等通信协议的调光控制信号转化为可控硅前沿斩波或者后沿斩波的信号输出，有效的将先进的dali灯光控制引申到传统的光源控制上，让传统灯具或者可控硅调光电源能够被dali灯光控制系统控制。

进一步的方案是，dali通信协议接口电路具有第一光电耦合器，第一光电耦合器与dali通信协议接口电路的信号发送端和/或信号接收端连接。

可见，通过第一光电耦合器，可以确保外部信号的大电流不会对dali通信协议接口电路内其他芯片造成冲击，确保dali通信协议接口电路的稳定工作。

更进一步的方案是，斩波电路具有第一开关器件以及第二开关器件，第一开关器件与第二开关器件均接收脉冲调制信号，且第一开关器件与第二开关器件的导通电平相反。

由此可见，通过第一开关器件与第二开关器件相反的导通电平状态，可以实现对交流电的斩波。

更进一步的方案是，斩波电路还包括第三开关器件以及第四开关器件，第三开关器件的控制端与第四开关器件的控制端均连接至第一开关器件与第二开关器件的连接处。

更进一步的方案是，斩波电路还包括第二光电耦合器，第二光电耦合器接收脉冲调制信号，并向第一开关器件及第二开关器件输出信号。

可见，通过第二光电耦合器可以避免脉冲调制信号瞬间过高的电流对第一开关器件、第二开关器件造成冲击。

更进一步的方案是，该可控硅调光器还包括电源电路，电源电路向通信协议接口电路及控制器供电。

为实现上述的第二目的，本发明提供上述的基于通信协议调光的可控硅调光器的工作方法包括：通信协议接口电路向控制器输出调光控制信号；控制器获取过零检测信号以及选择信号，并根据调光控制信号计算向斩波电路输出的脉冲调制信号，将脉冲调制信号输出至斩波电路，其中，选择信号用于确定脉冲调制信号的前沿斩波或者后沿斩波。

由上述方案可见，用户可以根据需要选择前沿控制的方式或者后沿控制的方式进行调光，即通过选择开关电路向控制器发送选择信号，控制器根据选择信号来改变脉冲调制信号的斩波方向，从而实现前沿控制方式与后沿控制方式的调节，用户可以自主选择前沿控制方式还是后沿控制方式。

进一步的方案是，控制器根据调光控制信号计算脉冲调制信号的占空比。

由于通信协议接口电路所接收的信号是数字信号，该数字信号包含有调光比例的控制指令，控制器根据调光控制信号中调光比例的控制指令来计算对应的脉冲调制信号的占空比，可以确保光源的发光亮度与调光控制信号中调光比例一致。

更进一步的方案是，控制器向二个以上的斩波电路输出脉冲调制信号。

由此可见，控制器可以对多个斩波电路进行控制，也就是可以同时控制多个光源，可控硅调光器能够对大量的光源进行调光控制。

附图说明

图1是前沿控制方式的波形图。

图2是后沿控制方式的波形图。

图3是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例的结构框图。

图4是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中第一种通信协议接口电路的电原理图。

图5是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中过零检测电路的电原理图。

图6是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中选择开关电路的电原理图。

图7是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中控制器的电原理图。

图8是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中斩波电路的电原理图。

图9是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中电源电路的电原理图。

图10是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器工作方法实施例的流程图。

图11是前沿控制方式下交流电信号与脉冲调制信号的波形图。

图12是后沿控制方式下交流电信号与脉冲调制信号的波形图。

图13是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中第二种通信协议接口电路的电原理图。

图14是本发明基于通信协议调光的可控硅调光器实施例中第三种通信协议接口电路的电原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的基于通信协议调光的可控硅调光器应用于智能灯具上，并且可以兼容实现前沿控制方式与后沿控制方式，提高智能灯具调光的灵活性。

基于通信协议调光的可控硅调光器实施例：

参见图3，本实施例包括通信协议接口电路11、过零检测电路12、选择开关电路13、控制器14、斩波电路15以及电源电路16。通信协议接口电路11接收外部控制器传送的信号，例如通过通信总线接收信号，该信号是数字信号，该数字信号中包含有调光比例的控制指令，例如将光源的亮度调节为预设的调光比例。

通信协议接口电路11获取外部的信号后，按照预设的通信协议对数字信号进行解析，并且将包含调光比例的控制指令输出至控制器14。另外，控制器14还接收过零检测电路12输出的过零检测信号，过零检测电路12检测交流电信号过零点的时间，并且在交流电过零点时向控制器14发送过零检测信号，控制器14根据过零检测信号来确定脉冲调制信号各周期的切换时间，即确定每一个周期的起始时刻。

选择开关电路13具有一个按键，用户可以通过该按键改变选择开关电路13的状态并改变选择开关电路13输出的电平信号，从而实现前沿控制与后沿控制方式的改变。

控制器14根据通信协议接口电路11输出的调光控制信号、过零检测电路12输出的过零检测信号、选择开关电路13输出的选择信号生成脉冲调制信号，并将脉冲调制信号输出至斩波电路15，斩波电路15根据脉冲调制信号对交流电进行斩波，并向作为负载的光源供电，从而调节光源的发光亮度。

电源电路16接收交流电，并且将交流电转换成直流电向通信协议接口电路11、控制器14供电。

参见图4，通信协议接口电路11为dali通信协议接口电路，该电路包括信号发送端dlrx和信号接收端dltx，还设置有两个光电耦合器u2、u4，通信协议接口电路11的两个连接端子da1、da2与控制器14连接并且向控制器14发送调光控制器信号。通信协议接口电路11通过信号接收端dltx接收外部传送的信号，并且将所接收的信号经过光电耦合器u4后输出。由于外部的信号可能受到电磁干扰等原因而产生瞬间的高电压，但由于控制器14的额定电压通常是5v，如果通信协议接口电路11向控制器14输出过高的电压，会导致控制器14损坏，因此，通过光电耦合器u4实现外部信号与控制器14接收到的调光控制信号的隔离。相应的，控制器14通过通信协议接口电路11向外部发送的信号也通过光电耦合器u2进行隔离。

参见图5，过零检测电路12包括光电耦合器u7以及三极管q10，光电耦合器u4的发光二极管的两个端子分别接收火线l1和零线n的电压。三极管q10的基极连接至光电耦合器u7的光电三极管的输出端，三极管q10的集电极向控制器14输出过零检测信号。

交流电的正半周或者负半周经过电阻r60和r61后，再经过全桥整流电路bd1后形成直流电，当交流电不在过零点时刻，火线l1和零线n的电压在光电耦合器u7的发光二极管的两端形成正向压差，发光二极管发光，光电三极管输出高电平信号，三级管q10的集电极输出高电平信号，即不在过零点的时刻，过零检测信号为高电平信号；反之，在过零点的时刻，光电耦合器u7的发光二极管的两端的压差较小，发光二极管不导通，光电三极管输出低电平信号，因此，在过零点的时刻，过零检测信号为低电平信号。这样，控制器14根据过零检测信号的高低电平的变化来判断交流电过零点的时刻。

参见图6，选择开关电路13具有开关s1，在开关s1开、合两种状态下，选择开关电路13输出的选择信号key的电平相反。例如，当开关s1闭合时，选择信号key为高电平信号，而开关s1断开时，选择信号key为低电平信号。开关s1的两种状态可以分别表示前沿控制或者后沿控制的方式。

参见图7，控制器14包括单片机u5，单片机u5的两个引脚与通信协议接口电路11电连接，一个引脚接收通信协议接口电路11发送的调光控制信号，一个引脚向通信协议接口电路11发送信号。此外，单片机u5的另一个引脚接收选择信号key，还有一个引脚接收过零检测信号。单片机u5根据过零检测信号确定脉冲调制信号的每一个周期的起始时刻，根据调光控制信号计算脉冲调制信号的占空比，并且根据选择信号来判断用户当前设定的控制方式是前沿控制还是后沿控制的方式，并由此确定脉冲调制信号的斩波起始时刻。控制器14计算脉冲调制信号的方法将在后面详细介绍。

进一步的，控制器14可以输出多路脉冲调制信号，例如输出四路脉冲调制信号，即pwm1、pwm2、pwm3、pwm4，分别输出至四路斩波电路，从而对四个不同的光源进行控制。实际应用时，一个单片机可以输出更多路的脉冲调制信号，从而对更多的光源进行控制。本实施例的光源可以是白炽灯、荧光灯、钨丝灯或者可控硅调光电源等光源。

参见图8，斩波电路15接收其中一路的脉冲调制信号，例如接收pwm1的信号，并且接收交流电信号，根据脉冲调制信号对交流电信号进行斩波。斩波电路具有作为第一开关器件的三极管q14以及作为第二开关器件的三极管q16，另外，还设置有第三开关器件的场效应管q2以及作为第四开关器件的场效应管q3。其中，三极管q14为高电平导通的开关器件，三极管q16为低电平导通的开关器件，而场效应管q2、q3均为高电平导通的开关器件。此外，斩波电路15还设置有光电耦合器u10，光电耦合器u10的发光二极管接收脉冲调制信号pwm1，光电三极管向三极管q14、q16输出信号。

当脉冲调制信号为高电平信号时，三极管q14导通，三极管q16截止，此时，+15v的直流电源输出的电流流经三极管q14，电阻r37、r40上形成高电平信号，由于场效应管q2、q3的栅极(即控制端)均连接至三极管q14、q16的连接处，因此，场效应管q2、q3均导通。此时，交流电的正半周可以经过火线l并流经光源，通过作为负载的光源后，经过场效应管q2；交流电的负半周可以经过零线n并流经光源，通过作为负载的光源后，经过场效应管q3。因此，在脉冲调制信号为高电平时，光源上有电流流经。

当脉冲调制信号为低电平信号时，三极管q14截止，三极管q16导通，此时，直流电源输出的电流无法流经三极管q14，电阻r37、r40上形成低电平信号，场效应管q2、q3均截止。此时，交流电无法经过场效应管q2、q3形成通路，光源也不会有电流流经，从而实现对交流电的斩波。

参见图9，电源电路16具有整流电路bd4、稳压芯片u9以及变压器t4，电源电路16接收交流电并通过整流电路bd4转换形成直流电，还经过稳压芯片u9进行稳压，同时还通过变压器t4对电压进行隔离，输出稳定的低压直流电作为直流电源vcc。

基于通信协议调光的可控硅调光器的工作方法实施例：

下面结合图10介绍可控硅调光器的工作方法。首先，执行步骤s1，通信协议接口电路接收外部的信号，该信号为数字信号，并且该信号包含有调光的控制指令，例如包含有调光比例的控制指令。并且，通信协议接口电路将调光控制信号发送至控制器。

然后，执行步骤s2，控制器接收过零检测信号以及选择信号，并且执行步骤s3，根据调光控制信号、过零检测信号以及选择信号生成对应的脉冲调制信号。具体的，控制器根据过零检测信号计算每一个脉冲调制信号的周期，即一个脉冲调制信号的一个周期是相邻的两次过零点之间的时间，即每一个过零点时刻就是脉冲调制信号的一个周期的起始时刻。调光控制信号用于计算脉冲调制信号的占空比，具体的，控制器根据调光控制信号中包含的调光比例来计算脉冲调制信号的占空比，具体的，脉冲调制信号的占空比等于调光控制信号中包含的调光比例的数值。

选择信号用于确定脉冲调制信号斩波的起始时刻，也就是确定从一个周期的前沿时刻开始斩波还是从后沿时刻开始斩波。参见图11，如果选择信号表征是前沿控制方式进行斩波，则在脉冲调制信号的一个周期的起始时刻输出低电平信号，即从前沿时刻开始斩波。参见图12，如果选择信号表征是后沿控制方式进行斩波，则在脉冲调制信号的一个周期的起始时刻输出高电平信号，在周期的后部分输出低电平信号，也就是从后沿时刻开始斩波。由于脉冲调制信号的周期通常是固定的，因此，在确定脉冲调制信号的一个周期的起始时刻，并且确定该周期的占空比后，可以计算出该周期下，脉冲调制信号高电平信号的持续时间段以及低电平信号的持续时间段，从而确定脉冲调制信号的波形。

可见，通过设置选择开关电路，用户可以根据实际需要确定使用前沿控制方式或者后沿控制方式，同一个可控硅调光器可以兼容两种不同的控制方式，满足不同场景下的使用需求，可控硅调光器的兼容性更好。

当然，本发明的通信协议接口电路并不限于dali通信协议接口电路，还可以是蓝牙5.0mesh通信协议接口电路、dmx通信协议接口电路或者rdm通信协议接口电路，图13所示的电路是蓝牙5.0mesh通信协议接口电路，该电路包括蓝牙5.0mesh信号处理芯片u6，通过芯片u6将外部的信号转换成控制器14能够识别的数据。图14所示的电路是dmx通信协议接口电路，该电路具有芯片u8，通过芯片u8将外部的信号转换成控制器14能够识别的数据。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如通信协议接口电路具体的接口类型的改变，或者控制器输出的脉冲调制信号的数量的改变等，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。