一种直流供电照明调光模块的制作方法

[0001]
本实用新型涉及直流供电照明技术领域，特别涉及一种直流供电照明调光模块。


背景技术：

[0002]
直流集中照明技术是将传统led灯具驱动中的分布式ac/dc整流器集中安置在供电柜内，并利用高压直流电的电压低频升降来耦合调光信息，传输到灯具驱动上的解码芯片上进行调光的一种新型调光技术；直流集中照明技术的具体应用方式是：低压交流电进入配电柜，经整流模块变换为200v-300v直流电，从配电柜内经电缆多路输出到配电柜外的灯具上；然而目前的直流集中照明技术进行产业化面临的一个痛点：缺乏一种能够快速对直流照明供电系统的某个回路的灯具进行亮度调节的设备。


技术实现要素：

[0003]
本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够实现对直流照明供电系统的某个回路的灯具进行亮度调节的直流供电照明调光模块。
[0004]
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
[0005]
一种直流供电照明调光模块，包括直流电输入模块、电力电子耦合变换模块、电力耦合信号输出模块、信号输入模块和电力信号耦合驱动模块，所述电力电子耦合变换模块分别与直流电输入模块、电力耦合信号输出模块和电力信号耦合驱动模块电连接，所述信号输入模块与电力信号耦合驱动模块电连接，所述电力耦合信号输出模块与外设的灯具电连接。
[0006]
本实用新型的有益效果在于：
[0007]
直流电通过直流电输入模块进入调光模块内部，调光信号从信号输入模块进行调光模块内部，当直流电输入到调光内部后，经过电力电子耦合变换模块转换为带有耦合信号的电力耦合信号，并经过电力耦合信号输出模块输出到灯具上；调光信号通过电力信号耦合驱动模块识别，并转换为驱动信号，电力电子耦合变换模块发出低频率的、振幅为
±
5v的高电压和低电压，从而实现了将电力与信号耦合输出，进而实现对直流照明供电系统的某个回路的灯具进行亮度调节。
附图说明
[0008]
图1为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的模块连接框图；
[0009]
图2为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的电力电子耦合变换模块、电力耦合信号输出模块、电力信号耦合驱动模块和第四辅助模块的电路原理图；
[0010]
图3为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的直流电输入模块的电路原理图；
[0011]
图4为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的信号输入模块的电路原理图；
[0012]
图5为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的信号输入模块的电路原理图；
[0013]
图6为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的第一辅助模块的电路原理图；
[0014]
图7为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的第二辅助模块的电路原理图；
[0015]
图8为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的第三辅助模块的电路原理图；
[0016]
图9为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的具体实施例的结构示意图；
[0017]
图10为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的电力电子耦合变换模块的buck拓扑结构；
[0018]
图11为根据本实用新型的一种直流供电照明调光模块的电力电子耦合变换模块的boost拓扑结构；
[0019]
标号说明：
[0020]
1、调光模块；101、直流电输入模块；102、电力电子耦合变换模块；103、电力耦合信号输出模块；104、信号输入模块；105、电力信号耦合驱动模块；
[0021]
2、强电电缆；
[0022]
3、rs485信号线；
[0023]
4、智能驱动模块；
[0024]
5、灯具。
具体实施方式
[0025]
为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
[0026]
请参照图1，本实用新型提供的技术方案：
[0027]
一种直流供电照明调光模块，包括直流电输入模块、电力电子耦合变换模块、电力耦合信号输出模块、信号输入模块和电力信号耦合驱动模块，所述电力电子耦合变换模块分别与直流电输入模块、电力耦合信号输出模块和电力信号耦合驱动模块电连接，所述信号输入模块与电力信号耦合驱动模块电连接，所述电力耦合信号输出模块与外设的灯具电连接。
[0028]
从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：
[0029]
直流电通过直流电输入模块进入调光模块内部，调光信号从信号输入模块进行调光模块内部，当直流电输入到调光内部后，经过电力电子耦合变换模块转换为带有耦合信号的电力耦合信号，并经过电力耦合信号输出模块输出到灯具上；调光信号通过电力信号耦合驱动模块识别，并转换为驱动信号，电力电子耦合变换模块发出低频率的、振幅为
±
5v的高电压和低电压，从而实现了将电力与信号耦合输出，进而实现对直流照明供电系统的某个回路的灯具进行亮度调节。
[0030]
进一步的，所述电力电子耦合变换模块的buck拓扑结构包括滤波电容c101、电抗
器l101、电阻r101，假负载rf1、二极管d101、继电器s1和场效应管q101，所述场效应管q101的栅极与电力耦合信号驱动模块电连接，所述场效应管q101的漏极与继电器s1的一端电连接，所述场效应管q101的源极分别与继电器s1的另一端、二极管d101的阴极和电抗器l101的一端电连接，所述电抗器l101的另一端分别与滤波电容c101的一端和假负载rf1的一端电连接，所述滤波电容c101的另一端与电阻r101的一端电连接，所述电阻r101的另一端分别与假负载rf1的另一端和二极管d101的阳极电连接。
[0031]
进一步的，所述电力电子耦合变换模块的boost拓扑结构包括滤波电容c201、电抗器l201、电阻r201，假负载rf2、二极管d201和场效应管q201，所述场效应管q201的栅极与电力耦合信号驱动模块电连接，所述场效应管q201的漏极分别与电抗器l201的一端和二极管d201的阳极电连接，所述场效应管q201的源极分别与电阻r201的一端和假负载rf2的一端电连接，所述二极管d201的阴极分别与滤波电容c201的一端和假负载rf2的另一端电连接，所述滤波电容c201的另一端与电阻r201的另一端电连接。
[0032]
请参照图1至图10，本实用新型的实施例一为：
[0033]
请参照图1，一种直流供电照明调光模块，包括直流电输入模块101、电力电子耦合变换模块102、电力耦合信号输出模块103、信号输入模块104和电力信号耦合驱动模块105，所述电力电子耦合变换模块102分别与直流电输入模块101、电力耦合信号输出模块103和电力信号耦合驱动模块105电连接，所述信号输入模块104与电力信号耦合驱动模块105电连接，所述电力耦合信号输出模块103与外设的灯具5电连接。
[0034]
请参照图2，所述电力电子耦合变换模块102包括电阻r4(电阻值为100ω)、电阻r7(电阻值为100kω)、电容c1(电容值为1μf)、电容c19(电容值为1nf)、电感l1(电感值为220μh)、二极管d1(型号为stth8il06fp)、保险丝f3(电流值为8a，电压值为250v)和场效应管q3(型号为47n60)，所述场效应管q3的栅极分别与电阻r7的一端和电力信号耦合驱动模块105电连接，所述场效应管q3的源极分别与电阻r7的另一端和电容c19的一端电连接，所述场效应管q3的漏极分别与保险丝f3的一端和电阻r4的一端电连接，所述电阻r4的另一端与电容c19的另一端电连接，所述保险丝f3的另一端分别与电感l1的一端和二极管d1的阳极电连接，所述二极管d1的阴极分别与电容c1的一端和电力耦合信号输出模块103电连接，所述电容c1的另一端分别与电感l1的另一端和电力耦合信号输出模块103电连接。
[0035]
电容c1、电感l1、二极管d1、场效应管q3构成了一个buck结构，其作用是调光信号耦合到电力线上，以输出低频率、振幅为
±
5v的高电压和低电压；电阻r4和电容c19组成rc吸收电路，吸收场效应管q3开关过程中的电压尖峰；保险丝f3的作用是在二极管d1或场效应管q3失效时保护整个供电系统。
[0036]
请参照图2，所述电力信号耦合驱动模块105包括电阻r1(电阻值为1kω)、电阻r3(电阻值为10ω)、电阻r6(电阻值为0ω)、电容c21(电容值为1μf)、稳压管z1(电压值为12v)和芯片u6(型号为eg3001)，所述芯片u6的第二引脚与电阻r1的一端电连接，所述电阻r1的另一端与信号输入模块104电连接，所述芯片u6的第五引脚分别与稳压管z1的阳极和电力电子耦合变换模块102电连接，所述稳压管z1的阴极与电力电子耦合变换模块102电连接，所述芯片u6的第六引脚与电阻r6的一端电连接，所述电阻r6的另一端与电力电子耦合变换模块102电连接，所述芯片u6的第七引脚与电阻r3的一端电连接，所述电阻r3的另一端与电力电子耦合变换模块102电连接，所述芯片u6的第八引脚与电容c21的一端电连接，所述电
容c21的另一端接地。
[0037]
电阻r1、电阻r3、电阻r6、电容c21和芯片u6组成场效应管q3的驱动电路，其作用是将调光信号转换为可驱动场效应管工作的驱动信号，稳压管z1的作用是防止驱动信号的电压过高损坏场效应管。
[0038]
请参照图2，所述电力耦合信号输出模块103包括电阻r5(电阻值为150kω)、电阻r17(电阻值为150kω)、电阻r21(电阻值为150kω)、电阻r29(电阻值为150kω)和压敏电阻rv1(电阻值为471kω)，所述压敏电阻rv1的一端分别与电阻r5的一端、电阻r17的一端和电力电子耦合变换模块102电连接，所述压敏电阻rv1的另一端分别与电阻r21的一端、电阻r29的一端和电力耦合信号输出模块103电连接，所述电阻r5的另一端与电阻r21的另一端电连接，所述电阻r17的另一端与电阻r29的另一端电连接。
[0039]
压敏电阻rv1作为保护器件，保护电力电子耦合变换模块中的半导体器件，避免电力线上的瞬间电压脉动损坏器件，电阻r5、电阻r17、电阻r21和电阻r29作为泄放电阻，在调光模块停止工作时可快速将电力电子耦合变换模块中电容c1的残余电压放掉。
[0040]
请参照图3，所述直流电输入模块101包括接插件p1(规格参数为2.54mm2*20p的直插插针)，所述接插件p1的第九引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚和第十四引脚均与电力电子耦合变换模块102电连接，所述接插件p1的第十七引脚、第十八引脚、第十九引脚、第二十引脚、第二十一引脚、第二十二引脚、第二十三引脚和第二十四引脚均接地。
[0041]
插件p1是调光模块的输入和输出接口，负责将调光信号和电力信号输入到模块内部进行处理，处理后将耦合了调光信号的电力信号重新输出到电力线上。
[0042]
请参照图4，所述信号输入模块104包括芯片u3(型号为stm8s003)，所述芯片u3的第十六引脚与电力信号耦合驱动模块105电连接。
[0043]
请参照图4，所述信号输入模块104还包括电阻r14(电阻值为10kω)、电阻r19(电阻值为10kω)、电阻r20(电阻值为10kω)、电阻r24(电阻值为4.7kω)、电容c4(电容值为100nf)、电容c6(电容值为100nf)、电容c8(电容值为100μf)、电容c9(电容值为100nf)和发光二极管led1(颜色为绿色的灯珠)，所述芯片u3的第五引脚与电阻r24的一端电连接，所述电阻r24的另一端与发光二极管led1的阴极电连接，所述发光二极管led1的阳极与电阻r19的一端电连接，所述电阻r19的另一端分别与电容c6的一端和芯片u3的第四引脚电连接，所述电容c6的另一端与芯片u3的第七引脚电连接且电容c6的另一端和芯片u3的第七引脚均接地，所述芯片u3的第八引脚与电容c8的一端电连接，所述电容c8的另一端与电容c9的一端电连接且电容c8的另一端和电容c9的一端均接地，所述电容c9的另一端与芯片u3的第九引脚电连接，所述芯片u3的第十九引脚分别与电阻r20的一端、电阻r14的一端和电容c4的一端电连接，所述电阻r20的另一端与电容c4的另一端电连接且电阻r20的另一端和电容c4的另一端均接地。
[0044]
请参照图5，所述信号输入模块104还包括电阻r36(电阻值为100kω)、电阻r37(电阻值为1kω)、电阻r38(电阻值为1kω)、电阻r41(电阻值为47kω)、电阻r43(电阻值为10kω)、电阻r44(电阻值为1kω)、电阻r45(电阻值为47kω)、电阻r46(电阻值为1kω)、电阻r47(电阻值为1kω)、电阻r48(电阻值为100kω)、电阻r49(电阻值为10kω)、电阻r102(电阻值为0ω)、电阻r103(电阻值为0ω)、电容c13(电容值为100pf)、电容c11(电容值为
100nf)、电容c18(电容值为100pf)、电容c12(电容值为100nf)、稳压管tvs1(型号为smf6.5ca)、稳压管tvs2(型号为smf6.5ca)、稳压管tvs3(型号为smf6.5ca)、光电耦合器oc1(型号为tlp291)、光电耦合器oc3(型号为tlp291)、光电耦合器oc4(型号为tlp291)和芯片u4(型号为max485se)；
[0045]
所述芯片u4的第一引脚分别与电阻r36的一端和光电耦合器oc1的第二端电连接，所述芯片u4的第二引脚分别与电阻r49的一端、光电耦合器oc3的第三端和芯片u6的第三引脚电连接，所述芯片u6的第四引脚分别与电阻r46的一端和光电耦合器oc4的第四端电连接，所述电阻r49的另一端分别与光电耦合器oc4的第三端、芯片u4的第五引脚、电容c18的一端、稳压管tvs3的阳极、稳压管tvs2的阳极、直流电输入模块101和电连接，所述光电耦合器oc4的第二端分别与电阻r48的一端和芯片u3的第二引脚电连接，所述电阻r48的另一端分别与电阻r47的一端、电容c12的一端和电阻r38的一端电连接，所述光电耦合器oc4的第一端与电阻r47的另一端电连接，所述光电耦合器oc3的第一端与电阻r44的一端电连接，所述电阻r44的另一端与芯片u3的第一引脚电连接，所述光电耦合器oc3的第二端接地，所述光电耦合器oc3的第四端分别与电阻r37的一端、电阻r46的另一端、电阻r36的另一端、芯片u4的第八引脚、电容c11的一端和直流电输入模块101电连接，所述芯片u4的第七引脚分别与电阻r41的一端、电阻r43的一端、电容c13的一端和电阻r102的一端电连接，所述芯片u4的第六引脚分别与电阻r43的另一端、电阻r45的一端、电容c18的另一端和电阻r103的一端电连接，所述电阻r41的另一端分别与电容c11的另一端和电容c13的另一端电连接，所述电阻r102的另一端分别与稳压管tvs3的阴极、稳压管tvs1的阴极和直流电输入模块101电连接，所述电阻r103的另一端分别与稳压管tvs1的阳极、稳压管tvs2的阴极和直流电输入模块101电连接。
[0046]
芯片u4是型号为rs485的芯片，其功能是将外部调光信号转换为单片机可识别的信号，通过设置光电耦合器oc1、光电耦合器oc3和光电耦合器oc3是为了将外部信号与调光模块内部进行电气隔离，保证模块稳定工作。
[0047]
请参照图6，所述直流供电照明调光模块还包括第一辅助模块，所述第一辅助模块包括保险丝f2(电流值为0.1a，电压值为24v)、电容c25(电容值为2.2μf)、电容c26(电容值为1μf)和芯片u7(型号为78l05)，所述芯片u7的第一引脚与电容c26的一端电连接，所述电容c26的另一端分别与芯片u7的第二引脚和电容c25的一端电连接，所述电容c25的另一端分别与芯片u7的第三引脚和保险丝f2的一端电连接，所述保险丝f2的另一端与直流电输入模块101电连接。
[0048]
芯片u7、电容c25、电容c26和保险丝f2组成线性降压源，为信号输入模块的芯片u4供电。
[0049]
请参照图7，所述直流供电照明调光模块还包括第二辅助模块，所述第二辅助模块包括电容c3(电容值为100μf)、电容c14(电容值为100μf)、电容c15(电容值为100nf)、电容c16(电容值为100μf)、电容c17(电容值为100nf)、保险丝f1(电流值为0.1a，电压值为24v)和芯片u5(型号为78l05)，所述芯片u5的第一引脚分别与电容c17的一端和电容c16的一端电连接，所述芯片u5的第二引脚分别与电容c16的另一端、电容c17的另一端、电容c14的一端、电容c15的一端和电容c3的一端电连接，所述芯片u5的第三引脚分别与电容c14的另一端、电容c15的另一端和保险丝f1的一端电连接，所述保险丝f1的另一端与电容c3的另一端
电连接。
[0050]
芯片u5、电容c3、电容c14、电容c15、电容c17、保险丝f1组成线性降压源，为调光模块内部器件供电。
[0051]
所述直流供电照明调光模块还包括第三辅助模块，所述第三辅助模块路包括电阻r39(电阻值为10kω)、电阻r40(电阻值为4.7kω)和光电耦合器oc2(型号为tlp291)，其各元器件之间的具体连接关系请参照图8；
[0052]
所述直流供电照明调光模块还包括第四辅助模块，所述第四辅助模块包括电阻r2(电阻值为1ω)、电阻r8(电阻值为100kω)、电阻r9(电阻值为100mω)、电阻r10(电阻值为2kω)、电阻r11(电阻值为1kω)、电阻r12(电阻值为2kω)、电阻r13(电阻值为100kω)、电阻r15(电阻值为4.7kω)、电阻r16(电阻值为nc)、电阻r18(电阻值为1kω)、电阻r22(电阻值为10kω)、电阻r23(电阻值为100kω)、电阻r25(电阻值为1kω)、电阻r26(电阻值为10kω)、电阻r27(电阻值为100kω)、电阻r28(电阻值为1ω)、电阻r32(电阻值为4.7kω)、电阻r33(电阻值为100kω)、电容c2(电容值为100nf)、电容c5(电容值为100nf)、电容c7(电容值为10nf)、电容c20(电容值为10nf)、电容c22(电容值为1μf)、二极管d2(电容值为nc)、稳压管z2(电压值为5.1v)、稳压管z3(电压值为5.1v)、三极管q7(型号为mnbt5551)、反相器u1a(型号为lm2904)、反相器u1b(型号为lm2904)和反相器u2b(型号为lm2903)，其各元器件之间的具体连接关系请参照图2；
[0053]
电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电容c5、电容c2、稳压管z2和反相器u1a组成差分放大电路，负责检测调光模块工作时电流的大小；电阻r2、电阻r15、电阻r16、电阻r18、电阻r22、电阻r23、电阻r25、电阻r26、电阻r27、电阻r28、电阻r32、电阻r33、电容c7、电容c20、电容c22、二极管d2、稳压管z3、三极管q7和反相器u2b组成短路保护电路，当调光模块输出短路时，保护电路发出信号关断场效应管驱动，从而保护电路不会损坏。
[0054]
请参照图10，所述电力电子耦合变换模块102的buck拓扑结构包括滤波电容c101、电抗器l101、电阻r101，假负载rf1、二极管d101、继电器s1和场效应管q101，所述场效应管q101的栅极与电力耦合信号驱动模块电连接，所述场效应管q101的漏极与继电器s1的一端电连接，所述场效应管q101的源极分别与继电器s1的另一端、二极管d101的阴极和电抗器l101的一端电连接，所述电抗器l101的另一端分别与滤波电容c101的一端和假负载rf1的一端电连接，所述滤波电容c101的另一端与电阻r101的一端电连接，所述电阻r101的另一端分别与假负载rf1的另一端和二极管d101的阳极电连接。
[0055]
基于buck拓扑的调光模块，其电路特性是实现直流降压，因此耦合载波信号波形为凹陷波形。
[0056]
其工作原理为：(1)在不需要调光时继电器s1闭合，并将场效应管q101短路屏蔽；(2)在需要发送载波信号时继电器s1开路，场效应管q101由调光模块控制器进行驱动，通过调制在额定直流电压范围内小幅、低频波动电压波形，实现信号波形叠加；(3)对应的载波接收+驱动电源一体化模块的输入电压可以接受这一电压幅值变化(峰-峰值约10v，频率约10hz)，既能识别出信号，又不会因这一波动而导致光源亮度闪烁。由于继电器体积无法做小，会造成调光模块体积较大，但这种拓扑的安全性优势在于当故障击穿时有95％以上的情况会造成mosfet短路。该电路确保即使半导体开关短路时，仅会造成无法调光的轻度故
障，不影响上级母线安全。
[0057]
通过将本方案设计的调光模块1串联在配电柜内的直流母线上，这种调光模块1可以接收配电柜内来自于控制中心的弱电调光命令，并将其转换为耦合在强电电路上的调光信号，由灯具5的智能驱动来解耦、接收并响应这一信号；
[0058]
请参照图9，调光模块1分别与强电电缆2和rs485信号线3电连接，调光模块1的输出端通过智能驱动模块4与灯具5电连接，200v-300v直流电经强电电缆2输入至调光模块1，基于modbus协议的调光信号经rs485信号线3同样输入调光模块1；经调光模块1将调光信号耦合到调光模块1的输出电缆上，再经过智能驱动模块4将调光信号与强电解耦、解读之后，通过改变智能驱动模块4的输出电压的pwm波形占空比来调节灯具5亮度。
[0059]
本方案设计的调光模块1，优点在于通过分布式的调光模块1，控制某个照明供电回路上的所有灯具5进行调光，这种类型的调光是通过将信号附加在直流电力网络上实现的，具有“不增加通信电缆、同时不增加交流耦合/解耦设备”的优势；对于分布式的调光模块1，它的优点在于所有的调光模块1同步接收上级调光指令，但只有一部分指定的模块响应调光指令，并下发到该模块所控制的回路上的智能驱动从而实现调光，这样做的优势是：(1)避免了调光指令对所有智能驱动的下达，从而减少出错的概率；(2)相较集中调光的方式造价低廉，无需控制大电流状态下母线电压的统一升降从而发送调光数字信号，仅对自身回路上的电压进行控制，从而大幅减少了装备的额定电流需求，提升了装备的性价比；(3)分布式调光模块1损坏后，仅影响单个回路上的供电，停电区域较集中式调光方式小。
[0060]
请参照图11，本实用新型的实施例二为：
[0061]
实施例二与实施例一的区别在于：所述电力电子耦合变换模块102的boost拓扑结构包括滤波电容c201、电抗器l201、电阻r201，假负载rf2、二极管d201和场效应管q201，所述场效应管q201的栅极与电力耦合信号驱动模块电连接，所述场效应管q201的漏极分别与电抗器l201的一端和二极管d201的阳极电连接，所述场效应管q201的源极分别与电阻r201的一端和假负载rf2的一端电连接，所述二极管d201的阴极分别与滤波电容c201的一端和假负载rf2的另一端电连接，所述滤波电容c201的另一端与电阻r201的另一端电连接。
[0062]
基于boost拓扑的调光模块，其电路特性是实现直流升压，因此耦合载波信号波形为凸起波形。该拓扑无需继电器，故可有效控制模块体积，并且在无需调光时场效应管q201不工作；但长时工作二极管d201的压降损耗导致了这种调光模块的效率较低。并且在场效应管q201击穿时短路故障无法消除，会造成直流母线电压因短路拉低，存在安全问题。因此采用基于buck拓扑的调光模块在安全性上是更佳的选择。
[0063]
综上所述，本实用新型提供的一种直流供电照明调光模块，直流电通过直流电输入模块进入调光模块内部，调光信号从信号输入模块进行调光模块内部，当直流电输入到调光内部后，经过电力电子耦合变换模块转换为带有耦合信号的电力耦合信号，并经过电力耦合信号输出模块输出到灯具上；调光信号通过电力信号耦合驱动模块识别，并转换为驱动信号，电力电子耦合变换模块发出低频率的、振幅为
±
5v的高电压和低电压，从而实现了将电力与信号耦合输出，进而实现对直流照明供电系统的某个回路的灯具进行亮度调节。
[0064]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领
域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。