专利名称：无极灯调光电路及调光方法
技术领域：
本发明涉及无极灯领域，尤其涉及无极灯调光电路及调光方法。
背景技术：
无极电磁感应灯简称为无极灯，它的优点包括，有超长的寿命、高光效、高功率因素、稳定光通量输出、高可靠性、高显色性、低谐波含量、低温快速启动、宽色温范围、瞬时再启动、无频闪和无眩光。应用无极灯能够为用户带来的好处包括，高效节能、大大降低换灯成本、减少维护费用等，无极灯被认为是未来最有前途的光源之一。无极灯镇流器的构成的逻辑功能图如图1所示，开启电源后，交流电源经过输入滤波器，进行整流，将整流后的结果通过功率因数校正(Power Factor Correction,PFC)电路升压得到高压直流电压，该高压直流电压可以是400V，然后利用高频开关变换将该高压进行DC到AC的逆变，并利用电感电容(LC)谐振，产生交流高压(可以达到两三千伏)点亮无极灯。这样无极灯作为一个磁性耦合元件，参与到电路的工作中，进入一个稳定的状态， 发光照明。无极灯调光是一项非常具有吸引力的特性，它可以节约能源，经济效益可观。但是设计调光用的整流器是一项复杂并且具有挑战性的工作。调光的控制信号可以是反映周围环境的感应信号，或是根据使用时间确定的周期信号，或是某些特定给定信号。比如，厂房照明，阴天和晴天的自然光不同，可以通过感应器给出不同的控制信号，城市道路照明，在前后半夜可以给出不同的控制信号，还有直接给出控制信号，如1-10V直流控制信号。无极灯的功率与无极灯工作频率的关系接近线性比例关系，灯电压接近于常数， 所以灯的功率由灯的电流决定。由于灯的工作频率是由镇流器决定的，所以控制镇流器的工作频率，也就控制了灯的功率。另外，镇流器半桥逆变器的输入电压，也会影响灯功率的输出，同样的工作频率下，输入电压越低，输出功率越小。因此，目前对无极灯调光方法主要有两种调频法和调压法，其中第一所谓调频法，如图2所示，就是通过提高镇流器电感电容(LC)逆变电路的频率来调低灯的输入功率，从而达到调光的目的.当镇流器的工作频率提高的时候，与灯串联的镇流电感(LR)感抗增大，而与灯并联的谐振电容(CR)容抗变小，这两点使得流过灯管的电流减小，灯的功率随之下降，其中LR，CR为谐振电感电容，CB为隔直电容。如果只是简单地调频，当频率调高到一定的程度后，灯电流小于额定值的60% (对应灯功率为60%左右，此处的数据均是基于300w的无极灯测试所得，不同功率的灯，不同厂家的灯此值会有差别)后，由于灯的放电性能发生急剧变化，导致灯电流随频率变化也非常大，频率稍微增加一点，灯电流就急剧减小，导致灯闪烁或熄灭，如图3所示，因此， 只是单纯地调频率，不能较大范围地调光。第二 所谓调压法，就是保持LC逆变器的工作频率不变，改变LC逆变器的输入电压，对于前级有PFC的镇流器来说，该输入电压就是PFC输出的高压直流BUS电压。通过改变该电压的幅值来调整灯的输入功率，从而达到调光的目的。该直流电压的改变，可以通过脉宽调整(Pulse Width Modulation PWM)方法来实现，进而改变灯的输入功率.对于调压法，由于国家标准关于功率因数的限定，所以实际的镇流器都带有功率因数校正电路，而且多使用的是Boost拓扑，所以调压法的调压范围也只能在342伏至415V 之间(220*110% *1· 414 = 342V,450V的电解电容限定了上限450V，考虑到电容寿命需要， 一般不超过415V)。仍以一个300W的无极灯为例，在这个范围内的灯功率的比例只能降低到84%左右，如图4所示，由此可见，单纯依靠调压也是不能较大范围地调光。因此，单纯的调压法和调频法都不能实现大范围的调光以及功率的精确控制。
发明内容
本发明实施例所提供的无极灯调光电路及调光方法，解决了现有技术中无法实现大范围准确控制无极灯功率的问题。一种无极灯调光电路，包括输入滤波器，功率因数校正PFC主功率电路和电感电容LC逆变电路，其中，所述输入滤波器的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述PFC主功率电路的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，所述无极灯调光电路还包括微控制器MCU、调压装置、调频装置和调光信号电路，所述MCU的输入端和所述调光信号电路的输出端相连接，所述MCU的输出端和所述调压装置的输入端相连接，所述调压装置的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述MCU的输出端和所述调频装置的输入端相连接，所述调频装置的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，其中所述MCU接收调光信号电路发送的调光信号，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，指示所述调频装置调整LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率，并指示所述调压装置调整 PFC的输出电压；所述调频装置接收所述MCU的指令，调整所述LC逆变器的工作频率；所述调压装置接收所述MCU的指令，调整所述PFC的输出电压。一种无极灯调光方法，包括微控制器MCU接收调光信号电路发送的调光信号；当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到所述额定功率预设值以下时，所述MCU调整电感电容LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到所述无极灯额定功率的预设值后，停止调整所述LC逆变器；所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率。本发明实施例所提供的无极灯调光电路及调光方法，具有以下有益效果1、相比于传统的调压法，能较大范围的实现对无极灯功率的控制，采用本发明实施例提供的方法和电路，能够将无极灯的调光范围扩大到百分之四十左右；2、相比于传统的调频法，在无极灯功率降低到预设值以下时，仍然能对无极灯的功率进行稳定的控制，避免了在该范围内的失控；3、采用MCU来控制无极灯的调光范围，可以实现数字化的控制，使得对无极灯调光的控制更加精确。
图1是无极灯镇流器结构示意图；图2是无极灯镇流器中LC逆变电路的电路图；图3是无极灯灯功率和LC逆变器的工作频率的关系图；图4是无极灯灯功率和LC逆变器输入电压的关系图；图5是无极灯调光电路的第一示意图；图6是无极灯调光电路的第二示意图；图7是无极灯功率和频率、输入电压的关系示意图。
具体实施例下面结合附图对本发明的实施例进行详细的描述。实施例1本发明实施例提供了一种无极灯调光电路，包括输入滤波器，功率因数校正PFC 主功率电路和电感电容LC逆变电路，其中，所述输入滤波器的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述PFC主功率电路的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，所述无极灯调光电路还包括微控制器MCU、调压装置、调频装置和调光信号电路，所述MCU的输入端和所述调光信号电路的输出端相连接，所述MCU的输出端和所述调压装置的输入端相连接，所述调压装置的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述MCU的输出端和所述调频装置的输入端相连接，所述调频装置的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，其中所述MCU接收调光信号电路发送的调光信号，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，指示所述调频装置调整LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率，并指示所述调压装置调整 PFC的输出电压；所述调频装置接收所述MCU的指令，调整所述LC逆变器的工作频率；所述调压装置接收所述MCU的指令，调整所述PFC的输出电压。在本发明的另外一个实施例中，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到其额定功率预设值之间时， 所述MCU调整LC逆变器的工作频率，调整所述无极灯的功率。在本发明的另外一个实施例中，所述调压装置调整所述PFC的输出电压时，保持所述LC逆变器的工作频率不变，将所述无极灯的功率降低到某一固定值，然后所述调频装置将所述LC逆变器的频率小幅降低至另外一固定值并保持不变，所述调压装置继续调整所述PFC的输出电压。在本发明的另外一个实施例中，所述调频装置包括调频电路和第一控制电路，其中所述调频电路接收所述MCU的指令，并通过所述第一控制电路调整LC逆变电路；所述LC逆变电路接收所述调频电路通过所述第一控制电路发送的指令，调整LC 逆变器的工作频率来调整所述无极灯的功率。在本发明的另外一个实施例中，所述调频装置集成在所述MCU上。在本发明的另外一个实施例中，所述调压装置包括调压电路和第二控制电路，其中所述调压电路接收所述MCU的指令，并通过所述第二控制电路调整所述PFC主功率电路；所述PFC主功率电路接收所述调压电路通过所述第二控制电路发送的指令，调整 PFC的输出电压来调整所述无极灯的功率。本发明实施例还提供了一种无极灯调光方法，包括101、微控制器MCU接收调光信号电路发送的调光信号；103、当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到所述额定功率预设值以下时，所述MCU调整电感电容LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到所述无极灯额定功率的预设值后，停止调整所述LC逆变器；105、所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率。在本发明的另外一个实施例中，所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率，包括保持所述LC逆变器的工作频率不变，调整所述PFC的输出电压，将所述无极灯的功率降低到某一固定值；然后将所述LC逆变器的频率小幅降低至另外一固定值，并保持不变，继续调整所述PFC的输出电压。在本发明的另外一个实施例中，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到其额定功率和所述额定功率的预设值之间时，所述MCU调整LC逆变器的工作频率，调整所述无极灯的功率。在本发明的另外一个实施例中，所述MCU通过调频电路来调整LC逆变电路，进而调整所述LC逆变器的工作频率；或者所述MCU直接调整LC逆变电路来调整所述LC逆变器的工作频率。在本发明的另外一个实施例中，所述MCU通过调压电路来调整PFC主功率电路，进而调整PFC的输出电压。在上述实施例中，所述预设值可以根据无极灯功率的大小进行设置，因此该预设值是变化的，并非是一固定值，具体设置的办法可以是1、根据测量确认该预设值，如当LC逆变电路的工作频率提高到某一值时，再提高频率就会导致无极灯亮度急剧下降，此时该LC逆变电路的工作频率所对应的无极灯功率值，即为该预设值，例如在无极灯功率为300W时，预设值为所述无极灯额定功率的百分之六十；2、根据经验值进行估算，估计出该预设值；3、也可以在1和2的基础上，并结合实际需要，确定出一个预设值。在上述实施例中，所述调压装置调整所述PFC的输出电压时，保持所述LC逆变器的工作频率不变，将所述无极灯的功率降低到某一固定值，然后所述调频装置将所述LC逆变器的频率小幅降低至另外一固定值并保持不变，所述调压装置继续调整所述PFC的输出电压，其中，所述某一固定值和另外一固定值，可以根据无极灯功率的不同和经验值来进行确定，没有固定的数值。应用本发明实施例所提供的无极灯调光方法和电路，MCU通过先调高LC逆变器的工作频率来调低无极灯的亮度，当亮度到达百分之六十时，保持该LC逆变器的工作频率不变，再通过调低PFC的输出电压，继续调低无极灯的亮度。采用该方法不但可以通过数字控制，精确的调整无极灯的亮度，而且也增大了无极灯的调光范围。实施例2在本发明实施例利用一个简单的微控制器(MCU)来得到调光信号，并解析该信号，然后通过调频电路调整LC逆变器的工作频率，通过调压电路来调整PFC的输出电压，如图5所示，本发明实施例提供了一种无极灯调光电路，包括输入滤波器，PFC主功率电路，LC 逆变电路，MCU、调频电路、第一控制电路、调压电路、第二控制电路和调光信号电路，其中 MCU的输入端和调光信号电路的输出端相连接，MCU的一个输出端与调频电路的输入端相连接，MCU的另外一个输出端与调压电路的输入端相连接，该调频电路的输出端通过第一控制电路与LC逆变电路的输入端相连接，该调压电路的输出端通过第二控制电路与PFC主功率电路的输入端相连，PFC主功率电路的输出端与LC逆变电路的输入端相连接，PFC主功率电路的输入端与输入滤波器的输出端相连接；其中MCU接收并解析调光电路发送的调光信号，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，MCU指示调频电路调整LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率；调频电路接收到MCU的指令后， 通过第一控制电路调整LC逆变电路的工作频率，当无极灯的功率降低到预设值时，调频电路停止工作，LC逆变电路保持其工作频率不变；MCU指示调压电路调整PFC的输出电压，调压电路接收到MCU的指令后，通过第二控制电路调整PFC主功率电路的电压，通过降低PFC 主功率电路输出的PFC电压来调整无极灯的亮度。在本发明的另外一个实施例中，当所述调光信号指示需要将无极灯在其额定功率和预设值之间调整时，所述MCU输出命令给调频电路，通过调频电路调整LC逆变器的工作频率即可，通过调整LC逆变器的工作频率调整所述无极灯的功率。实施例3接收调光信号的MCU，同时控制LC逆变器，该MCU接收并解析该调光信号后，直接控制LC逆变电路，同时发出PFC调压信号，通过调压电路调整PFC的输出电压，如图6所示本发明实施例提供了一种无极灯调光电路，包括输入滤波器，PFC主功率电路，LC 逆变电路，MCU、调压电路，第二控制电路和调光信号电路，其中，MCU的输入端和调光信号电路的输出端相连接，MCU的一个输出端与LC逆变电路的输入端相连接，MCU的另外一个输出端与调压电路的输入端相连接，该调压电路的输出端通过第二控制电路与PFC主功率电路的输入端相连，PFC主功率电路的输出端与LC逆变电路的输入端相连接，PFC主功率电路的输入端与输入滤波器的输出端相连接，其中MCU接收并解析调光信号，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，MCU直接调整LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率；当无极灯的功率降低到预设值时，MCU停止调整LC逆变电路的工作频率，LC逆变电路保持其工作频率不变；MCU指示调压电路调整PFC的输出电压， 调压电路接收到MCU的指令后，通过第二控制电路调整PFC主功率电路的电压，通过降低PFC主功率电路输出的PFC电压来调整无极灯的亮度。在本发明的另外一个实施例中，当所述调光信号指示需要将无极灯在其额定功率和预设值之间调整时，所述MCU直接调整LC逆变器的工作频率即可，通过调整LC逆变器的工作频率调整所述无极灯的功率。当预设值为无极灯额定功率的百分之六十时，应用上述实施例中的调光方法和调光电路进行调光的效果最好。在上述实施例1至3中，可以先利用调频方法，即MCU通过调整LC逆变电路的工作频率，来降低无极灯的功率，当灯功率降到60%后，保持LC逆变电路的工作频率不变，MCU 通过调整PFC的输出电压来调低LC逆变器的输入电压，来降低无极灯的功率，当无极灯的功率降低到某一合适的值(在本实施例中，无极灯的功率为300W，该合适的值是无极灯功率的50%，不同功率的灯此数值会有差异)将LC逆变电路的工作频率提高降低至另一固定值(在本实施例中，可以降低几Khz，不同功率的灯此数值也会不同)，然后将该LC逆变电路的工作频率保持不变，同时继续调低输入电压，如图7所示。采用上述的操作方式，可以在无极灯的调光过程中，避免无极灯的功率下降到60%以下时，亮度急剧下降，无法合理控制的问题。采用上述的方法，当无极灯的亮度下降到60%以下时，仍然能够很容易的进行控制，尤其无极灯的亮度在40% -60%间的任何数值时，能够稳定的进行控制，如下表1所示表 权利要求
1.一种无极灯调光电路，包括输入滤波器，功率因数校正PFC主功率电路和电感电容LC逆变电路，其中，所述输入滤波器的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述PFC主功率电路的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，其特征在于，所述无极灯调光电路还包括微控制器MCU、调压装置、调频装置和调光信号电路，所述MCU的输入端和所述调光信号电路的输出端相连接，所述MCU的输出端和所述调压装置的输入端相连接， 所述调压装置的输出端和所述PFC主功率电路的输入端相连接，所述MCU的输出端和所述调频装置的输入端相连接，所述调频装置的输出端和所述LC逆变电路的输入端相连接，其中所述MCU接收所述调光信号电路发送的调光信号，当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，指示所述调频装置调整LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率，并指示所述调压装置调整 PFC的输出电压；所述调频装置接收所述MCU的指令，调整所述LC逆变器的工作频率； 所述调压装置接收所述MCU的指令，调整所述PFC的输出电压。
2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，当所述无极灯功率为300瓦时，所述预设值为所述无极灯额定功率的百分之六十。
3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述调压装置调整所述PFC的输出电压时， 保持所述LC逆变器的工作频率不变，将所述无极灯的功率降低到某一固定值，然后所述调频装置将所述LC逆变器的频率小幅降低至另外一固定值并保持不变，所述调压装置继续调整所述PFC的输出电压。
4.如权利要求1至3任一所述的电路，其特征在于，所述调频装置集成在所述MCU上；或者所述调频装置包括调频电路和第一控制电路，其中所述调频电路接收所述MCU的指令，并通过所述第一控制电路调整LC逆变电路； 所述LC逆变电路，接收所述调频电路通过所述第一控制电路发送的指令，调整LC逆变器的工作频率来调整所述无极灯的功率。
5.如权利要求1至3任一所述的电路，其特征在于，所述调压装置包括调压电路和第二控制电路，其中所述调压电路接收所述MCU的指令，并通过所述第二控制电路调整所述PFC主功率电路；所述PFC主功率电路接收所述调压电路通过所述第二控制电路发送的指令，调整PFC 的输出电压来调整所述无极灯的功率。
6.一种无极灯调光方法，其特征在于，包括微控制器MCU接收调光信号电路发送的调光信号；当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，所述MCU调整电感电容LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到所述无极灯额定功率的预设值后，停止调整所述LC逆变器的工作频率；所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率，包括保持所述LC逆变器的工作频率不变，调整所述PFC的输出电压，将所述无极灯的功率降低到某一固定值；然后将所述LC逆变器的频率小幅降低至另外一固定值，并保持不变，继续调整所述 PFC的输出电压，进而调低所述无极灯的功率。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当所述无极灯功率为300瓦时，所述预设值为所述无极灯额定功率的百分之六十。
9.如权利要求6至8任一所述的方法，其特征在于，所述MCU调整电感电容LC逆变器的工作频率包括所述MCU通过调频电路来调整LC逆变电路，进而调整所述LC逆变器的工作频率；或者所述MCU直接调整LC逆变电路来调整所述LC逆变器的工作频率。
10.如权利要求6至8任一所述的方法，其特征在于，所述MCU调整功率因数校正PFC 的输出电压包括所述MCU通过调压电路来调整PFC主功率电路，进而调整PFC的输出电压。
全文摘要
本发明实施例公开了一种无极灯调光电路及调光方法，其中该方法包括微控制器MCU接收调光信号电路发送的调光信号；当所述调光信号指示需要将无极灯的功率调整到预设值以下时，所述MCU调整电感电容LC逆变器的工作频率，将所述无极灯的功率降低到所述无极灯额定功率的预设值后，停止调整所述LC逆变器；所述MCU调整功率因数校正PFC的输出电压，继续调低所述无极灯的功率。(这里感觉还没有讲完)应用本发明实施例提供的调光电路及调光方法，不但能扩大无极灯的调光范围，而且还能实现对无极灯调光的精确控制。
文档编号H05B41/36GK102497713SQ20111036380
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月16日 优先权日2011年11月16日
发明者张培忠 申请人:上海浪腾电子科技有限公司