专利名称：带可选亮度级的灯控制电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于根据环境光亮级控制灯的电路。
始终需要经济的照明系统而同时又希望节省能量，这已在两方面取得了进展。已发明了更有效更高效率的发光形式，主要包括荧光灯。这种灯近几年经过了许多技术改进，通常会发现整幢大楼只有荧光灯照明。在荧光灯和其他灯的自动开关系统的改进方面取得了另外一些进展。这些系统设计用来在环境光亮级使得人工照明不必要时避免不必要的能源耗费，或在环境光亮级仅低于最佳光强级时减少人工照明级。有许多现存的自动开关系统。它们包括安装有固定在双金属簧片上的加热元件的机械式光传感器，它机械地启动一开关。这些装置缺乏灵敏度，并且操作不稳定。
我们知道，提供有带通常插入墙上插座的插件里的光电管的夜晚照明设备，它根据环境光亮来开启和关闭。然而，它们缺乏精度并且带有亮的白炽灯泡则不能使用，因为光电管必然会响应灯光，引起振荡。
一种自动开关的简单形式是定时开关。这些装置是被动式的，并通过简单的编程来在预定时间开启或关闭灯。它们不灵活并且它们的程序在每年不同的时间必须更新，以便于区分照明条件。在断电的情况下他们的程序可能丢失。
已开发了更复杂的装置(例如参见美国专利5404080)。然而，这些装置通常都高度复杂，要求变压器，复杂的聚光级，并提供复杂的功能，这些一起使得该装置为准备结合进现有的灯或为了更广的应用而太昂贵并且太笨重。
因而，本发明的目的是提供一种灯控制电路，它将通过装有廉价的自动形状灯的装置而增加灯的能量效率。
已开发的本发明使用荧光灯来运用，但对本领域的技术人员来说显而易见的是本发明不必限于这种灯。
根据本发明，提供一种对灯的控制装置，包括一光探测电路，用于根据照射在光探测器上的环境光亮通过开关装置来开灯或关灯，其特征在于第一环境光强度阈值(Lx)大于第二环境光强度阈值(Ly)，其中在第一阈值上光探测电路为响应增加的环境光强度关闭该灯而在第二阈值上光探测电路为响应减少的环境光强度打开该灯，由此防止开关装置由于被光探测器探测的灯产生的光的影响而发生振荡。
优选地，光探测电路装有一施密特触发器。
优选地，光探测器位于灯的脱口处。
优选地，光探测电路安装有一手动代用装置，用于在环境光亮级高于第一阈值(Lx)时打开灯。
优选地，手动代用装置可手动复原。
优选地，光探测电路安装有灯亮度选择电路。
优选地，提供装置来允许选择两个灯亮度级。
优选地，通过在最大亮度选择时期里对该装置断开电源然后接通电源由此可选择两个亮度级中的第二个。
优选地，所述光探测器包括一光电管。
参照附图进一步说明本发明的实施例，其中
图1是装有一开关装置和一光探测电路的固态电灯控制电路的电路图；图2是光探测电路的电路图；图3是安装有一手动代用的光探测电路的另一实施例的电路图；图4是没有光探测电路时，灯控制电路的另一实施例的电路图；图5是图4所示的光探测电路的电路图；图6是装有灯控制电路的荧光灯配件的示意图。
在本发明的优选实施例中，图1一般地示出了灯控制电路10。交流电源与中性端11和火线端12相连。中性端11与点13、220μF电容14及6.2V齐纳二极管16的负极相连。电容14的另一端和齐纳二极管16的正级接地。中性端11还与4A的三端双向可控硅开关(triac)18的MT1相连。开关18的栅端经光探测电路20的输出21与光探测电路20相连。开关18的MT2端与灯22的一端相连。这种灯优选为荧光灯但也可是任何形式的电灯。灯22的另一端与火线端12和27.3kΩ电阻24的第一端相连。电阻24的另一端与1N4002二极管26的负极相连。二极管26的正级接地。
利用电阻24、二极管26、齐纳二极管16和电容14在点13处构成供电。点13处的电压大约等于齐纳雪崩电压。
光探测电路20的输出21要么高要么低。当这一输出低时，开关18用作短路并接通灯22。当光探测电路20的输出21高时，开关20产生开路并关闭灯22。
参照图2，光探测电路20包括连接到1.5kΩ电阻32的第一端的电源30，该电阻的第二端与100kΩ可变电阻34的第一端相连。可变电阻34的第二端与Reimann A90.12光电管36的第一端和LM393运算放大器38的反相输入相连。光电管36的第二端接地。电源40与47kΩ电阻42的第一端相连，该电阻的第二端与47kΩ电阻44的第一端和运算放大器38的非反相输入这两者相连。电阻44的第二端接地。运算放大器38的输出经22kΩ电阻46与运算放大器38的非反相输入相连。运算放大器38的输出还经56kΩ电阻48与电源50相连。
可在运算放大器38的输出处测量的，上述光探测电路20的第一极的输出电势要么高要么低。其输出在它的两个可能级之间变化的该点能用由电阻32、可变电阻34及光电管36组成的分压器来控制。当入射到光电管36上的光亮是处于高的级态时，例如在白天，光电管36的电阻可忽略不计。电阻32、34、42和44的电阻是这样的，即在这些条件下，运算放大器38的反相输入电压低于运算放大器38的非反相输入电压。结果，运算放大器的输出将是高的。当环境光亮级减少时，光电管36的电阻升高。结果运算放大器38的反相输入电压也升高。当反相输入电压超过运算放大器38的非反相输入电压时其输出电压将变得低。结果，即使环境光亮级继续变化，运算放大器38的输出可假定为要么高级态要么低级态。因此光探测电路20的第一级可用作施密特触发器，并且运算放大器38的输出将表现出滞后现象。结果，在环境亮级一般地增加或减少时环境光亮级上的小波动将不会引起运算放大器38的输出在高的级态和低的级态之间迅速振荡。
运算放大器38的输出另外与2.2MΩ电阻52的第一端和IN4148二极管54的负极相连。电阻52的第二端和二极管54的正级两者与47μF电容56的第一端相连。该电容的第二端接地。电阻52的第二端和二极管54的正级还与LM393运算放大器58的非反相输入相连。电源60与110kΩ电阻62的第一端相连，它的第二端与100kΩ电阻64和运算放大器58的反相输入相连。电阻64的第二端接地。运算放大器58的输出与1N4148二极管66的正极相连，它的负极与运算放大器58的非反相输入相连。安装二极管66是用来消除电源60中的波纹效应。运算放大器58的输出另外与1.5kΩ电阻68的第一端相连，它的第二端构成光探测电路20的输出21。点13是光探测电路20的电源30、40、50、60的电源。
光探测电路20运行如下。如果一开始环境光亮级是低的(例如在夜晚)，光电管36的电阻将会是高的并且第一运算放大器38的输出将是低的。结果，第二运算放大器的输出也将是低，于是开关18将导通，因此灯22将被打开。当环境光级增加时(例如当白天到来时)，光电管36的电阻将下降。最终第一运算放大器38的反相输入端的电势将足够地低，以致运算放大器38的输出变得高。在一短时间延迟后，(该延迟由电阻48、52、62和64的电阻及电容器56的电容确定)，第二运算放大器58的输出将变得高。开关18的栅端电势于是将变得高，由此该开关将成为开路。因此，灯22将关闭。这种时间延迟确保环境光亮级的瞬时增加(例如由过路汽车的头灯产生)将不会引灯被关闭。
当一开始环境光亮级高而然后在例如夜晚来临时而下降的情况下，此过程基本上相反。
由于光探测电路20的第一级的作用，进行开关时的光亮级依赖变化的方向而稍有不同。这确保当光亮级接近进行开关所必要的级态时，即使光亮级波动大约一通常增加或通常减少的级态，灯也不会迅速打开和关闭。发生接通和关闭的两个光亮级之间的差值可由电阻46控制，电阻46的电阻值越大，这两个开关光亮级之间的差值就越小。
可希望在发生开关时调整环境光亮级。这能通过利用可变电阻34来修改由电组32、可变电阻34和光电管36产生的分压来进行。在任何具体的环境光亮级上，可变电阻34的电阻增加将减少运算放大器38的反相输入端的电势。结果灯22将在更低的环境光亮级上被接通或关闭。当要求减少能源使用时这是有用的。
光检测电路的第二实施例表示在图3中。光检测电路70安装有光检测电路20，尽管在本实施例中可变电阻34有最大电阻值50kΩ。在光检测电路70中，第二运算放大器58的输出与MCR102半导体可控整流器72的正极相连。半导体可控整流器72的负极接地。电源74与3.3μF电容76的第一端相连，该电容的第二端与半导体可控整流器72的栅端相连。点13也是电源74的电源。电容76的第二端也与1N4148二极管78的负极和22kΩ电阻80的第一端相连。二极管78的正极和电阻80的第二端接地。
这些附加的电路元件提供了带手动代用的光检测电路。该代用用来即使环境光亮级正常地指示灯22该关闭而仍将灯22打开。在这些条件下第二运算放大器58的输出正常地是高。如果供给电路的电源断开而后接通，这两项操作相互在0.5到1.5秒之内进行，电容76将产生一脉冲，它将引起半导体可控整流器72导通，因此运算放大器58的输出将变为低。于是，如上所述，灯22将打开。
手动代用可以两种方法复原。这可通过断开电源而后接通但这两项操作之间间隔大于五秒来手动地进行。要么，当周围的环境光亮降低到一个级态，即在正常工作条件下第二运算放大器58将变得低时将自动进行复原。这将使半导体可控整流器72的正极的电势低，结果半导体可控整流器72将变为开路。于是，光检测电路70将返回到正常工作模式。
本发明的第三实施例表示在图4和图5中。在该实施例中有可能将灯的亮度设置在两个级态之一，一个是标准亮度，另一个相当于当前能耗的50％。这一实施例的灯控制电路90表示在图4中，但没有包括光探测电路。交流电源与中性端92和火线端94相连。中性端92与点96、440μF电容98及6.2V齐纳二极管100的负极相连。电容98的另一端和齐纳二极管100的正极接地。中性端92还与4A三端双向可控硅开关102(triac)的MT1相连，它的MT2端同前述实施例一样与灯104相连。
灯104的另一端与火线端94和27.3kΩ电阻106的第一端相连。电阻106的另一端与1N4002二极管108的负极相连。二极管108的正级接地。中性端92还与47μF电容110的第一端相连，它的第二端与DB3双向击穿二极管112的第一端相连。双向击穿二极管112的第二端与开关102的栅端相连。中性端92还与4A开关114的MT1和100μF电容116的第一端相连。开关114的MT2和电容116的第二端与10kΩ电阻118的第一端相连，它的第二端与开关112的第一端相连。开关114的MT2和电容116的第二端也与50kΩ可变电阻120的第一端相连，它的第二端经5.1kΩ电阻122与开关102的MT2相连。光检测电路130(图5)在点124和126处相连，下面详细讨论。
本实施例的光检测电路130见图5所示。电路130安装有光检测电路20(见图2)，但在本实施例中可变电阻34具有最大电阻值50kΩ，并且在光检测电路20中与第二运算放大器58的输出相连的电阻68在光检测电路130中用47kΩ电阻132来代替。电阻132的第二端与BC337晶体管134的栅极相连。晶体管134的集电极经1.5kΩ电阻138与50％的输出136相连。晶体管134的发射极接地。
第二运算放大器58的输出还与33μF电容140相连，该电容然后经470kΩ电阻144与电源142相连，并经560kΩ电阻148与BC337晶体管146的栅极相连。晶体管146的集电级经1.5kΩ电阻152与100％输出150相连。晶体管146的发射极接地。
第二运算放大器58的输出还与1kΩ电阻154的第一端相连，该电阻的第二端经510kΩ电阻153与100％输出156相连。电阻154的第二端另外与BC327晶体管160的发射极相连，其集电极接电源162。晶体管160的栅极经47kΩ电阻164与22μF电容166和MCR102半导体可控整流器168的负极这两者相连。半导体可控整流器168的正级接电源170，同时它的负极经5.1kΩ电阻172接地。半导体可控整流器168的栅极与1N4148二极管174的负极相接，该二极管的正级经3.3μF电容178接电源176，并经47kΩ电阻180接地。
光检测电路130的电源30、40、50、60、142、162、170和176都连接到灯控制电路90的电源点96。100％输出150及156与开关102的栅端124相接，而50％输出136与开关114的栅端126相接。
本发明的这一实施例的运行与第二实施例类似。当供给电路的电源首先接通时，半导体可控整流器168被触发关闭，引起电阻154和158间的电势变高。在黑暗时由于晶体管146单独导通，开关102提供100％电流给灯104。然而，100％电流耗费持续仅几秒钟，这由电阻144和电容140来决定。150处的输出然后停止，供给灯104的电流落到它以前值的50％。
然而，如果供给电路的电源断开而后在0.5到1.5秒的时间内接通，则半导体可控整流器168被触发关闭，并且这样不会影响100％输出156。因而在黑暗期间灯始终在100％亮度。
图6是灯控制电路的示意图，安装有另外的传统荧光灯配件。该荧光灯配件182由荧光灯管184、脱口186和两个凹口188及190来配备。光电管192和灵敏度调节194(对应于可变电阻34)位于该配件的一端。
因此本发明提供了一种简单、廉价的装置，它可集成到使用标准镇流器的传统荧光灯中，并不要求另外的电线。它可位于灯配件的脱口处。它是小巧的并适合于大量生产，但仍然具有几个重要特点，包括可变光灵敏度，手动代用及可选择亮度。可变灵敏度控制也可于灯配件的脱口处。电路的滞后现象确保电路不会由于被光探测器探测的灯所产生的光的影响或环境光源级上的不均匀变化而产生振荡。
权利要求
1.一种对灯(22，104)的控制装置(10，90)，包括一光探测电路(20、70、130)，用于根据照射在光探测器(36)上的环境光亮通过开关装置(18，102，126)来开灯或关灯(22，104)，其特征在于第一环境光强度阈值(Lx)大于第二环境光强度阈值(Ly)，其中在第一阈值上光探测电路(20，70，130)为响应增加的环境光强度关闭该灯(22，104)而在第二阈值上光探测电路和(20，70，130)为响应减少的环境光强度打开该灯(22，104)，由此防止开关装置(18，102，126)由于被光探测器(36)探测的灯(22，104)产生的光的影响而产生振荡。
2.如权利要求1所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于所述光探测电路(20，70，130)安装有一施密特触发器。
3.如上述权利要求之一所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于光探测器(36)安装在灯(22，104)的脱口(186)处。
4.如上述权利要求中任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于光探测电路(20，70，130)为响应增加的环境光强度而在一时间延迟之后将灯(22，104)关闭，以便防止在黑暗期间由于环境光强的瞬时增加而将灯(22，104)关闭。
5.如上述权利要求中的任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于光探测电路(70)安有一手动代用装置(72、74，76，78，80)，用来在环境光亮级超过第一阈值(Lx)时打开灯(22，104)。
6.如权利要求5所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于通过在一最大时间期内先断开而后接通该装置(10，90)的电源来操作所述手动代用装置(72，74，76，78，80)。
7.如权利要求5或权利要求6所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于手动代用装置(72，74，76，78，80)可手动地复原。
8.如权利要求7所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于通过先断开而后接通该装置(10，90)的电源，并且两动作间隔一最小时间期限，由此手动复原手动代用装置(72，74，76，78，80)。
9.如权利要求5到8中任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于手动代用装置(72，74，76，78，80)可自动复原。
10.如权利要求9所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于当环境光亮级落到第一阈值(Lx)之下时手动代用装置(72，74，76，78，80)自动复原。
11.如前述权利要求中的任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于光探测电路(130)安装有一灯亮度选择电路。
12.如权利要求11所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于所安装的装置允许选择两个灯亮度级。
13.如权利要求12所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于通过在最大亮度选择时间期限内断开而后接通该装置(10，90)的电源可选择两个亮度级中的第二个。
14.如前述权利要求中的任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于所述光探测器(36)包括一光电管。
15.如前述权利要求中的任何一项所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于光探测电路(20，70，130)装配有第一阈值(Lx)和第二阈值(Ly)调整装置(34)。
16.如权利要求15所要求的对灯(22，104)的控制装置(10，90)，其特征在于所述调整装置(34)包括一可变电阻。
全文摘要
一种新的控制装置，用来根据环境光亮开灯或关灯。装置(10)包括带光电管(36)的光探测电路(20)和施密特触发器(20，70，130)，用来响应照射在光电管(36)上的环境光亮经开关装置(18，102，126)接通或关闭灯(22)。该装置还包括可复原手动代用(72，74，76，78，80)及允许选择两个灯亮度级的装置。
文档编号H05B37/02GK1162241SQ9710041
公开日1997年10月15日 申请日期1997年1月24日 优先权日1997年1月24日
发明者祖姜陶 申请人:概念工业公司