專利名稱：一種數(shù)字調光裝置和數(shù)字調光方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明領域的調光技術，特別涉及一種采用數(shù)字方法進行調光的裝置和
方法。
背景技術：
目前，國內外廣泛使用的調光器主要是采用可控硅斬波技術?？煽毓枵{光設備的 主要優(yōu)點是操作簡單、靈活、使用方便，壽命長、布線方便(僅需要2根電源線，可以直接將 調光器取代開關)。然而，當可控硅調光設備在導通時，電源的每半個工頻周波對輸入進行 切相，波形畸變大，含有豐富的高次諧波，對電網污染嚴重，而且還會通過輻射和電傳導干 擾其它設備，同時使燈泡產生"絲絲"聲，效率低、負載適應能力差。 在商用辦公樓、大型會議廳、劇場、電視演播廳、舞臺等場所，管理人員需要對照明 器具進行實時監(jiān)控，有時要實現(xiàn)燈具根據環(huán)境光線自動進行調光，同時調光系統(tǒng)要具備很 好的可擴展性和柔性，使照明設備既可以實現(xiàn)本地分散、集中控制，還可以實現(xiàn)遠程控制。 為了順應這種需要，許多數(shù)字調光協(xié)議應運而生，如數(shù)字可尋址照明接口 (DALI)協(xié)議。但 是，在較小的應用場合里，并不需要對所有的燈光進行集中、遠程控制，若采用由這些協(xié)議 控制的數(shù)字調光系統(tǒng)未免會造成浪費。 目前其他的調光方式都是采用多線控制，除卻2根電源線以外，還需要還專門的 調光控制信號，這樣會使系統(tǒng)布線變得復雜。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種數(shù)字調光裝置及相應的數(shù)字調光方法，本發(fā)
明可以在不改變傳統(tǒng)布線的前提下實現(xiàn)調光，并具有系統(tǒng)簡單、操作方便等特點。 為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種數(shù)字調光裝置，包括作為調光脈沖發(fā)生
組件的開關元件，開關元件與限幅電路相耦接，限幅電路的輸出與譯碼電路相耦接，譯碼電
路與光源驅動電路相耦接，光源驅動電路與光源相連。 作為本發(fā)明的調光裝置的改進開關元件為旋鈕開關、不帶鎖定的開關或帶鎖定 的開關。 作為本發(fā)明的調光裝置的進一步改進調光裝置還包括一輔助供電電路，用于給 限幅電路和譯碼電路供電。
作為本發(fā)明的調光裝置的進一步改進輔助供電電路可以為外加電源。 作為本發(fā)明的調光裝置的進一步改進該調光裝置在使用時外部需提供一個供電
電源，該供電電源可以是直流電源或交流電源。 本發(fā)明還同時提供了利用上述調光裝置所進行的調光方法，包括以下步驟
外部提供一供電電源； 以開關組件與供電電源相串聯(lián)，產生調光脈沖； 開關元件產生的脈沖信號通過限幅電路轉化為幅值適合譯碼電路的脈沖調光信號； 譯碼電路將上述脈沖調光信號進行去抖動處理后按照約定協(xié)議進行分析、解碼， 然后控制光源驅動電路對光源進行調光；所述約定協(xié)議為關于調整光源亮度方式的協(xié)議。
上述約定協(xié)議實際工作時，可由開發(fā)人員根據實際應用的需要按照常規(guī)理論自行 設定。 本發(fā)明的重點在于開關與調光合并，不采用SCR(晶閘管)等元件，通過一線制方 式實現(xiàn)調光。 本發(fā)明提出了一種新型的數(shù)字式調光裝置，該裝置采用一線制的通信方式，將開 關與調光器結合為一體，組成調光脈沖發(fā)生部分。該光源為LED。 本發(fā)明采用了一線制的通信方式，將開關和調光器結合在一起，通信線與功率線 相結合，使得裝置布線簡單，體積小，控制方便?？梢栽诓桓淖儌鹘y(tǒng)布線的前提下實現(xiàn)調光。 相對于采用可控硅斬波技術的調光器來說，本發(fā)明未采用可控硅等功率器件，具有諧波少、 對電網污染小等優(yōu)點。相對于采用較復雜的數(shù)字調光協(xié)議的數(shù)字調光系統(tǒng)來說，本發(fā)明更 適用于較小的應用場合，整個系統(tǒng)比較簡單，操作方便。
下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細說明。圖1是本發(fā)明實施例1所示的新型數(shù)字調光裝置電路示意2為輔助供電電路112的一種實施方法；圖3為輔助供電電路112的另一種實施方法；圖4為限幅電路104的一種實施方法；圖5為圖4所示電路的主要工作波形；圖6為降低光源亮度的示意圖；圖7為循環(huán)調暗光源亮度的示意圖；圖8為更換調光方向的示意圖；圖9為循環(huán)調亮光源亮度的示意圖；圖10為雙方向調光的示意圖；圖11為更改調光方向無效的示意圖；圖12為采用實施例2協(xié)議調整光源亮度的示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖對本發(fā)明做詳細的描述。通過對本發(fā)明具體實施例的描述，可以更 加易于理解本發(fā)明的特征和細節(jié)。 實施例1、圖1給出了一種新型數(shù)字調光裝置的電路示意圖。本實施例中，輸入端
為IN1及IN2，輸入電源(供電電源)可以是直流也可以是交流。調光脈沖發(fā)生組件為一個
開關元件100，可以是旋鈕開關、普通帶鎖定的開關或者不帶鎖定的開關。 開關元件100的一端與一個輸入端IN1相連，開關元件100的另一端分別通過光
源驅動電路輸入線101與光源驅動電路106相連、以及與限幅電路104的輸入端109和輔
助供電電路112的一個輸入端110相連。
以旋鈕開關為例，常態(tài)下，旋鈕開關處于接通位置，當外力(如人的手)旋動開關 時候，旋鈕開關處于斷開位置；在沒有外力的情況下(或者松開)，旋鈕開關會自動恢復到 初始接通狀態(tài)。因此，當外力旋動開關時，每旋動一次，其輸出會缺失一段時間，即限幅電路 104輸入端109會出現(xiàn)懸浮狀態(tài)。限幅電路104根據輸入109的有電還是懸浮，輸出相應的 高低電平信號，如在本實施例中，懸浮狀態(tài)輸出低電平，有電的狀態(tài)輸出高電平。
如開關為不帶鎖定的開關(即只能處于單個位置)，通常，開關平時處于接通狀 態(tài)。當外力(如人的手)按動開關時候，開關處于斷開位置；其工作與旋鈕開關完全一致。
如開關元件為普通的帶鎖定的開關，當開關合上時，輸入被接通。隨后，每次斷開 開關，其輸出會缺失一段時間，即限幅電路104輸入端109會出現(xiàn)懸浮狀態(tài)。限幅電路104 根據輸入109的有電還是懸浮，輸出相應的高低電平信號，如在本實施例中，懸浮狀態(tài)輸出 低電平，有電的狀態(tài)輸出高電平。其工作原理與旋鈕開關一致。最后只要保證開關處于閉 合位置。 輔助供電電路112的另一個輸入端111與電源輸入端IN2相連，輔助供電電路112 分別與譯碼電路105、限幅電路104相連，為其供電。限幅電路104的輸出端102與譯碼電 路105相連，譯碼電路105的輸出端103與光源驅動電路106相連接，光源驅動電路106與 光源相連；光源驅動電路106還與電源輸入端IN2相連。 輔助供電電路112可以是線性電源，例如圖2和圖3所示的兩個電路，但不僅限于 這兩個電路拓撲。此外，輔助供電電路112也可以是各類DC/DC電路，如非隔離型的BUCK 電路等，隔離型的(帶高頻變壓器的)反激、正激變流器等形式，對本領域的技術人員而言， 這是顯而易見的，這里不做詳細描述。同樣，如需要更加簡單，輔助供電電路可以是單獨施 加的外部電源，不接收開關元件100的輸出110及111作為輸入而產生輔助供電，而將110 或者111單獨接到外部的其他較為穩(wěn)定的供電電源。 限幅電路104的實現(xiàn)方法有很多種。當輸入端IN1和IN2輸入交流電壓時，限幅 電路104的一種實施方法如圖4所示，其主要工作波形如圖5所示。輸入端信號109通過 整流橋整流后得到Vrec。穩(wěn)壓管Z3可以用來限幅，但不是必須的?？梢杂肦1/R2的分壓實 現(xiàn)限幅。如采用Z3進行限幅，R2也可以不要。采用Z3進行限幅的好處是過零點的靈敏度 高。將限幅的交流整流信號與O電平用一個比較器比較，可以得到開關的狀態(tài)指示信號，即 限幅電路的輸出信號102。在這個例子中，限幅電路104的輸出高電平代表開關閉合，低電 平代表開關斷開。比較器可以用輔助供電電路112供電。 在比較中，為了防止在O電平附近(交流過零點附近)出現(xiàn)高低電平的跳變，可以 采用一個較小的電容進行濾波，提高整流信號在交流過零點附近的幅值(其產生的延時一 般遠小于一個工頻周期，及交流信號周期，因此對幾乎檢測沒有影響)，可以方便的實現(xiàn)。對 本領域技術人員而言，其他類似的方法也是顯而易見的，例如在比較器輸出加入適當?shù)腞C 濾波電路，去除過零點附近的抖動等方法。 當輸入電壓為直流電壓時，限幅電路104可以直接將輸入信號109與0電平接至 比較器進行比較，即可得到開關的狀態(tài)指示信號(限幅電路的輸出信號102)。具體的實施 過程對于本領域的技術人員而言也是顯而易見的，這里不做詳細描述。 譯碼電路105可根據本說明書中的協(xié)議，以單片機編程的方式，判斷開關發(fā)出的 調光指示信號并進行譯碼，產生相應的控制信號103控制光源驅動電路106進行調光。具體的實施過程也是本領域技術人員熟知的。 輔助供電電路112(或者輔助供電單元)的一個輸入端lll連接一個電源輸入端 IN2，另一個輸入端110連接開關元件100(或簡稱開關)的輸出端。在開關元件100接通 的情況下，輔助供電電路112從輸入端110和111兩端獲取能量并保存在內部的儲能元件 (如傳統(tǒng)的電容)中，在較長的一段時間內對限幅電路104以及譯碼電路105提供電源，即 圖1中的供電信號107及108，保證其正常工作。 通過改變開關元件100的接通和斷開的狀態(tài)，在109信號線上會產生一系列有電 和懸浮的信號，經過限幅電路104的限幅處理后，輸出信號102已經是能夠表示開關狀態(tài)的 數(shù)字信號，其幅度已經變?yōu)榕c輸入電源的電壓幅度無關的標準高低電平信號，如高電平5V， 低電平OV(表示開關處于斷開的狀態(tài))。譯碼電路105接收102信號，根據本說明書中的協(xié) 議，通過對開關發(fā)出的調光指示信號的判斷，產生相應的控制信號103用于控制光源驅動 電路106，控制信號103可以是P麗信號或者是一個模擬信號，表征燈的亮度。光源驅動電 路106可以是常用的隔離式的電源(如反激、正激電路)或者非隔離式電源，這些均是業(yè)界 常用知識，這里不再闡述。如控制信號103是P麗模式的，即業(yè)界常用的P麗調光(也稱數(shù) 字調光)，通過調節(jié)P麗信號的占空比來調節(jié)光源的亮度，占空比增大則光源亮度增大，反 之，占空比減小則光源亮度減小。如控制信號103是模擬信號，通常電壓高表示亮度高，電 壓低表示亮度低。從上面的闡述可知，開關接通時輸出端產生高電平，開關斷開時輸出端產 生低電平。調光脈沖為一系列負脈沖(或者低電平)。譯碼電路105通過約定的協(xié)議，分析 出有用的調光信號，然后通過改變輸出P麗信號的占空比或模擬電平的高低進行調光。
在本實施例中，譯碼電路105通過改變輸出P麗信號的占空比控制光源驅動電路 106進行調光。譯碼電路105根據接收到的信號102的低電平(負脈沖)的時間長短來區(qū) 分信號的含義。本實施例中的調光協(xié)議規(guī)定如下調節(jié)亮度的負脈沖時間(tSffi)必須大于 300ms，小于ls。若采集到的負脈沖小于300ms則認為是撥動開關時抖動所致，而非有用信 號；調節(jié)調光方向的負脈沖時間(t力^)必須在ls 5s之間。譯碼電路105設有超時保護 機制，會將長于5s的負脈沖看作錯誤操作信號，而不進行任何操作；最長等待時間(tmax)為 15s，即向譯碼電路105發(fā)出了更改調光方向的脈沖后，若在15s內未進行調光操作，則系統(tǒng) 認為這次更改調光方向無效，調光方向仍舊與上一次調光時相同。 在本實施例中，光源的亮度被分為20級，光源熄滅為0級，最大亮度為第20級。每 接收到一個調節(jié)亮度脈沖，光源亮度調整5% 。其他的亮度等級對本領域技術人員來講也是 顯而易見的。 系統(tǒng)上電后，初始亮度最亮，初始調光方向是下調，即亮度調暗。假設初始光源亮 度為n級，改變開關狀態(tài)(撥動開關)輸出一串調節(jié)亮度的負脈沖至譯碼電路105后，譯碼 電路105控制光源的亮度一級一級的下調。圖6為降低光源亮度的示意圖。
假設光源的初始亮度為6級，若連續(xù)調暗光源亮度至0級(即熄滅)后，繼續(xù)撥動 開關進行亮度調節(jié)，則光源亮度會重新恢復至最大值(20級)，然后再一級一級的調暗。圖 7為循環(huán)調暗光源亮度的示意圖。 在實際應用中僅能單方向調整光源亮度是遠遠不夠的。在本實施例中，當需要改 變調光方向時，需要適當長時間撥動開關(即開關處于斷開狀態(tài)一個較長的時間)，向譯碼 電路105發(fā)出調節(jié)調光方向脈沖，按照上述協(xié)議，其低電平的時間t力^必須在ls 5s之
6間。譯碼電路105接收到該脈沖后會更改調光方向。之后再進行的調光操作則是按照新的 調光方向來調整光源亮度。圖8為更換調光方向的示意圖。 假設系統(tǒng)上電后，光源的初始亮度為16級，初始調光方向為下調。按照上述方法， 適當?shù)拈L時間撥動開關將調光方向更改為調亮。在調光過程中若連續(xù)調亮光源亮度至20 級后，繼續(xù)旋轉調光旋鈕進行亮度調節(jié)，則光源亮度會重新變回0級，然后再一級一級的調 亮。圖9為循環(huán)調亮光源亮度的示意圖。 圖IO為雙方向調光的示意圖。圖中光源的初始亮度為n級，初始調光方向為調暗。 撥動開關將光源亮度調暗至n-2級后，按照協(xié)議約定的時間內適當?shù)拈L時間撥動開關(使 之處于斷開位置)，譯碼電路105將調光方向更改為調亮。隨后再撥動開關發(fā)出四個調節(jié)亮 度的脈沖，光源亮度會被調亮至n+2級。 每當長時間撥動開關一次(使之處于斷開位置)，發(fā)出更改調光方向脈沖后，譯碼 電路105將改變調光的方向。但是若在此后的tmax時間內未進行調節(jié)光源亮度的操作，則 譯碼電路105認為此次更改調光方向無效，調光方向仍舊與上一次調光時相同。圖11為更 改調光方向無效的示意圖。 實施例2、采用實施例1所示的數(shù)字調光裝置，約定的協(xié)議改成如下內容
在本實施例中，對調節(jié)亮度的負脈沖時間(t亮度)、調節(jié)調光方向的負脈沖時間(t 力^、由抖動產生的脈沖時間以及光源亮度等級的設定均與實施例1中相同。系統(tǒng)上電后， 初始的調光方向是下調。撥動開關輸出一串調節(jié)亮度的負脈沖至譯碼電路105，譯碼電路 105對脈沖信號進行去抖動處理后，暫時先不調整光源亮度，而是把有效調光脈沖的個數(shù)記 錄下來。直至在收到前一個脈沖后的t,肖時間內未再收到下一個脈沖為止，譯碼電路105 根據記錄下的脈沖個數(shù)和光源亮度的初始等級，計算得出現(xiàn)在應調至的亮度等級，然后直 接將光源亮度調至該等級。在計算當前的亮度等級時，若發(fā)現(xiàn)調光脈沖的個數(shù)大于光源亮 度的初始等級數(shù)，則當光源亮度等級減至O后，重新恢復至最大值(20級)繼續(xù)進行運算。 與實施例1中的循環(huán)調光相似。本實施例設定t,肖為5s。 圖12為采用實施例2協(xié)議調整光源亮度的示意圖。假設光源的初始亮度為2級， 初始調光方向為下調。撥動開關向譯碼電路105發(fā)送6個調節(jié)亮度的負脈沖后，等待t,肖 時間，光源亮度被直接調整至17級。 上述具體實施例只是為了說明本發(fā)明的技術構思和應用特點，其目的在于讓熟悉 此領域的工程設計人員能夠了解本發(fā)明的內涵實質并加以應用，但并不能因此而限制本發(fā) 明的保護范圍。無論在上文中出現(xiàn)了如何詳細的說明，也可以許多方式實施本發(fā)明。上述 電路結構及其控制方式的細節(jié)在其執(zhí)行細節(jié)中可以進行相當多的變化，然而其仍然包含在 這里所公開的本發(fā)明中。凡根據本發(fā)明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā) 明的保護范圍之內。
權利要求
一種調光裝置，其特征是包括作為調光脈沖發(fā)生組件的開關元件(100)，開關元件(100)與限幅電路(104)相耦接，限幅電路(104)的輸出與譯碼電路(105)相耦接，所述譯碼電路(105)與光源驅動電路(106)相耦接，光源驅動電路(106)與光源相連。
2. 根據權利要求1所述的調光裝置，其特征是開關元件(100)為旋鈕開關、不帶鎖定 的開關或帶鎖定的開關。
3. 根據權利要求l所述的調光裝置，其特征是調光裝置還包括一輔助供電電路 (112)，用于給限幅電路(104)和譯碼電路(105)供電。
4. 根據權利要求1所述的調光裝置，其特征是輔助供電電路(112)可以為外加電源。
5. 根據權利要求1所述的調光裝置，其特征是該調光裝置在使用時外部需提供一個供電電源，該供電電源可以是直流電源或交流電源。
6. 利用如權利要求1 5中任意一種調光裝置所進行的調光方法，其特征是包括以下 步驟外部提供一供電電源；以開關組件(100)與供電電源相串聯(lián)，產生調光脈沖；開關元件(100)產生的脈沖信號通過限幅電路(104)轉化為幅值適合譯碼電路(105) 的脈沖調光信號；譯碼電路(105)將上述脈沖調光信號進行去抖動處理后按照約定協(xié)議進行分析、解 碼，然后控制光源驅動電路(106)對光源進行調光；所述約定協(xié)議為關于調整光源亮度方 式的協(xié)議。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)字調光裝置，包括開關元件(100)，開關元件(100)與限幅電路(104)相耦接，限幅電路(104)的輸出與譯碼電路(105)相耦接，譯碼電路(105)與光源驅動電路(106)相耦接，光源驅動電路(106)與光源相連。本發(fā)明還同時提供了利用該調光裝置所進行的數(shù)字調光方法以開關組件(100)與供電電源相串聯(lián)，產生調光脈沖；開關元件(100)產生的脈沖信號通過限幅電路(104)轉化為幅值適合譯碼電路(105)的脈沖調光信號；譯碼電路(105)將上述脈沖調光信號進行去抖動處理后按照約定協(xié)議進行分析、解碼，然后控制光源驅動電路(106)對光源進行調光。本發(fā)明可以在不改變傳統(tǒng)布線的前提下實現(xiàn)調光。
文檔編號H05B37/02GK101754526SQ20091015508
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月17日 優(yōu)先權日2009年12月17日
發(fā)明者張軍明, 杜韋靜 申請人:浙江大學