| 权 利 要 求 书 1、 一种荧光灯调光方法， 基于用普通切相调光器对荧光灯电子镇流器或 一体化荧光灯电路进行荧光灯亮度调节：所述荧光灯电子镇流器或一体化荧光 灯电路包括顺序连接的 EMI电路、 整流电路、 有源功率校正电路 (APFC：)、 直 流滤波电路和可调控的高频逆变电路，所述高频逆变电路连接荧光灯管，所述 荧光灯管与所述高频逆变电路之间还连接有荧光灯发光电流检测电路；其特征 在于， 还包括单片机和数 /模转换电路， 所述单片机的输出端通过所述数 /模转 换电路连接到所述高频逆变电路的输入端，所述单片机输入端连接所述有源功 率校正电路对该电路的工作电流脉冲进行识别和计数；所述有源功率校正电路 工作频率固定； 所述调光方法包括： 定义所述切相调光器全导通状态下计数的所述工作电流脉冲个数 Ym对应 于相角为 180 度的最大亮度状态， 该最大亮度状态对应调光控制电压信号为 Xm; 修改调节荧光灯亮度对应的所需模拟量调光控制电压信号 X与在整流后 的一个单向脉动电压周期内对所述工作电流脉冲计数的个数 Y的关系为线性 关系或对数关系； 所述单片机与所述数 /模转换电路根据修改的所述线性关系或对数关系， 生成对应于切相调节时所述工作电流脉冲的计数个数 对应的调光控制电压 信号 ， 并将该调光控制电压信号发送至所述高频逆变电路进行调光。 2、 如权利要求 1所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述在一个单向 脉动电压周期内对所述工作电流脉冲计数的个数 Y与调节荧光灯亮度对应的 所需调光控制电压信号 X 的线性关系根据如下条件确定： 在全导通状态下， 所述工作电流脉冲的计数个数 Ym对应荧光灯的最大亮度状态， 对应调光控制 电压信号为 Xm; 所述工作电流脉冲的计数个数为二分之一 Ym对应荧光灯的 50%亮度状态， 对应调光控制电压信号为二分之一 Xm。 3、 如权利要求 1所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述在一个单向 脉动电压周期内对所述工作电流脉冲计数的个数 Y与调节荧光灯亮度对应的 1 所需调光控制电压信号 X 的对数关系根据如下条件确定： 在全导通状态下， 所述工作电流脉冲的计数个数 Ym对应荧光灯的最大亮度状态， 对应调光控制 电压信号为 xm。 4、 如权利要求 1所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述有源功率校 正电路采用升压模式工作。 5、 如权利要求 1所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 还包括用于分频 的数字电路， 该数字电路的输出端连接所述单片机的输入端， 该数字电路的输 入端连接所述有源功率校正电路对所述有源功率校正电路的工作电流脉冲进 行识别和分频， 所述单片机对分频后的脉冲进行计数。 6、 如权利要求 1所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述单片机输入 端连接在所述有源功率校正电路中的升压储能电感 L1的副绕组上， 或所述有 源功率校正电路中的晶体管 Q1与电源负极之间串接电阻 R， 所述单片机输入 端连接在所述晶体管 Q1与所述电阻 R之间。 7、 如权利要求 1至 6之一所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述调 光控制电压信号 按照如下方式生成： 所述数 /模转换电路为串、 并连接在所 述单片机的多个 10 口上的一组电阻， 经所述一组电阻进行编码混合生成所述 调光控制电压信号 Xi。 8、 如权利要求 1至 6之一所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述调 光控制电压信号 按照如下方式生成： 所述数 /模转换电路为积分滤波电路， 所述单片机输出一个高频脉冲宽度调制信号经所述积分滤波电路进行积分滤 波生成所述调光控制电压信号 。 9、 如权利要求 1至 6之一所述的荧光灯调光方法， 其特征在于， 所述数 / 模转换电路可采用 D/A芯片外置连接在所述单片机的输出端或集成在所述单 片机中。 2 |
本发明涉及一种用于荧光灯的电子镇流器或一 体化荧光灯的调光方法。 背景技术
荧光灯是最为常用的照明光源之一。随着人们 对节能、灯光照明效果的要 求不断提高， 出现了对荧光灯亮度进行调节的方法， 以根据照明亮度、照明氛 围等不同照明要求、 实现不同的照明效果。
如图 1所示， 现有的 25瓦以下小功率普通电子镇流器或一体化荧光 电 路采用顺序连接的 EMI电路 1 (Electro Magnetic Interference电磁干扰滤波电 路）、 整流电路 2、直流滤波电路 4和可调控的高频逆变电路 5， 由高频逆变电 路 5驱动荧光灯管 6。
如图 2所示， 现有的 25瓦以上中大功率普通电子镇流器或一体化荧 灯 电路采用顺序连接的 EMI电路 1、整流电路 2、无源功率校正电路 PPFC(Passive Power Factor Correction Circuitry, 也称无源功率因数校正电路）或有源功率校 正电路 APFC (Active Power Factor Correction Circuitry, 也称有源功率因数校 正电路） 3、 直流滤波电路 4和可调控的高频逆变电路 5， 由高频逆变电路 5 驱动荧光灯管 6。
如图 3所示， 现有的 25瓦以上中大功率普通电子镇流器或一体化荧 灯 电路对荧光灯所进行的调光方法为：在整流电 路 2与高频逆变电路 5之间增加 依次连接的降压整形电路 8和积分、 平滑电路 9， 在荧光灯管 6和高频逆变电 路 5之间设置荧光灯电流检测电路 7。 该荧光灯电流检测电路 7检测荧光灯管 6的发光电流并进行整形、 平滑处理后输出至高频逆变电路 5; 该降压整形电 路 8和积分、平滑电路 9对经连接在 EMI电路 1之前的前后沿切相调光器（图 中未示出）切相调节并经 EMI电路 1、整流电路 2去干扰和整流后的市电电压 进行降压、 整形、 积分、 平滑等处理后， 得到一个与输入交流电切相后有效值 近似等比例变化的低电压信号， 输出至高频逆变电路 5， 该高频逆变电路 5采 用调频、调宽或调压等方式， 控制荧光灯管的发光电流与切相调节后输入电 压 有效值比例一致， 实现在输入线上接入切相调光器调光、使荧光 灯灯管亮度按 比例变化的调光效果。
现有的小功率和中大功率荧光灯的调光方法存 在如下缺陷：
1、 因未设置有源或无源的功率校正电路， 小功率荧光灯易受到电网的 谐波干扰， 带来荧光灯闪烁、 发光不稳定等问题；
2、 对小功率荧光灯， 在对输入电压波形进行切相时， 切相调光器中的 晶体管瞬间导通或截止产生高的尖脉冲， 该尖脉冲与电路中电容、 电感器件共同作用产生移相和谐振，将影响后 级电路工作的稳定性， 在极端情况下可能造成后级电路烧毁；
3、 对小功率荧光灯， 当出现输入电压被切相后有效值很低、 且荧光灯 未启动 （即无负载） 时， 将无法取得平滑的等比例低电压信号， 导 致高频逆变电路无法启动工作； 高频逆变电路必须在输入电压有效 值达到一定高度时才能启动工作， 使整个镇流器或一体化荧光灯电 路的启动点过高，造成调光范围窄、荧光灯无 法在低亮度进行调节；
4、 对小功率荧光灯和中大功率的荧光灯， 由于输入市电电压为正弦波 电压,切相调光过程与正弦波切相后的电压有 值呈非线性对应关 系,荧光灯的最终实际亮度调节必然呈非线性 导致现有调光器在后 段的调节中， 感觉荧光灯的亮度变化不明显。 发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种荧光 灯调光方法， 克服现有技术 存在的荧光灯调光时闪烁、发光不稳定、荧光 灯电路因切相电压尖峰产生移相 和谐振、对后级电路工作稳定性造成影响、镇 流器电路启动点高、造成调光范 围窄、荧光灯无法在低亮度进行调节、荧光灯 亮度调节呈非线性导致调光器在 后段调节中， 感觉荧光灯调节亮度变化不明显等缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 提供一种荧光灯调光方法， 基于用普通切相调光器对荧光灯电子镇流器或 一体化荧光灯电路进行荧光灯 亮度调节： 所述荧光灯电子镇流器或一体化荧光灯电路包 括顺序连接的 EMI 电路、整流电路、有源功率校正电路、直流滤 波电路和可调控的高频逆变电路， 所述高频逆变电路连接荧光灯管，所述荧光灯 管与所述高频逆变电路之间还连 接有荧光灯发光电流检测电路； 其特征在于， 还包括单片机和数 /模转换电路， 所述单片机的输出端通过所述数 /模转换电路连接到所述高频逆变电路的输入 端，所述单片机输入端连接所述有源功率校正 电路对该电路的工作电流脉冲进 行识别和计数； 所述有源功率校正电路工作频率固定；
所述调光方法包括：
定义所述切相调光器全导通状态下计数的所述 工作电流脉冲个数 Y m 对应 于相角为 180 度的最大亮度状态， 该最大亮度状态对应调光控制电压信号为 X m ; 修改调节荧光灯亮度对应的所需模拟量调光控 制电压信号 X与在整流后 的一个单向脉动电压周期内对所述工作电流脉 冲计数的个数 Y的关系为线性 关系或对数关系；
所述单片机与所述数 /模转换电路根据修改的所述线性关系或对数 系， 生成对应于切相调节时所述工作电流脉冲的计 数个数 对应的调光控制电压 信号 ， 并将该调光控制电压信号发送至所述高频逆变 电路进行调光。
在本发明的荧光灯调光方法中，所述在一个单 向脉动电压周期内对所述工 作电流脉冲计数的个数 Y与调节荧光灯亮度对应的所需调光控制电压 号 X 的线性关系根据如下条件确定： 在全导通状态下， 所述工作电流脉冲的计数个 数 Y m 对应荧光灯的最大亮度状态，对应调光控 制电压信号为 X m; 所述工作电 流脉冲的计数个数为二分之一 Y m 对应荧光灯的 50%亮度状态， 对应调光控制 电压信号为二分之一 X m 。
在本发明的荧光灯调光方法中，所述在一个单 向脉动电压周期内对所述工 作电流脉冲计数的个数 Y与调节荧光灯亮度对应的所需调光控制电压 号 X 的对数关系根据如下条件确定： 在全导通状态下，所述工作电流脉冲的计数个 数 Y m 对应荧光灯的最大亮度状态， 对应调光控制电压信号为 X m 。
在本发明的荧光灯调光方法中， 所述有源功率校正电路采用升压模式工 作。 在本发明的荧光灯调光方法中， 还包括用于分频的数字电路， 该数字电路 的输出端连接所述单片机的输入端，该数字电 路的输入端连接所述有源功率校 正电路对所述有源功率校正电路的工作电流脉 冲进行识别和分频，所述单片机 对分频后的脉冲进行计数。
在本发明的荧光灯调光方法中，所述单片机输 入端连接在所述有源功率校 正电路中的升压储能电感 L1的副绕组上， 或所述有源功率校正电路中的晶体 管 Q1与电源负极之间串接电阻 R， 所述单片机输入端连接在所述晶体管 Q1 与所述电阻 R之间。
在本发明的荧光灯调光方法中， 所述调光控制电压信号 按照如下方式 生成： 所述数 /模转换电路为串、 并连接在所述单片机的多个 10口上的一组电 阻， 经所述一组电阻进行编码混合生成所述调光控 制电压信号 。
在本发明的荧光灯调光方法中， 所述调光控制电压信号 按照如下方式 生成： 所述数 /模转换电路为积分滤波电路， 所述单片机输出一个高频脉冲宽 度调制信号经所述积分滤波电路进行积分滤波 生成所述调光控制电压信号 在本发明的荧光灯调光方法中， 所述调光控制电压信号 按照如下方式 生成： 所述数 /模转换电路可采用 D/A芯片外置连接在所述单片机的输出端或 集成在所述单片机中。
实施本发明的荧光灯调光方法， 与现有技术比较， 其有益效果是：
1. 基于在整流后的一个单向脉动电压周期内对有 源功率校正电路检 出的工作电流脉冲计数， 通过将调光控制电压信号修改为与有源功 率校正电路检出的工作电流脉冲计数个数呈线 性关系或对数关系， 实现了荧光灯的全范围平滑调光， 可达到与白炽灯、 钨丝卤素灯一 样的调光效果；
2. 由于人眼的特性对低亮度比高亮度更为敏感， 采用对数曲线方式调 光正好符合人眼对光线敏感度的需求， 因而感觉调光效果更加平滑 舒适；
3. 通过采用有源功率校正电路（APFC电路），消 了电网谐波的干扰， 保证荧光灯稳定发光； APFC电路保证线路电压和线路电流同相， 避 免了切相后电压尖峰移相现象， 不易产生谐振， 保证后级电路稳定、 安全工作； 当 APFC 电路采用升压模式工作时， 在切相调节后有效 电压较低时， 也能保证荧光灯正常点亮， 解决了现有荧光灯启动点 过高的问题；
4. 可使用现有的任何普通前后沿切相调光器来调 节荧光灯的亮度， 具 有全兼容性。 附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一歩说 明， 附图中：
图 1是现有的 25瓦以内小功率普通电子镇流器或一体化荧光 电路结构 框图。
图 2是现有的 25瓦以上中大功率普通电子镇流器或一体化荧 灯电路结 构框图。
图 3是现有的 25瓦以上中大功率普通电子镇流器或一体化荧 灯调光方 法原理框图。
图 4是本发明荧光灯调光方法的电子镇流器或一 化荧光灯电路图。
图 5 是本发明荧光灯调光方法中对有源功率校正电 路工作脉冲信号检出 的一种实施方式。
图 6 是本发明荧光灯调光方法中对有源功率校正电 路工作脉冲信号检出 的另一种实施方式。
图 7是本发明荧光灯调光方法的原理框图。
图 8 是本发明荧光灯调光方法中荧光灯电子镇流器 或一体化荧光灯电路 对应的电压调节波形图。
图 9是本发明荧光灯调光方法中，对 APFC电路工作电流脉冲的计数个数 Y与调光控制电压信号 X的函数关系修正曲线与未修正曲线的对比。
图 10是本发明荧光灯调光方法中， APFC电路工作电流脉冲的计数个数 Y对应的调光器切相后的电压有效角度与调光 制电压信号 X对应的荧光灯 管发光光通量的百分比的函数关系修正曲线与 未修正曲线的对比。 具体实施方式
本发明的荧光灯调光方法，基于如图 7所示的电子镇流器或一体化荧光灯 电路进行荧光灯亮度调节， 图 4给出了一个具体实例。
如图 4、 图 7所示， 上述荧光灯电子镇流器或一体化荧光灯电路包 括顺序 连接的 EMI电路 1、 整流电路 2、 有源功率校正电路 3 (APFC电路， 如图 4 所示， 有源功率校正电路 3包括升压储能电感 Ll、 升压二极管 D、 晶体管 Q1 和 APFC驱动芯片 31 (如 NCP1653 , Ucl854系列等固定工作频率驱功 IC), APFC 驱动芯片的功能也可以通过单片机编程加相应 外围电路来取代）、 直流 滤波电路 4和可调控的高频逆变电路 5 (如半桥式逆变驱动电路）， 高频逆变 电路 5连接驱动荧光灯管 6， EMI电路 1输入端连接切相调光器 100进行切相 调节 （如图 8所示）。 在荧光灯管 6与高频逆变电路 5之间还连接有荧光灯发 光电流检测电路 7， 在有源功率校正电路 3与高频逆变电路 5之间还连接有单 片机 10和数 /模转换电路 11， 单片机 10的输出端通过和数 /模转换电路 11连 接到高频逆变电路的输入端， 单片机 10的输入端连接有源功率校正电路 3对 有源功率校正电路 3 的工作电流脉冲进行识别和计数。 有源功率校正电路 3 的工作频率固定。
APFC电路 3的工作电流脉冲的检出方式包括但不限于：
如图 4所示， 通过将单片机 10的输入端连接在有源功率校正电路 3中的 升压储能电感 L1的副绕组上检出 APFC电路 3的工作电流脉冲。
如图 5所示，通过在有源功率校正电路 3中的晶体管 Q1与电源负极之间 串接电阻 R,单片机 10的输入端连接在晶体管 Q1与电阻 R之间，检出 APFC 电路 3的工作电流脉冲。
如图 6所示， 通过将 APFC电路 3中的 APFC驱动芯片 31的输入端连接 到整流后的电压正极上， APFC驱动芯片 31的输出端接晶体管 Q1的驱动端、 同时连接到单片机的输入端。 APFC驱动芯片 31用于检测单向脉动电压的有 无， 当有切相电压时， 产生脉冲并输出到晶体管 Q1的驱动端产生工作电流， 所以， 此脉冲等同于晶体管 Ql的工作电流脉冲， 因此， 单片机即检测到了晶 体管 Q1的工作电流脉冲 （即 APFC电路 3的工作电流脉冲）。
本发明的荧光灯调光方法包括：
定义在切相调光器全导通状态下计数的 APFC电路 3的工作电流脉冲个数 Y m 对应于相角为 180度的最大亮度状态， 该最大亮度状态对应调光控制电压 信号为 X m 。
对调光控制电压信号 X作如下修改： 调节荧光灯亮度对应的调光控制电 压信号 X与在整流后的一个单向脉动电压周期内对工 电流脉冲计数的个数 Y的关系为线性关系或对数关系； 即建立 Y=aX+b关系或 Y=lo aX关系。 调 光控制电压信号 X采用模拟信号。
单片机 10和数 /模转换电路 11根据修改的上述线性关系或对数关系， 生 成对应于切相调节时 APFC电路 3工作电流脉冲的计数个数 对应的调光控 制电压信号 ，然后将该调光控制电压信号发送至高频逆变 电路 5，对荧光灯 管 6进行调光。
定义在整流后的一个单向脉动电压周期内的第 一个工作电流脉冲的上升 沿起始点相位为 0度相角、最后一个工作电流脉冲的下降沿终 相位为最终相 角。
上述定义的 0度相角和最终相角，在整流后的一个单向脉 电压周期内对 应于 0度和 180度。 在整流后的一个单向脉动电压周期内， APFC电路 3的工 作电流脉冲串的脉冲个数为 Y m ， 根据切相调光器 100进行切相调光后单片机 10对 APFC电路 3的工作电流脉冲的计数个数 与 Y、 X的线性关系或对数 关系， 可以确定对应的切相相位， 即切相调光器 100的切相位置。
图 8示出了电子镇流器或一体化荧光灯电路中 A、 B、 C、 D、 E各段在切 相调光器 100切相前的波形 A和切相后的波形 B、 传输到 EMI电路后的波形 C、 整流后的波形 D、 APFC电路工作升压经直流滤波后的波形 E和单片机检 出的 APFC电路工作电流脉冲的波形 F , 其中， Bi、 d、 表示前沿切相调光 器的切相对应电压波形， B 2 、 C 2 、 D 2 表示后沿切相调光器的切相对应电压波 形。 E为 APFC电路 3工作升压后经直流滤波 4形成的高压直流电 VBUS,作为 后级可调控的高频逆变电路 5的工作电源电压。 表示从升压储能电感 L1副 绕组上取得的电流脉冲信号， F 2 表示从晶体管 Q1与电压负极串联电阻 R上取 得的电流脉冲信号。
上述 Y、 X的线性关系的确定方式包括但不限于：
1、 在全导通状态下， 工作电流脉冲的计数个数 Y m 对应荧光灯的最 大亮度状态， 对应调光控制电压信号为 X m; 工作电流脉冲的计数个 数为二分之一 Y m 对应荧光灯的 50%亮度状态， 对应调光控制电压信 号为二分之一 X m ， 根据该两点条件确定线性函数 Y=aX+b。
2、 在全导通状态下， 工作电流脉冲的计数个数 Y m 对应荧光灯的最 大亮度状态， 对应调光控制电压信号为 X m; 在整流后的一个单向脉 动电压周期内的 0电压点， 工作电流脉冲的计数个数为 0， 对应荧光 灯的关断状态，对应调光控制电压信号为 Y Q ，根据该两点条件确定线 性函数 Y=aX+b。
上述 Y、 X的对数关系按如下方式确定： 在全导通状态下， 工作电流脉冲 的计数个数 Y m 对应荧光灯的最大亮度状态，对应调光控 制电压信号为 X m ，根 据该条件确定对数函数 Υ=^ aX。
APFC电路 3可以采用采用升压模式工作， 也可以采用其他模式工作， 如 可以采用降压模式或隔离变换模式工作等。
当单片机对有源功率校正电路的高频工作电流 脉冲识别速度跟不上时，可 以采用如下方式： 设置用于分频的数字电路， 该数字电路的输出端连接单片机 10的输入端， 该数字电路的输入端连接有源功率校正电路 3对有源功率校正 电路 3的工作电流脉冲进行识别和分频，单片机 10对分频后的脉冲进行计数。
数字电路对对有源功率校正电路 3 的工作电流脉冲进行分频根据需要确 定， 如进行四分频， 可得到满意的识别计数效果。
上述数 /模转换电路 11可以采用 D/A芯片外置连接在单片机 10的输出端 或集成在单片机 10中， 生成调光控制电压信号 。
上述调光控制电压信号 按照包括但不限于如下方式生成：
1、 数 /模转换电路 11采用串、 并连接在单片机 10的多个 10口上的一 组电阻， 经该一组电阻进行编码混合生成调光控制电压 信号 。
2、 数 /模转换电路采用积分滤波电路， 单片机 10输出一个高频脉冲宽 度调制信号经该积分滤波电路进行积分滤波生 成调光控制电压信号
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如图 9、 图 10所示， 将调光控制电压信号 X与工作电流脉冲计数的个数 Y的关系修改为线性关系或对数关系后的关系 线，与未修改的调光控制电压 信号 X与工作电流脉冲计数的个数 Y的关系曲线比较， 修改后的对应调光效 果符合人眼对低亮度敏感、对高亮度不敏感的 特点， 使得使用本发明技术、采 用现有普通调光器对荧光灯进行调光， 能够达到全范围平滑舒适的调光效果。
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