專利名稱：一種數(shù)字調(diào)光裝置和數(shù)字調(diào)光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及照明領(lǐng)域的調(diào)光技術(shù)，特別涉及一種采用數(shù)字方法進行調(diào)光的裝置和
方法。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)外廣泛使用的調(diào)光器主要是采用可控硅斬波技術(shù)。可控硅調(diào)光設(shè)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(diào)光器取代開關(guān))。然而，當(dāng)可控硅調(diào)光設(shè)備在導(dǎo)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(wǎng)污染嚴(yán)重，而且還會通過輻射和電傳導(dǎo)干 擾其它設(shè)備，同時使燈泡產(chǎn)生"絲絲"聲，效率低、負(fù)載適應(yīng)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(jù)環(huán)境光線自動進行調(diào)光，同時調(diào)光系統(tǒng)要具備很 好的可擴展性和柔性，使照明設(shè)備既可以實現(xiàn)本地分散、集中控制，還可以實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 為了順應(yīng)這種需要，許多數(shù)字調(diào)光協(xié)議應(yīng)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(yīng)用場合里，并不需要對所有的燈光進行集中、遠(yuǎn)程控制，若采用由這些協(xié)議 控制的數(shù)字調(diào)光系統(tǒng)未免會造成浪費。 目前其他的調(diào)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(diào)光控制信號，這樣會使系統(tǒng)布線變得復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種數(shù)字調(diào)光裝置及相應(yīng)的數(shù)字調(diào)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(diào)光，并具有系統(tǒng)簡單、操作方便等特點。 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種數(shù)字調(diào)光裝置，包括作為調(diào)光脈沖發(fā)生
組件的開關(guān)元件，開關(guān)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(qū)動電路相耦接，光源驅(qū)動電路與光源相連。 作為本發(fā)明的調(diào)光裝置的改進開關(guān)元件為旋鈕開關(guān)、不帶鎖定的開關(guān)或帶鎖定 的開關(guān)。 作為本發(fā)明的調(diào)光裝置的進一步改進調(diào)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(diào)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(diào)光裝置的進一步改進該調(diào)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(diào)光裝置所進行的調(diào)光方法，包括以下步驟
外部提供一供電電源； 以開關(guān)組件與供電電源相串聯(lián)，產(chǎn)生調(diào)光脈沖； 開關(guān)元件產(chǎn)生的脈沖信號通過限幅電路轉(zhuǎn)化為幅值適合譯碼電路的脈沖調(diào)光信號； 譯碼電路將上述脈沖調(diào)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(qū)動電路對光源進行調(diào)光；所述約定協(xié)議為關(guān)于調(diào)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(jù)實際應(yīng)用的需要按照常規(guī)理論自行 設(shè)定。 本發(fā)明的重點在于開關(guān)與調(diào)光合并，不采用SCR(晶閘管)等元件，通過一線制方 式實現(xiàn)調(diào)光。 本發(fā)明提出了一種新型的數(shù)字式調(diào)光裝置，該裝置采用一線制的通信方式，將開 關(guān)與調(diào)光器結(jié)合為一體，組成調(diào)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(guān)和調(diào)光器結(jié)合在一起，通信線與功率線 相結(jié)合，使得裝置布線簡單，體積小，控制方便。可以在不改變傳統(tǒng)布線的前提下實現(xiàn)調(diào)光。 相對于采用可控硅斬波技術(shù)的調(diào)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(wǎng)污染小等優(yōu)點。相對于采用較復(fù)雜的數(shù)字調(diào)光協(xié)議的數(shù)字調(diào)光系統(tǒng)來說，本發(fā)明更 適用于較小的應(yīng)用場合，整個系統(tǒng)比較簡單，操作方便。


下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細(xì)說明。圖1是本發(fā)明實施例1所示的新型數(shù)字調(diào)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(diào)暗光源亮度的示意圖；圖8為更換調(diào)光方向的示意圖；圖9為循環(huán)調(diào)亮光源亮度的示意圖；圖10為雙方向調(diào)光的示意圖；圖11為更改調(diào)光方向無效的示意圖；圖12為采用實施例2協(xié)議調(diào)整光源亮度的示意圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)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(xì)節(jié)。 實施例1、圖1給出了一種新型數(shù)字調(diào)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(diào)光脈沖發(fā)生組件為一個
開關(guān)元件100，可以是旋鈕開關(guān)、普通帶鎖定的開關(guān)或者不帶鎖定的開關(guān)。 開關(guān)元件100的一端與一個輸入端IN1相連，開關(guān)元件100的另一端分別通過光
源驅(qū)動電路輸入線101與光源驅(qū)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(guān)為例，常態(tài)下，旋鈕開關(guān)處于接通位置，當(dāng)外力(如人的手)旋動開關(guān) 時候，旋鈕開關(guān)處于斷開位置；在沒有外力的情況下(或者松開)，旋鈕開關(guān)會自動恢復(fù)到 初始接通狀態(tài)。因此，當(dāng)外力旋動開關(guān)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(jù)輸入109的有電還是懸浮，輸出相應(yīng)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(guān)為不帶鎖定的開關(guān)(即只能處于單個位置)，通常，開關(guān)平時處于接通狀 態(tài)。當(dāng)外力(如人的手)按動開關(guān)時候，開關(guān)處于斷開位置；其工作與旋鈕開關(guān)完全一致。
如開關(guān)元件為普通的帶鎖定的開關(guān)，當(dāng)開關(guān)合上時，輸入被接通。隨后，每次斷開 開關(guān)，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(jù)輸入109的有電還是懸浮，輸出相應(yīng)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(guān)一致。最后只要保證開關(guān)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(qū)動電路106相連接，光源驅(qū)動電路106與 光源相連；光源驅(qū)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?fù)?。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(lǐng)域的技術(shù)人員而言， 這是顯而易見的，這里不做詳細(xì)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(guān)元件100的輸出110及111作為輸入而產(chǎn)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(dāng)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。可以用R1/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(guān)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(guān)閉合，低電 平代表開關(guān)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(chǎn)生的延時一 般遠(yuǎn)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(lǐng)域技術(shù)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(dāng)?shù)腞C 濾波電路，去除過零點附近的抖動等方法。 當(dāng)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(guān)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(lǐng)域的技術(shù)人員而言也是顯而易見的，這里不做詳細(xì)描述。 譯碼電路105可根據(jù)本說明書中的協(xié)議，以單片機編程的方式，判斷開關(guān)發(fā)出的 調(diào)光指示信號并進行譯碼，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號103控制光源驅(qū)動電路106進行調(diào)光。具體的實施過程也是本領(lǐng)域技術(shù)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(guān)元件100(或簡稱開關(guān))的輸出端。在開關(guān)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(nèi)部的儲能元件 (如傳統(tǒng)的電容)中，在較長的一段時間內(nèi)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(guān)元件100的接通和斷開的狀態(tài)，在109信號線上會產(chǎn)生一系列有電 和懸浮的信號，經(jīng)過限幅電路104的限幅處理后，輸出信號102已經(jīng)是能夠表示開關(guān)狀態(tài)的 數(shù)字信號，其幅度已經(jīng)變?yōu)榕c輸入電源的電壓幅度無關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)高低電平信號，如高電平5V， 低電平OV(表示開關(guān)處于斷開的狀態(tài))。譯碼電路105接收102信號，根據(jù)本說明書中的協(xié) 議，通過對開關(guān)發(fā)出的調(diào)光指示信號的判斷，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號103用于控制光源驅(qū)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(qū)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(diào)光(也稱數(shù) 字調(diào)光)，通過調(diào)節(jié)P麗信號的占空比來調(diào)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(guān)接通時輸出端產(chǎn)生高電平，開關(guān)斷開時輸出端產(chǎn) 生低電平。調(diào)光脈沖為一系列負(fù)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(diào)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(diào)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(qū)動電路 106進行調(diào)光。譯碼電路105根據(jù)接收到的信號102的低電平(負(fù)脈沖)的時間長短來區(qū) 分信號的含義。本實施例中的調(diào)光協(xié)議規(guī)定如下調(diào)節(jié)亮度的負(fù)脈沖時間(tSffi)必須大于 300ms，小于ls。若采集到的負(fù)脈沖小于300ms則認(rèn)為是撥動開關(guān)時抖動所致，而非有用信 號；調(diào)節(jié)調(diào)光方向的負(fù)脈沖時間(t力^)必須在ls 5s之間。譯碼電路105設(shè)有超時保護 機制，會將長于5s的負(fù)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(diào)光方向的脈沖后，若在15s內(nèi)未進行調(diào)光操作，則系統(tǒng) 認(rèn)為這次更改調(diào)光方向無效，調(diào)光方向仍舊與上一次調(diào)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(diào)節(jié)亮度脈沖，光源亮度調(diào)整5% 。其他的亮度等級對本領(lǐng)域技術(shù)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(diào)光方向是下調(diào)，即亮度調(diào)暗。假設(shè)初始光源亮 度為n級，改變開關(guān)狀態(tài)(撥動開關(guān))輸出一串調(diào)節(jié)亮度的負(fù)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(diào)。圖6為降低光源亮度的示意圖。
假設(shè)光源的初始亮度為6級，若連續(xù)調(diào)暗光源亮度至0級(即熄滅)后，繼續(xù)撥動 開關(guān)進行亮度調(diào)節(jié)，則光源亮度會重新恢復(fù)至最大值(20級)，然后再一級一級的調(diào)暗。圖 7為循環(huán)調(diào)暗光源亮度的示意圖。 在實際應(yīng)用中僅能單方向調(diào)整光源亮度是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在本實施例中，當(dāng)需要改 變調(diào)光方向時，需要適當(dāng)長時間撥動開關(guān)(即開關(guān)處于斷開狀態(tài)一個較長的時間)，向譯碼 電路105發(fā)出調(diào)節(jié)調(diào)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(diào)光方向。之后再進行的調(diào)光操作則是按照新的 調(diào)光方向來調(diào)整光源亮度。圖8為更換調(diào)光方向的示意圖。 假設(shè)系統(tǒng)上電后，光源的初始亮度為16級，初始調(diào)光方向為下調(diào)。按照上述方法， 適當(dāng)?shù)拈L時間撥動開關(guān)將調(diào)光方向更改為調(diào)亮。在調(diào)光過程中若連續(xù)調(diào)亮光源亮度至20 級后，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)調(diào)光旋鈕進行亮度調(diào)節(jié)，則光源亮度會重新變回0級，然后再一級一級的調(diào) 亮。圖9為循環(huán)調(diào)亮光源亮度的示意圖。 圖IO為雙方向調(diào)光的示意圖。圖中光源的初始亮度為n級，初始調(diào)光方向為調(diào)暗。 撥動開關(guān)將光源亮度調(diào)暗至n-2級后，按照協(xié)議約定的時間內(nèi)適當(dāng)?shù)拈L時間撥動開關(guān)(使 之處于斷開位置)，譯碼電路105將調(diào)光方向更改為調(diào)亮。隨后再撥動開關(guān)發(fā)出四個調(diào)節(jié)亮 度的脈沖，光源亮度會被調(diào)亮至n+2級。 每當(dāng)長時間撥動開關(guān)一次(使之處于斷開位置)，發(fā)出更改調(diào)光方向脈沖后，譯碼 電路105將改變調(diào)光的方向。但是若在此后的tmax時間內(nèi)未進行調(diào)節(jié)光源亮度的操作，則 譯碼電路105認(rèn)為此次更改調(diào)光方向無效，調(diào)光方向仍舊與上一次調(diào)光時相同。圖11為更 改調(diào)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(diào)光裝置，約定的協(xié)議改成如下內(nèi)容
在本實施例中，對調(diào)節(jié)亮度的負(fù)脈沖時間(t亮度)、調(diào)節(jié)調(diào)光方向的負(fù)脈沖時間(t 力^、由抖動產(chǎn)生的脈沖時間以及光源亮度等級的設(shè)定均與實施例1中相同。系統(tǒng)上電后， 初始的調(diào)光方向是下調(diào)。撥動開關(guān)輸出一串調(diào)節(jié)亮度的負(fù)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(diào)整光源亮度，而是把有效調(diào)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(nèi)未再收到下一個脈沖為止，譯碼電路105 根據(jù)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(yīng)調(diào)至的亮度等級，然后直 接將光源亮度調(diào)至該等級。在計算當(dāng)前的亮度等級時，若發(fā)現(xiàn)調(diào)光脈沖的個數(shù)大于光源亮 度的初始等級數(shù)，則當(dāng)光源亮度等級減至O后，重新恢復(fù)至最大值(20級)繼續(xù)進行運算。 與實施例1中的循環(huán)調(diào)光相似。本實施例設(shè)定t,肖為5s。 圖12為采用實施例2協(xié)議調(diào)整光源亮度的示意圖。假設(shè)光源的初始亮度為2級， 初始調(diào)光方向為下調(diào)。撥動開關(guān)向譯碼電路105發(fā)送6個調(diào)節(jié)亮度的負(fù)脈沖后，等待t,肖 時間，光源亮度被直接調(diào)整至17級。 上述具體實施例只是為了說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思和應(yīng)用特點，其目的在于讓熟悉 此領(lǐng)域的工程設(shè)計人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)涵實質(zhì)并加以應(yīng)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(xì)的說明，也可以許多方式實施本發(fā)明。上述 電路結(jié)構(gòu)及其控制方式的細(xì)節(jié)在其執(zhí)行細(xì)節(jié)中可以進行相當(dāng)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(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā) 明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種調(diào)光裝置，其特征是包括作為調(diào)光脈沖發(fā)生組件的開關(guān)元件(100)，開關(guān)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(qū)動電路(106)相耦接，光源驅(qū)動電路(106)與光源相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光裝置，其特征是開關(guān)元件(100)為旋鈕開關(guān)、不帶鎖定 的開關(guān)或帶鎖定的開關(guān)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的調(diào)光裝置，其特征是調(diào)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(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光裝置，其特征是輔助供電電路(112)可以為外加電源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的調(diào)光裝置，其特征是該調(diào)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(quán)利要求1 5中任意一種調(diào)光裝置所進行的調(diào)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(guān)組件(100)與供電電源相串聯(lián)，產(chǎn)生調(diào)光脈沖；開關(guān)元件(100)產(chǎn)生的脈沖信號通過限幅電路(104)轉(zhuǎn)化為幅值適合譯碼電路(105) 的脈沖調(diào)光信號；譯碼電路(105)將上述脈沖調(diào)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(qū)動電路(106)對光源進行調(diào)光；所述約定協(xié)議為關(guān)于調(diào)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(diào)光裝置，包括開關(guān)元件(100)，開關(guān)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(qū)動電路(106)相耦接，光源驅(qū)動電路(106)與光源相連。本發(fā)明還同時提供了利用該調(diào)光裝置所進行的數(shù)字調(diào)光方法以開關(guān)組件(100)與供電電源相串聯(lián)，產(chǎn)生調(diào)光脈沖；開關(guān)元件(100)產(chǎn)生的脈沖信號通過限幅電路(104)轉(zhuǎn)化為幅值適合譯碼電路(105)的脈沖調(diào)光信號；譯碼電路(105)將上述脈沖調(diào)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(qū)動電路(106)對光源進行調(diào)光。本發(fā)明可以在不改變傳統(tǒng)布線的前提下實現(xiàn)調(diào)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(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者張軍明, 杜韋靜 申請人:浙江大學(xué)