CN104968113B - 可控整流波远距离调节多个led灯亮度的装置 - Google Patents

Abstract

一种可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，由整流控制单元、多个LED灯亮度调节单元组成。整流控制单元由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、亮度给定模块组成，输入单相220V交流电源，输出电压有效值低于220V的可控整流电压，在可控整流电压中发送由引导波、地址波、亮度波组成的亮度控制信号。LED灯亮度调节单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、地址设定模块、LED驱动模块组成，根据可控整流电压中的亮度控制信号控制LED灯的亮度。所述装置无需遥控器，无需单独敷设控制线，直接利用单相电源线传输亮度控制信号，可远距离对多个LED灯的亮度进行分别调节。

Description

可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置

技术领域

本发明涉及一种照明灯具技术，尤其是一种可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置。

背景技术

由于LED灯的非线性特性，LED灯的亮度不能采用调节电压的方式来实现。

采用可控恒流源来调节LED灯的亮度时，工作电流的改变会带来LED灯的色谱偏移，同时，低亮度下LED灯负载电流也变得很低，会使可控恒流源效率降低及温升增高，损耗在驱动芯片上的功耗越大，从而会损害恒流源及LED光源的寿命。

采用PWM(脉宽调制)调光方式控制LED灯亮度，可以避免调压方式和调电流方式带来的问题。目前常用的LED灯调光方法有三种：

一是采用遥控器控制。LED灯控制电路装有遥控器接收装置，可以通过遥控器对LED灯进行有级调光或者是无级调光，其缺点是一个LED灯需要配备一个遥控器，造成遥控器数量多，管理麻烦，成本也偏高。

二是采用数字控制技术。例如，采用DALI(数字可寻址的照明接口)技术，DALI***软件可对同一强电回路或不同回路上的单个或多个LED灯具进行独立寻址，通过DALI***软件对单灯或任意的灯组进行精确的调光及开关控制。该方案技术先进，但成本很高，***除需要布设电力线外，还需要布设控制线。

三是采用单火线开关通断控制技术。例如，采用NU102专用芯片，即可利用普通墙面开关在规定的时间内的开关动作，实现LED灯的亮度调节。但该方法只能提供4档LED灯的调节亮度，且开关动作有时间要求。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种在不增加控制信号线和不使用遥控器的情况下，利用单相电源线实现可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，由整流控制单元和m个LED灯亮度调节单元组成，m为大于等于2的整数。

所述整流控制单元设有相线输入端子、零线输入端子、第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；所述相线输入端子、零线输入端子输入单相220V交流电源；所述第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子输出可控整流电压。

所述LED灯亮度调节单元设有第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子，所述第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子分别连接至整流控制单元的第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子。

所述整流控制单元由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、亮度给定模块组成。

所述变压器的两个输入端子分别为相线输入端子、零线输入端子，两个输出端子分别为第一交流端子、第二交流端子；所述第一交流端子、第二交流端子输出第二交流电源。

所述控制电源模块由控制电源单相整流桥和第一滤波稳压电路组成，输出第一直流工作电源；所述控制电源单相整流桥的两个交流输入端分别连接至第一交流端子、第二交流端子；所述控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地。

所述可控整流模块由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成；所述整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子和第二交流端子，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子。

所述触发控制模块设有交流控制输入端、整流控制输入端；所述交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；所述交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；所述整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；所述整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止。

所述过零检测模块设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；所述过零电压输入端的两个端子分别连接至第一交流端子和第二交流端子；所述过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；所述过零脉冲与第二交流电源正半波对应；所述过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

所述亮度给定模块设有亮度给定信号输出端输出亮度给定信号；所述亮度给定信号包括有与m个LED灯亮度调节单元一一对应的亮度等级信号。

所述单片机控制模块包括有亮度给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；所述捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端；所述两路电平信号输出端分别为交流控制输出端、整流控制输出端；所述交流控制输出端、整流控制输出端分别连接至触发控制模块的交流控制输入端、整流控制输入端。

所述LED灯亮度调节单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、地址设定模块、LED驱动模块组成。

所述调节电源模块输入可控整流电压、输出第二直流工作电源，由调节电源单相整流桥和第二滤波稳压电路组成；所述调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地；

所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；所述取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；所述波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；所述取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应。

所述单片机调节模块具有捕捉输入端、地址码输入端和PWM脉冲输出端，单片机调节模块的捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端。

所述地址设定模块用于设定所在LED灯亮度调节单元的地址码，设有地址码输出端；所述地址码输出端连接至单片机调节模块的地址码输入端。

所述LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有PWM亮度调节信号输入端；所述PWM亮度调节信号输入端连接至单片机调节模块的PWM脉冲输出端。

整流控制单元通过控制可控整流电压来发送亮度控制信号，亮度控制信号由引导波、地址波、亮度波组成。

所述LED灯亮度调节单元接收亮度控制信号并调节LED灯亮度。

本发明的有益效果是，采用电源线远距离分别独立控制多个LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线；LED灯亮度可以根据需要分成多个等级；采用整流波传送亮度控制信号，不会造成LED灯亮度调节时闪烁以及功率因数的降低。

附图说明

图1是***实施例结构框图。

图2是整流控制单元结构图。

图3是可控整流模块实施例电路图。

图4是触发控制模块实施例电路图。

图5是整流控制单元中控制部分实施例电路图。

图6是实施例发送亮度控制信号时波形示意图。

图7是亮度控制信号发送方法。

图8是LED灯亮度调节单元结构图。

图9是LED灯亮度调节单元调节部分实施例电路图。

图10是LED驱动模块实施例电路图。

图11是亮度接收与调节方法。

具体实施方式

下面通过附图并结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明装置由整流控制单元和并联联接的m个LED灯亮度调节单元组成，m为大于等于2的整数。有4个LED灯亮度调节单元的装置实施例***结构框图如图1所示，整流控制单元由相线输入端子L、零线输入端子N输入单相220V交流电源，由第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出可控整流电压。1－4#LED灯亮度调节单元均由第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入可控整流电压并控制LED灯亮度。

整流控制单元的结构如图2所示，由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、亮度给定模块组成。

变压器的两个输入端子分别为相线输入端子L、零线输入端子N，两个输出端子分别为第一交流端子L1、第二交流端子N1。第一交流端子L1、第二交流端子N1输出第二交流电源。第二交流电源的电压有效值低于整流控制单元输入的单相220V交流电源的电压有效值。

可控整流模块的实施例如图3所示，由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成。整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子L1和第二交流端子N1，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子AC1；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子L1；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子AC2；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子N1。

双向晶闸管V1的触发脉冲从其控制极K11和第一阳极K12输入，双向晶闸管V2的触发脉冲从其控制极K21和第一阳极K22输入，双向晶闸管V3的触发脉冲从其控制极K31和第一阳极K32输入，双向晶闸管V4的触发脉冲从其控制极K41和第一阳极K42输入。

整流桥UR1采用单相整流桥堆，或者是采用4个二极管组成单相整流桥代替。

触发控制模块为满足以下功能的电路：设有交流控制输入端、整流控制输入端；交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止。

触发控制模块的实施例如图4所示，由过零触发光耦U1－U4和输入限流电阻R1－R4、输出限流电阻R5－R8组成，设有交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。过零触发光耦U1－U4的内部包括有输入发光二极管、输出光控双向晶闸管，以及过零触发电路。过零触发光耦U1－U4的型号在MOC3041、MOC3042、MOC3043、MOC3061、MOC3062、MOC3063中选择。

输入限流电阻R1与过零触发光耦U1的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源VDD1和交流控制输入端KJ。输入限流电阻R1串联在过零触发光耦U1的输入发光二极管阳极，如图4所示；输入限流电阻R1也可以串联在过零触发光耦U1的输入发光二极管的阴极。

输入限流电阻R2与过零触发光耦U2的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源VDD1和交流控制输入端KJ。输入限流电阻R3与过零触发光耦U3的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源VDD1和整流控制输入端KZ。输入限流电阻R4与过零触发光耦U4的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源VDD1和整流控制输入端KZ。输入限流电阻R2－R4可以串联在相应过零触发光耦的输入发光二极管阳极，如图4所示；也可以串联在相应过零触发光耦的输入发光二极管阴极。

输出限流电阻R5与过零触发光耦U1内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V1的控制极K11和第一阳极K12；输出限流电阻R6与过零触发光耦U2内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V2的控制极K21和第一阳极K22；输出限流电阻R7与过零触发光耦U3内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V3的控制极K31和第一阳极K32；输出限流电阻R8与过零触发光耦U4内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V4的控制极K41和第一阳极K42。

整流控制单元中控制部分包括控制电源模块、过零检测模块、单片机控制模块、亮度给定模块，其实施例电路如图5所示。

控制电源模块输入为第二交流电源，输出为向整流控制单元提供的第一直流工作电源VDD1。图5实施例中，控制电源模块由二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04、电容C1、三端稳压器U5组成。二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04组成控制电源单相整流桥；电容C1并联在控制电源单相整流桥的直流电压输出端，起滤波作用；三端稳压器U5输入端VIN连接至控制电源单相整流桥的整流正极性端；第一直流工作电源VDD1从三端稳压器U5输出端VOUT输出。控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地。三端稳压器U5选择H7233。

控制电源模块还可以采用其他实现方案。二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04组成的控制电源单相整流桥可以用单相整流桥堆代替，三端稳压器U5可以采用稳压管稳压电路或者DC/DC稳压器。

过零检测模块为具有以下功能的电路：设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；过零电压输入端连接至第一交流端子；过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；过零脉冲与第二交流电源正半波对应；过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

图5实施例中，过零检测模块为检波整形电路，由二极管D1、电阻R9、稳压管DW1组成。电阻R9的两端分别连接至二极管D1阴极与稳压管DW1阴极，二极管D1阳极连接至第一交流端子L1，稳压管DW1阳极连接至公共地。稳压管DW1阴极为输出过零脉冲的过零脉冲输出端。

亮度给定信号的亮度等级为亮度1－n；n为大于等于2的整数。有m个LED灯亮度调节单元的装置，其亮度给定模块输出的亮度给定信号包括有与m个LED灯亮度调节单元一一对应的亮度等级给定量。图5实施例中，亮度给定模块采用电位器RW1、电位器RW2、电位器RW3、电位器RW4分别对第一直流工作电源VDD1进行分压，得到的亮度给定信号为分别与1－4#LED灯亮度调节单元对应的亮度给定电压V1、亮度给定电压V2、亮度给定电压V3、亮度给定电压V4。亮度给定电压V1、亮度给定电压V2、亮度给定电压V3、亮度给定电压V4都平均分成n个电压区间，各电压区间分别与亮度给定信号的亮度等级对应，最低电压区间对应亮度1，最高电压区间对应亮度n。采用电位器输入亮度给定信号时，有m个LED灯亮度调节单元的装置，其亮度给定模块由m个电位器组成。

亮度给定模块也可以采用旋转编码器、拨码开关、脉冲电位器等其他装置实现。

单片机控制模块包括有亮度给定信号输入端，1路捕捉信号输入端，2路电平信号输出端。亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；1路捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端，输入过零脉冲；2路电平信号输出端为交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ，分别连接至触发控制模块的交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。

图5实施例中，单片机控制模块由单片机MCU1、晶体振荡器XT1组成，单片机MCU1的型号是MSP430G2553。单片机控制模块亮度给定信号输入端的具体类型与亮度给定模块输出的亮度给定信号的形式有关。单片机MCU1的模拟电压输入端A0－A3为亮度给定信号输入端，依次输入亮度给定电压V1、亮度给定电压V2、亮度给定电压V3、亮度给定电压V4。如果LED灯亮度调节单元的数量增加或减少，用作亮度给定信号输入端的模拟电压输入端同样需要增加或减少。如果采用其他装置发出开关量、数字量形式的亮度给定信号，可以从单片机MCU1的I/O口输入；若MSP430G2553的I/O口数量不够，可以选择其他单片机。单片机MCU1通过对模拟电压输入端A0－A3输入的亮度给定电压进行A/D转换，或者是读取I/O口的输入信号，得到亮度给定信号的亮度等级。单片机MCU1的P2.0是捕捉信号输入端，连接至过零检测模块的过零脉冲输出端。单片机MCU1的P2.1、P2.2是电平信号输出端，其中P2.1是交流控制输出端KJ，P2.2是整流控制输出端KZ；交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ分别连接至触发控制模块的交流控制输入端KJ、整流控制输入端KZ。

整流控制单元的第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出可控整流电压，整流控制单元通过控制可控整流电压来发送亮度控制信号，亮度控制信号由引导波、地址波、亮度波组成。可控整流电压的有效值与第二交流电源的电压有效值相同。

所述亮度控制信号中共有亮度1－n，共n个亮度等级。

所述引导波由z－1个工频周期整流波和1个工频周期的交流波组成，整流波在前，交流波在后；z为大于等于2的整数。

所述地址波为y个工频周期的可控整流电压波，y为大于等于2的整数。y与m之间的关系是m小于等于2^y。

所述亮度波为x个工频周期的可控整流电压波，x为大于等于2的整数。所述亮度控制信号共有亮度1－n，共n个亮度等级；n为大于等于2、小于等于2^x的整数。亮度控制信号亮度等级的亮度1－n与亮度给定信号亮度等级的亮度1－n之间一一对应。

所述可控整流电压波，是指其中每个工频周期的电压波是整流波，或者是交流波。

x个工频周期的亮度波对应x位二进制亮度码，y个工频周期的地址波对应y位二进制地址码；y个工频周期的地址波与x个工频周期的亮度波共同组成数据波，y位二进制地址码与x位二进制亮度码共同组成数据码。数据波的每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的数据码是0；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的数据码是1。或者是，数据波的每个工频周期中，其可控整流电压波为交流波时，对应的数据是1；每个工频周期中，其可控整流电压波为整流波时，对应的数据码是0。

整流控制单元发送亮度控制信号时波形实施例如图6所示。图6所示实施例中z等于3，y等于2，x等于3；亮度控制信号共有亮度1－8，共8个亮度等级；亮度码的000－111依次代表亮度1－8；整流控制单元最多可以控制4个LED灯亮度调节单元；地址码的00－11依次代表控制1－4#LED灯亮度调节单元。

图6发送的是控制2#LED灯亮度调节单元、亮度等级为亮度7的亮度控制信号。图6(a)为可控整流电压的波形，其中的T1区间为引导波，由2个工频周期的整流波和1个工频周期的交流波组成。T2区间为地址波，即2个工频周期的可控整流电压波。T3区间为亮度波，即3个工频周期的可控整流电压波。实施例的地址波和亮度波共5个工频周期的可控整流电压波中，每个工频周期的可控整流电压波为交流波时，对应的数据码是0；每个工频周期中的可控整流电压波为整流波时，对应的数据码是1。图6所示实施例的地址波中，2个工频周期依次为交流波、整流波，对应2位二进制地址码为01，代表控制2#LED灯亮度调节单元的LED灯亮度；图6所示实施例的亮度波中，3个工频周期依次为整流波、整流波、交流波，对应3位二进制亮度码为110，代表该亮度控制信号的亮度等级为亮度7。

单片机控制模块发出一次亮度控制信号的步骤如下：

步骤1，等待，直到接收到过零脉冲的上升沿时进入步骤2；

步骤2，停止交流输出，开始整流输出；

步骤3，对接收到的过零脉冲上升沿计数，计数值达到z－1时进入步骤4；

步骤4，停止整流输出，开始交流输出；

步骤5，等待，直到接收到过零脉冲的上升沿时进入步骤6；

步骤6，发出1个工频周期的可控整流电压波；

步骤7，等待，直到接收到过零脉冲的上升沿时进入步骤8；

步骤8，已经发出y+x个工频周期的可控整流电压波时转到步骤9，否则返回步骤6；

步骤9，停止整流输出，开始交流输出。

整流控制单元在正常的维持不发出亮度控制信号状态时，单片机控制模块控制交流控制输出端KJ输出有效信号，整流控制输出端KZ输出无效信号，过零触发光耦U1和U2的输入发光二极管导通，过零触发光耦U3和U4的输入发光二极管截止，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2导通，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4截止，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为交流电压。在图4所示的实施例中，单片机控制模块输出的交流控制输出端KJ、整流控制输出端KZ的信号为低电平有效。

图5所示过零检测模块输出的过零脉冲与第二交流电源的正半波对应，且过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度。所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波。

单片机控制模块检测到与图6中半波1相对应的过零脉冲上升沿后，进入步骤2。所述停止交流输出，是指控制交流控制输出端KJ输出无效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2截止；所述开始整流输出，是指控制整流控制输出端KZ输出有效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4导通，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为整流电压。

所述停止整流输出，是指控制整流控制输出端KZ输出无效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V3、双向晶闸管V4截止；所述开始交流输出，是指控制交流控制输出端KJ输出有效信号，从第二交流电源的下一个过零点开始，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2导通，第一可控整流输出端子AC1、第二可控整流输出端子AC2输出的可控整流电压为交流电压。

所述发出1个工频周期的可控整流电压波，其方法是，判断数据波中需要发出的该工频周期的可控整流电压波是交流波还是整流波，如果是交流波，则停止整流输出，开始交流输出；如果是整流波，则停止交流输出，开始整流输出。

所述可控整流电压波中的每个单工频周期是交流波，或者是整流波；单工频周期的交流波由1个单相交流电源正半波和1个单相交流电源负半波组成，正半波在前，负半波在后；单工频周期的整流波由2个整流半波组成，第一个整流半波与第二交流电源正半波对应，第二个整流半波与第二交流电源负半波对应。所述工频周期的时间为20ms。所述单工频周期为1个工频周期。

发出的y+x个工频周期的可控整流电压波中，前y个工频周期的可控整流电压波是地址波，后x个工频周期的可控整流电压波是亮度波。

整流控制单元发送亮度控制信号的方法如图7所示，包括：

步骤A，读取亮度给定信号；

步骤B，依次发出m个LED灯亮度调节单元的亮度控制信号；

步骤C，判断亮度是否发生改变，亮度发生改变，转到步骤D；亮度没有发生改变，返回步骤C；

步骤D，组成亮度控制信号并发出，返回步骤C。

依次发出m个LED灯亮度调节单元的亮度控制信号，其目的是向每个LED灯亮度调节单元均发出亮度控制信号，控制各自的初始亮度。

判断亮度是否发生改变的方法是，判断亮度给定信号中m个LED灯亮度调节单元的亮度等级是否发生改变；只要亮度给定信号有1个LED灯亮度调节单元的亮度等级发生改变，则亮度发生改变。

组成亮度控制信号并发出，方法是，当判断出某LED灯亮度调节单元亮度发生改变时，将该改变后的亮度等级转换为亮度波，与该LED灯亮度调节单元相应的地址波，以及进行奇偶校验得到的校验波，和引导波一起组成亮度控制信号发出。

LED灯亮度调节单元的结构如图8所示，由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、地址设定模块、LED驱动模块组成。所有m个LED灯亮度调节单元的电路结构和工作原理完全一样。

LED灯亮度调节单元的调节部分包括调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、地址设定模块，其实施例如图9所示。

调节电源模块为LED灯亮度调节单元提供第二直流工作电源VDD2。图9实施例中，调节电源模块由二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08、电容C2、三端稳压器U6组成。二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08组成调节电源单相整流桥；电容C2并联在调节电源单相整流桥的直流电压输出端，起滤波作用；三端稳压器U6输入端VIN连接至调节电源单相整流桥的整流正极性端；第二直流工作电源VDD2从三端稳压器U6输出端VOUT输出。调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地。三端稳压器U6选择H7233。

调节电源模块还可以采用其他实现方案。二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08组成的调节电源单相整流桥可以用单相整流桥堆代替，三端稳压器U6可以采用稳压管稳压电路或者DC/DC稳压器。

波形取样模块为具有以下功能的电路：设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应。

图9实施例中，波形取样模块为检波整形电路，由二极管D2、电阻R12、稳压管DW2组成。电阻R12的两端分别连接至二极管D2阴极与稳压管DW2阴极；二极管D2阳极为取样波形输入端，连接至第二可控整流输入端子AC2；稳压管DW2阳极连接至参考地；稳压管DW2阴极为取样脉冲输出端。

单片机调节模块具有捕捉输入端、地址码输入端和PWM脉冲输出端，捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端。图9实施例中，单片机调节模块由单片机MCU2、晶体振荡器XT2组成，单片机MCU2的型号是MSP430G2553，单片机MCU2的捕捉输入端为P2.0，PWM脉冲输出端为P1.2。

地址设定模块用于设定所在LED灯亮度调节单元的地址码，设有地址码输出端。地址设定模块的地址码输出端连接至单片机调节模块的地址码输入端。实施例中共有4个LED灯亮度调节单元，1－4#LED灯亮度调节单元相应的2位二进制地址码分别是00、01、10、11。图9实施例中，2位二进制地址码采用拨码开关SW1进行设定，拨码开关SW1的公共端COM连接至参考地，拨码开关SW1的输出端S1、S2是地址码输出端，连接至单片机调节模块P1.4、P1.5，P1.4、P1.5是的实施例中单片机调节模块的地址码输入端。

LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有PWM亮度调节信号输入端的LED驱动模块都可以适用于本发明，图10所示仅为其中的一个实施例电路。LED驱动模块的PWM亮度调节信号输入端连接至单片机调节模块的PWM脉冲输出端。

图10所示实施例中，LED驱动模块由LED恒流驱动器U7、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、电容C3、电感LG、电阻R14、快恢复二极管D15组成，LED恒流驱动器U7的型号为PT4115。

图10实施例中，二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14组成单相桥式整流电路。单相桥式整流电路的2个交流输入端分别连接至第一可控整流输入端子AC1和第二可控整流输入端子AC2，直流输出负端连接至参考地，直流输出正端连接至电容C3正极、LED驱动器U7的电源输入端VIN；电阻R14的两端分别连接至LED恒流驱动器U7的电源电压端VIN、输出电流感应端SEN；快恢复二极管D15阴极连接至LED恒流驱动器U7的电源电压端VIN、阳极连接至LED恒流驱动器U7的开关输出端SW；电感LG的一端连接至LED恒流驱动器U7的开关输出端SW；LED恒流驱动器U7的输出电流感应端SEN和电感LG另外一端为LED灯驱动端，连接至LED灯；LED恒流驱动器U7的地输入端GND连接至参考地。LED恒流驱动器U7的调光控制端DIM为PWM亮度调节信号输入端。

LED灯亮度调节单元接收亮度控制信号并调节LED灯亮度，其方法如图11所示，包括：

步骤一，初始化，设定LED灯的初始亮度等级；

步骤二，调节LED亮度；

步骤三，判断是否有亮度控制信号；没有亮度控制信号，返回步骤三；有亮度控制信号，转到步骤四；

步骤四，接收亮度控制信号；

步骤五，判断接收到的地址码是否与所在LED灯亮度调节单元设定地址码相符合，相符合，返回步骤二；不相符合，返回步骤三。

调节LED亮度的方法是，单片机调节模块根据设定或接收到的LED灯的亮度等级计算PWM值，发出相应的PWM脉冲。

LED灯的初始亮度等级可以设定为n个亮度等级中的一个，例如，设定初始亮度等级为等级2。亮度等级为等级1时，LED灯的亮度最低；LED灯最低亮度的特例是熄灭LED灯。

判断是否有亮度控制信号，方法为判断从第一可控整流输入端子AC1、第二可控整流输入端子AC2输入的可控整流电压是否有引导波。

接收亮度控制信号，方法是接收y+x个工频周期的可控整流电压波，将前y个工频周期的可控整流电压波转换为y位二进制地址码，之后的x个工频周期的可控整流电压波转换为x位二进制亮度码；再将x位二进制亮度码转换为亮度等级。

波形取样模块的功能是对可控整流电压进行检波整形。图9实施例中，波形取样模块将第一可控整流输入端子AC1电位低于第二可控整流输入端子AC2的波形检出并限幅得到取样脉冲，输出至单片机调节模块的捕捉输入端；取样脉冲的正脉冲与第一可控整流输入端子电位低于第二可控整流输入端子电位的半波相对应，取样脉冲正脉冲宽度小于该半波宽度。实施例的取样脉冲示例如图6(b)所示；当可控整流电压为交流电压时，取样脉冲为占空比小于50％、与第二交流电源同频率的矩形波；当可控整流电压为整流电压时，取样脉冲为低电平。

图6所示实施例中，引导波由2个工频周期的整流波和1个工频周期的交流波组成，引导波之前的取样脉冲是周期为工频周期的矩形波。2个工频周期的整流波应该使取样脉冲中出现宽度为40ms、即2个工频周期区间的低电平，但实际上引导波使取样脉冲中出现宽度为接近50ms、即2.5个工频周期区间的低电平，如图6所示的低电平区间T5；多出的0.5个工频周期区间的低电平是由紧接之后的1个工频周期交流波的正半波产生的；引导波中1个工频周期的交流波的负半波使取样脉冲中出现宽度为0.5个工频周期区间的高电平，如图6所示的高电平区间T6。

判断可控整流电压是否有引导波，方法是，判断取样脉冲中工频周期矩形波之后超过工频周期宽度的低电平区间工频周期数；若取样脉冲中有工频周期数为z－1的低电平区间，则可控整流电压中有引导波；若取样脉冲中没有工频周期数为z－1的低电平区间，则可控整流电压中没有引导波。

判断取样脉冲中工频周期矩形波之后超过工频周期宽度的低电平区间工频周期数的方法是，对取样脉冲中工频周期矩形波之后超过工频周期宽度的低电平脉冲测量宽度，设测量得到的超过工频周期宽度的低电平脉冲宽度为W，则该低电平区间的工频周期数为INT(W/20)；INT函数的功能是舍去小数部分取整。

y个工频周期的地址波或者x个工频周期的亮度波中，1个工频周期对应1位二进制地址码或者亮度码。当1个工频周期的电压波是整流波时，与其对应的取样脉冲为1个工频周期区间的低电平；当1个工频周期的电压波是交流波时，与其对应的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波。图6所示实施例中，地址波为连续2个工频周期的可控整流电压波，即区间T7对应的交流波、区间T8对应的整流波；2位二进制地址码为01。亮度波为连续3个工频周期的可控整流电压波，即区间T9对应的整流波、区间T10对应的整流波、区间T11对应的交流波；3位二进制亮度码为110。

将接收y+x个工频周期的可控整流电压波中前y个工频周期的可控整流电压波转换为y位二进制地址码，之后的x个工频周期的可控整流电压波转换为x位二进制亮度码的方法是，在引导波之后的y个工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制地址码为1，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位二进制地址码为0；在引导波之后的第y+1至y+x工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制亮度码为1，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位二进制亮度码为0。或者是，在引导波之后的y个工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制地址码为0，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位二进制地址码为1；在引导波之后的第y+1至y+x个工频周期区间中，当1个工频周期区间的取样脉冲为低电平时，相应的该位二进制亮度码为0，当1个工频周期区间的取样脉冲为1个占空比小于50％的矩形波时，相应的该位二进制亮度码为1。

x位二进制亮度码转换为亮度等级可以使用计算、查表等方法。实施例中，3位二进制亮度码的范围是000－111，代表的亮度等级范围是亮度1－8；亮度码为000时，亮度等级为亮度1；亮度码为001时，亮度等级为亮度2；亮度码为010时，亮度等级为亮度3；以此类推，亮度码为111时，亮度等级为亮度8。

可控整流电压向所有LED灯亮度调节单元的调节电源模块、LED驱动模块和波形取样模块直接供电，其中的调节电源模块、LED驱动模块首先对可控整流电压进行整流，再经电容滤波后，向相关电路提供电源；可控整流电压为零时，调节电源模块、LED驱动模块的电源电流也为零；波形取样模块为非线性电阻性负载，可控整流电压为零时，波形取样模块的电源电流为零。因此，可控整流电压为零时，其向LED灯亮度调节单元提供的电源电流为零。所以，整流控制单元在第二交流电源的过零点进行停止交流输出、开始整流输出，或者是停止整流输出、开始交流输出的切换时，双向晶闸管V1、双向晶闸管V2与双向晶闸管V3、双向晶闸管V4之间可以成功换流，不致造成电源短路。

本发明具有如下特点：

①采用电源线远距离分别独立控制多个LED灯亮度，无需遥控器，无需控制线；

②LED灯亮度可以根据需要分成多个等级；

③采用整流波传送亮度控制信号，不会造成LED灯亮度调节时闪烁以及功率因数的降低。

Claims (10)

1.一种可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：

由整流控制单元和m个LED灯亮度调节单元组成，m为大于等于2的整数；

所述整流控制单元设有相线输入端子、零线输入端子、第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；所述相线输入端子、零线输入端子输入单相220V交流电源；所述第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子输出可控整流电压；

所述LED灯亮度调节单元设有第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子，所述第一可控整流输入端子、第二可控整流输入端子分别连接至整流控制单元的第一可控整流输出端子、第二可控整流输出端子；

所述整流控制单元由变压器、控制电源模块、可控整流模块、过零检测模块、单片机控制模块、触发控制模块、亮度给定模块组成；

所述变压器的两个输入端子分别为相线输入端子、零线输入端子，两个输出端子分别为第一交流端子、第二交流端子；所述第一交流端子、第二交流端子输出第二交流电源；

所述控制电源模块由控制电源单相整流桥和第一滤波稳压电路组成，输出第一直流工作电源；所述控制电源单相整流桥的两个交流输入端分别连接至第一交流端子、第二交流端子；所述控制电源单相整流桥的整流负极性端为公共地；

所述可控整流模块由整流桥UR1、双向晶闸管V1、双向晶闸管V2、双向晶闸管V3、双向晶闸管V4组成；所述整流桥UR1的2个交流输入端分别连接至第一交流端子和第二交流端子，整流输出正端连接至双向晶闸管V3的第二阳极，整流输出负端连接至双向晶闸管V4的第二阳极；双向晶闸管V1的第一阳极与双向晶闸管V3的第一阳极并联后连接至第一可控整流输出端子；双向晶闸管V1的第二阳极连接至第一交流端子；双向晶闸管V2的第一阳极与双向晶闸管V4的第一阳极并联后连接至第二可控整流输出端子；双向晶闸管V2的第二阳极连接至第二交流端子；

所述触发控制模块设有交流控制输入端、整流控制输入端；所述交流控制输入端输入的交流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零时触发导通；所述交流控制输入端输入的交流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V1和双向晶闸管V2过零后截止；所述整流控制输入端输入的整流控制信号有效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零时触发导通；所述整流控制输入端输入的整流控制信号无效时，触发控制模块控制双向晶闸管V3和双向晶闸管V4过零后截止；

所述过零检测模块设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；所述过零电压输入端的两个端子分别连接至第一交流端子和第二交流端子；所述过零脉冲输出端输出的过零脉冲是正脉冲；

所述过零脉冲与第二交流电源正半波对应；所述过零脉冲的宽度小于第二交流电源正半波宽度；所述第二交流电源正半波为第一交流端子电位高于第二交流端子电位的第二交流电源半波；

所述亮度给定模块设有亮度给定信号输出端输出亮度给定信号；所述亮度给定信号包括有与m个LED灯亮度调节单元一一对应的亮度等级信号；

所述单片机控制模块包括有亮度给定信号输入端、捕捉信号输入端和两路电平信号输出端；所述亮度给定信号输入端连接至亮度给定模块的亮度给定信号输出端；所述捕捉信号输入端连接至过零检测模块的过零脉冲输出端；所述两路电平信号输出端分别为交流控制输出端、整流控制输出端；所述交流控制输出端、整流控制输出端分别连接至触发控制模块的交流控制输入端、整流控制输入端；

所述LED灯亮度调节单元由调节电源模块、波形取样模块、单片机调节模块、地址设定模块、LED驱动模块组成；

所述调节电源模块输入可控整流电压、输出第二直流工作电源，由调节电源单相整流桥和第二滤波稳压电路组成；所述调节电源单相整流桥的整流负极性端为参考地；

所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端；所述取样波形输入端连接至第二可控整流输入端子；所述波形取样模块将第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形检出并限幅得到取样脉冲；所述取样脉冲的正脉冲与第二可控整流输入端子电位高于第一可控整流输入端子电位的波形相对应；

所述单片机调节模块具有捕捉输入端、地址码输入端和PWM脉冲输出端，单片机调节模块的捕捉输入端连接至波形取样模块的取样脉冲输出端；

所述地址设定模块用于设定所在LED灯亮度调节单元的地址码，设有地址码输出端；所述地址码输出端连接至单片机调节模块的地址码输入端；

所述LED驱动模块用于驱动LED灯点亮，设有PWM亮度调节信号输入端；所述PWM亮度调节信号输入端连接至单片机调节模块的PWM脉冲输出端；

整流控制单元通过控制可控整流电压来发送亮度控制信号，亮度控制信号由引导波、地址波、亮度波组成；

所述LED灯亮度调节单元接收亮度控制信号并调节LED灯亮度。

2.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述控制电源模块由二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04、电容C1、三端稳压器U5组成；二极管D01、二极管D02、二极管D03、二极管D04组成控制电源单相整流桥；电容C1起滤波作用，并联在控制电源单相整流桥的直流电压输出端；三端稳压器U5输入端VIN连接至控制电源单相整流桥的整流正极性端；第一直流工作电源从三端稳压器U5输出端VOUT输出。

3.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述调节电源模块由二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08、电容C2、三端稳压器U6组成；二极管D05、二极管D06、二极管D07、二极管D08组成调节电源单相整流桥；电容C2并联在调节电源单相整流桥的直流电压输出端，起滤波作用；三端稳压器U6输入端VIN连接至调节电源单相整流桥的整流正极性端；第二直流工作电源从三端稳压器U6输出端VOUT输出。

4.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述LED驱动模块由LED恒流驱动器、二极管D11、二极管D12、二极管D13、二极管D14、电容C3、电感LG、电阻R14、快恢复二极管D15组成；所述LED恒流驱动器的型号为PT4115。

5.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述触发控制模块由过零触发光耦U1、过零触发光耦U2、过零触发光耦U3、过零触发光耦U4、输入限流电阻R1、输入限流电阻R2、输入限流电阻R3、输入限流电阻R4、输出限流电阻R5、输出限流电阻R6、输出限流电阻R7、输出限流电阻R8组成，设有交流控制输入端、整流控制输入端；

所述过零触发光耦U1、过零触发光耦U2、过零触发光耦U3、过零触发光耦U4的内部包括有输入发光二极管和输出光控双向晶闸管；

所述输入限流电阻R1与过零触发光耦U1的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源和交流控制输入端；输入限流电阻R2与过零触发光耦U2的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源和交流控制输入端；输入限流电阻R3与过零触发光耦U3的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源和整流控制输入端；输入限流电阻R4与过零触发光耦U4的输入发光二极管串联后再并联至第一直流工作电源和整流控制输入端；

所述输出限流电阻R5与过零触发光耦U1内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V1的控制极和第一阳极；输出限流电阻R6与过零触发光耦U2内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V2的控制极和第一阳极；输出限流电阻R7与过零触发光耦U3内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V3的控制极和第一阳极；输出限流电阻R8与过零触发光耦U4内部输出光控双向晶闸管串联后再并联至双向晶闸管V4的控制极和第一阳极。

6.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述过零检测模块由二极管D1、电阻R9、稳压管DW1组成，设有过零电压输入端、过零脉冲输出端；电阻R9的两端分别连接至二极管D1阴极与稳压管DW1阴极；二极管D1阳极为过零电压输入端，连接至第一交流端子；稳压管DW1阳极连接至公共地；稳压管DW1阴极为过零脉冲输出端。

7.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述波形取样模块设有取样波形输入端和取样脉冲输出端，由二极管D2、电阻R12、稳压管DW2组成；电阻R12的两端分别连接至二极管D2阴极与稳压管DW2阴极；二极管D2阳极为取样波形输入端，连接至第二可控整流输入端子；稳压管DW2阳极连接至参考地；稳压管DW2阴极为取样脉冲输出端。

8.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述亮度给定模块由m个电位器组成。

9.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述地址设定模块采用拨码开关。

10.根据权利要求1所述的可控整流波远距离调节多个LED灯亮度的装置，其特征在于：所述单片机控制模块由单片机MCU1、晶体振荡器XT1组成；所述单片机调节模块由单片机MCU2、晶体振荡器XT2组成；所述单片机MCU1、单片机MCU2的型号是MSP430G2553。