CN112637995A - 一种led灯具控制方法、控制器、led灯具及其控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种LED灯具控制方法、控制器、LED灯具及其控制***，其中该方法应用于LED灯具控制***，包括串联的控制器和LED灯具，控制器分别控制单火线的正负半周信号VA、VB的通断，并产生两路过零中断信号INT‑A、INT‑B，***开机后每一所述INT‑A、INT‑B的下降沿触发控制器导通t1或t2时长，使VA、VB上产生与t1对应的大缺或与t2对应的小缺，大缺和小缺分别对应不同的数字信号，通过控制延时t1、t2的长短来控制交流电压波形进行数字信号传递。本发明采用下降沿单火取电，有效解决了现有技术中数据传输时电流冲击大、干扰大、电源有噪声、通讯效率低的问题，简化了硬件线路，增加了隔离电路，避免了能量反灌到环路维持电路而造成的能量或器件损耗。

Description

一种LED灯具控制方法、控制器、LED灯具及其控制***

技术领域

本发明涉及LED灯具及其控制技术领域，特别涉及一种LED灯具控制方法、控制器、LED灯具及其控制***。

背景技术

目前市面上所常见的LED灯具的灯光控制主要有可控硅切相调光、0-10V线性调光、DALI/DMX512、无线调光等几种方式，这几种方式各有优缺点，其中，可控硅切相调光不用更改线路，成本低但存在兼容性问题、调光不线性、闪烁、无法全电压使用、只能调光、不能调色等缺陷。而0-10V线性调光虽然调光效果好，但除了现有布线之外，还需要单独布两条线做为调光控制的线，使用专用的0-10V调光器，改造成本极高，且一般只有调光功能。DALI/DMX512的方式有利于***集中控制，可调光调色，但除了现有布线之外，还需要单独布通信控制的线，主要使用于极少的专用场合。新型的LED智能调光控制常采用无线调光的方式，如433Mhz、2.4G无线控制、Wifi、Zigbee、蓝牙等控制方式，功能扩展能力强，可实现调光调色，但无线控制近距离，空间影响极大，成本高，需要配对且使用过程中经常出现掉码等问题。

现有技术中，有一种通过电力线通讯的控制器、LED灯具及LED控制***，采用半周供电，通过在正弦交流电的上升沿传递数据，可以解决上述问题，但该技术方案容易造成数据传输的时候冲击电流大、功率器件损坏、接收端的电源有人耳可闻的低频噪声，且半个周期传输数据的方案通讯效率低，因此现有技术仍需改进。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种LED灯具控制方法、控制器、LED灯具及其控制***，实现情景模式等数字化通讯，不需要重新布线，使用现有的线路更换灯具及控制器即可，快速且成本低。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种LED灯具控制方法，应用于LED灯具控制***，所述LED灯具控制***包括串联的控制器和LED灯具，所述方法包括：所述控制器分别控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B，LED灯具控制***开机后每一所述INT-A、INT-B的下降沿触发控制器导通t1或t2时长，使VA、VB上产生与t1时长对应的大缺或与t2时长对应的小缺，所述大缺和小缺分别对应不同的数字信号，根据需要传递的数字信号控制延时t1、t2的长短，从而控制交流电压波形进行数字信号的传递。

优选地，所述控制器根据LED灯具控制***在关机状态下的相邻两个过零中断信号INT-A、INT-B的间隔时间判断交流电的周期，t1、t2的时长根据交流电的周期自适应改变。

优选地，t1、t2的时长根据交流电的周期自适应改变的方法为：t1＝α*(T/2)；t2＝β*(T/2)；其中，T是交流电压波形的周期，α、β为预设系数，0.5<α<β<1。

优选地，所述方法还包括：来自控制器的交流电压波形经过整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经解码后为需要传递的数字信号。

优选地，解码的方法为：在DEC的每个下降沿延时tc后，若DEC为低电平，则表示接收到的数字信号为“0”，若DEC为高电平，则接收到的数字信号为“1”，因此解码出高压电中所包含的数字信息。

优选地，所述LED灯具控制***还包括环路维持单元，所述方法还包括：所述环路维持单元在灯具的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

优选地，所述环路维持单元维持控制器单火取电的方法为：在DEC每个下降沿后延时ta时间，环路维持单元将收到一个极短时间的脉冲，该极短时间的脉冲使环路维持单元连接到整流波形V_DEC并尝试拉低V_DEC，若V_DEC没有被拉低则表示灯具的输入波形为小缺，若V_DEC被拉低则表示灯具的输入波形为大缺，若灯具的输入波形为大缺，则环路维持单元将导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

优选地，ta、tb的时长根据交流电的周期自适应改变，其方法为：ta>＝t1，tb<＝T/2-ta，tc＝(t1+t2)/2，其中，T是交流电压波形的周期。

本发明还提供一种LED灯具控制器，包括第一输入保护单元、开关控制单元、供电单元、过零检测单元和第一MCU，所述开关控制单元一端连接第一输入保护单元，另一端分别连接供电单元、过零检测单元和第一MCU，所述供电单元和过零检测单元也分别连接第一MCU，所述开关控制单元控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，所述过零检测单元产生两路过零中断信号INT-A、INT-B，所述第一MCU收到开机指令时在收到下一个INT-A、INT-B的下降沿后触发开关控制单元导通t1时长或t2时长，使VA、VB上产生与t1时长对应的大缺或与t2时长对应的小缺，所述大缺和小缺分别对应不同的数字信号，根据需要传递的数字信号控制延时t1、t2的长短，从而控制交流电压波形进行数字信号的传递。

优选地，所述开关控制单元包括两个控制开关，两个所述控制开关同时由第一MCU控制。

优选地，所述过零检测单元包括过零检测A组和过零检测B组，用于分别检测单火线的正、负半周信号VA、VB的过零点并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B。

本发明还提供一种LED灯具，包括依次连接的第二输入保护单元、整流及隔离单元、滤波单元、高功率因数降压单元、第二MCU，还包括连接于整流及隔离单元和第二MCU之间的信号检测单元，来自控制器的交流电压波形经过整流及隔离单元整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过信号检测单元检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经第二MCU解码后为需要传递的数字信号。

优选地，还包括连接于整流及隔离单元和第二MCU之间的环路维持单元，用于在灯具的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

优选地，所述整流及隔离单元包括整流桥和滤波电容，所述整流桥和滤波电容之间连接有单向隔离二极管。

本发明还提供一种LED灯具控制***，包括如上所述的LED灯具控制器和如上所述的LED灯具，所述控制器和LED灯具串联连接。

采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：

本发明采用下降沿单火取电，有效解决了现有技术中数据传输时电流冲击大、干扰大、电源有噪声、通讯效率低的问题，且简化了硬件线路，现有技术中开关控制单元需要两路，本发明改进后只需要一路，且增加了隔离电路，避免了能量反灌到环路维持电路而造成的能量或器件损耗。

附图说明

图1为本发明整体框图；

图2为本发明高压数字通信控制器的功能模块框图；

图3为本发明过零检测单元电路图；

图4为本发明开关控制单元电路图；

图5为本发明高压数字通信控制器的波形图；

图6为本发明LED灯具的功能模块框图；

图7为本发明第二输入保护单元、整流及隔离单元电路图；

图8为本发明信号检测单元电路图；

图9为本发明环路维持单元电路图；

图10为本发明LED灯具的波形图；

图11为本发明环路维持单元的等效原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步说明。

本发明提供一种LED灯具控制方法，应用于图1所示的LED灯具2控制***，所述LED灯具2控制***包括串联的控制器1和LED灯具2，参照图5，所述方法包括：所述控制器1分别控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B，LED灯具2控制***开机后每一所述INT-A、INT-B的下降沿触发控制器1导通t1或t2时长，使VA、VB(图5中合并为VAB)上产生与t1时长对应的大缺或与t2时长对应的小缺，所述大缺和小缺分别对应不同的数字信号，根据需要传递的数字信号控制延时t1、t2的长短，从而控制交流电压波形进行数字信号的传递。

参照图10，所述方法还包括：来自控制器1的交流电压波形经过整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经解码后为需要传递的数字信号。

继续参照图10，所述LED灯具2控制***还包括环路维持单元，所述方法还包括：所述环路维持单元在灯具2的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器1上的单火取电。

继续参照图10，所述环路维持单元维持控制器1单火取电的方法为：在DEC每个下降沿后延时ta时间，环路维持单元将收到一个极短时间的脉冲，该极短时间的脉冲使环路维持单元连接到整流波形V_DEC并尝试拉低V_DEC，若V_DEC没有被拉低则表示灯具2的输入波形为小缺，若V_DEC被拉低则表示灯具2的输入波形为大缺，若灯具2的输入波形为大缺，则环路维持单元将导通tb时长以维持控制器1上的单火取电。

所述控制器1根据LED灯具2控制***在关机状态下的相邻两个过零中断信号INT-A、INT-B的间隔时间判断交流电的周期，t1、t2、ta、tb的时长根据交流电的周期自适应改变。

下面以控制器1和灯具2的具体实施电路为例，对上述方法进行详细阐述。需要说明的是，以下实施电路也是本发明请求保护的范围。

参照图2，本发明还提供一种LED灯具控制器1，包括第一输入保护单元11、开关控制单元12、供电单元13、过零检测单元14和第一MCU_15，所述开关控制单元12一端连接第一输入保护单元11，另一端分别连接供电单元13、过零检测单元14和第一MCU_15，所述供电单元13和过零检测单元14也分别连接第一MCU_15。

参照图2和图3，第一输入保护单元11具有过流及过温保护功能，电压经过第一输入保护单元11后连接到开关控制单元12，所述开关控制单元12包括两个控制开关，分别控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，且两个所述控制开关同时通过开关控制端CTL端连接至第一MCU_15并由其控制，参照图4和图5，所述过零检测单元14包括过零检测A组和过零检测B组，用于分别检测单火线的正、负半周信号VA、VB的过零点并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B。

参照图3至图5，通电后控制器默认处于关机状态，开关控制(CTL)处于低电平，开关管Q1和Q2处于截止状态，过零检测单元14检测到来自VA、VB两端持续的中断信号INT-A和INT-B，根据两个中断的时长，第一MCU_15可以自动识别出输入交流电是50Hz(中断间隔时间为10ms)还是60Hz(中断间隔时间为8.33ms)；当第一MCU_15收到开机指令时，第一MCU_15在收到下一个INT-A或者INT-B的下降沿中断信号后，开关控制(CTL)输出高电平，开关管Q1和Q2导通，当发送数字信号“1”时(此处也可用数字信号“0”表示，数字信号“1”和“0”是相对的，为方便说明，此处使用数字信号“1”)，开关控制(CTL)持续t1时长的高电平后再输出低电平，开关管Q1和Q2导通t1时长后截止，经过上述流程后，在VAB(控制器火线进与火线出，原VA、VB，为方便说明，合并成为VAB)上将出现一个数字“1”对应的大缺，当需要传输数字信号“0”时，开关控制(CTL)持续t2时长的高电平后再输出低电平，开关管Q1和Q2导通，经过上述流程后，在VAB上将出现一个数字“0”对应的小缺，根据需要传递的数字信号控制延时t1和t2的长短，从而控制交流电压的波形进行数字信号的传递，如图5传送了数字信号110011。

其中t1和t2的时长根据检测的交流输入频率不同自适应改变，即根据50Hz和60Hz的周期计算。其中t2的取值不仅关系到如下所述环路维持单元25是否能导通，还关系到电压冲击的问题，若取值太小，则小缺过大，电压冲击大，不利于器件的使用寿命，若取值太大，则小缺过小，不利于过零识别且能量太少难以维持单火取电，因此，t1和t2的较佳取值范围为：t1＝α*(T/2)，t2＝β*(T/2)，其中，T是交流电压波形的周期，α、β为预设系数，0.5<α<β<1。当交流电的周期是50Hz时，T/2＝10ms，当交流电的周期是60Hz时，T/2＝8.33ms，该取值范围只是实施例的一部分，超出该范围仍可实现本发明技术方案的取值，也在本发明的保护范围内。

参照图6，本发明还提供一种LED灯具2，包括依次连接的第二输入保护单元21、整流及隔离单元22、滤波单元23、高功率因数降压单元24、第二MCU_27以及接于整流及隔离单元22和第二MCU_27之间的信号检测单元26，来自控制器1的交流电压波形经过整流及隔离单元22整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过信号检测单元26检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经第二MCU_27解码后为需要传递的数字信号。

参照图7，所述整流及隔离单元22包括整流桥D7和滤波电容C24，所述整流桥D7和滤波电容C24之间连接有单向隔离二极管D4。输入端L和N连接于控制器1之后，经过过流保护F1、过压雷击保护RV1、放电电阻R58和R60、扼流电感L1后连接到整流桥D7后输出V_DEC，一路连接到信号检测单元26，另一路通过单向隔离二极管D4后连接到后面的滤波电容C24及高功率因数降压单元24，此处的单向隔离二极管D4起到单向隔离的作用，防止滤波电容C24的储能被反向灌回。

参照图8，信号检测单元26中，V_DEC的高压电压波形经过R22、R31、R35组成的衰减分压电路，C14滤掉干扰后与电压比较器D2进行比较，高于其电压比较值时，D2输出低电平，光耦U5导通，DEC输出低电平给第二MCU_27，反之输出高电平给第二MCU_27，从而形成信号转换输出电压波形(DEC)给第二MCU_27。

参照图10，经过前述控制器1后输出的交流电压，连接到LED灯具2输入的是包括数字信息的交流电压波形，经整流后的波形如V_DEC，从波形图中可以看到，有的波形产完整，有的波形有一个小缺口，这些包括数字信息的高压电经过信号检测单元26的衰减和整形后输出如DEC一样大小不同的方波，但每个方波下降沿中断信号间隔时长是一致的，如果间隔时长为10ms，则表示输入电压的频率为50Hz，如果间隔时长为8.33ms则输入电压的频率为60Hz，第二MCU_27会自动记录并标记输入电压的频率，之后解码时，自动设定计时变量tc的时长，不同的方波分别代表数字信号“0”和“1”，输入到第二MCU_27被识别为具有特定意义的数字信息，经第二MCU_27处理后控制其它电路单元完成相应的动作，如图10中的时序波形传输了00011000。

具体的解码识别逻辑方法为：在第二MCU_27检测到DEC的每个下降沿中断信号时，第二MCU_27开始计时，在时长tc后(50Hz和60Hz tc的时长不一样)，第二MCU_27检测DEC的电平，如果电平为低，则表示接收到的数字信号为“0”，如果电平为高，则接收到的数字信号为“1”，因此解码出高压电中所包含的数字信息。

参照图6、图9和图10，所述LED灯具2还包括连接于整流及隔离单元22和第二MCU_27之间的环路维持单元25，用于在灯具2的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器1上的单火取电。产品通电后，第二MCU_27在检测到DEC每个下降沿的触发信号后，延时ta(50Hz和60Hz ta的延时时间不同)后第二MCU_27的Load脚输出一个极短时间的高电平使U7导通，Q7的栅极变为高电压，Q7导通，Q7的漏极通过R40连接到V_DEC，这个极短时间脉冲尝试拉低V_DEC的电压，如果V_DEC没有被拉低则第二MCU_27将检测到DEC为低电平，如果为低电平，则表示V_DEC为小缺口(数字信号0)，Load保持低电平，如果第二MCU_27将信号检测单元26的输出电压DEC拉为高电平，则表示V_DEC为大缺口(数字信号1)，Load输出一个脉冲宽度为tb的高电平，使环路维持单元的Q7导通时间长度为tb以维持控制器上的单火取电。

ta、tb、tc的较佳取值范围为：ta>＝t1，tb<＝T/2-ta，tc＝(t1+t2)/2，其中T为交流电的周期，当交流电的周期是50Hz时，T/2＝10ms，当交流电的周期是60Hz时，T/2＝8.33ms，该取值范围只是实施例的一部分，超出该范围仍可实现本发明技术方案的取值，也在本发明的保护范围内。

参照图7、图9和图11，环路维持单元25的Q7和R40连接于整流及隔离单元22的整流桥D7之后、单向隔离二极管D4之前，当电源输入的交流电压波形为大缺口时，即控制器1的开关电路处于关闭状态，Q7的导通可以使控制器1和电源的供电回路经由火线→供电单元13→环路维持单元25(与LED其它单元并联)→零线，以提高单火供电的供电能力。D4之后的C24为滤波储能电路，D4的单向导通能力使滤波储能电路的能量不回反灌，因为环路维持单元25的Load输出高电平使U7导通，U7导通使Q7也导通，Q7导通将拉低V_DEC电压时，D4起到单向隔离防止滤波电路的储能被反向灌回，如果滤波电容C24里存储的能量反灌，环路维持单元25的R40和Q7会发热，甚至烧坏。

参照图1，本发明还提供一种LED灯具控制***，包括如上所述的LED灯具控制器和如上所述的LED灯具，所述控制器和LED灯具串联连接。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的保护范围内。

Claims (15)

1.一种LED灯具控制方法，其特征在于，应用于LED灯具控制***，所述LED灯具控制***包括串联的控制器和LED灯具，所述方法包括：

所述控制器分别控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B，所述LED灯具控制***开机后每一所述INT-A、INT-B的下降沿触发控制器导通t1或t2时长，使VA、VB上产生与t1时长对应的大缺或与t2时长对应的小缺；

所述大缺和小缺分别对应不同的数字信号，根据需要传递的数字信号控制延时t1、t2的长短，从而控制交流电压波形进行数字信号的传递。

2.根据权利要求1所述的LED灯具控制方法，其特征在于，所述控制器根据LED灯具控制***在关机状态下的相邻两个过零中断信号INT-A、INT-B的间隔时间判断交流电的周期，t1、t2的时长根据交流电的周期自适应改变。

3.根据权利要求2所述的LED灯具控制方法，其特征在于，t1、t2的时长根据交流电的周期自适应改变的方法为：

t1＝α*(T/2)；

t2＝β*(T/2)；

其中，T是交流电压波形的周期，α、β为预设系数，0.5<α<β<1。

4.根据权利要求1所述的LED灯具控制方法，其特征在于，所述方法还包括：来自控制器的交流电压波形经过整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经解码后为需要传递的数字信号。

5.根据权利要求4所述的LED灯具控制方法，其特征在于，解码的方法为：在DEC的每个下降沿延时tc后，若DEC为低电平，则表示接收到的数字信号为“0”，若DEC为高电平，则接收到的数字信号为“1”，因此解码出高压电中所包含的数字信息。

6.根据权利要求5所述的LED灯具控制方法，其特征在于，所述LED灯具控制***还包括环路维持单元，所述方法还包括：所述环路维持单元在灯具的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

7.根据权利要求6所述的LED灯具控制方法，其特征在于，所述环路维持单元维持控制器单火取电的方法为：在DEC每个下降沿后延时ta时间，环路维持单元将收到一个极短时间的脉冲，该极短时间的脉冲使环路维持单元连接到整流波形V_DEC并尝试拉低V_DEC，若V_DEC没有被拉低则表示灯具的输入波形为小缺，若V_DEC被拉低则表示灯具的输入波形为大缺，若灯具的输入波形为大缺，则环路维持单元将导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

8.根据权利要求7所述的LED灯具控制方法，其特征在于，ta、tb、tc的时长根据交流电的周期自适应改变，其方法为：

ta>＝t1；

tb<＝T/2-ta；

tc＝(t1+t2)/2；

其中，T是交流电压波形的周期。

9.一种LED灯具控制器，其特征在于，包括第一输入保护单元、开关控制单元、供电单元、过零检测单元和第一MCU，所述开关控制单元一端连接第一输入保护单元，另一端分别连接供电单元、过零检测单元和第一MCU，所述供电单元和过零检测单元也分别连接第一MCU，所述开关控制单元控制单火线的正、负半周信号VA、VB的通断，所述过零检测单元产生两路过零中断信号INT-A、INT-B，所述第一MCU收到开机指令时在收到下一个INT-A、INT-B的下降沿后触发开关控制单元导通t1时长或t2时长，使VA、VB上产生与t1时长对应的大缺或与t2时长对应的小缺，所述大缺和小缺分别对应不同的数字信号，根据需要传递的数字信号控制延时t1、t2的长短，从而控制交流电压波形进行数字信号的传递。

10.根据权利要求9所述的LED灯具控制器，其特征在于，所述开关控制单元包括两个控制开关，两个所述控制开关同时由第一MCU控制。

11.根据权利要求9所述的LED灯具控制器，其特征在于，所述过零检测单元包括过零检测A组和过零检测B组，用于分别检测单火线的正、负半周信号VA、VB的过零点并产生两路过零中断信号INT-A、INT-B。

12.一种LED灯具，其特征在于，包括依次连接的第二输入保护单元、整流及隔离单元、滤波单元、高功率因数降压单元、第二MCU，还包括连接于整流及隔离单元和第二MCU之间的信号检测单元，来自控制器的交流电压波形经过整流及隔离单元整流后产生整流波形V_DEC，所述整流波形V_DEC经过信号检测单元检测后产生与需要传递的数字信号对应的方波DEC，所述方波DEC经第二MCU解码后为需要传递的数字信号。

13.根据权利要求12所述的LED灯具，其特征在于，还包括连接于整流及隔离单元和第二MCU之间的环路维持单元，用于在灯具的输入波形为大缺时导通tb时长以维持控制器上的单火取电。

14.根据权利要求12所述的LED灯具，其特征在于，所述整流及隔离单元包括整流桥和滤波电容，所述整流桥和滤波电容之间连接有单向隔离二极管。

15.一种LED灯具控制***，其特征在于，包括权利要求9-11任意一项所述的LED灯具控制器和权利要求12-14任意一项所述的LED灯具，所述控制器和LED灯具串联连接。

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