專利名稱：定功率限制器及照明燈具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能裝置，特別涉及一種定功率限制器及安裝有該定功率限 制器的燈具。
背景技術(shù)：
由于能源的缺乏，節(jié)能環(huán)保、杜絕浪費已成為全球共同關(guān)注的問題。例 如，美國對于照明燈具的功率就有明確的限制。而在我國，節(jié)能增效、降低 成本、提高資源利用效率，對全面建設(shè)和諧社會，實現(xiàn)國民經(jīng)濟持續(xù)、快速、 健康發(fā)展具有重要意義。因此，有必要設(shè)計一種功率限制器，把功率限制器裝在燈具里面，如果 負(fù)載的功率超過了規(guī)定的功率，則控制器會自動調(diào)節(jié)，將負(fù)載的功率控制在 規(guī)定的范圍內(nèi)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種定功率限制器，用于將用電設(shè)備 或電器的負(fù)載功率限制在規(guī)定的范圍內(nèi)。本發(fā)明要解決的另一個技術(shù)問題在于提供一種照明燈具，其中安裝有定 功率限制器，當(dāng)燈泡的功率超過設(shè)定值時，其中的控制電路會自動調(diào)節(jié)，將 燈泡的功率控制在設(shè)定的范圍內(nèi)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案為，提供一種定功率限制器，包括 控制電路及其電源電路，所述控制電路包括電壓檢測電路，用于檢測電源電壓；電流檢測電路，用于檢測負(fù)載電流；過零檢測電路，用于檢測交流電過零點； 負(fù)載驅(qū)動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給負(fù)載的交流 電的功率。在本發(fā)明所述的定功率限制器中，還包括與所述微控制單元輸出端口相 連、用于當(dāng)所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù)載的旁路電路。在本發(fā)明所述的定功率限制器中，所述負(fù)載驅(qū)動電路包括串聯(lián)在負(fù)載供 電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出端口相連的可控硅，其中所述 控制供給負(fù)載的交流電功率包括控制可控硅的導(dǎo)通角。在本發(fā)明所述的定功率限制器中，所述旁路電路包括繼電器及其開關(guān)控 制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串接在負(fù)載供電線路 中，所述開關(guān)電路接收所述微控制單元輸出的控制信號并控制繼電器的吸合 及釋放。在本發(fā)明所述的定功率限制器中，，所述繼電器的常閉觸點與交流電輸入 端的相線相連，動觸點與負(fù)載的供電輸入端相連。在本發(fā)明所述的定功率限制器中，所述電源電路采用RC降壓電路，所述 電源電路有兩組負(fù)載繼電器和Vcc，且繼電器的供電和Vcc是串連關(guān)系。根據(jù)本發(fā)明的另一面，提供一種照明燈具，包括燈泡及與燈泡供電線路 相連的定功率限制器，所述定功率限制器包括控制電路及其電源電路，所述控 制電路包括電壓檢測電路，用于檢測電源電壓；電流檢測電路，用于檢測負(fù)載電流；過零檢測電路，用于檢測交流電過零點；負(fù)載驅(qū)動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給燈泡的交流 電的功率。在本發(fā)明所述的照明燈具中，還包括與所述微控制單元輸出端口相連、 用于當(dāng)所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù)載的旁路電路。在本發(fā)明所述的照明燈具中，所述負(fù)載驅(qū)動電路包括串聯(lián)在負(fù)載供電線 路中、其控制極與所述微控制單元的輸出端口相連的可控硅，其中所述控制 供給負(fù)載的交流電功率包括控制可控硅的導(dǎo)通角。在本發(fā)明所述的照明燈具中，所述旁路電路包括繼電器及其開關(guān)控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串接在負(fù)載供電線路中，所述開關(guān)電路接收所述微控制單元輸出的控制信號并控制繼電器的吸合及釋放。本發(fā)明的有益效果在于能夠?qū)⒂秒娫O(shè)備或電器的負(fù)載功率限制在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，能夠有效地節(jié)約電能，避免電網(wǎng)超載及能源的浪費。并且旁 路電路的設(shè)計使得當(dāng)定功率限制器出現(xiàn)故障時，用電設(shè)備或電器能照常得到 供電，不影響用電設(shè)備或電器的正常工作。


圖1為本發(fā)明定功率限制器的組成框圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的定功率限制器的電路原理圖；圖3A為圖2所示定功率限制器中電源電路的原理圖；圖3B圖3A所示電源電路在電源負(fù)半周繼電器吸合時電流流向示意圖；圖3C圖3A所示電源電路在電源負(fù)半周繼電器不吸合時電流流向示意圖;圖3D圖3A所示電源電路在電源正半周時電流流向示意圖；圖4A為圖2所示定功率限制器中電壓檢測電路的原理圖；圖4B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中電壓檢測電路的原理圖；圖5A為圖2所示定功率限制器中電流檢測電路的原理圖；圖5B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中電流檢測電路的原理圖；圖6A為圖2所示定功率限制器中過零檢測電路的原理圖；圖6B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中過零檢測電路的原理圖；圖7為圖2所示定功率限制器中繼電器驅(qū)動電路的原理圖；圖8A為圖2所示定功率限制器中可控硅驅(qū)動電路的原理圖；圖8B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例可控硅驅(qū)動電路的原理圖。
具體實施方式
圖1為本發(fā)明定功率限制器的組成框圖。如圖1所示，在本發(fā)明的構(gòu)思 中，定功率限制器包括控制電路及為該控制電路供電的電源電路。其中，控制電路包括用于檢測電源電壓的電壓檢測電路、用于檢測負(fù)載電流的電流檢測電路、用于檢測交流電過零點的過零檢測電路、負(fù)載驅(qū)動電路及微控制單元(MCU)，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路的輸 出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給負(fù)載的交流電的 功率。本發(fā)明的定功率限制器還包括一個旁路電路，其與所述微控制單元輸 出端口相連，用于當(dāng)所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù)載。這種情 況下，當(dāng)定功率限制器的控制電路中的任何部件，如電壓檢測電路、電流檢 測電路、過零檢測電路、負(fù)載驅(qū)動電路、微控制單元中的一個或多個失效不 能工作的時候，旁路電路不會受到影響，會自動切換過去，使得用電設(shè)備或 電器能正常工作，但功率限制的功能就失效了。作為一種選擇，也可以不采 用該旁路電路。當(dāng)然，這種情況下，如果功率限制器出現(xiàn)故障，用電設(shè)備或 電器的供電將被斷開，使其無法正常工作。圖2為根據(jù)本發(fā)明一實施例的定功率限制器的電路原理圖。在該實施例 中，旁路電路包括繼電器RY1及其開關(guān)控制電路，該開關(guān)控制電路包括三極 管TR1和TR2。負(fù)載驅(qū)動電路包括串聯(lián)在負(fù)載供電線路中、其控制極與所述微 控制單元Ul的輸出端口相連的可控硅。工作原理是，微控制單元(MCU)通 過檢測電源電壓和負(fù)載電流的方式，計算出現(xiàn)有負(fù)載的功率，然后通過調(diào)整 可控硅的導(dǎo)通角的方式來控制負(fù)載的功率，達到功率限制的目的。當(dāng)負(fù)載功率小于或等于設(shè)定的功率時，可控硅全開；當(dāng)負(fù)載功率大于設(shè) 定的功率時，減小可控硅的導(dǎo)通角，從而使流過負(fù)載的平均電流減小，根據(jù) P^I，功率也相應(yīng)變小。 一邊減小導(dǎo)通角， 一邊檢測反饋回來的電流信號，當(dāng) 負(fù)載的功率達到設(shè)定值時，保持當(dāng)前的導(dǎo)通角不變，從而使負(fù)載的功率達到穩(wěn)定的設(shè)定值。本發(fā)明的定功率限制器設(shè)計了一個繼電器作為旁路電路，使 用繼電器的常閉觸點。正常情況下，繼電器是吸合的，即常閉觸點是斷開的， 旁路電路是沒有起作用的，當(dāng)控制器不能正常工作的時候，繼電器釋放，常 閉觸點閉合，負(fù)載電流通過常閉觸點完成回路，保證燈泡正常供電。以下對圖2所示實施例中的電源電路、電壓檢測電路、電流檢測電路、 過零檢測電路、繼電器驅(qū)動電路、可控硅驅(qū)動電路分別進行說明。圖3A為圖2所示定功率限制器中電源電路的原理圖。電源采用RC降壓 電路，對于電源電路而言，電路中有兩組負(fù)載繼電器和Vcc，在這個電路中 繼電器的供電和Vcc是串連關(guān)系，這樣做的好處是可以減小降壓電容的容量。 由于RC降壓電路是一個恒流源，當(dāng)部分或全部負(fù)載沒有工作的時候，電流將 通過穩(wěn)壓管流走，所以電容容量越大，靜態(tài)功耗就越大。假設(shè)繼電器需要的 電流為Ib Vcc后端需要的電流為12， 12> L,降壓電容能提供的電流是I。，， 那么我們在選擇降壓電容C1的容量的時候，只要考慮I?！穕2就滿足了，而不 是I。》(12 + L )。從而減小電容的體積和成本，并降低功耗。當(dāng)繼電器需要吸合的時候，三極管TR1導(dǎo)通，電流流過繼電器RY1的線 圈；當(dāng)繼電器不需要吸合的時候，三極管TR1截止，繼電器RY1的線圈中沒 有電流流過，電流經(jīng)過ZD1穩(wěn)壓二極管形成回路。圖3B圖3A所示電源電路在電源負(fù)半周繼電器吸合時電流流向示意圖； 圖3C圖3A所示電源電路在電源負(fù)半周繼電器不吸合時電流流向示意圖；圖 3D圖3A所示電源電路在電源正半周時電流流向示意圖。圖4A為圖2所示定功率限制器中電壓檢測電路的原理圖。由于RC降壓 電路是非隔離的，所以這里可以直接從交流電用電阻分壓后直接將電壓信號 送到MCU的A/D 口， MCU根據(jù)信號的幅度判斷市電電壓值。二極管D5用于鉗 位，保證MCU A/D端口的信號在安全范圍內(nèi)，不會損壞MCU。圖5A為圖2所示定功率限制器中電流檢測電路的原理圖。在本發(fā)明的定 功率限制器中，J1，J2，J3是康銅絲，康銅絲的阻值大小可以通過改變長度和 直徑來選擇。可控硅SCR1導(dǎo)通后，交流電流通過燈泡、可控硅、Jl、 J2、 J3 到達交流電源的另一端?？点~絲串連在負(fù)載供電線路中，其本身的電阻在電路中能起到分壓的作用。在康銅絲上的壓降隨著電流的變化而變化，這個以市電頻率變化的電壓信號通過C16電容耦合后，送到MCU的A/D 口進行檢測， MCU可以根據(jù)信號的幅度判斷流過負(fù)載的電流。電阻R26、 R27的作用是將C16 耦合過來的信號的基準(zhǔn)點穩(wěn)定。圖6A為圖2所示定功率限制器中過零檢測電路的原理圖。采用電阻降壓， 三極管整形的過零檢測電路。圖7為圖2所示定功率限制器中繼電器驅(qū)動電路的原理圖。在電源的負(fù)半周，需要開啟繼電器時，控制端I/O 口有脈沖信號輸出， 經(jīng)過C14， R17耦合到了TR2三極管的基極，三極管TR2在脈沖的負(fù)半周期間 導(dǎo)通，電流從TR2的發(fā)射極流經(jīng)集電極，經(jīng)過電阻R20向電容C2充電，同時 經(jīng)過R12向TR1基極供電，使三極管TR1導(dǎo)通，繼電器RY1的線圈有電流流 過，繼電器吸合，同時對C11進行充電。在脈沖的正半周時，電容C14通過 Dl 二極管放電，三極管TR2截止。電容C2通過電阻R12向TR1三極管基極供 電，維持TR1導(dǎo)通、繼電器吸合。電阻R2是上拉電阻，保證在沒有控制信號 的時候，三極管TR2的基極處于高電平狀態(tài)，即三極管截止?fàn)顟B(tài)。電源的正半周，電流如圖D所示。電源電流直接經(jīng)D2 二極管流到另一端， 沒有流經(jīng)后面的負(fù)載。C11通過繼電器RY1、三極管TR1放電，維持繼電器吸 合。不需要吸合繼電器時，控制端沒有脈沖信號輸出，三極管TR2、 TR1截止。 正常使用的時候MCU就會發(fā)出信號使繼電器吸合，當(dāng)MCU出現(xiàn)故障的時候信 號就消失，繼電器就自動彈開。圖8A為圖2所示定功率限制器中可控硅驅(qū)動電路的原理圖。本實施例中 采用MCU的1/0端口直接驅(qū)動可控硅的方式。不觸發(fā)可控硅時，I/O 口位高電 平，需要觸發(fā)可控硅時，1/0口輸出低電平脈沖。MCU采得電壓信號和電流信 號后進行計算，然后通過調(diào)整可控硅的導(dǎo)通時間來實現(xiàn)對負(fù)載功率控制的目 的。本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉，本發(fā)明的定功率限制器中的電壓檢測電路、電流 檢測電路、過零檢測電路、負(fù)載驅(qū)動電路、旁路電路還可以其它方式實現(xiàn)。例如，圖4B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中電壓檢測電路的原理圖。 其工作原理R3、 R14、 R24構(gòu)成分壓電路，電源的正半周時，二極管D6正向 導(dǎo)通的，Cl充電，Cl上的電壓隨著電源電壓的變化而變化，這樣MCU可以直 接讀取C1兩端的電壓值來判斷電源電壓。R25作為電容C1的放電電阻。圖5B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中電流檢測電路的原理圖。其 工作原理TR1是電流互感器，負(fù)載電流流經(jīng)TR1的初級，在TR1的次級產(chǎn)生 感應(yīng)電動勢，經(jīng)Dl整流后向Cl充電，Cl上的電壓和負(fù)載電流成正比，MCU 讀取C1上的電壓值來判斷負(fù)載電流。R26作為電容C1的放電電阻。圖6B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例中過零檢測電路的原理圖。其 工作原理采用電阻分壓后直接接到MCU過零檢測端口的方式，這種過零檢 測電路的優(yōu)點是成本低，缺點是波形沒有圖6A所示過零檢測電路的標(biāo)準(zhǔn)，容 易受到干擾。圖8B為根據(jù)本發(fā)明定功率限制器一實施例可控硅驅(qū)動電路的原理圖。其 工作原理I/O 口的控制信號通過Q1反向后再觸發(fā)可控硅，當(dāng)I/0口的驅(qū)動 能力不足的時候，需要采用這種電路。還需說明的是，使用可控硅后，由于正弦波被切割、波形遭受破壞，會 給電網(wǎng)帶來干擾等問題。這種情況下可增加一些抑制干擾的線路，如在圖2 所示本發(fā)明定功率限制器實施例的電路原理圖上可控硅的后面增加一個電 感。當(dāng)然，也可以采用本領(lǐng)域常用的其它技術(shù)手段來解決該干擾問題。
權(quán)利要求
1、一種定功率限制器，包括控制電路及其電源電路，其特征在于，所述控制電路包括電壓檢測電路，用于檢測電源電壓；電流檢測電路，用于檢測負(fù)載電流；過零檢測電路，用于檢測交流電過零點；負(fù)載驅(qū)動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路的輸出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給負(fù)載的交流電的功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的定功率限制器，其特征在于，還包括與所述微 控制單元輸出端口相連、用于當(dāng)所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù) 載的旁路電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的定功率限制器，其特征在于，所述負(fù)載驅(qū) 動電路包括串聯(lián)在負(fù)載供電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出端口 相連的可控硅，其中所述控制供給負(fù)載的交流電功率包括控制可控硅的導(dǎo)通 角。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的定功率限制器，其特征在于，所述旁路電路包 括繼電器及其開關(guān)控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點 串接在負(fù)載供電線路中，所述開關(guān)電路接收所述微控制單元輸出的控制信號 并控制繼電器的吸合及釋放。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定功率限制器，其特征在于，所述繼電器的常閉觸點與交流電輸入端的相線相連，動觸點與負(fù)載的供電輸入端相連。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的定功率限制器，其特征在于，所述電源電路采 用RC降壓電路，所述電源電路有兩組負(fù)載繼電器和Vcc，且繼電器的供電 和Vcc是串連關(guān)系。
7、 一種照明燈具，包括燈泡及與燈泡供電線路相連的定功率限制器，所述定功率限制器包括控制電路及其電源電路，其特征在于，所述控制電路包 括電壓檢測電路，用于檢測電源電壓； 電流檢測電路，用于檢測負(fù)載電流； 過零檢測電路，用于檢測交流電過零點； 負(fù)載驅(qū)動電路；微控制單元，其接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路 的輸出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給燈泡的交流 電的功率。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的照明燈具，其特征在于，還包括與所述微控制 單元輸出端口相連、用于當(dāng)所述控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù)載的 旁路電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的照明燈具，其特征在于，所述負(fù)載驅(qū)動電 路包括串聯(lián)在負(fù)載供電線路中、其控制極與所述微控制單元的輸出端口相連 的可控硅，其中所述控制供給負(fù)載的交流電功率包括控制可控硅的導(dǎo)通角。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的照明燈具，其特征在于，所述旁路電路包括 繼電器及其開關(guān)控制電路；其中，所述繼電器的動觸點和其中一個靜觸點串 接在負(fù)載供電線路中，所述開關(guān)電路接收所述微控制單元輸出的控制信號并 控制繼電器的吸合及釋放。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種定功率限制器，包括控制電路及其電源電路。其中，所述控制電路包括電壓檢測電路、電流檢測電路、過零檢測電路、負(fù)載驅(qū)動電路及微控制單元。所述微控制單元接收所述電壓檢測電路、電流檢測電路及過零檢測電路的輸出信號，并輸出控制信號到所述負(fù)載驅(qū)動電路，以控制供給負(fù)載的交流電的功率。還包括與所述微控制單元輸出端口相連、用于當(dāng)控制電路故障時直接將交流電旁路給負(fù)載的旁路電路。實施本發(fā)明，能夠?qū)⒂秒娫O(shè)備或電器的負(fù)載功率限制在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，能夠有效地節(jié)約電能，避免電網(wǎng)超載及能源的浪費。并且旁路電路的設(shè)計使得當(dāng)定功率限制器出現(xiàn)故障時，用電設(shè)備或電器能照常得到供電，不影響用電設(shè)備或電器的正常工作。
文檔編號G05F1/66GK101257757SQ20081006646
公開日2008年9月3日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者劉建偉, 楊勇練, 汪顯方, 董曉勇, 鄧寶寧 申請人:深圳和而泰智能控制股份有限公司