專利名稱：一種無級差式照明節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于照明節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種無級差式照明節(jié)能裝置。
背景技術(shù)：
隨著城市化進(jìn)程的加快和社會文明進(jìn)步，美化亮化城市不僅是各級政府造福一方的重要工程，更是關(guān)系到廣大人民日益增長的物質(zhì)、文化生活的需要。但照明用電現(xiàn)在已占到了全球總用電量的10% — 20%，各國政府都紛紛制定了本國的綠色照明計劃。所謂綠色照明就是在保證或提高照明質(zhì)量的前提下節(jié)約用電，減少對不可再生資源的消耗和大氣污染，以達(dá)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目的。綠色照明工程的節(jié)能，不只 是提高光源的效率，同時還要對照明系統(tǒng)中的每一個環(huán)節(jié)進(jìn)行節(jié)能處理，以提高對能源的利用率。目前公開的照明節(jié)能產(chǎn)品及其特點(diǎn)有(I)、SCR可控硅控制產(chǎn)品輸出電壓嚴(yán)重畸變，污染電網(wǎng)，產(chǎn)生干擾，無法滿足電磁兼容要求，影響電力調(diào)度，同時只能適應(yīng)感性燈光負(fù)載，對目前提倡的多元化照明和國家強(qiáng)制的電容補(bǔ)償無法適應(yīng)。(2)、電磁自藕變壓器固定抽頭機(jī)械切換產(chǎn)品體積大而笨重，工作時無法進(jìn)行調(diào)壓調(diào)光，節(jié)能率固定，照度無法控制，出現(xiàn)照度與需求倒置的現(xiàn)象。(3)、電磁自藕變壓器抽頭SCR切換產(chǎn)品體積大笨重，突變式調(diào)壓調(diào)光，對城市道路照明的HID燈有滅燈現(xiàn)象，調(diào)光無法精確控制，由于多SCR開關(guān)切換時有共態(tài)導(dǎo)同，所以
故障率高。(4)、電磁自藕變壓器無級碳刷切換產(chǎn)品體積大笨重，機(jī)械碳刷部件在大電流時滑動，受到電火花的影響，壽命短、故障率高。(5)、電磁感應(yīng)變壓器電機(jī)伺服無級碳刷調(diào)壓調(diào)光產(chǎn)品由伺服電機(jī)驅(qū)動碳刷進(jìn)行變壓器二次側(cè)的抽頭換接實(shí)現(xiàn)變壓器變比調(diào)節(jié)從而改變輸出電壓，體積大笨重，效率低，噪音大。(6)新型電力電子電源轉(zhuǎn)換裝置，該類裝置技術(shù)含量高、易于實(shí)現(xiàn)智能化。一類是由AC-DC-AC的模式構(gòu)成，類似于變頻器的拓?fù)錁?gòu)成，但此類產(chǎn)品效率低，且難以適應(yīng)電光源類負(fù)載復(fù)雜的阻抗特性，容易造成逆變橋的共態(tài)導(dǎo)通，導(dǎo)致炸機(jī)的嚴(yán)重事故。另一類是AC-AC的高頻斬波變換模式構(gòu)成，此類中IGBT模塊為不對稱結(jié)構(gòu)，大功率擴(kuò)展困難，且在照明功率較大的場合，其散熱成為制約設(shè)備使用的關(guān)鍵因素，而難以克服。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有的技術(shù)缺陷，提供一種無級差式照明節(jié)能裝置，該裝置把電力電子技術(shù)和電磁調(diào)控技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)調(diào)光節(jié)能，具有安全可靠、效率高、調(diào)節(jié)平滑、大功率擴(kuò)展容易、環(huán)保節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明為達(dá)到上述目的所采用的無級差式照明節(jié)能裝置其特征在于，該裝置包括主要由電力電子變功率電路、電磁電路，以及連接電力電子變功率電路和電磁電路的接觸器組成的主電路，與主電路相連的控制電路；所述的電力電子變功率電路包括由四個IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四個快恢復(fù)二極管DU D2、D3、D4，組成的交-交變電路，以及由兩個電容Cl、C2和一個電感LI組成的濾波電路；其中第一 IGBT Ql的發(fā)射極與第二 IGBT Q2的發(fā)射極相接，第二 IGBT Q2的集電極和第三IGBT Q3的集電極相接，第三IGBT Q3的發(fā)射極和第四IGBT Q4的發(fā)射極相接。第四IGBT Q4的集電極接零線，第一 IGBT Ql的集電極通過第一接觸器Kl接到火線；四個快恢復(fù)二極管D1、D2、D3、D4分別反并聯(lián)在四個IGBT Ql、Q2、Q3、Q4的集電極與發(fā)射極間；第一電容Cl跨接在第一 IGBT Ql和第四 IGBT Q4的集電極，構(gòu)成輸入端的濾波電路；電感LI、第二電容C2組成輸出端的濾波電路，電感LI的一端接第二 IGBT Q2和第三IGBT Q3的集電極，電感LI的另一端與第二電容C2接連，第二電容C2的另一端接到零線；所述的電磁電路主要由耦合電感L組成(主線圈11端和副線圈21端是同名端)，該耦合電感L的副線圈21端子通過第三接觸器K3接到該電力電子變功率電路中，并且接到電感LI、第二電容C2相連公共端上，耦合電感L的副線圈22端子接到零線；該耦合電感L的主線圈11端子接到火線，是裝置的輸入端，耦合電感L的主線圈12端子作為整個裝置的輸出端，耦合電感L的主線圈的11和12兩端再跨接第二接觸器K2。該控制電路包括由溫度檢測電路、電壓和電流采樣電路組成的檢測保護(hù)模塊，IGBT驅(qū)動電路、整流濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和中央處理器電路；其中,溫度檢測電路、通訊模塊和人機(jī)界面分別與中央處理器電路相連，電流電壓采樣電路的輸入端連接在裝置的輸出端，電流電壓采樣電路的輸出端連與整流濾波電路相連，整流濾波電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與中央處理器電路相連；中央處理器電路、檢測保護(hù)模塊電路分別與主電路相連；IGBT驅(qū)動電路與主電路中的IGBT控制端相連接，控制IGBT工作邏輯狀態(tài)。所述的檢測保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)過壓與欠壓保護(hù)，過流與欠流保護(hù)，超溫保護(hù)。所述的控制電路還連接有串行通訊模塊和人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場設(shè)置參數(shù)、調(diào)節(jié)功率、查詢信息。本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后的有益效果(I)效率高，無機(jī)械部件和易損部件，安全可靠，裝置壽命長。(2)采用了電力電子技術(shù)和電磁相結(jié)合，使得功率擴(kuò)展容易實(shí)現(xiàn)。(3)無級差式調(diào)控，最大限度保障光源壽命。(4)智能化地進(jìn)行調(diào)光節(jié)能，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通訊調(diào)光節(jié)能。


圖I為本發(fā)明的主電路原理圖；圖中虛線框I內(nèi)是電力電子變功率電路,虛線框II內(nèi)是電磁電路圖2為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明提出的無級差式照明節(jié)能裝置，如圖1、2所示，包括由電力電子變功率電路I和電磁電路II，以及連接電力電子變功率電路和電磁電路的接觸器組成的主電路，與主電路相連的控制電路；所述的電力電子變功率電路I包括由四個IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四個快恢復(fù)二極管D1、D2、D3、D4，組成的交-交變電路，以及由兩個電容C1、C2和一個電感LI組成的濾波電路；其中Ql的發(fā)射極與Q2的發(fā)射極相接，Q2的集電極和Q3的集電極相接，Q3的發(fā)射極和Q4的發(fā)射極相接。Q4的集電極接零線，Ql的集電極通過接觸器Kl接到火線；四個快恢復(fù)二極管01、02、03、04分別反并聯(lián)在以、02、03、04的集電極與發(fā)射極間；電容Cl跨接在Ql和Q4的集電極，構(gòu)成輸入端的濾波電路。電感LI、電容C2組成輸出端的濾波電路，LI的一端接Q2和Q3的集電極，另一端與C2接連，C2的另一端接到零線；所述的電磁電路II主要由耦合電感L組成(主線圈11端和副線圈21端是同名端)，該耦合電感L的副線圈21端子通過接觸器K3接到該電力電子變功率電路中，并且接到LI、C2相連公共端上，22端子接到零線；該耦合電感L的主線圈11端子接到火線，是裝置的輸入端，12端子作為整個裝置的輸出端，主線圈的11和12兩端再跨接接觸器K2。
本發(fā)明的工作原理本裝置的輸入端一般接在控制照明負(fù)載的變壓器或開關(guān)柜上，裝置的輸出端接上照明負(fù)載后，在接通電源使光源預(yù)熱階段，控制電路發(fā)信號使K2閉合，Uout=Uin,負(fù)載電流經(jīng)輸入端Uin、接觸器K2、輸出端Uout到光源，光源運(yùn)行在額定功率狀態(tài)。當(dāng)節(jié)電狀態(tài)時間到，控制電路首先控制Kl和K3接觸器閉合，同時控制IGBT工作，使Q3和Q4開通，在交流電壓正半周時，控制IGBT工作，使Q2開通，Ql關(guān)斷；在交流電壓負(fù)半周時，使Q2開通，Ql關(guān)斷，此時相當(dāng)于耦合電感的副線圈是短接的，兩端電壓差為0V。然后控制K2打開，負(fù)載電流經(jīng)輸入端UIn、耦合電感L的主線圈、輸出端Uout到負(fù)載，此時，在電壓正半周，使Q3工作于高頻斬波狀態(tài)，Q2和Dl作為續(xù)流回路；在電壓負(fù)半周，使Q4工作于高頻斬波狀態(tài)，Ql和D2作為續(xù)流回路。這樣只要控制電路控制IGBT工作狀態(tài)，也就是調(diào)節(jié)斬波的占空比，則可以使耦合電感副線圈的功率改變，同時主線圈的功率也隨之變化。這樣就實(shí)現(xiàn)了整個裝置輸出功率的改變，也從而使光源運(yùn)行在變功率狀態(tài)，達(dá)到了節(jié)能的目的。本發(fā)明的主電路中各器件均采用常規(guī)商用產(chǎn)品。本發(fā)明的控制電路實(shí)施例具體組成如圖2所示，包括由溫度檢測電路、電壓和電流采樣電路組成的檢測保護(hù)模塊，IGBT驅(qū)動電路、整流濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和中央處理器電路，還可設(shè)置通訊模塊和人機(jī)界面；其中，溫度檢測電路、通訊模塊和人機(jī)界面分別與中央處理器電路相連，電流電壓采樣電路的輸入端連接在裝置的輸出端，電流電壓采樣電路的輸出與整流濾波電路相連，整流濾波電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與中央處理器電路相連；中央處理器電路、檢測保護(hù)模塊電路分別與主電路相連；控制電路中的IGBT驅(qū)動電路與主電路中IGBT的控制端相連接，控制IGBT工作邏輯狀態(tài)。檢測保護(hù)模塊實(shí)現(xiàn)過壓與欠壓保護(hù)，過流與欠流保護(hù)，超溫保護(hù)。檢測保護(hù)模塊實(shí)時檢測主電路的電壓、電流、溫度信息，經(jīng)過整流、濾波和A/D轉(zhuǎn)換后傳輸給中央處理器；中央處理器的工作流程為如果電壓電流處于正常工作區(qū)間，中央處理器通過比較實(shí)際電壓值和軟件設(shè)定的電壓值來調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，穩(wěn)定或調(diào)整電壓輸出值，直到滿足設(shè)置要求；如果電壓電流出現(xiàn)異常，則按照電流電壓保護(hù)策略進(jìn)行異常處理。電壓電流異常包括過壓與欠壓，過流與欠流。相應(yīng)的保護(hù)策略包括有當(dāng)出現(xiàn)過壓過流異常(一般工作電壓超過額定電壓20%，例如單相電壓超過265伏，電流超過額定電流值時則為出現(xiàn)過壓過流異常)，控制電路發(fā)出信號使K2閉合，Kl和K3也處在閉合狀態(tài)，裝置暫時退出節(jié)能狀態(tài)，等待電壓電流恢復(fù)正常值后，裝置重新投入節(jié)能；當(dāng)出現(xiàn)欠壓欠流異常(工作電壓低于額定電壓80%，工作電流低于額定電流2%)，控制電路發(fā)出信號使K2閉合，Kl和K3斷開，不再自動重新投入節(jié)能。溫度檢測模塊檢測到溫度異常，按照溫度保護(hù)策略也進(jìn)入異常處理即裝置工作溫度超過45度，則啟動風(fēng)扇進(jìn)行強(qiáng)制散熱，溫度超過80度，控制電路發(fā)出信號使K2閉合，Kl和K3也處在閉合狀態(tài)，設(shè)備暫時退出節(jié)能狀態(tài)，等待溫度恢復(fù)到60度以下，裝置重新投入節(jié)能。上述流程通過常規(guī)的技術(shù)編制成控制程序，事先存儲在中央處理器中。通信模塊和人機(jī)交互界面可供遠(yuǎn)程和現(xiàn)場設(shè)置參數(shù)、調(diào)節(jié)功率、查詢信息。控制電路中的各電路均采用常規(guī)的成熟電路IGBT器件的驅(qū)動電路由安捷侖公司316J驅(qū)動芯片及其輔助電路組成；中央處理器電路由ST公司STM8S207R8T6C芯片及其輔助電路組成；電壓、電流采樣電路由Cirrus logic的CS5463智能電表專用芯片組成,該 芯片中還集成了整流濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路；溫度檢測電路由常規(guī)的熱敏電阻及其輔助電路組成；通信模塊采用MAX232和MAX485作為通信接口 ；人機(jī)界面采用真彩觸摸屏。
權(quán)利要求
1.一種無級差式照明節(jié)能裝置，其特征在于，該裝置包括主要由電力電子變功率電路、電磁電路，以及連接電力電子變功率電路和電磁電路的接觸器組成的主電路，與主電路相連的控制電路； 所述的電力電子變功率電路包括由四個IGBT (QU Q2、Q3、Q4)和四個快恢復(fù)二極管(D1、D2、D3、D4)組成的交-交變電路，以及由兩個電容(C1、C2)和一個電感(LI)組成的濾波電路；其中第一 IGBT (Ql)的發(fā)射極與第二 IGBT (Q2)的發(fā)射極相接，第二 IGBT (Q2)的集電極和第三IGBT (Q3)的集電極相接，第三IGBT (Q3)的發(fā)射極和第四IGBT (Q4)的發(fā)射極相接。第四IGBT (Q4)的集電極接零線，第一 IGBT (Ql)的集電極通過第一接觸器(Kl)接到火線;四個快恢復(fù)二極管(D1、D2、D3、D4)分別反并聯(lián)在四個IGBT (Ql、Q2、Q3、Q4)的集電極與發(fā)射極間；第一電容(Cl)跨接在第一 IGBT (Ql)和第四IGBT (Q4)的集電極，構(gòu)成輸入端的濾波電路；電感(LI)、第二電容(C2)組成輸出端的濾波電路，電感(LI)的一端接第二 IGBT (Q2)和第三IGBT (Q3)的集電極，電感(LI)的另一端與第二電容(C2)接連，第二電容(C2)的另一端接到零線； 所述的電磁電路主要由耦合電感(L)組成；該耦合電感(L)的主線圈11端和副線圈21端是同名端，該耦合電感(L)的副線圈21端子通過第三接觸器(K3)接到該電力電子變功率電路中，并且接到電感(LI)、第二電容(C2)相連公共端上，耦合電感(L)的副線圈22端子接到零線；該耦合電感(L)的主線圈11端子接到火線，是裝置的輸入端，耦合電感(L)的主線圈12端子作為整個裝置的輸出端，耦合電感L的主線圈11和12兩端再跨接第二接觸器(K2)。
2.如權(quán)利要求I所述的無級差式照明節(jié)能裝置，其特征在于，該控制電路包括由溫度檢測電路、電壓和電流采樣電路組成的檢測保護(hù)模塊，IGBT驅(qū)動電路、整流濾波電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和中央處理器電路；其中，溫度檢測電路、通訊模塊和人機(jī)界面分別與中央處理器電路相連，電流電壓采樣電路的輸入端連接在裝置的輸出端，電流電壓采樣電路的輸出端與整流濾波電路相連,整流濾波電路通過A/D轉(zhuǎn)換電路與中央處理器電路相連；中央處理器電路、檢測保護(hù)模塊電路分別與主電路相連；IGBT驅(qū)動電路與主電路中的IGBT控制端相連接，控制IGBT的工作邏輯狀態(tài)。
3.按照權(quán)利I所述的無級差式照明節(jié)能裝置，其特征在于所述的控制電路還連接有串行通訊模塊和人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場設(shè)置參數(shù)、調(diào)節(jié)功率、查詢信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無級差式照明節(jié)能裝置，屬于照明節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，把電力電子技術(shù)和電磁調(diào)控技術(shù)結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)無級差調(diào)光節(jié)能。電力電子電路為交-交變功率電路，由四個IGBT Q1、Q2、Q3、Q4和四個快恢復(fù)二極管D1、D2、D3、D4組成，D1、D2、D3、D4反向并聯(lián)在每個IGBT的集電極和發(fā)射極端。C1為濾波電容，C2和L1構(gòu)成LC濾波電路。電磁回路由耦合電感L組成，其副線圈21端子通過開關(guān)K3與交-交變功率電路連接；主線圈11端子接市電的火線，12端子作為裝置的輸出端。通過控制單元調(diào)節(jié)交-交變電路的功率，改變電磁回路的功率，從而調(diào)整整個裝置的輸出功率。本發(fā)明具有耐沖擊，功率調(diào)節(jié)范圍寬，成本低，效率高特點(diǎn)。
文檔編號H05B37/02GK102711334SQ20121019646
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者雷錫社 申請人:雷錫社