Спосіб управління освітленням

Реферат: Спосіб управління освітленням належить до області регулювання процесу штучного освітлення і може бути використаний при застосуванні світлодіодних світильників, ламп розжарювання або газорозрядних. Спосіб включає передачу змінної напруги живлення на вхідні електроди польових транзисторів MOSFET, включених зустрічно-паралельно; формування сигналу управління шляхом паралельної передачі з виходу керуючого контролера (в оригіналі генератора імпульсів) на затвори польових транзисторів замикаючих сигналів від синусоїди вхідної напруги у фазі переходу її через нуль, при цьому сигнал управління, який передають на затвори польових транзисторів драйвера управління, формують по формі півхвилі синусоїди вхідної напруги заданою тривалістю в межах 0,5-1 мс, коли амплітуда синусоїди знаходиться в межах ±10 В, із заданою періодичністю, що менше або дорівнює 100 Гц; в блоці навантаження здійснюють цифрову фільтрацію сигналів, постійно порівнюючи амплітуду вхідної напруги і форму кожного півперіоду синусоїди при переході її через нуль. Відповідно до показань датчика освітленості або від рівня регульованого вхідного опору виділяють керуючі імпульси (керуючі ознаки), за допомогою яких формують робочу напругу для блока навантаження, за який використовують світлодіодні світильники, лампи розжарювання або галогенові лампи. UA 115107 C2 (12) UA 115107 C2 UA 115107 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області регулювання процесу штучного освітлення і може бути використаний при застосуванні світлодіодних, накальних або газорозрядних світильників. Відомий спосіб управління освітленням за допомогою симістора Тrіас (http://www.shemki.m/readarticle.php?article_id=359), згідно з яким змінну напругу від мережі подають на вхідний силовий електрод симістора, одночасно на електрод управління передають керуючий сигнал, за який прийнято перехід через нуль синусоїди. Керуючим сигналом забороняють передачу вибраної як робочу позитивної або негативної синусоїдальної хвилі напруги; перевищенням величини амплітуди напруги, що управляє симістором відкривають і передають робочу напругу у вигляді обрізаної синусоїди в навантаження, за який використовують, наприклад, світильники або інші побутові прилади. При зміні полярності сигналу на вході симістора, він закривається. Процес повторюється, коли на вхід надходить друга і подальша робочі синусоїдальні хвилі відповідної полярності, за рахунок чого синусоїдальна напруга перетворюється в пилкоподібну, амплітуда якої залежить від величини керуючої напруги. Недоліки такого способу полягають у високім рівні мережевих перешкод (шумів), а також в нестійкій роботі освітлювальних приладів через брак напруги живлення при малій яскравості світильників. Відомий також спосіб управління освітленням з використанням силового ключа на польових транзисторах з ізольованим затвором (MOSFET), за допомогою якого керують змінним струмом шляхом відкривання і закривання польових транзисторів (http://meandr.org/archives/26882). Відповідно до цього способу змінну напругу живлення передають на вхідні електроди польових транзисторів MOSFET, включених зустрічно-послідовно, які відкриваються відповідно при переході через нуль позитивної або негативної півхвилі синусоїди напруги. Одночасно напругу живлення передають на вхід генератора імпульсів з регульованою шпаруватістю, який передає вихідні сигнали на затвори польових транзисторів і формує паралельно замикаючі сигнали з тривалістю в межах від 2 до 9,8 мс і частотою імпульсів близько 2 кГц, залежно від величини регульованого вхідного опору. В результаті робочу напруга передають в блок навантаження, як такий використовують, наприклад, світильники або інші побутові прилади. Цей спосіб дозволяє раціонально використовувати напругу живлення і регулювати частоту робочих імпульсів, які визначають рівень освітленості. За технічною суттю та досягнутим ефектом цей спосіб найбільш близький до запропонованого, тому прийнятий за прототип. Недоліки цього способу полягають в низькій ефективності внаслідок того, що імпульси напруги живлення мають різкі перепади, особливо у фазі максимальної амплітуди синусоїди, призводять до суттєвих гармонічних перешкод в широкому діапазоні частот. Процес частих перемикань призводить до перегріву транзисторів в моменти переходу від закритого стану у відкритий і навпаки. Технічною задачею винаходу є підвищення ефективності регулювання робочої напруги для живлення ламп освітлення. Ця задача вирішена тим, що в способі управління освітленням, який включає передачу змінної напруги живлення на вхідні електроди польових транзисторів MOSFET, включених зустрічно-паралельно; формування сигналу управління шляхом паралельної передачі з виходу керуючого контролера (в оригіналі генератора імпульсів) на затвори польових транзисторів замикаючих сигналів синусоїди вхідної напруги в фазі переходу її через нуль залежно від рівня регулюючого вхідного опору, і передачу робочої напруги живлення в блок навантаження, відмінністю є те, що сигнал управління, який передають на затвори польових транзисторів драйвера управління, формують по поверхні форми півхвилі синусоїди вхідної напруги заданою тривалістю в межах 0,5-1 мс, коли амплітуда синусоїди знаходиться в межах ±10 В, із заданою періодичністю, що менше або дорівнює 100 Гц; в блоці навантаження здійснюють цифрову фільтрацію сигналів, постійно порівнюючи амплітуду вхідної напруги і форму кожного півперіоду синусоїди при переході її через нуль; відповідно до показань датчика освітленості або ручного регулятора виділяють керуючі імпульси (керуючі ознаки), відповідно до яких формують робочу напругу блока навантаження, за який використовують світлодіодні світильники, лампи розжарювання або галогенові лампи; при необхідності використовують один або кілька блоків навантаження, а змінну робочу напругу перетворюють в постійну напругу, величина якої визначається рівнем необхідної напруги для живлення світильників, що використовуються. Формування сигналу управління за формою і параметрами півхвилі синусоїди вхідної напруги у фазі її перетину через нуль тривалістю 0,5-1 мс, в період, коли амплітуда синусоїди не опускається нижче -10 В або не перевищує +10 В, періодичністю, що менше або дорівнює 100 гц, і подальша цифрова фільтрація залежно від форми і параметрів синусоїди відповідно до показань датчика освітленості або ручного регулятора опору дозволяє розпізнати сигнали 1 UA 115107 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 керування (керуючі ознаки), відповідно до яких сформувати робочі показники живлення для регулювання рівня яскравості світильників. Використання керуючих ознак у вигляді відфільтрованих імпульсів, які відтинають певні зони синусоїди напруги, дозволяє виключити вплив навіть сильних шумів мережі при управлінні освітленістю, сформувати робочу керовану напругу і підвищити ефективність управління яскравістю світлодіодними або іншими видами світильників залежно від освітленості навколишнього середовища. Крім того можливість паралельного управління двома або декількома блоками навантаження, та можливість використання способу для керування освітленістю в мережі постійного струму розширює область використання способу. Суть пропозиції пояснюється кресленням, де показана блок-схема пристрою для реалізації способу з двома паралельними блоками навантаження. Пристрій для реалізації способу містить керуючий контролер 1, виконаний у вигляді генератора імпульсів з регульованою шпаруватістю, і драйвер 2 управління, виконаний з використанням польових транзисторів MOSFET, включених зустрічно-послідовно. Входи драйвера 2 управління підключені до джерела 3 змінної напруги 220 В і до виходу керуючого контролера 1, з'єднаного з сигнальним і регулюючим блоками 4, 5 відповідно. Вихід драйвера 2 управління може бути підключений до одного або паралельно до кількох блоків навантаження. У представленому прикладі вихід драйвера 2 управління підключений паралельно до контролерів 6, 7 управління і до драйверів 8, 9 світлодіодних двох блоків навантаження відповідно. Виходи драйверів 8, 9 світлодіодних з'єднані з відповідними блоками 10, 11 навантаження, за які використані світлодіодні світильники. Входи контролерів управління 8, 9 підключені до відповідних датчиків 12, 13 освітленості. При необхідності змінну робочу напругу за допомогою драйверів 8, 9 перетворюють в постійну напругу, величина якої визначається рівнем необхідної напруги для живлення використовуваних світильників 10, 11. Спосіб реалізують наступним чином. При включенні змінної напруги живлення надходить на вхідні електроди польових транзисторів MOSFET драйвера 2 управління, паралельно на затвори польових транзисторів передаються замикаючі сигнали з генератора імпульсів керуючого контролера 1 тривалістю в межах від 0,5 до 1 мс і періодичністю, що менше або дорівнює 100 Гц, залежно від рівня регулюючого вхідного опору блока 5. Драйвер 2 управління на самому спаді синусоїди при переході її через нуль, коли амплітуда напруги в мережі знаходиться в межах ±10 В,формує керуючий сигнал тривалістю 0,5-1 мс, частотою, що менше або дорівнює 100 Гц. З виходу драйвера 2 управління цей сигнал передають на входи контролерів 6,7 керування і драйверів 8, 9 світлодіодних світильників відповідно. За допомогою контролерів 6, 7 управління, порівнюючи форму і параметри кожного півперіоду синусоїди вхідної напруги при переході її через нуль, здійснюють цифрову фільтрацію сигналів управління по тривалості, амплітуді, періодичності і формі синусоїди. Залежно від показань датчика освітленості або від положення ручного регулятора, виділяють з синусоїди живлення робочий струм і передають його в блоки навантаження, за які використовують світлодіодні світильники, яскравість світіння яких залежить від рівня освітленості навколишнього простору або положення ручки регулятора, якщо робота здійснюється в ручному режимі управління. Оскільки керуючий сигнал, вводиться в форму кривої напруги живлення - синусоїди у фазі мінімального навантаження, коли напруга живлення близька до 0, він абсолютно не впливає на роботу включених в дану лінію різних джерел світла, таких як лампи розжарювання, газорозрядні люмінесцентні, натрієві та метало-галогенні джерела світла. Як блок навантаження можуть бути використані світлодіодні світильники, лампи накалювання і газорозрядні лампи. Однак, регулюватися будуть лише ті, які обладнані системою розпізнавання керуючих ознак. Авторами виготовлено 5 експериментальних зразків пристроїв, які підтверджують можливість реалізації способу. Таким чином, запропонований спосіб за рахунок формування сигналів управління за формою синусоїди при переході її через нуль по її параметрам та фільтрації цих сигналів за необхідними параметрами та формою синусоїди дозволяє залежно від рівня освітленості або від положення регулятора ручного управління сформувати керуючі імпульси (керуючі ознаки) з підвищеною захищеністю від шумів, виділити робочу напругу для живлення освітлювачів, наприклад світлодіодних ламп, та керувати їх яскравістю залежно від освітленості навколишнього середовища, що в цілому підвищує ефективність способу регулювання освітленості. 2 UA 115107 C2 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 5 10 15 20 25 30 1. Спосіб управління освітленням, що включає передачу змінної напруги живлення на вхідні електроди польових транзисторів MOSFET, включених зустрічно-паралельно; формування сигналу управління шляхом паралельної передачі з виходу керуючого контролера на затвори польових транзисторів замикаючих сигналів синусоїди вхідної напруги у фазу переходу її через нуль в залежності від величини регульованого вхідного опору, і передачу робочої напруги живлення в блок навантаження, який відрізняється тим, що сигнал управління, який передають на затвори польових транзисторів драйвера управління, формують по формі півхвилі синусоїди вхідної напруги заданої тривалості в межах 0,5-1 мс, коли амплітуда синусоїди знаходиться в межах ±10 В, із заданою періодичністю, що менше або дорівнює 100 Гц; в блоці навантаження здійснюють цифрову фільтрацію сигналів, постійно порівнюючи амплітуду вхідної напруги і форму кожного півперіоду синусоїди при переході її через нуль; відповідно до показань датчика освітленості або ручного регулятора виділяють керуючі імпульси (керуючі ознаки), відповідно до яких формують робочий струм блока навантаження, за який використовують світлодіодні світильники, лампи розжарювання або галогенові лампи. 2. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що передачу робочої напруги живлення здійснюють паралельно в два або в декілька блоків навантаження. 3. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що змінну робочу напругу перетворюють в постійну напругу, величина якої визначається рівнем необхідної яскравості використовуваних світильників. 4. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що як навантаження використовують лампи розжарювання. 5. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що як навантаження використовують газорозрядні лампи. 6. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що як навантаження використовують нагрівальні прилади. 7. Спосіб управління освітленням за п. 1, який відрізняється тим, що як навантаження використовують механічні виконавчі пристрої. Комп’ютерна верстка М. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3