[发明专利]基于周期测量及能量估算的交流切相调光器

权利要求书

1.基于周期测量及能量估算的交流切相调光器，其特征在于：包含单片机、人机接口电路、远程控制电路、交流周期测量电路、切相电路，交流周期测量电路通过单片机测量输入交流信号周期，通过远程控制接口或者本地0～10V模拟调光信号或者人机接口电路的旋钮和按键输入及LED数码显示，获取和反馈用户所需调节的亮度百分比；

单片机根据所需亮度，及所测量的交流信号周期，按交流切相算法获得对应的切相时间点，并在对应的时间段控制切相电路导通和截断灯光供电线路上的电力传输，从而实现对灯光的亮度调节；

所述交流切相算法采用交流周期测量电路进行电路测量，获取测量结果后进行如下计算：

(1)按照式1-0计算下一半周期时间起点；

T_s＝T₀+t₁/2 式1-0

(2)按照式1-1～式1-6计算下一半周期时间长度；

单片机检测到的每个交流半周期t_h由低电平持续时间t₁和高电平持续时间t₂构成；

即：

t_h＝t₁₊t₂

假设即将到来的半周期为t_h0’，其之前的测得半周期时长依次为t_h1、t_h2、t_h3、t_h4、t_h5、t_h6，依时间先后顺序为t_h6、t_h5、t_h4、t_h3、t_h2、t_h1；

采用以下公式之一计算即将到来的半周期时长的预计值:

t_h0’＝t_h1 式1-1

t_h0’＝t_h2 式1-2

t_h0’＝2*t_h1-t_h2 式1-3

t_h0’＝2*t_h2-t_h4 式1-4

t_h0’＝t_h1+2(t_h1-t_h2)-(t_h2-t_h3)＝3t_h1+t_h3-3t_h2 式1-5

t_h0’＝t_h2+2(t_h2-t_h4)-(t_h4-t_h6)＝3t_h2+t_h6-3t_h4 式1-6

(3)根据式2-0～式2-5建立导通相位与灯光亮度关系表及给定亮度，查找给定的亮度所需对应的导通相位，从而根据起点和周期计算出切相电路状态翻转的时间点；

对于恒定负载，弦波交流信号半周期相位与负载消耗能量比例的关系可以用以下方法计算：

将弦波0～180度相位按时间均分为多个的份数K，认为第n份时间，且0≤n≤K，负载R消耗的能量为：

E_n＝t*((v*sin(nπ/K))^2)/R 式2-0

从相位0开始导通到第m段，后续截止到相位180度累计的能量为：

 式2-1

从相位0开始截止到K-m段，后续导通到相位180度累计的能量为：

 式2-2

半周期全导通累计消耗的能量为：

 式2-3

由于被驱动的灯具需要一定的启动能量，即只有导通相位角达到一定值后才能开始点亮，通过实测可以获得这一相位，对应时段数记为S，启动能量为：

 式2-4

或者

 式2-5；

灯具在启动消耗能量之外部分消耗能量用于发光，时间段m导通截止切换所输送给灯具的能量与半周期全导通所消耗能量的比值乘以100％即为灯具在m段导通截止切换所带来的灯具亮度百分比L_m，即：

L_m＝(E_tm-E_ts)/(E_th-E_ts)

选择从相位0开始导通到第m段，之后截止到相位180度的控制方式时，采用式2-1计算E_tm，采用式2-4计算E_ts；

选择从相位0开始截止到K-m段，之后导通到相位180度的控制方式时，采用式2-2计算E_tm，采用式2-5计算E_ts；

还包含切相时间点的计算：

当单片机根据获取用户通过按键、旋钮和LED屏输入的目标亮度百分比、或者通过0～10V外接信号输入的亮度百分比、或者通过远程监控接口设定的亮度百分比之后，查找亮度与导通截止切换时段对应关系表，获取到切换时段；假设半周期分段总数为K，查得的切换段数为m，则导通截止切换时间点计算方法为：

采用从相位0开始截止到K-m段，后续导通到相位180度时:

T₁＝T₀+t₁/2+t_h*(K-m)/K 式3-1

采用从相位0开始导通到m段，后续截止到相位180度时:

T₂＝T₀+t₁/2+t_h*m/K 式3-2

单片机根据测得的半周期数据、需要调节的目标亮度，亮度与切相时段对应关系表可以快捷计算出每半周期中需要切换导通截止的时间点；得到起始时间点Ts和转换时间点T1或者T2后，单片机只需要在相应时间点通过反转切相控制电路输出引脚电平即可实现对被调光的灯具亮度的数字化精准控制；

T₀为初始相位的时间点；t为周期；v为相位角；t_h为第h个周期。