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CN109287032A - 基于电网频率定时控制的圣诞灯 - Google Patents

基于电网频率定时控制的圣诞灯 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于电网频率定时控制的圣诞灯，包括电源控制芯片，电源控制芯片与变压器及外围电路构成开关电源，变压器包括初级侧的原边线圈、辅助线圈及次级侧的副边线圈，电源控制芯片设置在变压器初级侧并与原边线圈、辅助线圈连接，还包括交流采样电路、定时与控制电路、电压切换电路、RC延时电路及与变压器次级侧连接的圣诞灯串，电源控制芯片与原边线圈、辅助线圈及电压切换电路连接，交流采样电路接入电网输入端并定时与控制电路的第一端连接，定时与控制电路的第二端与电压切换电路的第一端连接，电压切换电路的第二端与RC延时电路连接。本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯实现定时控制且定时精度得以提高，同时具有较低成本。

Description

基于电网频率定时控制的圣诞灯
技术领域
本发明涉及一种基于电网频率定时控制的圣诞灯。
背景技术
如图1所示，传统的定时圣诞灯结构包括电源控制芯片、定时控制单片机MCU(Microcontroller Unit)、晶振管、变压器、圣诞灯及圣诞灯开关用MOS管(金属(metal)—氧化物(oxide)—半导体(semiconductor)场效应晶体管)，变压器包括初级侧的原边线圈、辅助线圈及次级侧的副边线圈，辅助线圈接入第一电阻、第二电阻、第二电容及第二二极管，第一电阻的第一端与第二电容的第一端连接并接入辅助线圈，第二电阻的第二端与第二电阻的第一端连接，第二电阻的第二端接入副边线圈并接地，第二电容的第二端接地，第二二极管接入第一电阻的第一端，电源控制芯片接入原边线圈及辅助线圈，原边线圈上接入第一二极管及第一电容的第一端，第一电容的第二端接地。次级侧的副边线圈接入第三二极管及第三电容的第一端，第三电容的第二端接地。圣诞灯的一端接入副边线圈，另一端与圣诞灯开关用MOS管的漏极连接，MOS管的栅极及源极接入MCU并接地，晶振管接入MCU且晶振管的第一端与第五电容的第一端连接，晶振管的第二端与第六电容的第一端连接，第五电容及第六电容的第二端接地。MCU还接入有第四电阻及第四电容，第四电阻的第一端与电源连接，第四电阻的第二端与第四电容的第一端连接，第四二极管的第一端接入第四电阻及第四电容的控制端，第四二极管的第二端与第四电容的第二端连接并接地。在现有技术中，电源控制芯片提供圣诞灯的恒流驱动控制，而MCU只负责定时计时和定时控制，定时控制则需要使用晶振管以保证定时精度。更为麻烦的是，传统的定时圣诞灯还需要专门的开关以断开圣诞灯(因为电源部分无法被关断)。以上所述的现象带来的后果不仅仅是定时不能够保证精度，制作麻烦并且还成本高、效率低下。
发明内容
本发明的目的在于提供一种保证定时精度，并且成本低廉且有高效率的基于电网频率定时控制的圣诞灯。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于电网频率定时控制的圣诞灯，包括电源控制芯片，所述电源控制芯片与变压器及外围电路构成所需开关电源，所述变压器包括初级侧的原边线圈、辅助线圈及次级侧的副边线圈，所述电源控制芯片设置在所述变压器初级侧并与所述原边线圈、辅助线圈连接，其特征在于，还包括设置在所述变压器初级侧的交流采样电路、定时与控制电路、电压切换电路、RC延时电路及与所述变压器次级侧连接的圣诞灯串，所述电源控制芯片与所述原边线圈、辅助线圈及电压切换电路连接，所述交流采样电路的第一端与接入电网输入端，所述交流采样电路的第二端与定时与控制电路的第一端连接，所述定时与控制电路的第二端与所述电压切换电路连接，所述电压切换电路与所述RC延时电路连接。
进一步地，所述电压切换电路包括电压切换控制电路、第三电阻及第一开关，所述第三电阻的第一端与所述电源控制芯片连接，所述第三电阻的第二端与第一开关的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地，所述电源切换控制电路通过所述RC延时电路与所述第一开关的控制端连接。
进一步地，所述RC延时电路包括第四电阻、第五电阻及第四电容，所述第四电阻的第一端与所述电压切换控制电路连接、所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端、所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端与所述第一开关的控制端连接。
进一步地，所述开关电源包括至少两种用于控制次级侧圣诞灯串的开关输出电压。
进一步地，所述至少两种用于控制次级侧圣诞灯串的开关输出电压具体为：
当所述开关电源输出的电压为高输出电压时，所述高输出电压大于所述圣诞灯串的开启电压且小于或等于所述圣诞灯串的额定电压时，所述圣诞灯串点亮；
所述电压切换控制电路控制所述电源控制芯片切换电压，使得所述开关电源输出的电压为低输出电压时，所述低输出电压小于所述圣诞灯串的开启电压时，所述圣诞灯串熄灭。
进一步地，所述高输出电压通过所述RC延时电路的延时控制缓慢转换成所述低输出电压。
进一步地，所述高输出电压与所述低输出电压的比例等于或大于1.35倍。
进一步地，所述交流采样电路根据所述电网的频率参数自动适应50Hz和/或60Hz电网环境。
进一步地，所述交流采样电路接入电网输入端并通过采样交流电网频率信息以实现计时和所述定时控制。
进一步地，所述圣诞灯串点亮与熄灭定时周期为24小时，点亮定时为n小时，熄灭定时为24-n小时。
本发明的有益效果在于：本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯通过加入交流采样电路并对电网频率计数，实现对圣诞灯的精确计时控制，从而达到降低成本的目的；
本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯的开关电源包括至少两种输出电压，并与电压切换控制电路相配合，通过切换输出电压高低实现对圣诞灯的亮灭控制，从而达到系统稳定并且使用方便快捷的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为现有技术的定时圣诞灯的电路原理图。
图2为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
请参见图2，本发明的一较佳实施例中提供了一种基于电网频率定时控制的圣诞灯，所述圣诞灯接入单相交流电。所述基于电网频率定时控制的圣诞灯包括包括电源控制芯片，电源控制芯片与变压器T1及外围电路构成所需开关电源，所述变压器T1包括初级侧的原边线圈、辅助线圈及次级侧的副边线圈，所述电源控制芯片设置在所述变压器T1初级侧并与所述原边线圈、辅助线圈连接，所述开关电源为PSR AC/DC开关电源。所述基于电网频率定时控制的圣诞灯还包括设置在所述变压器T1初级侧的交流采样电路、定时与控制电路、电压切换电路、RC延时电路及与所述变压器T1次级侧连接的圣诞灯串。在本实施例中，所述圣诞灯串为LED(LightEmitting Diode，发光二极管)灯串，在其他实施例中，所述圣诞灯串还可为其他，根据实际情况而定，在此不做限定。所述电源控制芯片与所述原边线圈、辅助线圈及电压切换电路连接，所述交流采样电路的第一端与接入电网输入端，所述交流采样电路的第二端与定时与控制电路的第一端连接，所述定时与控制电路的第二端与所述电压切换电路连接，所述电压切换电路与所述RC延时电路连接。
所述电压切换电路包括电压切换控制电路、第三电阻R3及第一开关K1，所述第三电阻R3的第一端与所述电源控制芯片连接，所述第三电阻R3的第二端与第一开关K1的第一端连接，所述第三电阻R3的第二端接地，所述电源切换控制电路通过所述RC延时电路与所述第一开关K1的控制端连接。所述辅助线圈接入第三电阻R3及第一开关K1，所述辅助线圈还接入第一电阻R1、第二电阻R2及第二电容C2，所述第一电阻R1的第一端与所述第二电容C2的第一端连接并接入所述辅助线圈，所述第二电阻R2的第二端与所述第二电阻R2的第一端连接，所述第二电阻R2的第二端接入所述副边线圈并接地，所述第二电容C2的第二端接地。所述初级侧原边线圈还接入了第一二极管D1及第一电容C1，所述第一二极管D1的第一端接入交流线，所述第一二极管D1的第二端与所述第一电容C1的第一端连接，所述第一电容C1的第二端接地。诚然，在其他实施例中，所述第一二极管D1也可以用桥式整流器代替，在此不做限定。在本实施例中，所述电源控制芯片为单片机。诚然，在其他实施例中，所述电源控制芯片也可为其他，根据实际情况而定。
所述开关电源包括至少两种用于控制二次侧圣诞灯的开关输出电压。所述至少两种用于控制二次侧圣诞灯的开关输出电压具体为：
当所述开关电源输出的电压为高输出电压时，所述高输出电压大于所述圣诞灯串的开启电压且小于或等于所述圣诞灯串的额定电压时，所述圣诞灯串点亮；
所述电压切换控制电路控制所述电源控制芯片切换电压，使得所述开关电源输出的电压为低输出电压时，所述低输出电压小于所述圣诞灯串的开启电压时，所述圣诞灯串熄灭。所述输出电压的种类大于或等于两种。在本实施例中，所述输出电压的种类为两种，诚然，在其他实施例中，所述输出电压的种类也可为三种或四种及其他，根据实际情况而定。
值得注意的是电压切换控制电路工作时需要减慢对输出电压的调节速度，否则将在输出高压切换为低压时导致系统进入过压保护状态，导致系统不稳定。在本实施例中，本发明使用一个延时电路来实现缓慢控制输出电压从高压向低压的转换，实现系统稳定。所述基于电网频率定时控制的圣诞灯还包括用于控制所述高输出电压缓慢转换成所述低输出电压的延时电路，所述延时电路包括第四电阻R4、第五电阻R5及第四电容C4，所述第四电阻R4的第一端与所述电压切换控制电路连接、所述第四电阻R4的第二端与所述第五电阻R5的第一端、所述第四电容C4的第一端连接，所述第四电容C4的第二端接地，所述第五电阻R5的第二端与所述第一开关K1的控制端连接。
所述高输出电压与所述低输出电压的比例等于或大于1.35倍，当所述高输出电压与所述低输出电压的比例大于或等于1.35倍时，可为圣诞灯串提供稳定的电流。当圣诞灯串为LED灯串时，LED灯串作为一种冷光源在圣诞灯中得到广泛应用，相较于辉光灯泡节能高达75％。当施加的电压达到LED灯串的开启电压时就会开始点亮，随着电压的增加电流迅速增加，直到达到额定的电流，作为一种半导体负载特性，微小的电压变化就会导致LED灯串电流的较大变化，因此电源需要提供电流控制功能，为LED灯串提供稳定的工作电流。例如一个额定工作电压为3.3V的LED灯串其开启电压一般仅约2.5V，使用两个分别大于LED灯串总开启电压的输出来点亮LED灯串，使用一个低于LED灯串的电压来保持LED灯串处于熄灭状态，并通过定时方式实现灯串的定时开关控制，例如计时开始时使电路的输出电压达到LED灯串的工作电压使其正常点亮，计时结束后通过调低输出电压到LED灯串的开启电压以下使其熄灭，实现亮灭控制。
所述交流采样电路接入电网输入端，因为所述基于电网频率定时控制的圣诞灯接入单相交流电，基于交流电网的特性，电网频率是相对精确的值，典型精度优于2％，长期精度甚至优于0.1％，本发明的交流采样电路位于电网侧，从而可以方便地通过采样交流电网的频率信息实现计时，从而减少晶振的使用，降低电路成本。所述交流采样电路根据所述电网的频率参数自动适应50Hz和/或60Hz电网环境，所述交流采样电路接入电网输入端并通过采样交流电网频率信息以实现计时和所述定时控制。
所述初级侧的辅助线圈还接入第二二极管D2，所述第二二极管D2与所述第二电容C2的第一端连接，所述基于电网频率定时控制的圣诞灯还包括与所述次级侧的副边线圈连接的第三二极管D3及第三电容C3，所述第三电容C3的第一端与所述第三二极管D3连接同时接入电源，第三电容C3的第二端接地，所述圣诞灯串的一端也接地。所述圣诞灯串点亮与熄灭定时周期为24小时，点亮定时为n小时，熄灭定时为24-n小时。例如，定时可以设定为每次开启点亮6小时，然后熄灭18小时，每24小时循环；或者，定时可以设定为每次开启点亮8小时，然后熄灭16小时，每24小时循环，设定时间根据实际情况而定，在此不做限定。
当然，在其他实施例中，在电路中还可以附设一个按键作为功能选择之用，从而实现定时控制、常亮、常关等功能设定；还可以使用一个额外的指示灯，用来指示定时功能的状态；在其他实施例中，本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯电路还可以集成在一个单一的集成电路芯片中，从而简化系统电路结构，进一步降低系统成本。以上皆根据实际情况而定，在此不做限定。
综上所述：本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯通过加入交流采样电路并对电网频率计数，实现对圣诞灯的精确计时控制，从而达到降低成本的目的；
本发明的基于电网频率定时控制的圣诞灯的开关电源包括至少两种输出电压，并与电压切换控制电路相配合，通过切换输出电压高低实现对圣诞灯的亮灭控制，从而达到系统稳定并且使用方便快捷的目的。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种基于电网频率定时控制的圣诞灯，包括电源控制芯片，所述电源控制芯片与变压器及外围电路构成所需开关电源，所述变压器包括初级侧的原边线圈、辅助线圈及次级侧的副边线圈，所述电源控制芯片设置在所述变压器初级侧并与所述原边线圈、辅助线圈连接，其特征在于，还包括设置在所述变压器初级侧的交流采样电路、定时与控制电路、电压切换电路、RC延时电路及与所述变压器次级侧连接的圣诞灯串，所述电源控制芯片与所述原边线圈、辅助线圈及电压切换电路连接，所述交流采样电路的第一端与接入电网输入端，所述交流采样电路的第二端与定时与控制电路的第一端连接，所述定时与控制电路的第二端与所述电压切换电路连接，所述电压切换电路与所述RC延时电路连接。
2.如权利要求1所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述电压切换电路包括电压切换控制电路、第三电阻及第一开关，所述第三电阻的第一端与所述电源控制芯片连接，所述第三电阻的第二端与第一开关的第一端连接，所述第三电阻的第二端接地，所述电源切换控制电路通过所述RC延时电路与所述第一开关的控制端连接。
3.如权利要求2所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述RC延时电路包括第四电阻、第五电阻及第四电容，所述第四电阻的第一端与所述电压切换控制电路连接、所述第四电阻的第二端与所述第五电阻的第一端、所述第四电容的第一端连接，所述第四电容的第二端接地，所述第五电阻的第二端与所述第一开关的控制端连接。
4.如权利要求1所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述开关电源包括至少两种用于控制次级侧圣诞灯串的开关输出电压。
5.如权利要求4所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述至少两种用于控制次级侧圣诞灯串的开关输出电压具体为：
当所述开关电源输出的电压为高输出电压时，所述高输出电压大于所述圣诞灯串的开启电压且小于或等于所述圣诞灯串的额定电压时，所述圣诞灯串点亮；
所述电压切换控制电路控制所述电源控制芯片切换电压，使得所述开关电源输出的电压为低输出电压时，所述低输出电压小于所述圣诞灯串的开启电压时，所述圣诞灯串熄灭。
6.如权利要求5所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述高输出电压通过所述RC延时电路的延时控制缓慢转换成所述低输出电压。
7.如权利要求6所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述高输出电压与所述低输出电压的比例等于或大于1.35倍。
8.如权利要求1所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述交流采样电路根据所述电网的频率参数自动适应50Hz和/或60Hz电网环境。
9.如权利要求1所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述交流采样电路接入电网输入端并通过采样交流电网频率信息以实现计时和所述定时控制。
10.如权利要求9所述的基于电网频率定时控制的圣诞灯，其特征在于，所述圣诞灯串点亮与熄灭定时周期为24小时，点亮定时为n小时，熄灭定时为24-n小时。
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