熒光燈電子鎮流器數字調光方案研究

O 引言
可調光熒光燈電于鎮流器具有明顯的節電效果，故在近幾年中得到了迅速發(fā)展和應用。熒光燈是一種低壓氣體放電燈，是非電阻性負載。因此，熒光燈調光控制技術(shù)要比白熾燈調光復雜得多。熒光燈調光技術(shù)分模擬調光和數字調光兩種類(lèi)型。對于緊湊型節能燈臺燈的調光，通常采用模擬技術(shù)。而對于用于家庭、辦公室、商場(chǎng)、車(chē)間等場(chǎng)所照明的調光熒光燈，則采用數字調光方案。數字調光電子鎮流器，代表了該照明電器未來(lái)發(fā)展的方向。
熒光燈調光通過(guò)調節燈管功率實(shí)現。燈功率調節又有兩種方法：一種是調節頻率改變鎮流器輸出級LC網(wǎng)絡(luò )的阻抗來(lái)調節燈電流，從而改變燈功率和燈亮度；另一種是通過(guò)凋節燈電流與燈電壓之間的相位，來(lái)調節燈功率。IR公司生產(chǎn)的調光鎮流器IR21592／IR21593，則采用相位調光方案。

1 數字可尋址照明接口(DALI)
數字可調光電子鎮流器需利用DALI。數字可尋址照明接口(DALI)國際標準prIEC929，是一種在兩線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上去接口照明裝置的通信協(xié)議和方法。DALI協(xié)議為16位，支持高達64個(gè)鎮流器各自的尋址，16組群被播散到整個(gè)照明網(wǎng)絡(luò )上。除協(xié)議之外，DALI還支持光衰減、對數調光、現場(chǎng)實(shí)況和故障檢測。
對于全部照明環(huán)境，DALI允許不同的控制和管理。DALI利用同一個(gè)控制系統，可以控制(發(fā)送和接收)64個(gè)不同的電子鎮流器。發(fā)射指令既可以到達單個(gè)鎮流器，也可以到達一組鎮流器，并實(shí)現從100％到l％的調光范圍。通過(guò)數字控制，可根據不同的照明需要精密調節光電平。DALI包含256個(gè)亮度等級和一個(gè)對數調光曲線(xiàn)，如圖l所示。在較低的光電平上易于更好地控制，而且對人的眼睛也更加敏感。

2 數字調光電子鎮流器設計方案
2．1 數字調光電子鎮流器的組成
數字調光電子鎮流器組成框圖如圖2所示。該方案主要包括3個(gè)部分，即基于控制器L6561的有源功率因數校正(PFC)升壓預變換器，基于控制器IR21592的鎮流器電路和數字調光控制電路。此外，還包含輸入EMT濾波器、橋式整流器以及保護電路。數寧控制電路提供DALI和軟件，鎮流器可以直接連接到DALI 2一線(xiàn)輸入或其所依從的系統。利用RS232／DALI變換器連接到PC，目的是用于演示。微控制器PICl6F628控制基于IR21592的鎮流器電路，IR21592依據從微控制器接收的信號控制鎮流器電路。

2．2 微控制器與外界及IR21592之間的通信
微控制器在DALI和IR21592之間充當一個(gè)界面。微控制器與外界的通信利用TX和RX兩個(gè)信號實(shí)現。TX是從網(wǎng)絡(luò )發(fā)送到微控制器的信號，RX是從微控制器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )的信號，如圖3所示。一個(gè)數字接口保證在DALI輸入與鎮流器輸出級之間的高壓隔離。

在微控制器PICl6F628與IR21592之間的通信利用4個(gè)信號完成。其中，從PICl6F628腳9發(fā)送到IR21592腳4的信號用于調光，從微控制器腳10發(fā)送到IR21592腳9的信號用于鎮流器關(guān)閉或導通，在PICl6F628腳ll和腳12上接收的信號用于故障檢測。微控制器控制IR21592的3個(gè)引腳。即腳4(DIM，控制燈亮度)、腳9(SD，有源高電平使IR21592關(guān)閉)和腳7(FMIN，邏輯“0”使IR21592禁止)。
IR21592腳4(DIM)需要0．5～5V的模擬調光電壓，相應的燈功率電平為1％～100％。在O．5V的輸入上，燈電流相位移最大，燈功率最低，燈光最暗；在5V的輸入時(shí)，對應最小相位移和最大燈功率，燈輸出為“滿(mǎn)光”(100％)。PICl6F628腳9輸出一個(gè)PWM信號，通過(guò)R25和C17濾波轉換為模擬電壓輸入到IR21592的腳4(DIM)，提供256個(gè)不同電平的電壓。瘦子從數字調光需要，輸出電壓為對數而不是線(xiàn)性關(guān)系。在較低光電平上由于趨于線(xiàn)性，人的眼睛對于其更加敏感。最低燈功率和最大燈功率，可由IR21592腳6(MIN)和腳5(MAX)上外部電阻設置。

2.3 軟件
DALI執行軟件容量較大，圖4所示為軟件在簡(jiǎn)單形式下的流程圖。詳細的源代碼密封在CD中，可供設計時(shí)使用。
在程序從初始化啟動(dòng)之后，微控制器被置于環(huán)路中，并對輸入數據進(jìn)行檢查。如果接收到有效數據，并且地址與鎮流器確定地址匹配，組群與確定組群成員匹配，或者數據是一種廣播命令，則被過(guò)濾和篩選。命令被分為標準和專(zhuān)用兩種類(lèi)型。在經(jīng)過(guò)濾和篩選后，程序立即定向于適當的命令并執行。所有命令共分4類(lèi)，即弧光功率控制命令、配置命令、查詢(xún)命令和專(zhuān)用命令?；」夤β士刂泼钔ǔＳ糜谡彰飨到y，這類(lèi)命令占用信號被發(fā)送到鎮流器控制器，并經(jīng)脈寬調制調節光電平；配置命令用于鎮流器設置，其中包括最大和最小燈光門(mén)限、減弱時(shí)間和速率及現場(chǎng)電平等，并且數據通常被存儲在EEPROM區域中并被保持；查詢(xún)命令為從鎮流器得到反饋而被利用，通過(guò)適當的查詢(xún)命令，可以獲得光衰減、燈管、一般故障和功率等方面的信息；專(zhuān)用命令是唯一的，這類(lèi)命令對地址不受影響。在DALI上的所有鎮流器都響應于一個(gè)專(zhuān)用命令。

2．4 DALI與微控制器之間的連接
微控制器與DALI之間的連接通過(guò)光耦合器實(shí)現，如圖5所示。利用光耦合器，由DALI兩線(xiàn)輸入變?yōu)?個(gè)信號。這4個(gè)信號，一個(gè)是通信使能信號(ENABLE)，一個(gè)是發(fā)射信號(TX_DALI)，一個(gè)是接收信號(RX―DALI)，還有一個(gè)是接收一驅動(dòng)信號(RECEIVE―DRIVE)。其中，發(fā)射信號和接收信號直接影響在DALI上的電平。利用通信使能信號和接收一驅動(dòng)信號控制通信電路，可使鎮流器獲得非常低的功率。在正常工作期間，PICl6F628利用通信使能信號可使通信電路激活。當數據開(kāi)始向鎮流器發(fā)送時(shí)，通信使能信號電流低于100μA。為精確傳送數據，該電流是不足夠的。為使信號通過(guò)隔離有一個(gè)良好的傳送，維持接收一驅動(dòng)信號，需將電流上升到O．5mA以上。為傳送所有數據，接收一驅動(dòng)信號，使能時(shí)間足夠長(cháng)，爾后才截止，如圖6所示。該方法可以有效地減小功率與電流消耗。



為檢測輸入數據，PICl6F628內建比較器設置門(mén)限電平。該數據檢測門(mén)限被設置在PICl6F628的腳l(RA2)上。為接收DALI上的高電平邏輯，在微控制器上將其轉換為5V的邏輯，并在DALI上轉換為高電壓邏輯電平。

2．5 微控制器供電
在燈管觸發(fā)之后，PIC16F628腳14(VDD)上的供電電流由鎮流器半橋輸出上的電荷泵電路提供。微控制器在正常工作期間，內部頻率為4 MHz。當IR21592腳9(SD)上的電壓VSD>2V時(shí)，半橋截止，電荷泵電路失能，PICl6F628腳14(VDD)上的電流由橋式整流輸出經(jīng)高阻值電阻(270 kΩ)供給，微控制器進(jìn)入睡眠模式，消耗非常小的電流。欲喚醒微控制器使其重新開(kāi)始工作，需要供給足夠的電流。圖7所示為在燈被關(guān)斷時(shí)的通信信譬。

3 數字調光36W/T8熒光燈電子鎮流器實(shí)際電路
基于IR21592并由微控制器PICl6F628控制的32W/T8熒光燈數寧調光電子鎮流器實(shí)際電路如圖8所示。該數字調光電子鎮流器AC線(xiàn)路輸入電壓范圍為185～265V，輸入電流總諧波失真(THD)150k，各次諧波電流符合IECl000―3―2標準(C類(lèi))規定限制，系統功率因數高于O．98。燈絲預熱頻率為53 kHz，預熱時(shí)間為ls(由IR21592的腳3外部電容CPH設置)，燈絲預熱電流為0．35A。燈觸發(fā)頻率為46kHz，觸發(fā)電壓為1500V(峰值)。在調光模式，凋光范圍從100％到l％。IR21592提供各種保護：一是線(xiàn)路欠電壓保護，只要腳1上的電壓VVDD3V，則進(jìn)入故障保護模式；二是過(guò)電流保護，只要IC2腳10上的電壓VCS1．6V，就會(huì )進(jìn)入故障保護模式；三是燈故障關(guān)閉保護，只要腳9上的電壓VSD>2V，則履行關(guān)閉保護；四是過(guò)溫度保護，只要IC2結溫TJ>165℃，則進(jìn)入故障保護模式。在故障保護模式，振蕩器截止，半橋電路停止工作，功率開(kāi)關(guān)S2、S3均被關(guān)斷。

4 結語(yǔ)
本文介紹的32W/T8熒光燈數字調光DALI電子鎮流器，使用了微控制器PICl6F628。微控制器在調光鎮流器控制器IR21592與DALI之間充當一個(gè)界面。數字調光DALI電子鎮流器設計方案包括基于L6561控制器的PFC升壓電路和基于IR21592控制器的鎮流器電路，同時(shí)還包含PICl6F628微控制器和為連接DALI的光耦器隔離電路。這種數字調光電子鎮流器的調光范圍為1％～100％，并具有完善的安全保護功能和高效率與高功率因數。