常用調光方法的工作原理

1、 脈沖寬度調制（PWM）調光法

　　這種調光控制法是利用調節高頻逆變器中功率開(kāi)關(guān)管的脈沖占空比，從而實(shí)現燈輸出功率的調節。半橋逆變器的最大占空比為0.5，以確保半橋逆變器中的兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管之間有一個(gè)死時(shí)間，以避免兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管由于共態(tài)導通而損壞。

　　這種調光控制法能使功率開(kāi)關(guān)管導通時(shí)工作在零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）狀態(tài)，關(guān)斷瞬間需采用吸收電容以達到ZCS工作條件，這樣即可進(jìn)入ZVS工作方式，這是它的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)EMI和功率開(kāi)關(guān)管的電應力可以明顯降低，然而，如果脈沖占空比太小，以致電感電流不連續，將會(huì )失去ZVS工作特性，并且由于供電直流電壓較高，而使功率開(kāi)關(guān)管上的電應力加大，這種不連續電流導通狀態(tài)將導致電子鎮流器的工作可靠性降低并加大EMI輻射。

　　除了小的脈沖占空比外，當燈電路發(fā)生故障時(shí)，也會(huì )出現功率開(kāi)關(guān)管的不連續電流工作狀態(tài)，當燈負載出現開(kāi)路故障時(shí)，電感電流將流過(guò)諧振電容，由于這個(gè)電容的容量較小，所以阻抗較大，而在這個(gè)諧振電容上產(chǎn)生較高的電壓。除非兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管有吸收保護電路，否則這時(shí)功率開(kāi)關(guān)管將承受很大的電壓應力。

2、  改變半橋逆變器供電電壓調光法

　　利用改變半橋逆變器供電電壓的方法實(shí)現調光有以下優(yōu)點(diǎn)：

①     利用調節半橋逆變器供電電壓來(lái)實(shí)現調光。

②     脈沖占空比（約0.5）固定，使半橋逆變器工作在軟開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，并可在鎮流電感電流連續的工作條件下實(shí)現寬調光范圍的調光（這也可使開(kāi)關(guān)控制電路簡(jiǎn)化）。

③     由于開(kāi)關(guān)工作頻率固定，所以可以針對給定的熒光燈型號簡(jiǎn)化控制電路設計。

④     由于開(kāi)關(guān)工作頻率剛好大于諧振頻率，所以可以降低無(wú)功功率和提高電路工作效率。

⑤     由于開(kāi)關(guān)工作頻率固定，所以可以比較方便地確定燈負載匹配電路中無(wú)源器件的參數。

⑥     可在較寬的燈功率范圍內（5%~100%）保持ZVS工作條件。

⑦     在很低的半橋逆變器供電電壓下，電子鎮流器電路將會(huì )失去較開(kāi)關(guān)特性，會(huì )出現鎮流電感電流不連續的工作狀態(tài)。然而在直流供電電壓很低的情況下，這種工作狀態(tài)不再是個(gè)問(wèn)題，這時(shí)功率開(kāi)關(guān)管的電應力和損耗都將很小，即使工作在硬開(kāi)關(guān)，在低直流供電電壓情況下（如20V）也不會(huì )產(chǎn)生太多的EMI輻射。

⑧     可實(shí)現平滑和幾乎線(xiàn)性的燈功率調節控制特性。

⑨     可得到低功率解決方案，半橋逆變器的供電電壓可以選得很低（如5%~100%的調光范圍對應30~120V），這樣可采用低電壓電容和低耐電壓值的功率MOSFET。

⑩     由于半橋逆變器工作在恒頻狀態(tài)，所以可采用簡(jiǎn)單的AC/DC控制即可實(shí)現調光。{{分頁(yè)}}

　　11燈電流近似和DC變換器的直流供電電壓成正比，調光幾乎和逆變器的輸出電壓成正比，調光特性曲線(xiàn)如圖1所示。

3、  脈沖調頻調光法

　　脈沖調頻調光法（PFM）也是常用的調光方法。如果高頻交流電子鎮流器的開(kāi)關(guān)工作頻率增加，則鎮流電感的阻抗增加，這樣流過(guò)鎮流電感的電流就會(huì )下降，導致流過(guò)燈負載的電流下降，從而實(shí)現調光。圖2為4英尺40W熒光燈脈沖調頻調光法的調光特性曲線(xiàn)（脈沖占空比D=0.45）。

　　脈沖調頻調光法的局限性。{{分頁(yè)}}

①     調光范圍由調頻范圍決定，如果調頻范圍不大，則熒光燈功率調節范圍也不大。

②     為了實(shí)現在低熒光燈燈功率工作條件下實(shí)現調光，則調頻范圍應很寬（即從25~50kHz）。由于磁芯的工作頻率范圍、驅動(dòng)電路、控制電路等原因都可能很限制熒光燈的調節范圍。

③     調頻范圍內不易實(shí)現軟開(kāi)關(guān)。輕載時(shí)，不能實(shí)現軟開(kāi)關(guān)，并使功率開(kāi)關(guān)管上的電壓應力加大。硬開(kāi)關(guān)的瞬態(tài)過(guò)渡是EMI輻射的主要來(lái)源。

④     如果半橋逆變器不工作在軟開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，則會(huì )導致逆變器的損耗加大，工作效率降低。

⑤     開(kāi)關(guān)工作頻率在紅外遙控的工作頻率范圍內時(shí)，熒光燈將發(fā)射低電平的紅外線(xiàn)，如果調頻范圍很寬，其他的紅外遙控裝置如電視機等將會(huì )受到影響。

⑥     燈工作電流近似反比于逆變器的開(kāi)關(guān)工作頻率，調光與開(kāi)關(guān)頻率之間不是線(xiàn)性關(guān)系。

⑦     當燈管發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，電子鎮流器電路將出現電流不連續工作狀態(tài)（DCM），特別是當開(kāi)關(guān)頻率很低時(shí)。

4、  脈沖調相調光法

　　利用調節半橋逆變器中兩個(gè)功率開(kāi)關(guān)管的導通相位的方法來(lái)調節熒光燈輸出功率，從而達到調光的目的（IR的專(zhuān)利技術(shù)，如IR2159/IR21591/IR21592就是采用脈沖調相調光法調光的集成電路的集成電路控制芯片）。脈沖調相法調光曲線(xiàn)如圖3所示。

脈沖調相調光控制法主要有以下特點(diǎn)：

①     可調光至1%的燈亮度。

②     可在任意調光設定值下啟動(dòng)電子鎮流器電路。

③     可應用于多燈應用（如燈的群控）場(chǎng)合。

④     調光相位-燈功率關(guān)系線(xiàn)性好。{{分頁(yè)}}

5、  可控硅相控調光法

　　由于可控硅相控（斬波法）調光具有體積小、價(jià)格合理和調光功率控制范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，所以可控硅相控調光法是目前使用最為廣泛的調光方法，可控硅調光法可以將熒光燈的光輸出在50%~100%的范圍內調節。但是在熒光燈的電感鎮流應用場(chǎng)合，由于熒光燈電路需用到一只“啟輝器”，但是當熒光燈電感鎮流電路在供電電壓較低的應用場(chǎng)合會(huì )產(chǎn)生熒光燈啟動(dòng)困難的問(wèn)題，這就限制了熒光燈可控硅相控調光的調光范圍?？煽毓柘嗫厍把赜|發(fā)的調光工作波形原理如圖4所示。電子鎮流器可控硅前沿觸發(fā)的相控調光工作原理框圖如圖5所示。

　　應用可控硅相控工作原理，通過(guò)控制可控硅的導通角，將電網(wǎng)輸入的正弦波電壓斬掉一部分，以降低輸出電壓的平均值，達到控制燈電路供電電壓，從頁(yè)實(shí)現調光。

　　可控硅相控調光對照明系統的電壓調節速度快，調光精度高，調光參數可以分時(shí)段實(shí)時(shí)調整。由于調光電路主要是電子元件組成，相對來(lái)說(shuō)體積小、設備質(zhì)量輕、成本低。但是可控硅相控調光由于是工作在斬波方式，電壓無(wú)法實(shí)現正弦波輸出，由此出現大量諧波，形成對電網(wǎng)系統的諧波污染，危害極大，尤其是不能用于有電容補償的電路中。{{分頁(yè)}}

　　可控硅相控調光是采用相位控制的方法來(lái)實(shí)現調光的。對普通反向阻斷型的可控硅，其閘流特性表現為當可控硅加上正向陽(yáng)極電壓的同時(shí)，又加上適當的正向柵極控制電壓時(shí)，可控硅就導通；這一導通即使在撤去柵極控制電壓后仍將維持，一直到加上反向陽(yáng)極電壓或可控硅陽(yáng)極電流小于可控硅自身的維持電流后才會(huì )關(guān)斷。

　　從圖4所示的可控硅前沿觸發(fā)的相控調光工作波形原理圖可以看出，在正弦交流電過(guò)零后的某一時(shí)刻t₁（或某一相位wt₁），在可控硅的柵極上加一正觸發(fā)脈沖，使可控硅觸發(fā)導通，根據可控硅的開(kāi)關(guān)特性，這一導通將維持到正弦波的正半周結束。所以在正弦波的正半周（即0~π區間）中，0~wt₁范圍內可控硅不導通，這一范圍叫做可控硅的控制角，可控硅控制角常用α表示；而在wt₁~π的相位區間可控硅導通，這一范圍（見(jiàn)圖4中的斜線(xiàn)部分）稱(chēng)為可控硅的導通角，常用φ表示。同樣在正弦交流電的負半周，對處于反向聯(lián)接的另一只可控硅（相對于兩個(gè)單向可控硅的反向并聯(lián)而言），在t₂時(shí)刻（即相位角wt₂）施加觸發(fā)脈沖，使其導通。如此周而復始，對正弦波的每一半周期控制其導通，獲得相同的導通角。如果改變觸發(fā)脈沖的觸發(fā)時(shí)間（或相位），即改變可控硅導通角 φ（或控制角α）的大小。導通角越大電路的輸出電壓越高，相應燈負載的發(fā)光越亮?？梢?jiàn)，在可控硅調光電路中，電路輸出的電壓波形已經(jīng)不再是正弦波了，除非調光電路工作在全導通狀態(tài)，即導通角為180

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