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(jié)高頻逆變器中功率開關管的脈沖占空比，從而實現(xiàn)燈輸出功率的調節(jié)。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功率開關管之間有一個死時間，以避免兩個功率開關管由于共態(tài)導通而損壞。

　　這種調光控制法能使功率開關管導通時工作在零電壓開關（ZVS）狀態(tài)，關斷瞬間需采用吸收電容以達到ZCS工作條件，這樣即可進入ZVS工作方式，這是它的優(yōu)點，同時EMI和功率開關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(xù)，將會失去ZVS工作特性，并且由于供電直流電壓較高，而使功率開關管上的電應力加大，這種不連續(xù)電流導通狀態(tài)將導致電子鎮(zhèn)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，也會出現(xiàn)功率開關管的不連續(xù)電流工作狀態(tài)，當燈負載出現(xiàn)開路故障時，電感電流將流過諧振電容，由于這個電容的容量較小，所以阻抗較大，而在這個諧振電容上產生較高的電壓。除非兩個功率開關管有吸收保護電路，否則這時功率開關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現(xiàn)調光有以下優(yōu)點：

①     利用調節(jié)半橋逆變器供電電壓來實現(xiàn)調光。

②     脈沖占空比（約0.5）固定，使半橋逆變器工作在軟開關工作狀態(tài)，并可在鎮(zhèn)流電感電流連續(xù)的工作條件下實現(xiàn)寬調光范圍的調光（這也可使開關控制電路簡化）。

③     由于開關工作頻率固定，所以可以針對給定的熒光燈型號簡化控制電路設計。

④     由于開關工作頻率剛好大于諧振頻率，所以可以降低無功功率和提高電路工作效率。

⑤     由于開關工作頻率固定，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(zhèn)流器電路將會失去較開關特性，會出現(xiàn)鎮(zhèn)流電感電流不連續(xù)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)不再是個問題，這時功率開關管的電應力和損耗都將很小，即使工作在硬開關，在低直流供電電壓情況下（如20V）也不會產生太多的EMI輻射。

⑧     可實現(xiàn)平滑和幾乎線性的燈功率調節(jié)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)，所以可采用簡單的AC/DC控制即可實現(xiàn)調光。{{分頁}}

　　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(zhèn)流器的開關工作頻率增加，則鎮(zhèn)流電感的阻抗增加，這樣流過鎮(zhèn)流電感的電流就會下降，導致流過燈負載的電流下降，從而實現(xiàn)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（脈沖占空比D=0.45）。

　　脈沖調頻調光法的局限性。{{分頁}}

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(jié)范圍也不大。

②     為了實現(xiàn)在低熒光燈燈功率工作條件下實現(xiàn)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、驅動電路、控制電路等原因都可能很限制熒光燈的調節(jié)范圍。

③     調頻范圍內不易實現(xiàn)軟開關。輕載時，不能實現(xiàn)軟開關，并使功率開關管上的電壓應力加大。硬開關的瞬態(tài)過渡是EMI輻射的主要來源。

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

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

⑥     燈工作電流近似反比于逆變器的開關工作頻率，調光與開關頻率之間不是線性關系。

⑦     當燈管發(fā)生開路故障時，電子鎮(zhèn)流器電路將出現(xiàn)電流不連續(xù)工作狀態(tài)（DCM），特別是當開關頻率很低時。

4、  脈沖調相調光法

　　利用調節(jié)半橋逆變器中兩個功率開關管的導通相位的方法來調節(jié)熒光燈輸出功率，從而達到調光的目的（IR的專利技術，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如圖3所示。

脈沖調相調光控制法主要有以下特點：

①     可調光至1%的燈亮度。

②     可在任意調光設定值下啟動電子鎮(zhèn)流器電路。

③     可應用于多燈應用（如燈的群控）場合。

④     調光相位-燈功率關系線性好。{{分頁}}

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、價格合理和調光功率控制范圍寬的優(yōu)點，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(jié)。但是在熒光燈的電感鎮(zhèn)流應用場合，由于熒光燈電路需用到一只“啟輝器”，但是當熒光燈電感鎮(zhèn)流電路在供電電壓較低的應用場合會產生熒光燈啟動困難的問題，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(zhèn)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，通過控制可控硅的導通角，將電網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，從頁實現(xiàn)調光。

　　可控硅相控調光對照明系統(tǒng)的電壓調節(jié)速度快，調光精度高，調光參數可以分時段實時調整。由于調光電路主要是電子元件組成，相對來說體積小、設備質量輕、成本低。但是可控硅相控調光由于是工作在斬波方式，電壓無法實現(xiàn)正弦波輸出，由此出現(xiàn)大量諧波，形成對電網系統(tǒng)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}}

　　可控硅相控調光是采用相位控制的方法來實現(xiàn)調光的。對普通反向阻斷型的可控硅，其閘流特性表現(xiàn)為當可控硅加上正向陽極電壓的同時，又加上適當的正向柵極控制電壓時，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，一直到加上反向陽極電壓或可控硅陽極電流小于可控硅自身的維持電流后才會關斷。

　　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，在正弦交流電過零后的某一時刻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，根據可控硅的開關特性，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(qū)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(qū)間可控硅導通，這一范圍（見圖4中的斜線部分）稱為可控硅的導通角，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（相對于兩個單向可控硅的反向并聯(lián)而言），在t₂時刻（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。可見，在可控硅調光電路中，電路輸出的電壓波形已經不再是正弦波了，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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