常用調(diào)光方法的工作原理

1、 脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光法

　　這種調(diào)光控制法是利用調(diào)節(jié)高頻逆變器中功率開關(guān)管的脈沖占空比，從而實(shí)現(xiàn)燈輸出功率的調(diào)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(gè)功率開關(guān)管之間有一個(gè)死時(shí)間，以避免兩個(gè)功率開關(guān)管由于共態(tài)導(dǎo)通而損壞。

　　這種調(diào)光控制法能使功率開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)工作在零電壓開關(guān)（ZVS）狀態(tài)，關(guān)斷瞬間需采用吸收電容以達(dá)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和功率開關(guān)管的電應(yīng)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(huì)失去ZVS工作特性，并且由于供電直流電壓較高，而使功率開關(guān)管上的電應(yīng)力加大，這種不連續(xù)電流導(dǎo)通狀態(tài)將導(dǎo)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(dāng)燈電路發(fā)生故障時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)功率開關(guān)管的不連續(xù)電流工作狀態(tài)，當(dāng)燈負(fù)載出現(xiàn)開路故障時(shí)，電感電流將流過諧振電容，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)功率開關(guān)管有吸收保護(hù)電路，否則這時(shí)功率開關(guān)管將承受很大的電壓應(yīng)力。

2、  改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法

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

①     利用調(diào)節(jié)半橋逆變器供電電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

②     脈沖占空比（約0.5）固定，使半橋逆變器工作在軟開關(guān)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(shí)現(xiàn)寬調(diào)光范圍的調(diào)光（這也可使開關(guān)控制電路簡化）。

③     由于開關(guān)工作頻率固定，所以可以針對(duì)給定的熒光燈型號(hào)簡化控制電路設(shè)計(jì)。

④     由于開關(guān)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(guān)工作頻率固定，所以可以比較方便地確定燈負(fù)載匹配電路中無源器件的參數(shù)。

⑥     可在較寬的燈功率范圍內(nèi)（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(huì)失去較開關(guān)特性，會(huì)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(gè)問題，這時(shí)功率開關(guān)管的電應(yīng)力和損耗都將很小，即使工作在硬開關(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(xiàn)平滑和幾乎線性的燈功率調(diào)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(diào)光范圍對(duì)應(yīng)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(shí)現(xiàn)調(diào)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(diào)光幾乎和逆變器的輸出電壓成正比，調(diào)光特性曲線如圖1所示。

3、  脈沖調(diào)頻調(diào)光法

　　脈沖調(diào)頻調(diào)光法（PFM）也是常用的調(diào)光方法。如果高頻交流電子鎮(zhèn)流器的開關(guān)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(huì)下降，導(dǎo)致流過燈負(fù)載的電流下降，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)光。圖2為4英尺40W熒光燈脈沖調(diào)頻調(diào)光法的調(diào)光特性曲線（脈沖占空比D=0.45）。

　　脈沖調(diào)頻調(diào)光法的局限性。{{分頁}}

①     調(diào)光范圍由調(diào)頻范圍決定，如果調(diào)頻范圍不大，則熒光燈功率調(diào)節(jié)范圍也不大。

②     為了實(shí)現(xiàn)在低熒光燈燈功率工作條件下實(shí)現(xiàn)調(diào)光，則調(diào)頻范圍應(yīng)很寬（即從25~50kHz）。由于磁芯的工作頻率范圍、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路等原因都可能很限制熒光燈的調(diào)節(jié)范圍。

③     調(diào)頻范圍內(nèi)不易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)。輕載時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)軟開關(guān)，并使功率開關(guān)管上的電壓應(yīng)力加大。硬開關(guān)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(guān)工作狀態(tài)，則會(huì)導(dǎo)致逆變器的損耗加大，工作效率降低。

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

⑥     燈工作電流近似反比于逆變器的開關(guān)工作頻率，調(diào)光與開關(guān)頻率之間不是線性關(guān)系。

⑦     當(dāng)燈管發(fā)生開路故障時(shí)，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(dāng)開關(guān)頻率很低時(shí)。

4、  脈沖調(diào)相調(diào)光法

　　利用調(diào)節(jié)半橋逆變器中兩個(gè)功率開關(guān)管的導(dǎo)通相位的方法來調(diào)節(jié)熒光燈輸出功率，從而達(dá)到調(diào)光的目的（IR的專利技術(shù)，如IR2159/IR21591/IR21592就是采用脈沖調(diào)相調(diào)光法調(diào)光的集成電路的集成電路控制芯片）。脈沖調(diào)相法調(diào)光曲線如圖3所示。

脈沖調(diào)相調(diào)光控制法主要有以下特點(diǎn)：

①     可調(diào)光至1%的燈亮度。

②     可在任意調(diào)光設(shè)定值下啟動(dòng)電子鎮(zhèn)流器電路。

③     可應(yīng)用于多燈應(yīng)用（如燈的群控）場合。

④     調(diào)光相位-燈功率關(guān)系線性好。{{分頁}}

5、  可控硅相控調(diào)光法

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

　　應(yīng)用可控硅相控工作原理，通過控制可控硅的導(dǎo)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(dá)到控制燈電路供電電壓，從頁實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

　　可控硅相控調(diào)光對(duì)照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時(shí)段實(shí)時(shí)調(diào)整。由于調(diào)光電路主要是電子元件組成，相對(duì)來說體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、成本低。但是可控硅相控調(diào)光由于是工作在斬波方式，電壓無法實(shí)現(xiàn)正弦波輸出，由此出現(xiàn)大量諧波，形成對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波污染，危害極大，尤其是不能用于有電容補(bǔ)償?shù)碾娐分小{分頁}}

　　可控硅相控調(diào)光是采用相位控制的方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)光的。對(duì)普通反向阻斷型的可控硅，其閘流特性表現(xiàn)為當(dāng)可控硅加上正向陽極電壓的同時(shí)，又加上適當(dāng)?shù)恼驏艠O控制電壓時(shí)，可控硅就導(dǎo)通；這一導(dǎo)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(huì)關(guān)斷。

　　從圖4所示的可控硅前沿觸發(fā)的相控調(diào)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(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(dǎo)通，根據(jù)可控硅的開關(guān)特性，這一導(dǎo)通將維持到正弦波的正半周結(jié)束。所以在正弦波的正半周（即0~π區(qū)間）中，0~wt₁范圍內(nèi)可控硅不導(dǎo)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(dǎo)通，這一范圍（見圖4中的斜線部分）稱為可控硅的導(dǎo)通角，常用φ表示。同樣在正弦交流電的負(fù)半周，對(duì)處于反向聯(lián)接的另一只可控硅（相對(duì)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(dǎo)通。如此周而復(fù)始，對(duì)正弦波的每一半周期控制其導(dǎo)通，獲得相同的導(dǎo)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(dǎo)通角 φ（或控制角α）的大小。導(dǎo)通角越大電路的輸出電壓越高，相應(yīng)燈負(fù)載的發(fā)光越亮?？梢?，在可控硅調(diào)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(diào)光電路工作在全導(dǎo)通狀態(tài)，即導(dǎo)通角為180

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