镇流器

气体放电灯使用的镇流方法中电子镇流应用较多。电子镇流器的优点是：灯电极损耗小,灯电弧稳定;灯管使用寿命长,电路保护比较容易;调光灵活性强舒适度高;和计算机网络控制实现方便。 体积小、重量轻,且功率越大越明显。

目前对于荧光灯的控制方法主要有：模拟调光控制方法和数字调光控制方法。模拟方法是一种标准的调光方法,通常花费较低,并且可以与大量的普通控制器兼容。数字调光电子镇流器电路最主要的改进是增加了主控制作为数字信息的存储器、接收器和发射器。可以存储镇流器地址,接收控制信号,发送状态信息。

基于DALI的数字可寻址调光镇流器

图1 数字调光镇流器工作原理图

基于DALI的数字可寻址调光镇流器原理框图示于图1。镇流器具体电路示于图2。该镇流器是基于IR21592芯片设计的,控制模块采用Microchip 公司的PIC16F877单片机。这是一种高效、高功率因数,用来驱动、快速起动荧光灯的数字调光电子镇流器。

图2 DALI镇流器电路图

电磁干扰(EMI)滤波器

抑制EMI的技术措施有屏蔽、接地(浮地、单点地和接地网)与滤波。其中,滤波技术是抑制传导干扰最有效和最经济的手段。由于各种干扰在系统接口处最为严重,故EMI滤波器均放在系统电源线的入口处。交流电源线的传导干扰包括差模噪声成分和共模噪声成分。为了起到抑制干扰、降低噪声的作用,采用交流线路EMI滤波器(见图2)。EMI滤波器,既抑制了来自电网的共模和差模干扰,保证二次侧不出现共模噪声和差模噪声。同时,它对电子镇流器自身产生的电磁干扰也起衰减作用,以保证电网不受污染。

APFC电路

当功率因数过低时,使电力供电设备得不到充分利用。电能的巨大浪费,而且会影响用电设备的正常运行。而且会在建筑物的供电导线中产生热量。电子镇流器的功率因数低会限制家用电器的负荷,甚至会增加照明费用。本设计采用APFC电路提高功率因数。

利用ST公司的L6561芯片,设计了APFC电路。

APFC电路工作在临界电流模式下,为峰值电流控制方式。通过它可以实现输入电流正弦化,并与输入正弦电压同相。

L6561的工作原理是采用固定导通时间控制方法,使峰值电感电流包络线跟随交流输入电压的变化轨迹。采用PWM工作模式,迫使电流和电压同相位,达到功率因数校正的目的。

APFC电路产生400V的稳压电压,并且保证功率因数达到0.99以上。

输出级电路

采用的是以荧光灯为负载的电压输入半桥逆变器,其输入的直流电压是功率因数校正电路的输出电压Uo。其中IR21592芯片驱动MOSFET管以40kHz 左右的频率交替开断,这样,在半桥电路中点就产生了峰值为Uo的高频方波。荧光灯在启动前处于断路状态,这样扼流电感LRES和启动电容CRES、隔直电容CDC组成LC串联谐振电路。

IR21592电路VDC端和VCC端的电压直接从APFC电路中的整流桥输出电压取得。对荧光灯的调光采用相位控制的方法。在预热和触发模式时,电路LC高频串联谐振,谐振点的电压电流相位差为±90°,工作频率略高于谐振频率。调光模式,电路中的电感L和并联的R、C串联,大功率时相位差不大,而小功率是相位是倒置的。所以,在触发后的运行模式期间,输入电流与半桥输出电压相位差为0~-90°之间变化,其中,零相位差对应最大功率。这样当微控制模块电路输出的DIM电压变化,负载电流的相位就会逆向变化,从而输出功率变化,实现了IR21592电路对荧光灯的调光。

微控制模块电路

选用Microchip公司的PIC16F877单片机作为微控制器。

微控制器是整个镇流器电路的大脑,存储着镇流器的大量信息。当它接收到经电平转换电路转换后的DALI信号,对其进行判断,并执行响应的命令。当需要调光时,其CCP端口PWM输出脉冲,通过RC低通滤波电路,实现0.5V~5V电平的输出。

PIC16F877共有5个I/O端口,除了通用I/O功能外,这些端口还具有各自不同的专用功能,例如PWM输出、计数器输入、外部电平中断、I2C总线接口等。 

DALI镇流器中存储了大量的参数。而绝大多数参数都存放在EEPROM数据存储器中,以保证断电后这些参数依然存在。

DALI镇流器单片机接收DALI主机的各种命令。数据以逻辑值“1”作为起始位,包括8位地址位,8位数据位,两个非编码的高电平作为结束标志。DALI系统使用两条信号线传输数据,两条信号上的电压差表示逻辑“0”和逻辑“1”,在总线上没有信号时两条信号线之间保持高电压差。DALI协议的传输速率为1200bps,信号周期833.33ms,据曼彻斯特编码要求,单片机每个周期内对总线采样2次,采样延间隔为T/2=417ms,采样误差为0.08%。

电平转换电路

DALI接口与微控制器之间需要有光电隔离的电平转换电路。该接口电路主要有两个作用：光电隔离两端信号,防止干扰;传输电平转换,将DALI信号线的逻辑电平(DALI信号)转化为单片机PIC16F877的逻辑电平(TTL信号)。

当上位机准备对镇流器进行控制,或者是询问镇流器状态时,通过电平转换电路就可把DALI信号转换为微控制模块的TTL电平;微控制模块准备向上位机发送反馈信息时,电平转换电路又实现了TTL电平到DALI信号的转换。另外,电平转换电路通过光耦隔离,起到了隔离两边电路的作用,减少了干扰。

DALI照明控制系统与以往照明系统相比,一个很大的优点就是实现数字智能调光,达到恒照度的要求。

参考文献：
1.  余丽华,“电子照明”,上海同济大学出版社,2001
2.  王晓东,“电器照明技术”,机械工业出版社,2004
3.  刘跃群、王强、刘作炯,“光源电器原理和应用技术”,化学工业出版社,2003
4.  张岳军、吴明光,“中国照明”,智能照明总线主流协议综述