熒光燈電子鎮(zhèn)流器數(shù)字調(diào)光方案研究
關(guān)鍵詞：鎮(zhèn)流器；數(shù)字調(diào)光；微控制器；數(shù)字可尋址照明接口(DALI)
O 引言
可調(diào)光熒光燈電于鎮(zhèn)流器具有明顯的節(jié)電效果，故在近幾年中得到了迅速發(fā)展和應(yīng)用。熒光燈是一種低壓氣體放電燈，是非電阻性負(fù)載。因此，熒光燈調(diào)光控制技術(shù)要比白熾燈調(diào)光復(fù)雜得多。熒光燈調(diào)光技術(shù)分模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光兩種類型。對(duì)于緊湊型節(jié)能燈臺(tái)燈的調(diào)光，通常采用模擬技術(shù)。而對(duì)于用于家庭、辦公室、商場(chǎng)、車間等場(chǎng)所照明的調(diào)光熒光燈，則采用數(shù)字調(diào)光方案。數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，代表了該照明電器未來發(fā)展的方向。
熒光燈調(diào)光通過調(diào)節(jié)燈管功率實(shí)現(xiàn)。燈功率調(diào)節(jié)又有兩種方法：一種是調(diào)節(jié)頻率改變鎮(zhèn)流器輸出級(jí)LC網(wǎng)絡(luò)的阻抗來調(diào)節(jié)燈電流，從而改變燈功率和燈亮度；另一種是通過凋節(jié)燈電流與燈電壓之間的相位，來調(diào)節(jié)燈功率。IR公司生產(chǎn)的調(diào)光鎮(zhèn)流器IR21592／IR21593，則采用相位調(diào)光方案。
1 數(shù)字可尋址照明接口(DALI)
數(shù)字可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器需利用DALI。數(shù)字可尋址照明接口(DALI)國際標(biāo)準(zhǔn)prIEC929，是一種在兩線網(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(dá)64個(gè)鎮(zhèn)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(duì)數(shù)調(diào)光、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況和故障檢測(cè)。
對(duì)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(tǒng)，可以控制(發(fā)送和接收)64個(gè)不同的電子鎮(zhèn)流器。發(fā)射指令既可以到達(dá)單個(gè)鎮(zhèn)流器，也可以到達(dá)一組鎮(zhèn)流器，并實(shí)現(xiàn)從100％到l％的調(diào)光范圍。通過數(shù)字控制，可根據(jù)不同的照明需要精密調(diào)節(jié)光電平。DALI包含256個(gè)亮度等級(jí)和一個(gè)對(duì)數(shù)調(diào)光曲線，如圖l所示。在較低的光電平上易于更好地控制，而且對(duì)人的眼睛也更加敏感。
2 數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)方案
2．1 數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的組成
數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)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(shù)校正(PFC)升壓預(yù)變換器，基于控制器IR21592的鎮(zhèn)流器電路和數(shù)字調(diào)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(hù)電路。數(shù)寧控制電路提供DALI和軟件，鎮(zhèn)流器可以直接連接到DALI 2一線輸入或其所依從的系統(tǒng)。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(zhèn)流器電路，IR21592依據(jù)從微控制器接收的信號(hào)控制鎮(zhèn)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(dāng)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(hào)實(shí)現(xiàn)。TX是從網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到微控制器的信號(hào)，RX是從微控制器發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)，如圖3所示。一個(gè)數(shù)字接口保證在DALI輸入與鎮(zhèn)流器輸出級(jí)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(hào)完成。其中，從PICl6F628腳9發(fā)送到IR21592腳4的信號(hào)用于調(diào)光，從微控制器腳10發(fā)送到IR21592腳9的信號(hào)用于鎮(zhèn)流器關(guān)閉或?qū)ǎ赑ICl6F628腳ll和腳12上接收的信號(hào)用于故障檢測(cè)。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(diào)光電壓，相應(yīng)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(duì)應(yīng)最小相位移和最大燈功率，燈輸出為“滿光”(100％)。PICl6F628腳9輸出一個(gè)PWM信號(hào)，通過R25和C17濾波轉(zhuǎn)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(shù)字調(diào)光需要，輸出電壓為對(duì)數(shù)而不是線性關(guān)系。在較低光電平上由于趨于線性，人的眼睛對(duì)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(shè)置。
2.3 軟件
DALI執(zhí)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(xì)的源代碼密封在CD中，可供設(shè)計(jì)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(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。如果接收到有效數(shù)據(jù)，并且地址與鎮(zhèn)流器確定地址匹配，組群與確定組群成員匹配，或者數(shù)據(jù)是一種廣播命令，則被過濾和篩選。命令被分為標(biāo)準(zhǔn)和專用兩種類型。在經(jīng)過濾和篩選后，程序立即定向于適當(dāng)?shù)拿畈?zhí)行。所有命令共分4類，即弧光功率控制命令、配置命令、查詢命令和專用命令。弧光功率控制命令通常用于照明系統(tǒng)，這類命令占用信號(hào)被發(fā)送到鎮(zhèn)流器控制器，并經(jīng)脈寬調(diào)制調(diào)節(jié)光電平；配置命令用于鎮(zhèn)流器設(shè)置，其中包括最大和最小燈光門限、減弱時(shí)間和速率及現(xiàn)場(chǎng)電平等，并且數(shù)據(jù)通常被存儲(chǔ)在EEPROM區(qū)域中并被保持；查詢命令為從鎮(zhèn)流器得到反饋而被利用，通過適當(dāng)?shù)牟樵兠?，可以獲得光衰減、燈管、一般故障和功率等方面的信息；專用命令是唯一的，這類命令對(duì)地址不受影響。在DALI上的所有鎮(zhèn)流器都響應(yīng)于一個(gè)專用命令。
2．4 DALI與微控制器之間的連接
微控制器與DALI之間的連接通過光耦合器實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。利用光耦合器，由DALI兩線輸入變?yōu)?個(gè)信號(hào)。這4個(gè)信號(hào)，一個(gè)是通信使能信號(hào)(ENABLE)，一個(gè)是發(fā)射信號(hào)(TX_DALI)，一個(gè)是接收信號(hào)(RX—DALI)，還有一個(gè)是接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)(RECEIVE—DRIVE)。其中，發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)直接影響在DALI上的電平。利用通信使能信號(hào)和接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制通信電路，可使鎮(zhèn)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(hào)可使通信電路激活。當(dāng)數(shù)據(jù)開始向鎮(zhèn)流器發(fā)送時(shí)，通信使能信號(hào)電流低于100μA。為精確傳送數(shù)據(jù)，該電流是不足夠的。為使信號(hào)通過隔離有一個(gè)良好的傳送，維持接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，需將電流上升到O．5mA以上。為傳送所有數(shù)據(jù)，接收一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使能時(shí)間足夠長，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(cè)輸入數(shù)據(jù)，PICl6F628內(nèi)建比較器設(shè)置門限電平。該數(shù)據(jù)檢測(cè)門限被設(shè)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(zhuǎn)換為5V的邏輯，并在DALI上轉(zhuǎn)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(zhèn)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(nèi)部頻率為4 MHz。當(dāng)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(shù)字調(diào)光36W/T8熒光燈電子鎮(zhèn)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(shù)寧調(diào)光電子鎮(zhèn)流器實(shí)際電路如圖8所示。該數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器AC線路輸入電壓范圍為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(biāo)準(zhǔn)(C類)規(guī)定限制，系統(tǒng)功率因數(shù)高于O．98。燈絲預(yù)熱頻率為53 kHz，預(yù)熱時(shí)間為ls(由IR21592的腳3外部電容CPH設(shè)置)，燈絲預(yù)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(diào)光模式，凋光范圍從100％到l％。IR21592提供各種保護(hù)：一是線路欠電壓保護(hù)，只要腳1上的電壓VVDD<3V，則進(jìn)入故障保護(hù)模式；二是過電流保護(hù)，只要IC2腳10上的電壓VCS<1．6V，就會(huì)進(jìn)入故障保護(hù)模式；三是燈故障關(guān)閉保護(hù)，只要腳9上的電壓VSD>2V，則履行關(guān)閉保護(hù)；四是過溫度保護(hù)，只要IC2結(jié)溫TJ>165℃，則進(jìn)入故障保護(hù)模式。在故障保護(hù)模式，振蕩器截止，半橋電路停止工作，功率開關(guān)S2、S3均被關(guān)斷。
4 結(jié)語
本文介紹的32W/T8熒光燈數(shù)字調(diào)光DALI電子鎮(zhèn)流器，使用了微控制器PICl6F628。微控制器在調(diào)光鎮(zhèn)流器控制器IR21592與DALI之間充當(dāng)一個(gè)界面。數(shù)字調(diào)光DALI電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)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(zhèn)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(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的調(diào)光范圍為1％～100％，并具有完善的安全保護(hù)功能和高效率與高功率因數(shù)。
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