dali调光系统原理

荧光灯电子镇流器数字调光方案研究

作者：王守志 毛兴武

关键词：镇流器，数字调光，微控制器，数字可寻址照明接口(DALI)

摘要：基于调光镇流器控制器IR21592的数字调光电子镇流器设计方案，含有一个通用电压

输入的有源PFC电路，同时包含一个微控制器及连接到数字可寻址照明接口(DALI)的隔离

电路。在介绍数字调光原理的基础上，给出了36W/T8荧光灯数字调光电子镇流器电路。

O 引言

可调光荧光灯电于镇流器具有明显的节电效果，故在近几年中得到了迅速发展和应用。

荧光灯是一种低压气体放电灯，是非电阻性负载。因此，荧光灯调光控制技术要比白炽灯调

光复杂得多。荧光灯调光技术分模拟调光和数字调光两种类型。对于紧凑型节能灯台灯的调

光，通常采用模拟技术。而对于用于家庭、办公室、商场、车间等场所照明的调光荧光灯，

则采用数字调光方案。数字调光电子镇流器，代表了该照明电器未来发展的方向。

荧光灯调光通过调节灯管功率实现。灯功率调节又有两种方法：一种是调节频率改变镇

流器输出级LC网络的阻抗来调节灯电流，从而改变灯功率和灯亮度；另一种是通过凋节灯

电流与灯电压之间的相位，来调节灯功率。IR公司生产的调光镇流器IR21592／IR21593，

则采用相位调光方案。

1 数字可寻址照明接口(DALI)

数字可调光电子镇流器需利用DALI。数字可寻址照明接口(DALI)国际标准prIEC929，

是一种在两线网络上去接口照明装置的通信协议和方法。DALI协议为16位，支持高达64

个镇流器各自的寻址，16组群被播散到整个照明网络上。除协议之外，DALI还支持光衰减、

对数调光、现场实况和故障检测。

对于全部照明环境，DALI允许不同的控制和管理。DALI利用同一个控制系统，可以控

制(发送和接收)64个不同的电子镇流器。发射指令既可以到达单个镇流器，也可以到达一组

镇流器，并实现从100％到l％的调光范围。通过数字控制，可根据不同的照明需要精密调

1 双向可控硅调光电路分析

3. 双向可控硅调光电路分析

左图是一个典型的双向可控硅

调光器电路，电位器POT1和电阻R1、

R2 与电容C2构成移相触发网络，当

C2的端电压上升到双向触发二极管

D1的阻断电压时，D1击穿，双向可

控硅TRIAC被触发导通，灯泡点亮。

调节POT1可改变C2的充电时间常数，

TRAIC的电压导通角随之改变，也就改变了流过灯泡的电流，结果使得白炽灯的亮度随着

POT1的调节而变化。POT1上的联动开关SW1在亮度调到最暗时可以关断输入电源，实现调

光器的开关控制。

可控硅 可控硅一旦被触发导通后，将持续导通到交流电压过零时才会截止。可控硅承

担着流过白炽灯的工作电流，由于白炽灯在冷态时的电阻值非常低，再考虑到交流电压的峰

值，为避免开机时的大电流冲击，选用可控硅时要留有较大的电流余量。

触发电路 触发脉冲应该有足够的幅度和宽度才能使可控硅完全导通，为了保证可控硅

在各种条件下均能可靠触发，触发电路所送出的触发电压和电流必须大于可控硅的触发电压

UGT与触发电流IGT的最小值，并且触发脉冲的最小宽度要持续到阳极电流上升到维持电流

（即擎住电流IL）以上，否则可控硅会因为没有完全导通而重新关断。

保护电阻 R2是保护电阻，用来防止POT1调整到零电阻时，过大的电流造成半导体器

件的损坏。R2太大又会造成可调光范围变小，所以应适当选择。

功率调整电阻 R1决定白炽灯可调节到的最小功率，若不接入R1，则在POT1调整到最

大值时，白炽灯将完全熄灭，这在家庭应用中会造成一定不便。接入R1后，当POT1调整到

最大值时，由于R1的并联分流作用，仍有一定电流给C2充电，实现白炽灯的最小功率可以

调节，若将R1换为可变电阻器，则可实现更精确的调节，以确保量产的一致性。同时R1

还有改善电位器线性的作用，使灯光变化更适合人眼的感光特性。

电位器 小功率调光器一般都选择带开关的电位器，在调光至最小时可以联动切断电源，

这种电位器通常分为推动式（PUSH）和旋转式（ROTARY ）两种。对于功率较大的调光器，

可控硅是可控硅整流元件的简称，是一种具有三个PN 结的四层结构的大功率半导体器件，一般由两晶闸管反向连接而成。它的功能不仅是整流，还可以用作无触点开关的快速接通或切断；实现将直流电变成交流电的逆变；将一种频率的交流电变成另一种频率的交流电等等。可控硅和其它半导体器件一样，有体积小、效率高、稳定性好、工作可靠等优点。它的出现，使半导体技术从弱电领域进入了强电领域，成为工业、农业、交通运输、军事科研以至商业、民用电器等方面争相采用的元件。 目前可控硅在自动控制、机电应用、工业电气及家电等方面都有广泛的应用。

可控硅从外形上区分主要有螺旋式、平板式和平底式三种。螺旋式应用较多。

可控硅有三个极----阳极(A)、阴极(C)和控制极(G)，管芯是P型导体和N型导体交迭组成的四层结构，共有三个PN 结，与只有一个PN结的硅整流二极管在结构上迥然不同。可控硅的四层结构和控制极的引入，为其发挥“以小控大”的优异控制特性奠定了基础。可控硅应用时，只要在控制极加上很小的电流或电压，就能控制很大的阳极电流或电压。目前已能制造出电流容量达几百安培以至上千安培的可控硅元件。一般把5安培以下的可控硅叫小功率可控硅，50安培以上的可控硅叫大功率可控硅。

我们可以把从阴极向上数的第一、二、三层看面是一只NPN型号晶体管，而二、三、四层组成另一只PNP型晶体管。其中第二、第三层为两管交迭共用。可画出图1的等效电路图。当在阳极和阴极之间加上一个正向电压E，又在控制极G和阴极C之间(相当BG2的基一射间)输入一个正的触发信号，BG2将产生基极电流Ib2，经放大，BG2将有一个放大了β2 倍的集电极电流IC2 。因为BG2集电极与BG1基极相连，IC2又是BG1 的基极电流Ib1 。BG1又把Ib1(Ib2)放大了β1的集电极电流IC1送回BG2的基极放大。如此循环放大，直到BG1、BG2完全导通。事实上这一过程是“一触即发”的，对可控硅来说，触发信号加到控制极，可控硅立即导通。导通的时间主要决定于可控硅的性能。

LED的调光原理分析与设计实例

作为一种光源，调光是很重要的。不仅是为了在家居中得到一个更舒适的环境，在今天来说，减少不必要的电光线，以进一步实现节能减排的目的是更加重要的一件事。而且对于LED 光源来说，调光也是比其他荧光灯、节能灯、高压钠灯等更容易实现，所以更应该在各种类型的LED 灯具中加上调光的功能。

第一部分 采用直流电源LED 的调光技术

一.用调正向电流的方法来调亮度

要改变LED 的亮度，是很容易实现的。首先想到的是改变它的驱动电流，因为LED 的亮度是几乎和它的驱动电流直接成正比关系。图1 中显示了Cree 公司的XLampXP-G 的输出相对光强和正向电流的关系。

图1. XLampXP-G 的输出相对光强和正向电流的关系

由图中可知，假如以350mA 时的光输出作为100%，那么200mA 时的光输出就大约是60%，100mA 时大约是25%。所以调电流可以很容易实现亮度的调节。

1.1 调节正向电流的方法

调节LED 的电流最简单的方法就是改变和LED 负载串联的电流检测电阻(图2a)，几乎所有DC-DC 恒流芯片都有一个检测电流的接口，是检测到的电压和芯片内部的参考电压比较，来控制电流的恒定。但是这个检测电阻的值通常很小，只有零点几欧，如果要在墙上装一个零点几欧的电位器来调节电流是不大可能的，因为引线电阻也会有零点几欧了。所以有些芯片提供一个控制电压接口，改变输入的控制电压就可以改变其输出恒流值。例如凌特公司的LT3478(图2b)只要改变R1 和R2 的比值，也可以改变其输出的恒流值。

图2. 输出恒流值的调节

1.2 调正向电流会使色谱偏移

然而用调正向电流的方法来调亮度会产生一个问题，那就是在调亮度的同时也会改变它的光谱和色温。因为目前白光LED 都是用兰光LED 激发黄色荧光粉而产生，当正向电流减小时，蓝光LED 亮度增加而黄色荧光粉的厚度并没有按比例减薄，从而使其光谱的主波长增长，具体实例如图3 所示。