电子镇流器的调光方法.pdf

照明电器电子镇流器的调光方法收稿日期: 2007 ?12?10作者简介: 邓隐北(1937- ), 研究员, 总工程师, 主要研究机电工程邓隐北 编译( 郑州大学, 郑州 450052) 摘? 要: 该文对日光灯电子镇流器中传统的频率控制调光方法和新近取得专利的电压控制调光方法,进行了比较和评定在宽的调光范围内, 记录并对比了基于这两种调光方法的 2? 36 W 电子镇流器 的功率因数、 能量效率、 电子损耗、 单位功率光通量( lm? W) 以及峰值系数结果发现, 通过灯的调光对比在很多方面, 电压调光控制法比频率控制法好得多, 尤其电压调光法比频控方法, 具有更高的能量效率和更多的单位功率光通量, 电压控制调光的显著特点是随着灯功率的减小, 其电子损耗也减小 关键词: 可调光的电子镇流器; 电压控制调光; 频率控制调光; 日光灯Dimming Control Methods for Electronic BallastsDeng Yinbei Translated by( Zhengzhou university, Zhengzhou 450052)Abstract: This paper Compare and evaluate the traditinal frequency- Control dimming method and a recently- patented voltage- Control dimming method in electronic ballasts for fluorescent lamps. The power factor, energyefficiency, electronic loss, lumen ? w. and crest factor of 2 ? 36 W electroinc ballasts based on these two dimming methods are recoded and Compared over a wide dimming range. It is found that the voltage dimming controlapproach is much better than the frequency control method in most of the compared aspects as the lamp is dimmed. In particular, voltage dimming approach has much higher energy efficiency and lumen per watt than thefrequency control one. The voltage dimming control has a distinctive feature in that its electronic loss decreases with decreasing lamp power.Keywords: dimmable electronic ballast; voltage- control dimming; frequency- control dimming; fluorescent lamp0 ? 引言建筑楼房中, 当不需要日光灯全功率连续运行时, 应用可调光的电子镇流器可进一步减小楼房内 的功率消耗, 实现节能。

大部分现代电子镇流器的设计和研究, 均推荐使用谐振变换器作为驱动灯的 功率电路图 1 所示为简化了的镇流器电路两个开关 S1和 S2轮流交替切换, 以提供一高频率( 通常为25 kHz和 100 kHz 以内) 的矩形波交流电压, 施加于加载的谐振电路上隔( 断) 直( 流) 电容器用于消除直流电压分量基本概念是利用施加到谐振电容 器 Cr上的谐振电压, 以便引发灯电弧的冲击因为激励电压的高频率, 实际上灯是处于连续导通状态, 故能无闪烁效应而提供高质量的照明本文对 2? 36 W T8 日光灯系统, 利用频率调光 控制和电压调光控制的电子镇流器进行了研究和比较, 并在宽的调光范围内记录和对比了功率因数、 能 量效率、 电子损耗、 单位功率的光通量和峰值系数56 2008 年 3 月 ? ? ? ? ??? ? ? 灯与照明 ? ? ? ? ? ? ? 第 32 卷第 1 期此外, 在两种调光途径下, 对前端交流? 直流( AC? DC)功率级和次级 DC? AC 功率级的功率损耗进行了评估结果展示了两种调光方法的功率损耗特性, 并 作了清晰的论证与说明图 1? 简化了的电子镇流器电路1 ? 目前的调光控制方法日光灯的调光可通过控制灯的功率来实现。

图2 所示为镇流器谐振回路的等效电路等效电路的阻抗Z=Rlamp- ?2L rCrRlamp+ j?Lr 1+ j ?CrRlamp( 1)图 2? 电子镇流器的等效电路除在很低的功率区以外, 接通状态的灯电压不 会有大的变化故灯的功率可通过灯电流的控制来改变灯电流可表示为? Ilamp= ? ILr- ? ICr=Vac- VLr Rlamp( 2)注意( 2) 式中的交流电压 Vac, 取决于镇流器、 逆变器的直流线路电压; 灯的电阻 Rlamp取决于灯的功率通常, 控制灯电流有以下三种方法1. 1 ? 控制占空因数的调光控制在半桥逆变器中, 改变负载功率的简单方法是控制开关S1和 S2的占空因数( d) , d 即脉冲保持时间与间歇时间之比理想的最大占空因数为 0. 5, 实际上, 最大的 d 值应稍小于0. 5因此, 为避免 S1和S2的击穿, 可利用小的停滞时间( S1和 S2都断开的时间) 但如果占空因数太小, 电感器电流将变成断续, 而丢失零电压开关( ZVS) 状态由于直流线路电压很高, 开关将承受高的切换应力这一不连续的电流操作可能导致可靠性降低和电磁干扰( EM1) 的增加。

实际最小的占空因数还可能限制日光灯的调光范围因此, 作为商业产品的电子镇流器不宜采用占空因数控制法, 这一方法也不包含于本文的对比性研究中1. 2? 改变开关频率的调光控制 工业上采用的标准调光方法是频率控制方法通过运行频率 ? 的增加, 电感器感抗增加而电容器的容抗减小重要的是注意到灯的功率减小时, 灯的电阻 Rlamp增加当开关频率增加时, 电容器的容抗减小和 Rlamp的增加, 意味着灯电流已转移到电容器上( 图 2) 灯电流与频率 ? 大致呈反比关系:Ilamp!1 ?x( 3)式中: x ∀ 定标系数为了在小的灯功率运行时实现调光控制, 必须 具备很宽的开关频率范围( 例如 46~ 100 kHz) 设计磁芯、 门驱动电路和电子控制电路的频率范围, 应能覆盖整个调光控制的频率范围因为开关频率的变化范围广, 对输入滤波器的要求就要慎重考虑 1. 3? 改变直流线路电压的调光控制利用逆变器直流线路电压的可改变性, 能对日光灯系统提供平稳而理想的调光控制这一取得美国专利的设计线路, 控制着前端变换器的直流输出电压 Vdc, 因而控制灯的功率为了在软开关操作下, 确保连续的电感器电流运行于广阔的功率范围, 利用了半桥逆变器开关切换的恒定占空因数( 接近0. 5) 。

因逆变器能以恒定的开关频率操作( 或使用自激栅? 基极驱动时, 以加载的谐振频率操作) , 故开关控制和 EMI 滤波器均可容易实现对于给定型式 的日光灯, 能对 Lr- Cr谐振回路进行优化驱动日光灯的标准半桥L- C 谐振变换器, 也能易于设计成固定频率下以零电压切换( ZVS) 的操作方式, 由于开关频率可选取为 20~ 30 kHz 范围而未接近红外线频带的 34 kHz, 故能达到高的效率在宽的调光范围 内( 5% ~ 100% 灯功率) , 能容易保持 ZVS 状态公式( 2) 说明, 灯的电流大致上与高频的交流电压 Vac值成正比灯电流的大小, 取决于可控制的逆变器直流线路电压 Vdc, 于是Ilamp!Vdc( 4)2 ? 实际的评估与比较为了对传统的频率调光控制法和近来取得专利 的电压控制法进行比较, 已利用基于这两种调光方法的商品化可调光的电子镇流器做试验选用220V、 2? 36 W T8 型荧光灯的可调光电子镇流器进57 2008 年 3 月 ? ? ? ? ??? ? ? 灯与照明 ? ? ? ? ? ? ? 第 32 卷第 1 期行实际对比与评估两种镇流器均有 CE 标志, 并满足安全要求和 EMC( 电磁兼容) 标准。

它们的峰值系数在整个调光范围小于 1. 7 ( 1) 电子镇流器( 带标签 V 的产品) , 采用了电压调光控制这一镇流器有前端回扫功率因数校正(PFC) 的变换器, 以可控、 可变的直流电压(45~ 280 V)用于调光第二级半桥逆变器是在谐振回路加载的 谐振频率下工作的, 该频率处于5 kHz( 由25~ 30 kHz)的窄频带范围内, 它具有从 100% 到约 5% 灯功率的调光范围它所消耗的最大输入功率为 72 W ( 2) 其它电子镇流器( 带标签 F 的产品) , 采用了频率调光控制它具有升压型前端功率因数校正器, 该校正器为第二级半桥逆变器, 额定提供 400 V的恒定直流线路电压, 开关频率范围约 46 kHz~96 kHz 因为频率控制调光的镇流器需要50 kHz的宽 频率范围用于调光, 其最小的频率一般调到40 kHz以上, 以避开 34 kHz 的红外线频带, 它有从 100% 到约 3%灯功率的调光范围, 其最大输入功耗为 78 W利用同一对 36 W T8 型日光灯和在相同情况 下, 对 2 个镇流器进行试验在宽的调光范围内测量和比较: 能量效率、 总的镇流器损耗、 输出的光通量、 整个系统的功效、 开关频率( p. u) 、 功率因数以及 峰值系数。

测量的数据资料见表 1表1 ? 实测的数据资料产品- V输入实际功率(W)输入视在功率(VA)灯功率(W)功率损耗( W)发光度(照度级)cos? ( % )流明?瓦频率(p. u)峰值系数(最大值)72. 472. 661. 510. 814410. 99685. 019. 91. 001. 41570. 070. 259. 610. 413810. 99685. 119. 71. 001. 41565. 065. 355. 79. 312930. 99685. 619. 91. 011. 41460. 660. 851. 59. 112010. 99585. 019. 81. 021. 41455. 455. 746. 98. 510960. 99484. 719. 81. 031. 44750. 050. 341. 78. 39800. 99383. 419. 61. 051. 46544. 845. 136. 28. 58400. 99180. 918. 81. 091. 43040. 440. 632. 48. 07400. 98980. 218. 31. 111. 46835. 335. 826. 88. 56200. 98675. 817. 51. 151. 42930. 030. 622. 27. 94950. 98173. 816. 51. 171. 46624. 525. 116. 28. 33490. 97466. 114. 31. 191. 41620. 321. 011. 98. 32530. 96658. 912. 51. 201. 42715. 916. 67. 88. 11580. 95849. 29. 91. 211. 583产品- F输入实际功率(W)输入视在功率(VA)灯功率(W)功率损耗( W)发光度(照度级)cos? ( % )流明?瓦频率(p. u)峰值系数(最大值)78. 679. 766. 612.。