電子技術(shù)在綠色照明電路中的應(yīng)用

劉召群

【摘 要】綠色照明是一項(xiàng)推動(dòng)電子技術(shù)全面創(chuàng)新和節(jié)能的系統(tǒng)工程，被國(guó)際社會(huì)視為推動(dòng)節(jié)能、保護(hù)環(huán)境的最有效措施。由于電于技術(shù)的發(fā)展，綠色照明在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的應(yīng)用前景極為廣闊。

【關(guān)鍵詞】綠色照明 電路 電于技術(shù)

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2017.06.078

綠色照明概念的提出源于20世紀(jì)90年代初，這是一項(xiàng)提高照明用電效率、節(jié)約電力、減少空氣污染的行動(dòng)計(jì)劃，后逐漸成為國(guó)際上集照明節(jié)電、環(huán)境保護(hù)、改善照明質(zhì)量和發(fā)展電子產(chǎn)業(yè)于一體的一項(xiàng)跨世紀(jì)工程。隨后，我國(guó)推出了“中國(guó)綠色照明工程”，推行高效照明器具，逐步替代傳統(tǒng)的低效照明電光源。實(shí)施綠色照明既可以節(jié)約電力，又可以降低環(huán)境污染程度和提高能源的利用效率。要實(shí)現(xiàn)綠色照明有兩條選擇途徑：改造光源和改進(jìn)電路，其中關(guān)于改進(jìn)光源的研究比較普遍。

一、高頻交流電子鎮(zhèn)流技術(shù)與應(yīng)用

20世紀(jì)70年代高頻交流電子鎮(zhèn)流器的發(fā)明，由于其運(yùn)用高頻開(kāi)關(guān)切換電子線路的手段達(dá)到鎮(zhèn)流的目的，具備無(wú)頻閃效應(yīng)、發(fā)光效率高、體積小、重量輕、可調(diào)光、適應(yīng)供電電壓范圍寬、節(jié)能的一系列優(yōu)點(diǎn)，并且不需要耗費(fèi)大量鋼材和硅鋼材料，受到廣大用戶的普遍歡迎，在各種氣體放電照明燈被廣泛采用，形成一個(gè)蓬勃發(fā)展的“綠色照明”的新興產(chǎn)業(yè)。

高頻交流電子鎮(zhèn)流器的電路由兩個(gè)基本功能單元構(gòu)成：高頻變流電路保證在高頻狀態(tài)工作，而負(fù)載諧振電路則可以實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和限流等基本功能。整流電路將工頻交流變?yōu)槊}動(dòng)直流，通過(guò)高頻逆變電路將直流量逆變?yōu)楦哳l交流，然后高頻交流通過(guò)負(fù)載諧振電路向熒光燈供電。燈電路網(wǎng)絡(luò)除須將逆變電路輸出的高頻交流功率輸送給燈管，完成電——光的高效轉(zhuǎn)換外，還包括諸如燈絲預(yù)熱、燈電流檢測(cè)反饋以及整個(gè)電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的輔助供電源等功能。功率變壓器T初級(jí)接逆變電路，通過(guò)電容直接向燈管輸送燈正常發(fā)光所需的燈電流，次級(jí)繞組則向燈管提供預(yù)熱和維持工作的燈絲電流。電流互感器TA執(zhí)行對(duì)燈電流的檢測(cè)和傳感，通過(guò)燈電流的變化隨時(shí)將有關(guān)燈工作情況的信號(hào)送往控制電路。

控制電路可根據(jù)燈電流的大小（甚至包括燈管脫連和斷路），判斷燈的發(fā)光強(qiáng)弱，然后向逆變電路發(fā)送相應(yīng)的控制信號(hào)。逆變電路最主要的功能是將經(jīng)功率因子校正電路輸出的高壓直流變換為供熒光燈使用的高頻交流，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS），對(duì)高壓直流實(shí)行斬波。工頻電源經(jīng)過(guò)射頻干擾（RFl）濾波器，全波整流和無(wú)源（或有源）功率因數(shù)校正器（PPFC或APFC）后，變?yōu)橹绷麟娫?。通過(guò)DC/AC變換器，輸出20K一100KHZ的高頻交流電源，加到與燈連接的LC串聯(lián)諧振電路加熱燈絲，同時(shí)在電容器上產(chǎn)生諧振高壓，加在燈管兩端，使燈管“放電”變成“導(dǎo)通”狀態(tài)，再進(jìn)入發(fā)光狀態(tài)，此時(shí)高頻電感起限制電流增大的作用，保證燈管獲得正常工作所需的燈電壓和燈電流，為了提高可靠性，常增設(shè)各種保護(hù)電路，如異常保護(hù)、溫度保護(hù)等。

二、電子鎮(zhèn)流器的諧波及控制

電子鎮(zhèn)流器的一個(gè)難以克服的缺陷是其所含的諧波成分較大。諧波電流形成的主要原因體現(xiàn)在電源整流濾波電路的運(yùn)轉(zhuǎn)。由于一般電子鎮(zhèn)流器采用的濾波方式是橋式整流和電容，以至必須達(dá)到在電源電壓峰值附近時(shí)，整流二極管開(kāi)始導(dǎo)通再對(duì)濾波電容進(jìn)行充電，很容易產(chǎn)生輸入電流轉(zhuǎn)化成寬度較窄的尖脈沖，其具備豐富的諧波成分但是基波有效值很低。

由此可見(jiàn)，導(dǎo)致功率因數(shù)下降的主要因素是諧波電流，并且諧波的形成會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成污染，進(jìn)而打破電網(wǎng)的三相平衡。一旦大量的電子鎮(zhèn)流器一起工作，容易造成諸如跳閘、打火或相互干擾的電子現(xiàn)象。因此，控制諧波含量是當(dāng)務(wù)之急。實(shí)踐操作中控制的基本路徑有三種：一是設(shè)計(jì)有效的校正補(bǔ)償裝置，提高電路功率因數(shù)，降低諧波成分，采用這種方法增加的成本不高，是比較實(shí)用的選擇；二是加定量電感的混合式鎮(zhèn)流器，推出高功率因數(shù)低諧波成分的混合式鎮(zhèn)流器，對(duì)于綠色照明的實(shí)施非常有利；三是開(kāi)發(fā)有源濾波器，該濾波器由于應(yīng)用PWM技術(shù)，有效地降低諧波成分。該方法濾波效果相當(dāng)明顯，最近在高度發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)應(yīng)用實(shí)際，不過(guò)其缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，就我國(guó)當(dāng)前的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平而言并不適用。

三、軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

軟開(kāi)關(guān)過(guò)渡技術(shù)的概念最初的應(yīng)用出現(xiàn)在AC/DC和DC/DC變換器中，后來(lái)才被擴(kuò)展到DC/AC逆變器中。這種結(jié)構(gòu)綜合考慮了PWM技術(shù)和軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。在這種模式的逆變器電路結(jié)構(gòu)中，直流總線上的電壓/電流是固定不變的，而逆變橋則采用傳統(tǒng)的PWM調(diào)制方式，增加了一個(gè)輔助的諧振電路。

軟開(kāi)關(guān)技術(shù)主要是通過(guò)在原有的開(kāi)關(guān)電路基礎(chǔ)上增加很小的電感或電容等諧振電子元件，構(gòu)建輔助換流網(wǎng)絡(luò)，使得開(kāi)關(guān)過(guò)程前后形成諧振現(xiàn)象。開(kāi)關(guān)開(kāi)通前電壓先降為零，或閉合前電流先降為零，起到消除開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓、電流的重疊問(wèn)題，減低其變化率。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可以控制開(kāi)關(guān)運(yùn)行軌跡，降低電磁干擾狀況，提升電路功率轉(zhuǎn)換的效率，強(qiáng)化產(chǎn)品安全性能和減小電子鎮(zhèn)流器的體積和重量等，從而極大程度上降低甚至消除損耗和開(kāi)關(guān)噪聲。日漸成熟的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)在電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展中已經(jīng)得到應(yīng)用。

四、綠色照明電路的發(fā)展前景

綠色照明電路的發(fā)展，很大程度上取決于電力電子技術(shù)的進(jìn)步。由于電子技術(shù)的飛速提升和廣泛應(yīng)用，能源消耗和設(shè)備成本不斷降低，綠色照明電路的功能更加趨于完善，具體表現(xiàn)在：一是利用計(jì)算機(jī)搖控臺(tái)和室內(nèi)電腦控制照明系統(tǒng)，根據(jù)自然照明程度、實(shí)現(xiàn)照明亮度控制，并且整個(gè)照明系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，改變和監(jiān)控均可通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕實(shí)現(xiàn)。二是集成化技術(shù)正在與現(xiàn)代燈具的發(fā)展逐步接軌，各種燈具采用集成化電路后，節(jié)能效果顯著。三是采用總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)的點(diǎn)控、組控和群控，具有節(jié)能效果明顯、使用方便、控制靈活等一系列優(yōu)點(diǎn)。四是電子鎮(zhèn)流器的未來(lái)設(shè)計(jì)趨向于標(biāo)準(zhǔn)通用化、控制智能化（遙控、光控和聲控）、電路集成化和功能模塊化等發(fā)展方向。

隨著燈和燈具一體化的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，以電子鎮(zhèn)流器為代表的照明燈具電子化技術(shù)發(fā)展迅速，各種集成化照明裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用取得明顯的進(jìn)步，在燈調(diào)光、遠(yuǎn)控、控制光燈色的燈具和照明系統(tǒng)方面，將有很大的改善。