CN104540312B - 一种适用于电磁感应灯的调光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于电磁感应灯的调光方法。该方法将分段调光、脉冲密度调制（PDM）与变频相结合，得到一种新型的分段变频PDM调光方法，通过设置N个调光阶段，在不同调光阶段设置不同整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，即不同调光阶段所设置的PDM导通时间不同；保持同一调光阶段的PDM导通时间不变，通过控制该调光阶段PDM的关断时间实现PDM调光占空度的平滑变化。该调光方法既克服了PFM调光范围不宽的缺陷，又解决了PDM呈有级调光的不足，实现了电磁感应灯平滑宽范围调光；具有调光范围广、调光精度高和可靠性高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电磁感应灯调光技术领域，特别是一种适用于电磁感应灯的调光方法。
背景技术
节能降耗、低碳环保不仅是现代社会所提倡的绿色生活方式，更是解决现今世界能源紧缺的主要途径。电磁感应灯良好的节能效果及高光效、长寿命等特点使其成为了绿色照明的一个重要研究方向。对电磁感应灯的调光控制既能达到照明节能的目的，又可避免了有害的眩光，是实现绿色照明的重要指标。
目前，国内外针对电磁感应灯调光控制策略的研究主要集中在整流侧调光与逆变侧调光两个方面，其中整流侧调光又称调幅调光（PAM），调幅调光以斩波调光为主，逆变侧调光以脉冲频率调制（PFM）和脉冲密度调制（PDM）为主。对调幅调光方案，考虑到电磁感应灯的负载特性，当斩波电路输出电压低于额定电压约50%时，可能引起灯负载电压过低造成灯闪烁甚至熄灭，因此调光范围较窄。而对PFM调光方案，输出功率随工作频率的升高而单调递减，但是当电子镇流器工作频率超过一定范围时，灯体内气体的放电性能将产生较大改变，此时灯电流随频率变化也非常明显，频率稍微变大一点，灯电流就减小很多，会引起灯闪烁或熄灭。对PDM调光方案，在个工作周期中电磁感应灯先正常工作个工作周期，剩下的个工作周期灯停止工作，让负载谐振网络的能量以自由振荡方式衰减，从而改变灯的输出功率。灯输出功率与最大功率间的关系可表示为。这种方式由于是固定的，为整数，因此呈有级调光方式，调光效果不连续，功率调节特性不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供一种克服上述PFM调光范围不宽的缺陷，又解决了PDM呈有级调光的不足，实现了电磁感应灯平滑宽范围调光的具有调光范围广、调光精度高和可靠性高等优点的适用于电磁感应灯的调光方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种适用于电磁感应灯的调光方法，设置N个调光阶段，在同一调光阶段设置固定整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，通过控制该调光阶段PDM的关断时间实现PDM调光占空度的平滑变化；其中，N为大于或等于1的自然数。
进一步的，在不同调光阶段设置不同整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，即不同调光阶段设置不同的PDM导通时间；保持同一调光阶段的PDM导通时间不变，通过调整PDM的关断时间，实现PDM调光占空度及输出功率平滑连续地变化。
在本发明实施例中，还包括，在接近额定功率附近，通过改变电磁感应灯的工作频率进行调光，以提高额定功率附近的调光精度，且保证电磁感应灯始终工作在谐振网络固有频率附近，使灯能稳定可靠工作。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明通过设置N个调光阶段，在不同调光阶段设置不同数目的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，即不同调光阶段所设置的PDM导通时间不同；保持同一调光阶段的PDM导通时间不变，通过控制PDM的关断时间实现PDM调光占空度的平滑变化；该调光方法既克服了PFM调光范围不宽的缺陷，又解决了PDM呈有级调光的不足，实现了电磁感应灯平滑宽范围调光；具有调光范围广、调光精度高和可靠性高等优点。
附图说明
图1为电磁感应灯电子镇流器原理示意图。
图2为变频PDM调光控制原理图。
图3为变频PDM调光输出功率与关断时间关系曲线图。
图4为分段变频PDM调光控制原理图。
图5为分段变频PDM调光输出功率与关断时间关系曲线图。
图6为调光子程序框图。
图7为不同占空度驱动波形及输出电压波形图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
本发明涉及一种适用于电磁感应灯的调光方法，设置N个调光阶段，在同一调光阶段设置固定整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间（PDM的导通时间=n*Ts，其中，n为大于或等于1的整数且n在该调光阶段中为固定值，Ts为电磁感应灯工作周期），通过控制该调光阶段PDM的关断时间实现PDM调光占空度的平滑变化；其中，N为大于或等于1的自然数。
进一步的，在不同调光阶段设置不同整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，即不同调光阶段设置不同的PDM导通时间（在不同调光阶段中PDM的导通时间n*Ts中的n值不同）；保持同一调光阶段的PDM导通时间不变，通过调整PDM的关断时间，实现PDM调光占空度及输出功率平滑连续地变化。
在本实施例中，还包括，在接近额定功率附近，通过改变电磁感应灯的工作频率进行调光，以提高额定功率附近的调光精度，且保证电磁感应灯始终工作在谐振网络固有频率附近，使灯能稳定可靠工作。
图1为本发明的电磁感应灯电子镇流器原理示意图，该电路由微处理器、过零检测电路、鉴相器、驱动电路、直流电源Udc、开关管Q1、Q2、电感Lr、Lc、电容Cr、Cb、C1和C2组成。图中，所述直流电源Udc与所述开关管Q1漏极连接，另一端与所述开关管Q2的源极连接；所述开关管Q1的源极、开关管Q2的漏极经电容Cb与所述电感Lr的一端连接；所述开关管Q1、Q2的控制端与驱动电路连接；所述电感Lr的另一端与所述电容Cr、C1及电感Lc的一端连接，所述电容Cr的另一端与所述电感Lc的另一端、电容C2的一端及所述开关管Q2的源极连接；所述电容C1的另一端与电容C2的另一端相连接至所述过零检测电路，该过零检测电路经所述鉴相器连接至所述微处理器；所述的驱动电路由所述的微处理器控制，该微处理器内设置有调光子程序如图6所示，首先设置初始N值，采样调光信号值，计算所需占空度，通过误差计算，调节PDM关断时间，从而调整输出驱动脉冲。
为了让一般技术人员更好的理解本发明，下面对本发明技术方案的理论进行分析：
由于调压调光电路结构复杂、调频调光不能实现大范围调光，PDM调光方式呈有级调光，因此在分析了现有调光方式原理的基础上，首先提出了一种变频PDM调光方式，其调光控制原理如图2所示。其中，为变频PDM调光周期，为电磁感应灯工作周期，、分别为PDM调光周期内电磁感应灯正常工作时间和停止工作时间。由于人的听力频率范围20-20kHz，为了避免产生噪声，脉冲密度调制频率应避开人的听力频率范围，而低频无级灯工作频率通常为250kHz左右，故需设置最小脉冲调制频率为工作频率的1/10，即调光周期应满足。在时间内半桥变换器的两个开关管正常交替导通，电子镇流器输出完整的正弦交流电压，在时间内两个开关管同时关断，电子镇流器中谐振网络能量自由振荡衰减，从而使整个PDM调光周期（PDM工作周期）内灯输出电压平均值降低，达到调节输出功率的目的。一个PDM调光周期T时间内，变频PDM调光占空度D可表示为式（1）；
（1）
输出功率可表示为式（2）：
（2）
由式（2）可知，保持正常灯工作时间变时，调节开关管关断的时间就可以调节输出功率的大小，从而达到调光的目的。与传统PDM仅能通过调节灯工作周期数进行调光相比，所提调光方法由于可以控制关断时间连续变化，因而可以实现调光PDM占空度D及输出功率Po平滑连续地变化。
取整数个电磁感应灯工作周期，即，PDM调光周期取，由（2）式可得：
（3）
可知，n越小，变频PDM调光范围越大，n=1时调光范围可达10%-100%，其中，n为电磁感应灯工作周期数。
采用变频PDM调光控制的电磁感应灯输出功率Po与PDM调光周期内关断时间以及固定导通周期数n的关系曲线如图3所示。
可以看出，通过选取不同的灯工作周期数n可以控制调光范围的大小，使调光控制更加灵活方便，并且不论n取何值，输出功率的变化过程都是连续平滑的，调光的精度也得到了极大的提高。但是，从图3中可以看出n越小即调光范围越大时，在占空度较大区间内占空度变化曲线越陡，即功率变化越快。关断时间变化一点，占空度就会变化很大，输出功率变化过快可能会导致调光误差比较大。因此，固定灯工作周期数n进行调光时不能兼顾调光精度和调光范围。
在此基础上进一步把调光过程分成N段，得到一种新型的分段变频PDM调光方法，如图4所示，其中N代表不同调光阶段。在不同调光阶段，固定灯工作周期数，即n值，调节灯停止工作时间实现调光控制。图4（a）表示在一个PDM调光周期内，灯固定工作5个开关周期，灯停止工作时间可调；图4（b）表示在一个PDM调光周期内，灯固定工作4个开关周期，灯停止工作时间可调；图4（c）表示在一个PDM调光周期内，灯固定工作3个开关周期，灯停止工作时间可调；以此类推直到n=1，即灯固定工作1个开关周期，灯停止工作时间可调。具体的功率分配如表1所示。
采用分段变频PDM调光控制时，输出功率与PDM关断时间的关系曲线如图5所示。
综合上述分析，所提的分段变频PDM调光控制策略同时兼顾了调光精高和调光范围大的优点，可以实现全范围调光的平滑度。相较于PDM调光方式，分段变频PDM控制简单，只需控制谐振变换器关断时间就可以实现更平滑、精度更高的调光。
调光控制实验结果及分析
基于以上分析，采用分段变频PDM调光方案在100W样机上进行实验，实验参数为：直流母线电压为，选取谐振电感，隔直电容，谐振电容,等效电感，保持电子镇流器230kHz的工作频率不变，依据不同调光需求选择导通周期数n，通过调节变换器关断时间改变调光占空度D，实现输出功率调节。不同调光占空驱动脉冲及输出电压度实验波形如图7所示，可见输出电压随调光占空度减小而减小，实现了调光控制。
以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种适用于电磁感应灯的调光方法，其特征在于：设置N个调光阶段，在同一调光阶段设置固定整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，通过控制该调光阶段PDM的关断时间实现PDM调光占空度的平滑变化；其中，N为大于或等于1的自然数；在不同调光阶段设置不同整数倍的电磁感应灯工作周期作为PDM的导通时间，即不同调光阶段设置不同的PDM导通时间；保持同一调光阶段的PDM导通时间不变，通过调整PDM的关断时间，实现PDM调光占空度及输出功率平滑连续地变化。
2.根据权利要求1所述的一种适用于电磁感应灯的调光方法，其特征在于：还包括，在接近额定功率附近，通过改变电磁感应灯的工作频率进行调光，以提高额定功率附近的调光精度，且保证电磁感应灯始终工作在谐振网络固有频率附近，使灯能稳定可靠工作。
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