【正文】 電子鎮(zhèn)流器調(diào)光 由于高頻交流電子鎮(zhèn)流器具有節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，特別是在不需電子 鎮(zhèn)流器滿功率進(jìn)行的場(chǎng)合下，采用調(diào)光控制節(jié)能效果會(huì)更加明顯。 常用的調(diào)光方法主要有以下四種：占空比調(diào)光法、調(diào)頻調(diào)光法、調(diào)節(jié)高頻逆變器供電電壓調(diào)光法、 脈沖調(diào)相調(diào)光法。 這種調(diào)光方法存在的問(wèn) 題是：如果電感電流連續(xù)并滯后于半橋電壓 Uxy，則開(kāi)關(guān)可能導(dǎo)通時(shí)工作在零電壓狀態(tài)，關(guān)斷瞬間需采用吸收電容達(dá)到 ZCS 工作條件，這樣可進(jìn)入 ZVS工作方式，這是優(yōu)點(diǎn)， EMI和開(kāi)關(guān)管應(yīng)力可明顯降低。 除了小的脈沖占空比，當(dāng)燈管發(fā)生故障時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)不連續(xù)電流工作狀態(tài)，當(dāng)燈為開(kāi)路故障時(shí)，電感電流將流過(guò)諧振電容，由于這個(gè)電容的容量較小，所以阻抗較大。 調(diào)頻調(diào)光法 調(diào)頻調(diào)光法也是常用的調(diào)光方法。 調(diào)頻調(diào)光法的局限性： A．調(diào)光范圍由調(diào)頻范圍決定，如果調(diào)頻范圍不大，則功率調(diào)節(jié)范圍也不大。磁芯的頻率范圍、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路可能限制調(diào)光范圍。輕載時(shí)，不能實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)，并使開(kāi)關(guān)管上的電壓應(yīng)力加大。 D．如果半橋逆變器不工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，則導(dǎo)致逆變器的損耗加大，導(dǎo)致效率降低。 F．燈電流近似反比于逆變器開(kāi)關(guān)頻率，調(diào)光與開(kāi)關(guān)頻率間不是線性關(guān)系。 改變半橋逆變器供電電壓調(diào)光法 利用改變半橋逆變器供電電壓法實(shí)現(xiàn)調(diào)光有以下優(yōu)點(diǎn)： A．調(diào)節(jié)半橋逆變器供電電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。 C．由于開(kāi)關(guān)頻率固定，所以可以針對(duì)給定的燈型號(hào)簡(jiǎn)化控制電路設(shè)計(jì)。 E．由于開(kāi)關(guān)頻率固定，所以可以較方便的確定無(wú)源器件的參數(shù)。 G．在很低的半橋逆變器供電電壓下，將會(huì)失去軟開(kāi)關(guān)特性，將會(huì)出現(xiàn)電感電流不連續(xù)的工作狀態(tài)。 H．可實(shí)現(xiàn)平滑和幾乎線性的燈功率控制特性。 J．調(diào)光控制僅通過(guò)控制 SEPIC變換器輸出電壓實(shí)現(xiàn)。 K．燈電流近似和 DC 變換器的電壓成正比，調(diào)光幾乎和 SEPIC DC變換器的輸出直流電壓成正比。 脈沖調(diào)相調(diào)光法 利用調(diào)節(jié)半橋逆變器中兩支開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通相位的方法來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，從而達(dá)到輸出調(diào)光的目的。 第 8 頁(yè) 相控調(diào)光法主要有以下特點(diǎn)： ⑴ 可調(diào)光至此 1%； ⑵ 可在任意調(diào)光設(shè)定值下啟動(dòng)；⑶ 可應(yīng)用于多燈應(yīng)用場(chǎng)合； ⑷ 調(diào)光相位燈功率關(guān)系線性好。有的半導(dǎo)體廠商還 給出了相關(guān)的電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)軟件。下面以美國(guó) IR 公司為例，介紹其主要電子鎮(zhèn)流器用控制集成電路、相關(guān)設(shè)計(jì)軟件。它們分別用于以下場(chǎng)合： ① IR21571：驅(qū)動(dòng) 600V MOSFET 的熒 光燈和高強(qiáng)度放電燈（ HID）的電子鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)控制集成電路。 ③ IR2167：具有 PFC 功能的高集成度， 600V MOSFET 驅(qū)動(dòng)控制集成電路，常用于熒光燈和高強(qiáng)度放電燈（ HID）的驅(qū)動(dòng)控制。 ⑤ IR215振蕩頻率可偏程和用于高壓半橋驅(qū)動(dòng)。 下面以 IR2157 IR2159/IR2157 為例介紹其主要功能。 表 1 常用 IR 電子鎮(zhèn)流器 IC特點(diǎn) 特 點(diǎn) 型 號(hào) IR21571 IR2159/IR2157 啟動(dòng)功率低 √ √ 電源供電穩(wěn)壓二極管保護(hù) √ √ 600V半橋驅(qū)動(dòng) √ √ 工作頻率可編程控制 √ 第 9 頁(yè) 死時(shí)間控制 √ 固定 閉環(huán)調(diào)光 √ 模擬調(diào)光接口 √ 過(guò)流保護(hù) √ √ 故障保護(hù) √ √ 過(guò)溫保護(hù) √ √ 鄰近諧振保護(hù) near resonance protection √ √ 自動(dòng)再啟動(dòng)關(guān)斷 √ √ 功率因數(shù)校正 電源供 電電壓穩(wěn)壓 DIP和 SOLC封裝 16 16 （六） IR公司的相關(guān)設(shè)計(jì)軟件 美國(guó) IR 公司為了方便它的 IC 使用和高頻交流電子鎮(zhèn)流器電路設(shè)計(jì)，它推出了相關(guān)設(shè)計(jì)軟件，軟件具有以下特點(diǎn)： IR公司的相關(guān)電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)軟件具有以下功能和相應(yīng)設(shè)計(jì)步驟： 設(shè)計(jì)步驟： (1)對(duì)給定的電路類型和輸入電壓范圍，可生成相應(yīng)的電路圖、元件表和印刷電路板圖。 主要特點(diǎn)： ⑴ 三步設(shè)計(jì)流程； ⑵ 燈型號(hào)流覽； ⑶ 設(shè)計(jì)流覽； ⑷ 良好的顯示界面；⑸ 電子鎮(zhèn)流器工作點(diǎn)的計(jì)算； ⑹ 電子鎮(zhèn)流器工作點(diǎn)的圖形表示； ⑺ Windows 的圖形顯示界面； ⑻ LC 諧振腔元件參數(shù)計(jì)算； ⑼ PFC 元件參數(shù)計(jì)算； ⑽ IR21571 外圍相關(guān)元件參數(shù)計(jì)算； ⑾ 電路圖； ⑿ 元件清單； ⒀ PCB圖； ⒁ 電參數(shù)圖； ⒂ 元件參數(shù)表。 基本設(shè)計(jì)選擇含以下內(nèi)容：最低電源電壓、最大電源電壓、預(yù)熱直流總線電壓、啟動(dòng)點(diǎn)火直流總線電壓、直流工作總線電壓、 PFC工作頻 率、鎮(zhèn)流器工作頻率。 第 10 頁(yè) 2．高級(jí)工作方式（含以下設(shè)計(jì)步驟）： ① 工作點(diǎn)計(jì)算和 IR21571 外圍元器件計(jì)算； ② 允許預(yù)先設(shè)定所要求參數(shù)值； ③ 設(shè)計(jì)靈活，方便。所以盡管性能指標(biāo)好，但也難于大批量生產(chǎn)、使用，為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路，提高電子鎮(zhèn)流器的性能指標(biāo)，國(guó)內(nèi)外的一些科研院所、高等院校、大公司紛紛提出了單級(jí)新型、高功率因 數(shù)高頻交流電子鎮(zhèn)流的新概念、新電路，下面分別加以介紹。 這種鎮(zhèn)流器具有以下特點(diǎn)： (1)低電磁幅射，傳導(dǎo)干擾低，可調(diào)光范圍寬； (2)功率調(diào)節(jié)范圍為 10%100%； (3)采用 SEPIC DC/AC 變換調(diào)壓； (4)低 EMI，低電壓應(yīng)力； (5)可用于單管、多管熒光燈照明。 主要有以下特點(diǎn)： (1)引入了電荷泵的概念、工作原理、電路； (2)提高功率因數(shù)的工作原理分析； (3)波峰比為 ， 200V交流電壓輸入，效率為 80%； (4)只用一個(gè)電感，由于電荷泵采用了一個(gè)電容，而電容又比電感在電路上好處理。論文和實(shí)驗(yàn)對(duì)點(diǎn)火和燈電路穩(wěn)態(tài)運(yùn)行進(jìn)行了分析、討論，并給出了實(shí) 驗(yàn)結(jié)果。 （四）一種改進(jìn)單級(jí)電子鎮(zhèn)流器起動(dòng)特性的新方法 由我國(guó)臺(tái)灣 National Chung Cheng University 的 Tsaifu Ｗｕ教授（Ｐｈ .Ｄ）和他的學(xué)生 Yong－ Jing Wu 提出，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 ２、利用變形單級(jí)電子鎮(zhèn)流器技術(shù)實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)流（ SingleStage Inverter、 SSI） 。 ４、討論了電子鎮(zhèn)流器的工作狀態(tài)、控制策略和元件電壓應(yīng)力間的相互關(guān)系。 ６、論文和實(shí)驗(yàn)電路對(duì)單級(jí)鎮(zhèn)流電路的變化特性進(jìn)行了分析，并給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 這種電子鎮(zhèn)流器具有以下特點(diǎn)： (1)由于采用反激式電路，所以電路簡(jiǎn)單，使用靈活； (2)具有隔離、自啟動(dòng)、單開(kāi)關(guān)的電路特點(diǎn)； (3)可實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)； (4)反激式ＡＰＦＣ，所以具有不必使輸出電壓高于輸入直流電壓，可在ＤＣＭ工作方式下，在固定導(dǎo)通時(shí)間控制方式下得到功率因數(shù)近似為１的效果； (5)由推挽變換器實(shí)現(xiàn)燈的高頻交流供電、鎮(zhèn)流； (6)僅用一級(jí)電路就可實(shí)現(xiàn)ＰＦＣ和高頻變換，實(shí)現(xiàn)了單開(kāi)關(guān)變換，簡(jiǎn)化了電路； (7)通過(guò)占空比控制可實(shí)現(xiàn)調(diào)光。 它具有以下特點(diǎn)： (1)單功率級(jí)，高功率因數(shù)，半橋功率逆變器工作在諧振狀態(tài)；(2)自激振蕩式，功率因數(shù)校正工作在 DCM 模式，輸入、輸出隔離； (3)由于工作在自激振蕩方式，所以具有保護(hù)作用； (4)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?40W 熒光燈、 40KHZ、 220V交流市電供電； (5)給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模型分析。該電子鎮(zhèn)流器具有以下特點(diǎn)： (1)由buck－ boost和半橋 LC諧振共同組成單級(jí)高頻交流電子鎮(zhèn)流器； (2)具有可調(diào)光和恒功率特性； (3)高功率因數(shù)（ ）； (4)給出了實(shí)驗(yàn)電路、穩(wěn)態(tài)分析、低頻電路模型； (5)給出了設(shè)計(jì)實(shí)例、方法； (6)給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 該項(xiàng)工 作具有以下特點(diǎn)： 第 12 頁(yè) １、將反激變換 PFC 和半橋變換合為一體，作為單級(jí)高頻交流電子鎮(zhèn)流。 ３、由于在ＰＦＣ中引入了一個(gè)變壓器，所以逆變器的輸入電壓可以設(shè)定，從而優(yōu)化了逆變器的設(shè)計(jì)。 四、總結(jié) 通過(guò)以上的分析討論可以看出，貌不驚人的高頻交流電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)、制作是一個(gè)涉及電路拓?fù)?、電子元器件選擇、電路動(dòng)態(tài)靜態(tài)分析，電光源等多學(xué)科的一個(gè)知識(shí)密集性電子產(chǎn)品。所以對(duì)電路設(shè)計(jì)、選型、生產(chǎn)提出了較高的要求。回顧自 20 世紀(jì) 70 年代世界上第一只高頻交流電子鎮(zhèn)流器的面市，到今天高頻交流電子鎮(zhèn)流器廣泛進(jìn)入家庭、樓堂館所的照明，印證了高頻交流電子鎮(zhèn)流器的不斷發(fā)展，質(zhì)量、性能不斷提高的過(guò)程。它包括 CPU模塊、線路狀態(tài)檢測(cè)模塊、交流接觸器驅(qū)動(dòng)模塊、后備電源模塊、時(shí)鐘模塊、控制策略模塊 、電能計(jì)量模塊、溫濕度檢測(cè)模塊、 GSM通信模塊和電力載波通信模塊。主微控制器采用高性能、 8 位、 40引腳、具有 8KBFlash、多路 8位 A/D的 RISC 單片機(jī) PIC16F877，負(fù)責(zé)與 GSM通信模塊和電力載波模塊通信，與交流接觸器驅(qū)動(dòng)控制，與實(shí)時(shí)時(shí)鐘的讀取和校準(zhǔn)以及根據(jù)照明控制策略發(fā)送控制指令等功能。該控制器負(fù)責(zé) 管理 電能計(jì)量模塊、后備電源及監(jiān)控模塊、溫濕度監(jiān)控模塊和線路狀態(tài)檢測(cè)模塊等。目前已建成的覆蓋全國(guó)的 GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)，是我國(guó)公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的主要方式。由于公眾 GSM網(wǎng)絡(luò)在全球范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)和漫游 ,建立上述系統(tǒng)不須再組建專用通信網(wǎng)絡(luò)，所以具有實(shí)時(shí)傳輸數(shù)據(jù)功能的短信應(yīng)用將得到迅速普及。系統(tǒng)模型圖如圖 2所示 第 14 頁(yè) 圖 2 系統(tǒng)模型圖 本系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)接收和發(fā)送部分、終端處理部分等三個(gè)模塊組成。數(shù)據(jù)收發(fā)模塊采用雙單片機(jī)共用 E2RPOM的方式，單片機(jī) 2 控制數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)器轉(zhuǎn)存入 E2PROM中；單片機(jī) 1 負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從 E2PRROM 中讀出，并經(jīng) GSM模塊 2 借助 GSM網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送出去， 單片機(jī) 1 不僅控制數(shù)據(jù)的發(fā)送，也控制數(shù)據(jù)的接收 。終端處理模塊負(fù)責(zé)將接收到的數(shù)據(jù)交給計(jì)算機(jī)處理，并將處理后的結(jié)果存放到數(shù)據(jù)庫(kù)中，以供查詢。 系統(tǒng)中三個(gè)模塊相互獨(dú)立， 彼此又相互依賴，共同完成數(shù)據(jù)的傳輸。該模塊以雙單片機(jī)為 終端處理模塊 存儲(chǔ)器 數(shù)據(jù)收發(fā)模塊 數(shù)據(jù)采集模塊 E2PROM 單片機(jī)2 MSC1210 1210 PC 機(jī) GSM模塊 2 單片機(jī)1 單片機(jī) GSM模塊 1 GSM 網(wǎng)絡(luò) 第 15 頁(yè) 核心，以 RS232通信接口，在物理層上實(shí)現(xiàn)與 GSM模塊的連接。旨在對(duì)怎樣用單片機(jī)控制 GSM模塊收發(fā)短信息進(jìn)行探討。 MZ28 集成了完整的射頻電路和 GSM 的基帶處理器，特別適合于迅 速開(kāi)發(fā)基于 GSM無(wú)線 網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線 應(yīng)用產(chǎn)品。 MZ28 使用簡(jiǎn)單的 20PIN ZIP 插座與用戶自己的應(yīng)用系統(tǒng)相連，此 ZIP連接方式提供開(kāi)發(fā)所需的數(shù)據(jù)通信、音頻和電源等接口信號(hào)。 2 串口控制 SMS 的工作原理 單片機(jī)與 GSM 模塊一般采用串行異步通信接口，通信速度可設(shè)定，通常為19200bps。 RS232接口方式連接， 通過(guò)串行接口集成電路和電平轉(zhuǎn)換電路與 GSM 模塊連接， 電路比較簡(jiǎn)單，所涉及的芯片包括單片機(jī) 89C52 和電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232，是非常常見(jiàn)的接口電路。該芯片能夠反復(fù)擦 /寫(xiě)，能夠持久保存數(shù)據(jù)，而且斷電信息也不會(huì)丟失，這些特性正是存儲(chǔ)數(shù) 據(jù)所必需的。它不用撥號(hào)建立連接，把要發(fā)的信息加上目的地址發(fā)送到短信息服務(wù)中心，經(jīng)短信服務(wù)中心完成存儲(chǔ)后再發(fā)送給最終的信宿。每個(gè)短信的信息量限制為 160字節(jié)。該指令集是 ETSI（歐洲通信技術(shù)委員會(huì)）發(fā)布的，其中包含了對(duì) SMS 的控制。必須注意 的是，用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)時(shí)，編程必須注意它發(fā)送指令與接收到的響應(yīng)都是字符的 ASCII 碼。 第 16 頁(yè) 表 1 AT 指令 3 軟件的實(shí)現(xiàn) 上位機(jī)模塊和下位機(jī)模 塊半雙工通信協(xié)議的實(shí)現(xiàn) 應(yīng)答和重發(fā) 上位機(jī)模塊和下位機(jī)模塊的通信雙方遵照半雙工通信方式進(jìn)行。因?yàn)?E2PROM的讀出和寫(xiě)入不能同時(shí)進(jìn)行， 為了避免一方在發(fā)送信息幀時(shí)（這里的信息幀指的是下位機(jī)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀和上位機(jī)模塊發(fā)送的命令幀，下同），另一方也會(huì)發(fā)送數(shù)據(jù)，必須把信道變成半雙工方式，盡管效率可能不如全雙工方式，但通過(guò)此舉犧牲效率可以換取模塊工作性能的穩(wěn)定。 按照整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路， 上位機(jī)模塊（ 即圖 1 中的 GSM 模塊 1，下同 ）發(fā)送的幀包括命令幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀；下位機(jī)模塊（ 即圖 1 中的 GSM 模塊 2，下同 ）發(fā)送的幀包括數(shù)據(jù)幀、確認(rèn)幀和非確認(rèn)幀。當(dāng)一方先發(fā)送完信息幀，如果收方接收到對(duì)方的信息幀，而又沒(méi)有信息幀需要發(fā)送，那么情況就比較簡(jiǎn)單，收方將根據(jù)信息幀的正確與否決定發(fā)送確認(rèn)幀還是非確認(rèn)幀，以使對(duì)方?jīng)Q定是繼續(xù)發(fā)送還是重新發(fā)送；如果此刻收方也有信息幀需要發(fā)送，那么收方將不 立即發(fā)送應(yīng)答幀，而是立即發(fā)送AT指令 功能描述 AT+OFF 關(guān)機(jī)并重新啟動(dòng) AT+CSDH=0 在 TEXT 模式下在返回值中不顯示詳細(xì)的頭信息 ATE0 關(guān)閉回顯 AT+CMGF=1 選擇短信格式為 TEXT 模式 AT+CMGS 發(fā)送短信息 AT+CMGR 讀取短信息 AT+CMGD=0 刪除全部短信息 第 17 頁(yè) 本方的信息幀給對(duì)方，并等待對(duì)方對(duì)此幀的應(yīng)答幀，在