對照明進行調光控制

科爾曼

對照明進行調光控制

科爾曼

一般而言，調光器是通過控制傳輸給燈具的功率來改變照明水平 (強度)，調光可以手動控制也可以自動控制。

調光方法可分為兩種:降低燈具電壓 (即電壓調制)，如圖1所示；減少為燈具傳送滿電壓的時間 (即相位控制)。所使用的調光方法必須與燈具的類型相匹配。本文主要對相位控制方法進行描述。

圖1 使用自耦變壓器減小電壓正弦波的幅度，而不改變正弦波的波形

對白熾燈進行調光時，幾乎可以使用所有的調光技術。盡管白熾燈的使用量仍然很多，并且在進行整體照明設計時也會用到，但白熾燈的能源效率很低，耗能非常嚴重。對白熾燈進行調光控制可以減少白熾燈的能源消耗，提高燈泡的使用壽命。因為白熾燈使用的是電阻絲，所以可以對其使用電子調光器進行調光控制。很多電氣工程師誤以為使用無功方式啟動的燈具 (如熒光燈、HID和LED)都可以使用與白熾燈相同的調光器，但這個想法是不完全正確的。

對使用線圈和鐵芯變壓器的低壓照明系統、使用鎮流器的熒光燈和HID照明系統以及使用驅動程序 (電子變壓器)的LED進行調光控制時應特別注意，專用于白熾燈的調光器不能對低壓照明系統、熒光燈以及HID照明系統進行調光。

對白熾燈進行低壓調光時必須考慮燈具所使用的變壓器，用于低壓照明系統的變壓器有兩種:磁性變壓器 (傳統的，導線纏繞疊層鋼芯)及電子變壓器 (固態)。

調光器必須根據低壓照明系統中變壓器的類型進行選擇。專為磁變壓器設計的調光器可以在直流電壓導致溫度過高時保護變壓器不被損壞，而且需要消除來自線路側的所有可能出現的電壓峰值和浪涌，不能將它們傳遞給變壓器。使用電子變壓器的照明系統必須使用專門針對該類型變壓器設計的調光器。針對電子變壓器的電子低壓調光器的一個優勢是它們可以在整個調光范圍內靜音運行。然而，電子變壓器具有輸出值限制，通常是低于150W。另外，低壓磁變壓器通過設計可以處理功率高達1×104W的負載。

為了實現低壓磁變壓器或電子變壓器調光的目的，需要兩種不同類型的調光器控制技術。可控硅型或晶閘管型調光器 (圖2)可用于電阻型和電感型負載，如白熾燈、霓虹燈、冷陰極燈和低電壓 (電感/磁性)燈源。用于控制這些類型負載的調光器通常被稱為前沿 (LE)或前向相位控制(FPC)調光器。用于控制電子變壓器的調光器的特性與之有所不同，通常被稱為后沿 (TE)或反相控制 (RPC)調光器。根據負載類型選擇適用的變壓器是非常重要的，兩種不同的調光波形是由于不同負載類型的驅動要求形成的。

當使用交流電壓時，白熾燈具有電阻特性，其電壓和電流的波形幾乎相同，也就是所謂的“同相”。繞線型變壓器屬于感性負載，在交流電路中，電流往往要滯后于電壓。另一方面，電子變壓器的交流輸入端通常是電容性的，通過調光器可以發現這樣會產生一個超前功率因數。如果負載選用了不合適的調光器，這些超前/滯后電流在調光開啟或關閉時的波形會產生變化。

圖2 相位控制的調光器開關頻繁地開啟/關閉來降低照明回路中的功率以達到調光的目的

圖3 前沿相位調光操作

圖4 后沿相位調光操作

前沿調光器一旦被觸發，依賴于流過器件電流的三端雙向可控硅或晶閘管可保持其暢通，若電流低于該器件的閾值水平 (即交流波形的過零點)，則該調光器將停止導通。但是，感性負載的電流滯后于電壓，所以通過可控硅的電流在脈沖結束前可能不會達到雙向可控硅的閾值水平，這將使調光性能很差。為了避免這個問題，用于繞線型變壓器負載的調光器使用一種稱為 “硬觸發”的觸發技術，這樣可以確保觸發脈沖維持足夠長的時間以使電流達到器件的閾值水平。磁線繞制的低壓負載只能使用前沿波形調光裝置進行調光 (圖3)。

電子低壓負載通常是電容輸入 (即電壓滯后于電流)，并且要求后沿波形調光。TE或RPC調光器使用晶體管 (如FET或IGBT等)作為前沿調光器中的電力設備，而不是典型的可控硅或SCR裝置。晶體管允許電路中斷或通過AC波形中任何位置的電流，可控硅或者SCR的導通只能在預訂點被控制，晶閘管器件的 “關閉”只能在負載電流通過AC波形的過零點時進行控制。TE調光器在過零點處開始為負載提供線電壓，然后電源裝置在半周期處進行部分切斷，形成一個TE波形(圖4)。需注意，如上所述，白熾燈負載也可以通過調光波形進行驅動。

了解燈型是進行調光器選擇的關鍵，了解這些之后會對照明控制更加熟悉。

于娟翻譯自 http://ecmweb.com/lightingcontrol/shining-light-dimming，肖昕宇校對。

Shining the Light on Dimming

Coleman