電子技術在綠色照明電路中的應用

劉召群

【摘 要】綠色照明是一項推動電子技術全面創新和節能的系統工程，被國際社會視為推動節能、保護環境的最有效措施。由于電于技術的發展，綠色照明在低碳經濟時代的應用前景極為廣闊。

【關鍵詞】綠色照明 電路 電于技術

中圖分類號：G4 文獻標識碼：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90年代初，這是一項提高照明用電效率、節約電力、減少空氣污染的行動計劃，后逐漸成為國際上集照明節電、環境保護、改善照明質量和發展電子產業于一體的一項跨世紀工程。隨后，我國推出了“中國綠色照明工程”，推行高效照明器具，逐步替代傳統的低效照明電光源。實施綠色照明既可以節約電力，又可以降低環境污染程度和提高能源的利用效率。要實現綠色照明有兩條選擇途徑：改造光源和改進電路，其中關于改進光源的研究比較普遍。

一、高頻交流電子鎮流技術與應用

20世紀70年代高頻交流電子鎮流器的發明，由于其運用高頻開關切換電子線路的手段達到鎮流的目的，具備無頻閃效應、發光效率高、體積小、重量輕、可調光、適應供電電壓范圍寬、節能的一系列優點，并且不需要耗費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，形成一個蓬勃發展的“綠色照明”的新興產業。

高頻交流電子鎮流器的電路由兩個基本功能單元構成：高頻變流電路保證在高頻狀態工作，而負載諧振電路則可以實現啟動和限流等基本功能。整流電路將工頻交流變為脈動直流，通過高頻逆變電路將直流量逆變為高頻交流，然后高頻交流通過負載諧振電路向熒光燈供電。燈電路網絡除須將逆變電路輸出的高頻交流功率輸送給燈管，完成電——光的高效轉換外，還包括諸如燈絲預熱、燈電流檢測反饋以及整個電子鎮流器系統的輔助供電源等功能。功率變壓器T初級接逆變電路，通過電容直接向燈管輸送燈正常發光所需的燈電流，次級繞組則向燈管提供預熱和維持工作的燈絲電流。電流互感器TA執行對燈電流的檢測和傳感，通過燈電流的變化隨時將有關燈工作情況的信號送往控制電路。

控制電路可根據燈電流的大小（甚至包括燈管脫連和斷路），判斷燈的發光強弱，然后向逆變電路發送相應的控制信號。逆變電路最主要的功能是將經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，實現零電壓開關（ZVS），對高壓直流實行斬波。工頻電源經過射頻干擾（RFl）濾波器，全波整流和無源（或有源）功率因數校正器（PPFC或APFC）后，變為直流電源。通過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串聯諧振電路加熱燈絲，同時在電容器上產生諧振高壓，加在燈管兩端，使燈管“放電”變成“導通”狀態，再進入發光狀態，此時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，常增設各種保護電路，如異常保護、溫度保護等。

二、電子鎮流器的諧波及控制

電子鎮流器的一個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在電源整流濾波電路的運轉。由于一般電子鎮流器采用的濾波方式是橋式整流和電容，以至必須達到在電源電壓峰值附近時，整流二極管開始導通再對濾波電容進行充電，很容易產生輸入電流轉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，導致功率因數下降的主要因素是諧波電流，并且諧波的形成會對電網造成污染，進而打破電網的三相平衡。一旦大量的電子鎮流器一起工作，容易造成諸如跳閘、打火或相互干擾的電子現象。因此，控制諧波含量是當務之急。實踐操作中控制的基本路徑有三種：一是設計有效的校正補償裝置，提高電路功率因數，降低諧波成分，采用這種方法增加的成本不高，是比較實用的選擇；二是加定量電感的混合式鎮流器，推出高功率因數低諧波成分的混合式鎮流器，對于綠色照明的實施非常有利；三是開發有源濾波器，該濾波器由于應用PWM技術，有效地降低諧波成分。該方法濾波效果相當明顯，最近在高度發達國家已經應用實際，不過其缺點是結構復雜、成本高，就我國當前的技術和經濟發展水平而言并不適用。

三、軟開關技術的應用

軟開關過渡技術的概念最初的應用出現在AC/DC和DC/DC變換器中，后來才被擴展到DC/AC逆變器中。這種結構綜合考慮了PWM技術和軟開關技術的優點。在這種模式的逆變器電路結構中，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的PWM調制方式，增加了一個輔助的諧振電路。

軟開關技術主要是通過在原有的開關電路基礎上增加很小的電感或電容等諧振電子元件，構建輔助換流網絡，使得開關過程前后形成諧振現象。開關開通前電壓先降為零，或閉合前電流先降為零，起到消除開關過程中電壓、電流的重疊問題，減低其變化率。軟開關技術可以控制開關運行軌跡，降低電磁干擾狀況，提升電路功率轉換的效率，強化產品安全性能和減小電子鎮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關噪聲。日漸成熟的軟開關技術在電子鎮流器的發展中已經得到應用。

四、綠色照明電路的發展前景

綠色照明電路的發展，很大程度上取決于電力電子技術的進步。由于電子技術的飛速提升和廣泛應用，能源消耗和設備成本不斷降低，綠色照明電路的功能更加趨于完善，具體表現在：一是利用計算機搖控臺和室內電腦控制照明系統，根據自然照明程度、實現照明亮度控制，并且整個照明系統的參數設置，改變和監控均可通過計算機屏幕實現。二是集成化技術正在與現代燈具的發展逐步接軌，各種燈具采用集成化電路后，節能效果顯著。三是采用總線技術實現照明系統的點控、組控和群控，具有節能效果明顯、使用方便、控制靈活等一系列優點。四是電子鎮流器的未來設計趨向于標準通用化、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展方向。

隨著燈和燈具一體化的開發與應用，以電子鎮流器為代表的照明燈具電子化技術發展迅速，各種集成化照明裝置和計算機控制系統在照明系統中的應用取得明顯的進步，在燈調光、遠控、控制光燈色的燈具和照明系統方面，將有很大的改善。