淺談?wù)彰鞯恼{(diào)光方式

祝正達

摘要本文結(jié)合工作中的經(jīng)驗，實現(xiàn)照明節(jié)能的原則，對民用建筑內(nèi)幾種照明燈具調(diào)光方式進行了歸納總結(jié)，并對LED燈具照明控制系統(tǒng)進行介紹，以便在今后實現(xiàn)對照明設(shè)備安全、可靠、靈活的控制，滿足對建筑物節(jié)能照明的要求。

關(guān)鍵詞: 照明控制 節(jié)能

Abatract Combined with experience, the principle of energy-saving lighting, the author introduces the lighting dimming method ofcivil construction and LED lighting control system . It is conducive to control the lighting equipment to be safe, reliable and flexible, and?meeten ergy-efficient lighting requirements.

Key Words: Lighting Control, Energy Conservation

中圖分類號: J914文獻標(biāo)識碼:A文章編號：2095-2104（2012）

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，照明不再僅僅是滿足人們視覺上的明暗要求，還應(yīng)具備各種照明控制方式，使得建筑物、景觀照明效果更加生動，給人豐富的視覺沖擊和美感享受等。而人們在享受照明帶來的各種便利的同時，也面臨的能源緊缺的窘境。眾所周知，照明能耗在建筑能耗中所占比例較大，往往僅次于空調(diào)。照明節(jié)能在節(jié)約能源中有著重要的地位和舉足輕重的作用，通過合理的燈具控制方式與采用有效的調(diào)光措施，能獲取有效的照明節(jié)能效果。

照明調(diào)光節(jié)能

對于照明燈具控制，除了開關(guān)要求外，調(diào)光也是重要的組成部分。

照明的基本作用是為了人類在夜晚或自然光不足的場合提供足夠的照度，以方便人們正常生產(chǎn)及生活。根據(jù)相關(guān)要求，不同的區(qū)域需要滿足不同的照度標(biāo)準(zhǔn)要求。但是在照明消耗用電的過程中，在不需要的情況下關(guān)斷照明可以節(jié)約能源。不過在有些時段和情景要求下，若能把燈光調(diào)節(jié)到較暗的程度，也是可以大幅降低能源消耗的。如辦公樓、商場、學(xué)校等公共場所，在晚上如所有照明全部關(guān)掉，會有行動不便或不能滿足治安巡邏的要求。

照明調(diào)光控制是利用調(diào)光裝置進行照明控制。調(diào)光控制可以節(jié)約能耗、提高工作效率、增強靈活性，而且能發(fā)揮很好的美學(xué)效果。

照明燈具調(diào)光

調(diào)光是改變照明裝置光輸出的過程，既可以是連續(xù)性的，也可以是步進式的。

調(diào)光的方法很多，比如可變電阻調(diào)光法，調(diào)壓器調(diào)光法，脈沖調(diào)頻調(diào)光法，脈沖調(diào)相調(diào)光法，可控硅相控調(diào)光法，波寬控制調(diào)光法等。

下面對民用建筑中幾種常用燈具調(diào)光進行總結(jié)。

白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光

白熾燈（鹵鎢燈）非常適合進行調(diào)光。它們的低效率和隨之產(chǎn)生的高輸入電流，是調(diào)光器工作良好的主要因素。白熾燈（鹵鎢燈）泡中燈絲的熱慣性還有助于掩蓋調(diào)光器所產(chǎn)生的任何不穩(wěn)定或振蕩。

對于白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光可以通過限制流經(jīng)負(fù)載的電流實現(xiàn)。一般可以采用兩種方法實現(xiàn)，改變加于負(fù)載的電壓或改變在交流周期內(nèi)電流流經(jīng)負(fù)載的時間。早期一般利用改變電壓來工作，有電阻調(diào)光型和自動變壓型。不過存在一定的缺陷，這兩種調(diào)光類型都會造成電能浪費，或者說將電能轉(zhuǎn)變成為熱量。

可控硅相調(diào)光是目前對于白熾燈（鹵鎢燈）調(diào)光應(yīng)用中普遍采用的一種調(diào)光方式。白熾燈（鹵鎢燈）使用簡單、低成本的可控硅調(diào)光器就可以很容易地實現(xiàn)調(diào)光?？煽毓柘嗫卣{(diào)光對照明系統(tǒng)的電壓調(diào)節(jié)速度快，調(diào)光精度高，調(diào)光參數(shù)可以分時段實時調(diào)整。由于調(diào)光電路主要由電子元件組成，相對來說體積小、設(shè)備質(zhì)量輕、成本低。但是可控硅相控調(diào)光工作在斬波方式，電壓無法實現(xiàn)正弦波輸出，由此會產(chǎn)生大量諧波，形成對電網(wǎng)的諧波污染。

熒光燈調(diào)光

熒光燈的調(diào)光控制方法是隨著電子鎮(zhèn)流器技術(shù)不斷創(chuàng)新發(fā)展而提高的。在早期熒光燈采用電感鎮(zhèn)流器時，為實現(xiàn)對燈具的調(diào)光，一般采用在回路中串聯(lián)電感元件或可控硅元件，并聯(lián)一個補償電容器的方式。隨著高頻電子型鎮(zhèn)流器的出現(xiàn)改變了鎮(zhèn)流器的技術(shù)性能，產(chǎn)生了效率高、性能好、調(diào)光范圍寬、智能化程度高的高頻可調(diào)光電子式熒光燈鎮(zhèn)流器，這種鎮(zhèn)流器作為熒光燈電子控制裝置已成為當(dāng)今熒光燈調(diào)光控制的主流產(chǎn)品。

調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制線數(shù)可分為“二線制”和“四線制”兩種。“四線制”調(diào)光電子鎮(zhèn)流器是現(xiàn)在得到最為廣泛應(yīng)用的，其調(diào)光控制器通過二條主電源線為鎮(zhèn)流器提供功率支持，二條低壓控制線與調(diào)光電子鎮(zhèn)流器調(diào)光控制接口配套使用實現(xiàn)開關(guān)、調(diào)光等各種功能性控制。

目前對于熒光燈調(diào)光的控制方法主要有：模擬調(diào)光控制方法和數(shù)字調(diào)光控制方法。

模擬方法是一種標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)光方法，通常花費較低，并且可以與大量的普通控制器兼容，但是模擬控制由于連線固定，不易更改，只能按照配線回路進行調(diào)解，使用不靈活，有時還需一些如繼電器的額外元器件，控制信號在控制信號線上也會產(chǎn)生電壓降，它又會導(dǎo)致每只電子鎮(zhèn)流器的發(fā)光設(shè)定值發(fā)生變化。

數(shù)字調(diào)光電子鎮(zhèn)流器電路最主要的改進是增加了主控制作為數(shù)字信息的存儲器、接收器和發(fā)射器?？梢源鎯︽?zhèn)流器地址，接收控制信號，發(fā)送狀態(tài)信息。

LED調(diào)光

如今，LED照明已成為一項主流技術(shù)。LED手電筒、交通信號燈和車燈比比皆是，各個

國家正在推動用LED燈替換民用建筑應(yīng)用中的白熾燈和熒光燈。換用高能效LED照明后，實現(xiàn)的能源節(jié)省量將會非常驚人。據(jù)估計僅在中國，如果三分之一的照明市場轉(zhuǎn)向LED產(chǎn)品，每年將會節(jié)省1億度的用電量，并可減少2900萬噸的二氧化碳排放量。

無論功率大小，LED燈都是可以調(diào)光的，但是不能通過常規(guī)的調(diào)電壓和電流來改變LED的亮度。這是因為LED的電壓電流跟亮度并不是線性的比例關(guān)系，達到一定的電壓LED就亮，達到一定的電流LED就可以達到80%的亮度，所以通過調(diào)電壓和電流是不能線性的由0-100%調(diào)節(jié)LED亮度的。而且經(jīng)常改變LED的電流和電壓，對LED壽命也會有很大的影響。另外像白光的LED，如果不是在額定的電壓和電流狀態(tài)下，LED的色溫會產(chǎn)生變化，在額定的電壓和電流狀態(tài)下，LED會發(fā)出很純正的白光，如果把電壓和電流降低，白光就會變成發(fā)黃或者發(fā)灰的白光，調(diào)光就失去了意義。

LED燈具的調(diào)光方法常見的有三種：一是線性調(diào)光，二是PWM調(diào)光，三是可控硅調(diào)光。三種調(diào)光技術(shù)各有優(yōu)劣。

⒈ 線性調(diào)光

基于簡單的分壓原理，其優(yōu)點是應(yīng)用簡單，不產(chǎn)生干擾，缺點在于不靈活、效率低，而且在降低LED電流的時候，會引起白光LED向黃色光譜偏移，同時還會因為分壓產(chǎn)生過多的熱量。

⒉ 波寬控制調(diào)光（Pulse Width Modulation，簡稱PWM）

PWM調(diào)光技術(shù)目前被認(rèn)為是最有前景的LED調(diào)光技術(shù)。在進行脈沖寬度PWM調(diào)光時，需要提供一個額外的脈沖寬度調(diào)節(jié)信號源。通過改變輸入的脈沖信號占空比來調(diào)制LED驅(qū)動芯片對功率場效應(yīng)管的柵極控制信號，從而達到調(diào)節(jié)通過LED電流大小的目的。通俗一點解釋就是調(diào)整LED的開關(guān)頻率，就是我們看到的LED產(chǎn)生亮度改變，其實只有開關(guān)的狀態(tài)，這個開關(guān)不同于我們平常的對燈的開關(guān)，是非常頻密的，可能每秒開關(guān)有幾千次，開跟關(guān)的頻率不一樣，我們眼睛看到的亮度就不一樣。

這種調(diào)光技術(shù)的優(yōu)點在于應(yīng)用簡單、效率高、精度高，且調(diào)光效果好，缺點是由于一般LED驅(qū)動器都基于開關(guān)電源原理，如果PWM調(diào)光的頻率為200~20kHz之間時，LED驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容容易產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲。此外，在進行PWM調(diào)光時，調(diào)節(jié)信號的頻率與LED驅(qū)動芯片對柵極控制信號的頻率越接近，線性效果就越差。

⒊ 可控硅調(diào)光

雖然PWM調(diào)光技術(shù)前景被普遍看好，但在目前LED照明替換市場潛力巨大的前提下，終端系統(tǒng)廠商多從替換燈具的可行性角度出發(fā)，更偏好可控硅調(diào)光技術(shù)。線性調(diào)光和PWM調(diào)光在家用以及商業(yè)應(yīng)用上都存在無法替換性改造現(xiàn)有燈具的問題。LED燈具如果兼容現(xiàn)有的可控硅調(diào)光控制技術(shù)，則很容易實現(xiàn)替換性改造。目前市面上適用于白熾燈的可控硅調(diào)光器不直接適用于LED產(chǎn)品，需要對其進行設(shè)計改進以符合LED的工作特性。

LED燈具照明控制系統(tǒng)

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和社會的不斷進步，大功率LED照明應(yīng)用的普及，人們對 LED 照明的高效控制和功能多樣化的要求也不斷提高，LED燈具照明控制系統(tǒng)應(yīng)運而生。LED 燈具照明控制系統(tǒng)充分利用電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將建筑物內(nèi)的各種 LED 照明器具有機的連接在一起，實現(xiàn)有效的管理和控制。

由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及和成熟, LED照明控制系統(tǒng)中應(yīng)用TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)己成了一種明顯的趨勢。用TCP/IP協(xié)議可使整個系統(tǒng)的寬帶、距離、可靠和雙向等功能的實現(xiàn)，這意味著在一個網(wǎng)絡(luò)里可同時連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長，傳輸控制協(xié)議使LED裝飾照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)?？煽康腖ED裝飾照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)成本更低，這是以現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為支持的必然結(jié)果。

LED照明控制系統(tǒng)主要分兩類：

1. 串行控制系統(tǒng)，以級聯(lián)的方式進行控制，每個燈的信號線采用一進一出的方式。由于

這種控制方式的芯片本身不產(chǎn)生灰度，如果需要灰度要由控制器來產(chǎn)生，導(dǎo)致系統(tǒng)的傳輸速率過高，在工程應(yīng)用中容易受完成擾穩(wěn)定性差。其優(yōu)點是成本低，控制簡單，不需要設(shè)置地址，對于一些穩(wěn)定性、可靠性要求不是很高的項目可以采用此種控制方式；缺點是信號線過多，通常需要5根信號線（時鐘、數(shù)據(jù)、鎖存、OE、地）。另外由于采用一進一出的方式，導(dǎo)致當(dāng)一個燈出現(xiàn)故障，影響后面一串燈的正常工作；同時信號線采用TTL傳輸，燈與燈之間的距離只能在1米以內(nèi)；燈具與控制器必須是同一廠家的產(chǎn)品，否則兩者無法兼容。

2. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，其中分為DALI總線和RS485總線兩大類。

DALI不適合LED照明控制，一個DALI網(wǎng)絡(luò)只能控制21盞全彩LED燈具。DALI是面向傳統(tǒng)照明控制的，注重的是系統(tǒng)的靜態(tài)控制及可靠性、穩(wěn)定性、兼容性。而LED照明系統(tǒng)的規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于DALI系統(tǒng)，這就要求系統(tǒng)具有無限擴展能力和較高的場景刷新能力。

世界上多種現(xiàn)場總線（包括DMX512）物理層均使用RS485協(xié)議。在LED照明控制領(lǐng)域，大家通行的做法是每個LED燈具內(nèi)置一片MCU控制并通過RS485接口芯片連接到RS485總線上，用一臺控制器對RS485總線上的每個MCU發(fā)送數(shù)據(jù)進行控制。由于這種控制方式需要對每個燈具設(shè)定地址，在工程應(yīng)用中很不方便。雖然各控制系統(tǒng)廠商都是用RS485協(xié)議，但應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)還未統(tǒng)一，所以造成各個廠商的產(chǎn)品無法兼容，既燈具廠商的燈具只能由燈具廠商指定的控制系統(tǒng)控制。

DMX512協(xié)議是當(dāng)今使用最廣的燈光通訊協(xié)議。它的廣泛使用是由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、容易理解等，各大廠商先后把DMX512接口加到產(chǎn)品上。由于計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、DMX512標(biāo)準(zhǔn)的普及和快速發(fā)展，在LED照明控制領(lǐng)域，采用現(xiàn)有成熟的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，DMX512標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品是相當(dāng)明智的方法。使用以太網(wǎng)、TCP/IP、DMX512作為LED照明控制意味著擁有大量現(xiàn)成眾多的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、軟件資源、DMX512產(chǎn)品。這意味著在一個網(wǎng)絡(luò)里可同時連接的設(shè)備更多，且連接的距離更長，傳輸控制協(xié)議使LED照明系統(tǒng)的控制質(zhì)量和可靠性更高，雙向通訊使設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制更有效，因而構(gòu)筑大規(guī)?？煽康腖ED照明系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)成本更低。

DMX512是應(yīng)用最廣泛的LED控制系統(tǒng)， DMX512 LED控制系統(tǒng)由DMX512 LED Editor/Player軟件、 DMX512智能燈光控制器、DMX512解碼器、DMX512寫址器等組成。由于DMX512也要設(shè)定地址，而DMX512最多只能控制512個通道也就是170個全彩LED燈具，所以只能應(yīng)用在小規(guī)模LED控制系統(tǒng)中。當(dāng)一個系統(tǒng)較大時，就可以利用Ethernet組成聯(lián)網(wǎng)控制。

總結(jié)

據(jù)中國照明協(xié)會統(tǒng)計，國內(nèi)每年消耗熒光燈數(shù)量大約為4億支。采用合理開關(guān)控制與調(diào)光實現(xiàn)的節(jié)能指標(biāo)是十分可觀的。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，照明燈具控制的方式方法愈來愈多種多樣，各種先進技術(shù)與手段層出不窮，這就要求我們工程技術(shù)人員對各種燈具控制手段進行充分了解，貫徹執(zhí)行節(jié)約資源和保護環(huán)境的國家技術(shù)經(jīng)濟政策，堅持可持續(xù)發(fā)展理念，大力發(fā)展綠色建筑，在工程設(shè)計過程中針對不同工程的實際情況，合理尋找一次投資與節(jié)能回報的平衡點。

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