照明電子技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展

四川化工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 秦 洪

科學(xué)技術(shù)的出現(xiàn)為社會(huì)進(jìn)步發(fā)展提供了重要支持，其中，照明電子技術(shù)就是一種十分重要的科學(xué)技術(shù)形式，照明電子技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用深刻改變和影響力人們的日常生產(chǎn)。為此，文章結(jié)合電子技術(shù)的發(fā)展實(shí)際情況著重分析高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器、網(wǎng)絡(luò)照明、LED驅(qū)動(dòng)照明等幾個(gè)先進(jìn)照明電子技術(shù)的發(fā)展，旨在能夠?yàn)檎彰飨到y(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展提供重要支持。

照明技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展提高了人們的生活質(zhì)量，改變了人們的生活方式。在當(dāng)今社會(huì)，照明是衡量一個(gè)城市和地區(qū)現(xiàn)代化文明水平的重要標(biāo)志，在資源和能源日益緊缺的背景下現(xiàn)代照明設(shè)計(jì)和照明產(chǎn)品的選擇更加注重如何節(jié)省資源和能源，也就是說(shuō)在滿足人們基本照明需要的情況下注重科學(xué)選擇照明電器的零部件，并在照明的過(guò)程中對(duì)電器的照明質(zhì)量、運(yùn)行維護(hù)管理、電網(wǎng)污染等問(wèn)題進(jìn)行分析。當(dāng)前，我國(guó)綠色照明研究的基本方向是熒光燈電子鎮(zhèn)流器層面，對(duì)高強(qiáng)度氣體放電燈、電子鎮(zhèn)流器、網(wǎng)絡(luò)照明、LED驅(qū)動(dòng)照明的研究比較少，為此，文章現(xiàn)就這幾個(gè)關(guān)鍵照明技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題進(jìn)行分析和展望。

1 高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器

高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器在使用的時(shí)候具備壽命長(zhǎng)、發(fā)光體積面積小、光效高、光能控制效果良好、光利用率高等方面的應(yīng)用特點(diǎn)，是近現(xiàn)代照明的主要產(chǎn)品。隨著節(jié)能環(huán)保理念的深入發(fā)展和人們對(duì)照明技術(shù)要求的提升下，社會(huì)范圍內(nèi)加大了對(duì)高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的需要，但是受多方面的影響，小功率的高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器推廣存在比較大的難度，中功率、大功率的電子鎮(zhèn)流器推廣還沒(méi)有成型的產(chǎn)品出現(xiàn)，高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的推廣應(yīng)用存在一些技術(shù)性難題。

1.1 單功率級(jí)電子鎮(zhèn)流器

單功率級(jí)一般是指功率因數(shù)校正器和逆變器的一種結(jié)合鎮(zhèn)流器，這種鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單、操作成本低廉，但是在運(yùn)作的時(shí)候存在功率器件應(yīng)力變化大、等端波形系數(shù)差的問(wèn)題，且在電網(wǎng)電壓變化范圍持續(xù)性擴(kuò)大情況下整個(gè)電網(wǎng)的質(zhì)量也會(huì)受到影響。從實(shí)際應(yīng)用操作上來(lái)看，單功率因數(shù)校正電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)模式復(fù)雜，需要綜合考慮電壓范圍、輸入和輸出功率、電路成本等因素。在綜合考慮這些因素之后選擇單功率級(jí)電子鎮(zhèn)流器作為研究對(duì)象。

1.2 有源效率校正技術(shù)

在高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)備使用中，功率因數(shù)的矯正能夠在一定程度上提升系統(tǒng)功率因數(shù)，通過(guò)對(duì)輸入電流波的抑制能夠提升整個(gè)系統(tǒng)功率因數(shù)，并為后級(jí)自留直流的運(yùn)作提供重要保障支持。有源效率校正技術(shù)包含無(wú)源校正技術(shù)有源校正技術(shù)兩種類型，其中，有源功率矯正技術(shù)的性能更為理想。

當(dāng)前，大功率應(yīng)用、高低電壓輸入是有源功率矯正技術(shù)應(yīng)用所需要思考和解決的技術(shù)形式。針對(duì)這幾個(gè)應(yīng)用方向，相關(guān)研究人員對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)和有源嵌位技術(shù)的使用進(jìn)行了更為深入的研究和思考，特別是對(duì)數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的使用能夠更好的控制數(shù)字PFC。

1.3 調(diào)光技術(shù)

調(diào)光技術(shù)是高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的關(guān)鍵技術(shù)形式，在這個(gè)技術(shù)形式的應(yīng)用作用下能夠更好的節(jié)省電能。在使用的時(shí)候由于HID燈本身的效率和光效較高，在HID基礎(chǔ)上通過(guò)和現(xiàn)代化調(diào)光技術(shù)的融合能夠更好的調(diào)節(jié)公共照明。

調(diào)光技術(shù)通過(guò)調(diào)節(jié)逆變器輸入直流電壓能夠更好的調(diào)節(jié)功率，由此來(lái)增強(qiáng)工作頻率的安全性和穩(wěn)定性，并在比較寬泛的調(diào)光范圍內(nèi)保持良好的逆變橋ZVS工作條件，但是這類技術(shù)在使用的時(shí)候?qū)FC級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提出了更高的要求，加上常用的Boot型PFC變換器輸出范圍有限，在使用的時(shí)候往往只能夠滿足輕度調(diào)光的需要。調(diào)光功能所帶來(lái)的節(jié)能效益一般體現(xiàn)在城市照明方向，尤其是在移動(dòng)通信技術(shù)和城市照明水平的提升下，在調(diào)光照明領(lǐng)域出現(xiàn)了智能操作系統(tǒng)，將智能操作系統(tǒng)和具備通信功能的數(shù)字電子鎮(zhèn)流器配套使用能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市線路的理想化控制。

1.4 逆變技術(shù)

電子鎮(zhèn)流器的逆變技術(shù)結(jié)構(gòu)包含全橋型、半橋型、雙型三種類型，當(dāng)前，關(guān)于逆變技術(shù)的研究重點(diǎn)集中在逆變器新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)層面。從實(shí)際運(yùn)行管理情況來(lái)看，逆變技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中在逆變器新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上。多數(shù)電子鎮(zhèn)流器在工作時(shí)候，基本工作頻率會(huì)被設(shè)定在固定的逆變電路諧振點(diǎn)上，也就是會(huì)被安排在感性區(qū)域。逆變器損耗一般是通態(tài)損耗和關(guān)斷損耗。為了能夠降低損耗需要采取措施來(lái)選擇適合的開關(guān)器件，提升開關(guān)速率和外加吸收電路。

隨著時(shí)代的進(jìn)步發(fā)展，電子鎮(zhèn)流器開始朝著高功率、高頻率的方向發(fā)展，鎮(zhèn)流器的工作頻率提升到了2.6MHz的范圍。在未來(lái)，強(qiáng)化對(duì)高頻逆變技術(shù)驅(qū)動(dòng)和控制芯片的開發(fā)管理能夠有效減少開關(guān)損耗和電磁干擾。

1.5 高強(qiáng)度氣體放電燈建模

高強(qiáng)度氣體放電燈建模操作會(huì)集中在HID燈參數(shù)的控制上，通過(guò)打造HID燈開關(guān)控制模型能夠更好的指導(dǎo)電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)，并將得到的數(shù)據(jù)模型進(jìn)行仿真模擬分析，提升電燈模型的設(shè)計(jì)效率。高強(qiáng)度氣體放電燈模型的打造基本上分為三個(gè)類型。第一，原理類型。高強(qiáng)度氣體放電燈原理模型是將微觀粒子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和宏觀意義上的電阻、電壓、電流、溫度、頻率等參數(shù)結(jié)合在一起，并以氣體放電基本理論和等離子理論為基礎(chǔ)所打造出的高強(qiáng)度氣體放電燈模型。這個(gè)模型在打造完成之后適合應(yīng)用在各個(gè)類型的高強(qiáng)度氣體放電燈上，但是從實(shí)際實(shí)施操作情況來(lái)看，改模型打造所涉及到的參數(shù)比較復(fù)雜，無(wú)法直觀反映出氣體放電燈的參數(shù)變化情況。第二，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。高?qiáng)度氣體放電燈經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪峭ㄟ^(guò)高強(qiáng)度氣體放電燈在工作中表現(xiàn)出來(lái)的電壓、電功率、頻率等參數(shù)量變化所打造出的燈電阻和各個(gè)參數(shù)的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)對(duì)這些關(guān)系參數(shù)的分析能夠獲得一個(gè)完善的數(shù)學(xué)模型。第三， 曲線擬合模型。高強(qiáng)度氣體放電燈曲線擬合模型是應(yīng)用一個(gè)有效的數(shù)學(xué)方法來(lái)對(duì)實(shí)驗(yàn)波形進(jìn)行擬合分析，打造出逼近曲線，與此同時(shí)獲得關(guān)于曲線的數(shù)學(xué)表達(dá)公式，打造出高強(qiáng)度氣體放電燈數(shù)學(xué)分析模型。

2 高強(qiáng)度氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器

2.1 紫外線燈電子鎮(zhèn)流器

紫外線滅菌燈是一種使用效率高且操作起來(lái)比較方便的消毒設(shè)備，被人們廣泛的應(yīng)用到生物制藥、食品科學(xué)研究、衛(wèi)生防疫等工作中。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)研究證明紫外線光源的強(qiáng)度變化不僅和紫外線燈管質(zhì)量存在關(guān)聯(lián)，而且還會(huì)燈管所應(yīng)用環(huán)境的溫度、濕度以及鎮(zhèn)流器存在關(guān)聯(lián)。因而如何保證紫外線電子鎮(zhèn)流器處于最大工作頻度和如何達(dá)到理想的殺菌效果是相關(guān)人員需要思考和解決的問(wèn)題。

當(dāng)前，國(guó)外提升殺菌效果的方式是引入紫外線輻射反饋信號(hào)，借助單片機(jī)的數(shù)字控制器能夠?qū)﹄娮觾x器設(shè)備進(jìn)行反饋控制，確保所有輻射照度的可控性，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射度的最優(yōu)化控制，但是從實(shí)際操作上來(lái)看，這種控制方式的應(yīng)用缺點(diǎn)是只能夠適應(yīng)某一種固定型號(hào)的紫外線燈，和鎮(zhèn)流器的匹配負(fù)載是固定的。

2.2 低壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器

低壓鈉燈是光效最高、光衰最小的一種光源，和太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)合之后會(huì)使得電子鎮(zhèn)流器達(dá)到更為理想的節(jié)能效果。結(jié)合國(guó)家節(jié)能環(huán)保的要求提出一種新型直流供電低壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器解決方案。整個(gè)鎮(zhèn)流器采用了DC升壓控制電路，在使用的時(shí)候能夠克服變壓器的偏磁問(wèn)題，后級(jí)單片機(jī)控制半逆變電路和對(duì)應(yīng)的LCC負(fù)載電路匹配在一起能夠使得低壓鈉燈始終在額定的電壓和電流中工作。

3 照明網(wǎng)絡(luò)的深化發(fā)展

電子鎮(zhèn)流器節(jié)能照明、綠色照明的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在其本身控制的靈活性、光線可調(diào)節(jié)性方面，在城市公共照明事業(yè)的發(fā)展下，關(guān)于電子鎮(zhèn)流器調(diào)光技術(shù)、照明網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究是一個(gè)重要發(fā)展方向。電子鎮(zhèn)流器的網(wǎng)絡(luò)照明系統(tǒng)會(huì)以中央控制器為基本核心，通過(guò)恰當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信方式和傳感器信號(hào)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的遠(yuǎn)程管控。

3.1 傳統(tǒng)自動(dòng)照明控制方式的缺陷

在節(jié)能環(huán)保要求背景下在照明領(lǐng)域常用的節(jié)能措施包含光控開關(guān)系統(tǒng)、定時(shí)開關(guān)控制系統(tǒng)、光控聯(lián)合定時(shí)開關(guān)控制系統(tǒng)、穩(wěn)壓控制系統(tǒng)、調(diào)光控制系統(tǒng)、聲控延時(shí)控制系統(tǒng)等。在以上照明光線調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的作用下，能夠在一定程度上解決照明問(wèn)題，但是照明控制策略比較單線，照明系統(tǒng)的故障問(wèn)題往往是無(wú)法在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)的。

3.2 網(wǎng)絡(luò)照明的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

在先進(jìn)技術(shù)形式發(fā)展和人們生活水平的提升下，社會(huì)范圍內(nèi)的人對(duì)城市照明系統(tǒng)提出了更高的要求，在未來(lái)，照明系統(tǒng)將會(huì)朝著精細(xì)化、多場(chǎng)景控制模式、網(wǎng)絡(luò)化、節(jié)能化、快速化的方向發(fā)展，且在城市線路照明的過(guò)程中還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)照明系統(tǒng)的實(shí)施性監(jiān)督控制。

4 LED照明技術(shù)

LED照明技術(shù)的發(fā)展會(huì)涉及到反光燈、集成白光LED封裝、白光系統(tǒng)、高流明封裝、基底研究等內(nèi)容，研究對(duì)象涉及到LED燈具的照明結(jié)構(gòu)、高度白光的獲得方式、提升單頻LED器件的總體效率、提升建模仿真工具有效性層面，這些器件會(huì)從多個(gè)方面影響到LED照明的推廣。當(dāng)前關(guān)于該技術(shù)的研究集中體現(xiàn)在襯底、外延層、密封膠、粘結(jié)劑等材料的使用方面。

半導(dǎo)體器件的典型的結(jié)構(gòu)是低電壓導(dǎo)流直流期間，驅(qū)動(dòng)電路的典型結(jié)構(gòu)是電網(wǎng)交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓，電壓的前級(jí)線路能夠降壓供給LED工作的后級(jí)電路，后級(jí)為L(zhǎng)ED提供持續(xù)性的恒流遠(yuǎn)程。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，現(xiàn)代照明電子技術(shù)是一個(gè)新興行業(yè)，在我國(guó)處于一種初步發(fā)展和完善階段，雖然國(guó)家范圍內(nèi)對(duì)現(xiàn)代照明電子技術(shù)予以了足夠的重視，但是關(guān)于現(xiàn)代照明電子技術(shù)的理論研究和生產(chǎn)管理仍然處于研究階段。在未來(lái)，需要相關(guān)人員將研究的重點(diǎn)放在新型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和新型控制器層，旨在能夠更好的提升鎮(zhèn)流器的工作頻率和工作安全性、可靠性。