無極燈電子鎮(zhèn)流器PDM調(diào)光技術(shù)實驗研究

徐晶晶

江蘇省淮安技師學院，中國·江蘇 淮安 223000

1 引言

無極燈是一種壽命較長、光衰幅度較小、光色較為穩(wěn)定的新型光源，在多種場所有所應用[1]，如廣場、道路、廠房等。這種光源需要配合電子鎮(zhèn)流器共同使用，引入調(diào)光技術(shù)，根據(jù)空間照明需求調(diào)節(jié)光源，在滿足照明需求的同時，起到良好的節(jié)能作用[2]。目前，應用比較多的調(diào)光技術(shù)包括PAM 技術(shù)和PDM 技術(shù)，前者調(diào)光范圍比較窄，應用受限，因此開發(fā)后者技術(shù)應用方案成為重點研究內(nèi)容[3-4]。當前關(guān)于PDM技術(shù)的應用研究尚不全面，設(shè)計的調(diào)光方案不夠平滑，且存在間斷情況[5]。為了改善技術(shù)應用方案，論文提出新的調(diào)光方案研究，并采取實驗分析的方式加以驗證。

2 無極燈電子鎮(zhèn)流器電路組成與工作原理

無極燈電子鎮(zhèn)流器由控制電路、串聯(lián)及并聯(lián)諧振電路、半橋逆變電路、耦合線圈等組成，圖1 為該設(shè)備電路組成情況。

圖1 電子鎮(zhèn)流器電路

該設(shè)備的作業(yè)在DSPIC 單片機控制下，對線路中的電壓和電流進行采樣，根據(jù)采樣結(jié)果，下達控制命令，并傳輸給驅(qū)動器，以此達到調(diào)光目的[6]。其中，調(diào)光驅(qū)動控制決定了調(diào)光技術(shù)質(zhì)量，論文對驅(qū)動方法展開深入探究。

3 PDM 調(diào)光技術(shù)及應用

3.1 PDM 調(diào)光技術(shù)原理

本研究在以往對于PDM 調(diào)光研究基礎(chǔ)上，對其作業(yè)原理進行探究，調(diào)光作業(yè)原理如下：

公式（1）中，D 代表脈沖密度調(diào)制占空比，計算方法為D=MN；M代表T 工作時段內(nèi)調(diào)光正常作業(yè)下的脈沖數(shù)量；N 代表T 工作時段內(nèi)驅(qū)動脈沖總數(shù)量。其中，M 取值為整數(shù)，N 為固定值，在此數(shù)值關(guān)系條件下，產(chǎn)生的燈光控制為有級調(diào)光，降低了調(diào)光操控的精準度，同時產(chǎn)生的調(diào)光效果不佳，存在間斷情況。從公式（1）來看，諧振頻率f0對應的輸出功率與D 之間呈現(xiàn)正比關(guān)系。按照此關(guān)系，論文提出脈沖頻率與關(guān)斷時間toff的關(guān)系，建立PDM 調(diào)控控制體系，該體系的作業(yè)原理如圖2 所示。

圖2 PDM 調(diào)光控制作業(yè)原理

該控制體系中，toff代表調(diào)光關(guān)斷時間；代表正常作業(yè)時間。為了保證無極燈工作頻率可以達到最低作業(yè)標準，所以設(shè)置最小脈沖不得低于正常工作頻率的十分之一，對應的調(diào)光周期關(guān)系為。當調(diào)光時間在以內(nèi)時，變換器開關(guān)管處于導通狀態(tài)，兩個管道正常交替，在此情況下輸出的信號為正弦交流電壓，且信號完好無損。當調(diào)光時間在toff以內(nèi)時，變換器開關(guān)管處于關(guān)斷狀態(tài)，在此情況下變化期能量呈現(xiàn)出衰減變化趨勢。

經(jīng)過測試分析發(fā)現(xiàn)，以周期n 作為唯一變量調(diào)光時，未能有效兼顧調(diào)光精度和調(diào)光范圍。所以，論文嘗試引入分段調(diào)光方法，在相同的光段中，設(shè)定n 為固定時，以關(guān)斷時間作為調(diào)節(jié)對象，以此控制輸出功率，實現(xiàn)調(diào)光操控。

3.2 調(diào)光方案設(shè)計

論文提出的調(diào)光方案將調(diào)光范圍劃分為4 個功率段，按照功率段的不同，分別為其設(shè)定工作周期n 數(shù)值，相應的調(diào)光控制數(shù)值的賦予關(guān)系如表1 所示。

表1 PDM 技術(shù)應用下的分段調(diào)光控制

表1 中設(shè)計的調(diào)光控制方案，將輸出功率作為調(diào)光控制依據(jù)，轉(zhuǎn)化為調(diào)光范圍后，根據(jù)范圍不同，合理設(shè)定數(shù)值n 的取值。例如，輸出功率為40%～50%，在認為調(diào)光范圍40%～50%，此時數(shù)值n 的取值為4。關(guān)于調(diào)控操作的具體實施，以關(guān)斷時間toff作為重點調(diào)控指標，通過調(diào)節(jié)該數(shù)值，完成調(diào)光控制。按照此控制思路，將調(diào)光控制拆分為多段，建立toff與輸出功率比值P0/Pm之間關(guān)系，按照區(qū)段實施調(diào)光操作。關(guān)于調(diào)光的操作流程如圖3 所示。

圖3 調(diào)光作業(yè)流程

第一步：設(shè)置n 的初始數(shù)值；

第二步：開啟采樣操作模式，獲取調(diào)光信號數(shù)值；

第三步：計算當前調(diào)光需求下的占空度，記為D1；

第四步：判斷占空度D1與n 之間的關(guān)系，是否滿足，如果滿足此關(guān)系，則認為當前數(shù)值超出調(diào)光范圍，執(zhí)行n ＝n－1 命令，即數(shù)值n 減1，而后將計算結(jié)果重新賦給變量n，繼續(xù)判斷關(guān)系，如果不滿足此關(guān)系，則執(zhí)行第五步；

第五步：計算調(diào)光誤差；

第六步：執(zhí)行PI 調(diào)節(jié)命令，調(diào)整關(guān)斷時間toff，使得驅(qū)動脈沖調(diào)制密度得以滿足要求，逐漸轉(zhuǎn)向閉環(huán)穩(wěn)定作業(yè)狀態(tài)；

第七步：輸出驅(qū)動脈沖，完成調(diào)光操作。

上述操控方案中，通過改變輸出功率給定數(shù)值，可以實現(xiàn)對無極燈的調(diào)控，使得燈光滿足調(diào)控要求。當調(diào)節(jié)功率段固定時，確定無極燈工作周期數(shù)n，在此情況下，為了有效解決傳統(tǒng)調(diào)光方案存在的輸出功率不足的問題，本控制方案以關(guān)斷時間toff作為調(diào)控對象，改變輸出功率。其中，分段調(diào)光方案的應用，不會改變無極燈作業(yè)期間的頻率，并且對開關(guān)功率的損耗較小，調(diào)光作業(yè)效率較高。因此，上述控制方法可以作為無極燈調(diào)控方案。

4 實驗結(jié)果分析

為了驗證論文提出的調(diào)光方案可靠性，對方案應用效果進行檢驗。本次實驗選取DSPIC 單片機控制下的無極燈電子鎮(zhèn)流器作為實驗工具，該設(shè)備正常作業(yè)頻率為230kHz。以下為實驗期間設(shè)備各項參數(shù)設(shè)置情況：諧振電容Cr數(shù)值為4.7nF；滿載輸出功率P0數(shù)值為100W；等效電感數(shù)值為154μF；輸出直流電壓數(shù)值為400V；隔直電容Cb數(shù)值為0.1μF；諧振電感Lr數(shù)值為250μF；死區(qū)時間td數(shù)值為280 ns。

按照調(diào)光要求，在參數(shù)數(shù)值選擇功能欄中設(shè)置工作周期n 的數(shù)值，以關(guān)斷時間toff作為調(diào)節(jié)變量，通過更改該數(shù)值，完成占空比D 的調(diào)節(jié)，使得設(shè)備輸出功率得以改變。本次實驗設(shè)置工作周期n 為3、4、5。

從輸出結(jié)果可以看出，不同占空比D 條件下調(diào)光操作效果，得到關(guān)斷時間toff與輸出功率之間的關(guān)系。論文以分段調(diào)節(jié)結(jié)果作為重點分析內(nèi)容，探究論文提出的調(diào)控方案可靠性。圖4 為調(diào)光周期關(guān)斷時間變化條件下輸出功率變化曲線。

圖4 調(diào)光周期關(guān)斷時間變化條件下輸出功率變化曲線

觀察圖4 中輸出功率變化特征可知，當工作周期n 數(shù)值固定，通過調(diào)節(jié)toff，可以實現(xiàn)輸出功率的有效調(diào)節(jié)，該實驗結(jié)果與理論分析保持一致。所以，論文提出的調(diào)光控制方案能夠起到一定優(yōu)化作用，滿足無極燈調(diào)光控制要求。

5 結(jié)語

論文圍繞無極燈電子鎮(zhèn)流器調(diào)光問題展開探究，通過分析該設(shè)備作業(yè)原理，確定調(diào)光控制研究突破口。采用分段調(diào)光方法，固定光段，設(shè)定工作周期n 數(shù)值，以關(guān)斷時間作為調(diào)節(jié)對象，通過調(diào)解toff，實現(xiàn)對無極燈輸出功率的有效控制，使其滿足調(diào)光要求。實驗測試結(jié)果顯示，論文提出的調(diào)光方案能夠達到預期的調(diào)光控制效果，與理論分析結(jié)論相符。