无极灯电子镇流器PDM调光技术实验研究

徐晶晶

江苏省淮安技师学院，中国·江苏 淮安 223000

1 引言

无极灯是一种寿命较长、光衰幅度较小、光色较为稳定的新型光源，在多种场所有所应用[1]，如广场、道路、厂房等。这种光源需要配合电子镇流器共同使用，引入调光技术，根据空间照明需求调节光源，在满足照明需求的同时，起到良好的节能作用[2]。目前，应用比较多的调光技术包括PAM 技术和PDM 技术，前者调光范围比较窄，应用受限，因此开发后者技术应用方案成为重点研究内容[3-4]。当前关于PDM技术的应用研究尚不全面，设计的调光方案不够平滑，且存在间断情况[5]。为了改善技术应用方案，论文提出新的调光方案研究，并采取实验分析的方式加以验证。

2 无极灯电子镇流器电路组成与工作原理

无极灯电子镇流器由控制电路、串联及并联谐振电路、半桥逆变电路、耦合线圈等组成，图1 为该设备电路组成情况。

图1 电子镇流器电路

该设备的作业在DSPIC 单片机控制下，对线路中的电压和电流进行采样，根据采样结果，下达控制命令，并传输给驱动器，以此达到调光目的[6]。其中，调光驱动控制决定了调光技术质量，论文对驱动方法展开深入探究。

3 PDM 调光技术及应用

3.1 PDM 调光技术原理

本研究在以往对于PDM 调光研究基础上，对其作业原理进行探究，调光作业原理如下：

公式（1）中，D 代表脉冲密度调制占空比，计算方法为D=MN；M代表T 工作时段内调光正常作业下的脉冲数量；N 代表T 工作时段内驱动脉冲总数量。其中，M 取值为整数，N 为固定值，在此数值关系条件下，产生的灯光控制为有级调光，降低了调光操控的精准度，同时产生的调光效果不佳，存在间断情况。从公式（1）来看，谐振频率f0对应的输出功率与D 之间呈现正比关系。按照此关系，论文提出脉冲频率与关断时间toff的关系，建立PDM 调控控制体系，该体系的作业原理如图2 所示。

图2 PDM 调光控制作业原理

该控制体系中，toff代表调光关断时间；代表正常作业时间。为了保证无极灯工作频率可以达到最低作业标准，所以设置最小脉冲不得低于正常工作频率的十分之一，对应的调光周期关系为。当调光时间在以内时，变换器开关管处于导通状态，两个管道正常交替，在此情况下输出的信号为正弦交流电压，且信号完好无损。当调光时间在toff以内时，变换器开关管处于关断状态，在此情况下变化期能量呈现出衰减变化趋势。

经过测试分析发现，以周期n 作为唯一变量调光时，未能有效兼顾调光精度和调光范围。所以，论文尝试引入分段调光方法，在相同的光段中，设定n 为固定时，以关断时间作为调节对象，以此控制输出功率，实现调光操控。

3.2 调光方案设计

论文提出的调光方案将调光范围划分为4 个功率段，按照功率段的不同，分别为其设定工作周期n 数值，相应的调光控制数值的赋予关系如表1 所示。

表1 PDM 技术应用下的分段调光控制

表1 中设计的调光控制方案，将输出功率作为调光控制依据，转化为调光范围后，根据范围不同，合理设定数值n 的取值。例如，输出功率为40%～50%，在认为调光范围40%～50%，此时数值n 的取值为4。关于调控操作的具体实施，以关断时间toff作为重点调控指标，通过调节该数值，完成调光控制。按照此控制思路，将调光控制拆分为多段，建立toff与输出功率比值P0/Pm之间关系，按照区段实施调光操作。关于调光的操作流程如图3 所示。

图3 调光作业流程

第一步：设置n 的初始数值；

第二步：开启采样操作模式，获取调光信号数值；

第三步：计算当前调光需求下的占空度，记为D1；

第四步：判断占空度D1与n 之间的关系，是否满足，如果满足此关系，则认为当前数值超出调光范围，执行n ＝n－1 命令，即数值n 减1，而后将计算结果重新赋给变量n，继续判断关系，如果不满足此关系，则执行第五步；

第五步：计算调光误差；

第六步：执行PI 调节命令，调整关断时间toff，使得驱动脉冲调制密度得以满足要求，逐渐转向闭环稳定作业状态；

第七步：输出驱动脉冲，完成调光操作。

上述操控方案中，通过改变输出功率给定数值，可以实现对无极灯的调控，使得灯光满足调控要求。当调节功率段固定时，确定无极灯工作周期数n，在此情况下，为了有效解决传统调光方案存在的输出功率不足的问题，本控制方案以关断时间toff作为调控对象，改变输出功率。其中，分段调光方案的应用，不会改变无极灯作业期间的频率，并且对开关功率的损耗较小，调光作业效率较高。因此，上述控制方法可以作为无极灯调控方案。

4 实验结果分析

为了验证论文提出的调光方案可靠性，对方案应用效果进行检验。本次实验选取DSPIC 单片机控制下的无极灯电子镇流器作为实验工具，该设备正常作业频率为230kHz。以下为实验期间设备各项参数设置情况：谐振电容Cr数值为4.7nF；满载输出功率P0数值为100W；等效电感数值为154µF；输出直流电压数值为400V；隔直电容Cb数值为0.1µF；谐振电感Lr数值为250µF；死区时间td数值为280 ns。

按照调光要求，在参数数值选择功能栏中设置工作周期n 的数值，以关断时间toff作为调节变量，通过更改该数值，完成占空比D 的调节，使得设备输出功率得以改变。本次实验设置工作周期n 为3、4、5。

从输出结果可以看出，不同占空比D 条件下调光操作效果，得到关断时间toff与输出功率之间的关系。论文以分段调节结果作为重点分析内容，探究论文提出的调控方案可靠性。图4 为调光周期关断时间变化条件下输出功率变化曲线。

图4 调光周期关断时间变化条件下输出功率变化曲线

观察图4 中输出功率变化特征可知，当工作周期n 数值固定，通过调节toff，可以实现输出功率的有效调节，该实验结果与理论分析保持一致。所以，论文提出的调光控制方案能够起到一定优化作用，满足无极灯调光控制要求。

5 结语

论文围绕无极灯电子镇流器调光问题展开探究，通过分析该设备作业原理，确定调光控制研究突破口。采用分段调光方法，固定光段，设定工作周期n 数值，以关断时间作为调节对象，通过调解toff，实现对无极灯输出功率的有效控制，使其满足调光要求。实验测试结果显示，论文提出的调光方案能够达到预期的调光控制效果，与理论分析结论相符。