节能型数字镇流器研究
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摘要
照明节能与高效运行技术是电力电子技术的一个重要的应用分支；实现照明系统节能化、动态化、实时化、网络化管理是经济和技术发展的必然趋势和要求，也是城市现代化的重要标志。本文根据实际需要，在总结了节能灯镇流器的工作原理和发展趋势的基础上，提出了一种便于实现网络化功能的节能型数字镇流器，介绍了其工作原理、硬件构成、参数计算以及其软件系统等问题。
首先构建了整个系统的结构框架，主要包括滤波环节、整流环节、功率因数校正环节、阻抗匹配环节、微控制器数字控制环节、通信环节、调光环节等。根据要求阐述了各个环节的工作原理，结合各环节电路的发展趋势，设计了相关环节的硬件结构。根据所设计的硬件电路，对主要环节的关键参数进行了计算，给出了具体的参数值。
详细介绍了数字镇流器中的微控制器数字控制部分。分析了主控单元、镇流器主控制电路、电力载波通信电路、调光电路等具体电路的工作原理，给出了其原理框图，研究了其在数字镇流器中的作用，评价了其电路性能。
之后，对数字镇流器的软件系统进行了介绍。主要包括镇流器仿真软件和数字镇流器的工作软件流程，分析了数字镇流器的软件工作原理，给出了具体的软件流程图。
最后，对数字镇流器的结构功能进行了验证，并对其整体性能与发展应用趋势进行了总结和简单介绍。
The technology that lighting runs economically and effectively is an important applying branch of power electronics. It is a necessary tendency and requirement of the development of economy and technology as well as the important sign of city modernization to realize economical, dynamical, real-timed and networked management to the lighting systems in city. The article puts forward a kind of energy-saving digital ballast convenient for network function on base of the summarization for the working functions and their development tendencies of ballasts used by energy-saving lamps on remand, introduces its working principle, hardware structure, parameter computation, software system etc..
First, the structure frame of the whole system is established. It mainly includes the filter part, the rectifier part, the power factor regulator part, the microprocessor and digit controller part, the communication part and the dimming part etc. Then, the working principle of every part is explained and the hardware and software structure of the digital ballast is designed in require and combining with the development trend of every part. The key parameters of main parts are computed and their numerical values are offered.
The microprocessor and digit controller part is introduced particularly. The working principles of main controlling unit, main controlling circuit of ballast, power line communication circuit and dimming circuit etc. are analyzed. Their function diagrams are provided. And their functions to digital ballast are studied. Then their circuit performances are assessed.
After that, the software system of digital ballast is given. It mainly includes the emulation software introduce and working software flow of the digital ballast. The software working principle is studied and its flow charts are afforded.
At last, the structure and function of digital ballast are validated, the performances of the whole system are summarized and the development direction and application trend of digital ballast are given a brief browse.
首先构建了整个系统的结构框架，主要包括滤波环节、整流环节、功率因数校正环节、阻抗匹配环节、微控制器数字控制环节、通信环节、调光环节等。根据要求阐述了各个环节的工作原理，结合各环节电路的发展趋势，设计了相关环节的硬件结构。根据所设计的硬件电路，对主要环节的关键参数进行了计算，给出了具体的参数值。
详细介绍了数字镇流器中的微控制器数字控制部分。分析了主控单元、镇流器主控制电路、电力载波通信电路、调光电路等具体电路的工作原理，给出了其原理框图，研究了其在数字镇流器中的作用，评价了其电路性能。
之后，对数字镇流器的软件系统进行了介绍。主要包括镇流器仿真软件和数字镇流器的工作软件流程，分析了数字镇流器的软件工作原理，给出了具体的软件流程图。
最后，对数字镇流器的结构功能进行了验证，并对其整体性能与发展应用趋势进行了总结和简单介绍。
The technology that lighting runs economically and effectively is an important applying branch of power electronics. It is a necessary tendency and requirement of the development of economy and technology as well as the important sign of city modernization to realize economical, dynamical, real-timed and networked management to the lighting systems in city. The article puts forward a kind of energy-saving digital ballast convenient for network function on base of the summarization for the working functions and their development tendencies of ballasts used by energy-saving lamps on remand, introduces its working principle, hardware structure, parameter computation, software system etc..
First, the structure frame of the whole system is established. It mainly includes the filter part, the rectifier part, the power factor regulator part, the microprocessor and digit controller part, the communication part and the dimming part etc. Then, the working principle of every part is explained and the hardware and software structure of the digital ballast is designed in require and combining with the development trend of every part. The key parameters of main parts are computed and their numerical values are offered.
The microprocessor and digit controller part is introduced particularly. The working principles of main controlling unit, main controlling circuit of ballast, power line communication circuit and dimming circuit etc. are analyzed. Their function diagrams are provided. And their functions to digital ballast are studied. Then their circuit performances are assessed.
After that, the software system of digital ballast is given. It mainly includes the emulation software introduce and working software flow of the digital ballast. The software working principle is studied and its flow charts are afforded.
At last, the structure and function of digital ballast are validated, the performances of the whole system are summarized and the development direction and application trend of digital ballast are given a brief browse.
引文
1．J．R柯顿，A．M马斯登．光源与照明[M]．上海：复旦大学出版社，2000．
2．周太明．光源原理与设计[M]．第一版．上海：复旦大学出版社，1993．
3．汪建平，邓云塘，钱公权．道路照明[M]．上海：复旦大学出版社，2005．
4．栾文波．日光灯镇流器基础知识[M]．天津：天津人民出版社，1974．
5．张琪，刘云俊．世界都市景观照明[M]．大连：大连理工大学出版社，2001．
6．陈超中．照明设备的3C认证[M]．北京：国家灯具质量监督检验中心，2002．
7．王彦．绿色照明在中国兴起[N]，中国电子报，1997(8)．
8．赵竟成．推进绿色照明及节能电光源的发展[N]，中国电子报，1997(8)．
9．张卫平．绿色光源—现代电能变换技术及应用[M]．北京：科学出版社，2001．
10．毛兴武，祝大卫．电子镇流器原理与制作[M]．第一版．北京：人民邮电出版社，2002．
11．路秋声．高频交流电子镇流器技术与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2004．
12．路秋声．常用电子镇流器电路与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005．
13．叶慧贞，杨兴洲．新颖开关稳压电源[M]．第一版．北京：国防上业出版社，1999．
14．周志敏，周纪海，纪爱华．开关电源功率因数校正电路设计与应用[M]．第一版．北京：人民邮电出版社，2004．
15．孙树朴，李明，王旭光等．电力电子技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1999．
16．林渭勋．电力电子技术基础[M]．北京：机械工业出版社，1990．
17．徐德高，金刚．脉宽调制变换器稳压电源[M]．北京：科学出版社，1991．
18．严百平，刘健，程红丽．不连续导电模式高功率因数开关电路[M]．第一版．北京：科学出版社，2000．
19．李传琦，盛义发，邹其洪．电力电子技术计算机仿真实验[M]．北京：电子工业出版社，2006．
20．薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simul ink的系统仿真技术与应用[M]．北京：清华大学出版社．2002
21．王道宪．Microchip PIC系列单片机原理、应用与开发[M]．北京：国防工业出版社，2003．
22．杨圣．PIC系列单片机的原理与实践[M]．合肥：中国科学技术出版社，2003．
23．罗翼，张宏伟．PIC单片机应用系统开发典型实例[M]．北京：中国电力出版社，2000．
24．蔡纯洁，扬维坚，伍先达．PIC全系列单片机原理与开发[M]．合肥：中国科学技术出版社，2003．
25．刘胜利．现代高频开关电源实用技术[M]．第一版．北京：电子上业出版社，2001．
26．张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计[M]．第一版．北京：电子上业出版社，1999．
27．路宏敏．工程电磁兼容[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003．
28．路秋声．一种新型高频交流电子镇流器[D]．第二届全国电源新技术研讨会论文集，2000，29(8)：300-308．
29．黄汉生．功率因数校正技术的发展[D]．中国电源学会全国电源技术年会论文集，1995，21(11)：41-47．
30．路秋声，王玺，张卫平．常用高频电子镇流器改进及调光[J]．中国照明电器，2002，16(8)：40-42．
31．路秋声，张卫平．高频交流电子镇流技术的发展与应用[J]．核工业自动化，2002，19(4)．
32．路秋声．一种新型单级恒功率因数电子镇流器[J]．核工业自动化，2002，17(6)．
33．王卫，张韦强，高国安．电子镇流器谐振型负载电路的研究[J]．中国照明电器，2000，15(7)．
34．翟秀海，张健．250W金属卤化物灯可调光电子镇流器[J]．中国照明电器，2001，12(6)：20—22．
35．陈英俊．可调光电子镇流器控制芯片IR2159及其应用[J]．电子技术，2003，18(5)：48-50．
36．徐庆华，吴签．带通讯功能的数字式高压钠灯电子镇流器[J]．中国照明电器．2004，20(10)：20—21．
37．许志良，周嘉农．一种扩频载波电力线通信系统及其应用[J]．桂林电子工业学院学报，2002，27(6)：10—13．
38．李硕，张攀峰，张根宝．基于ST的L6562的120W PFC线路设计与实现[J]．电了设计，2006，25(6)：277—278．
39．路秋声．电子镇流器计算机辅助设计软件BDA简介[J]．照明工程学报，2004，15(6)：19—22．
40．路秋声．DALI电子镇流器的调光[J]．灯与照明，2004，12(2)：40—44．
41．蔡红娟，贺良华．基于低压电力线通信的信号耦合电路设计[J]．电力科学与工程，2007，23(3)：49—51．
42. Do H.L.,Seok K.W.,Kwon B.H.. Single-stage electronic ballast with unitypower factor[J].Electric Power Applications,IEEE Proceedings,2001,7(3).
43. Moo C.S.,Lin T.F.,Hsieh Y.C..Single-stage high power factor electronicballast for fluorescent lamps with constant power operation[J]. ElectricPower Applications,IEEE Proceedings,2001,10(9).
44. Contend C. Digitally addressable DALI dimming ballast [J]. Applied Power Electronics Conference and Exposition,2002,9(8).
45. Ho Y.K.E.,Lee S.T.S.,Chung H.S.H. et al. A comparative study on dimming control methods for electronic ballasts[J].Power Electronics,IEEE Trans.,2001,5(11).
46. Fanghua Teng,Chenyang Liu,Kun Wei et al. Mixed mode control for dimming electronic ballast[J].Power Electronics and Motion Control Conference,IEEE,2004,8 (9).
47. Cosby M.C. Jr.,Nelms R.M.. A resonant inverter for electronic ballast applications [J],Industrial Electronics,IEEE Trans.,1994,7(8):418-425.
48. Liang T.J.,Liu T.S.,Chang F.J.. Design and analysis of dimming electronic ballast[J].Power Electronics and Drive Systems,1997,5(5).
49. Tam P.W.,Lee T.S.,Hui S.Y.R. et al. Practical evaluation of dimming control methods for electronic ballasts[J].Industry Applications Conference,,2003,5 (7).
50. IR Inc. Dimming Ballast control IC IR21592/3 data sheet. USA,2003.
51. TL Inc. Audio digtal IC TL9149P/TL9150P data sheet. Thoshiba electronic,2000.
2．周太明．光源原理与设计[M]．第一版．上海：复旦大学出版社，1993．
3．汪建平，邓云塘，钱公权．道路照明[M]．上海：复旦大学出版社，2005．
4．栾文波．日光灯镇流器基础知识[M]．天津：天津人民出版社，1974．
5．张琪，刘云俊．世界都市景观照明[M]．大连：大连理工大学出版社，2001．
6．陈超中．照明设备的3C认证[M]．北京：国家灯具质量监督检验中心，2002．
7．王彦．绿色照明在中国兴起[N]，中国电子报，1997(8)．
8．赵竟成．推进绿色照明及节能电光源的发展[N]，中国电子报，1997(8)．
9．张卫平．绿色光源—现代电能变换技术及应用[M]．北京：科学出版社，2001．
10．毛兴武，祝大卫．电子镇流器原理与制作[M]．第一版．北京：人民邮电出版社，2002．
11．路秋声．高频交流电子镇流器技术与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2004．
12．路秋声．常用电子镇流器电路与应用[M]．北京：人民邮电出版社，2005．
13．叶慧贞，杨兴洲．新颖开关稳压电源[M]．第一版．北京：国防上业出版社，1999．
14．周志敏，周纪海，纪爱华．开关电源功率因数校正电路设计与应用[M]．第一版．北京：人民邮电出版社，2004．
15．孙树朴，李明，王旭光等．电力电子技术[M]．徐州：中国矿业大学出版社，1999．
16．林渭勋．电力电子技术基础[M]．北京：机械工业出版社，1990．
17．徐德高，金刚．脉宽调制变换器稳压电源[M]．北京：科学出版社，1991．
18．严百平，刘健，程红丽．不连续导电模式高功率因数开关电路[M]．第一版．北京：科学出版社，2000．
19．李传琦，盛义发，邹其洪．电力电子技术计算机仿真实验[M]．北京：电子工业出版社，2006．
20．薛定宇，陈阳泉．基于MATLAB／Simul ink的系统仿真技术与应用[M]．北京：清华大学出版社．2002
21．王道宪．Microchip PIC系列单片机原理、应用与开发[M]．北京：国防工业出版社，2003．
22．杨圣．PIC系列单片机的原理与实践[M]．合肥：中国科学技术出版社，2003．
23．罗翼，张宏伟．PIC单片机应用系统开发典型实例[M]．北京：中国电力出版社，2000．
24．蔡纯洁，扬维坚，伍先达．PIC全系列单片机原理与开发[M]．合肥：中国科学技术出版社，2003．
25．刘胜利．现代高频开关电源实用技术[M]．第一版．北京：电子上业出版社，2001．
26．张占松，蔡宣三．开关电源的原理与设计[M]．第一版．北京：电子上业出版社，1999．
27．路宏敏．工程电磁兼容[M]．西安：西安电子科技大学出版社，2003．
28．路秋声．一种新型高频交流电子镇流器[D]．第二届全国电源新技术研讨会论文集，2000，29(8)：300-308．
29．黄汉生．功率因数校正技术的发展[D]．中国电源学会全国电源技术年会论文集，1995，21(11)：41-47．
30．路秋声，王玺，张卫平．常用高频电子镇流器改进及调光[J]．中国照明电器，2002，16(8)：40-42．
31．路秋声，张卫平．高频交流电子镇流技术的发展与应用[J]．核工业自动化，2002，19(4)．
32．路秋声．一种新型单级恒功率因数电子镇流器[J]．核工业自动化，2002，17(6)．
33．王卫，张韦强，高国安．电子镇流器谐振型负载电路的研究[J]．中国照明电器，2000，15(7)．
34．翟秀海，张健．250W金属卤化物灯可调光电子镇流器[J]．中国照明电器，2001，12(6)：20—22．
35．陈英俊．可调光电子镇流器控制芯片IR2159及其应用[J]．电子技术，2003，18(5)：48-50．
36．徐庆华，吴签．带通讯功能的数字式高压钠灯电子镇流器[J]．中国照明电器．2004，20(10)：20—21．
37．许志良，周嘉农．一种扩频载波电力线通信系统及其应用[J]．桂林电子工业学院学报，2002，27(6)：10—13．
38．李硕，张攀峰，张根宝．基于ST的L6562的120W PFC线路设计与实现[J]．电了设计，2006，25(6)：277—278．
39．路秋声．电子镇流器计算机辅助设计软件BDA简介[J]．照明工程学报，2004，15(6)：19—22．
40．路秋声．DALI电子镇流器的调光[J]．灯与照明，2004，12(2)：40—44．
41．蔡红娟，贺良华．基于低压电力线通信的信号耦合电路设计[J]．电力科学与工程，2007，23(3)：49—51．
42. Do H.L.,Seok K.W.,Kwon B.H.. Single-stage electronic ballast with unitypower factor[J].Electric Power Applications,IEEE Proceedings,2001,7(3).
43. Moo C.S.,Lin T.F.,Hsieh Y.C..Single-stage high power factor electronicballast for fluorescent lamps with constant power operation[J]. ElectricPower Applications,IEEE Proceedings,2001,10(9).
44. Contend C. Digitally addressable DALI dimming ballast [J]. Applied Power Electronics Conference and Exposition,2002,9(8).
45. Ho Y.K.E.,Lee S.T.S.,Chung H.S.H. et al. A comparative study on dimming control methods for electronic ballasts[J].Power Electronics,IEEE Trans.,2001,5(11).
46. Fanghua Teng,Chenyang Liu,Kun Wei et al. Mixed mode control for dimming electronic ballast[J].Power Electronics and Motion Control Conference,IEEE,2004,8 (9).
47. Cosby M.C. Jr.,Nelms R.M.. A resonant inverter for electronic ballast applications [J],Industrial Electronics,IEEE Trans.,1994,7(8):418-425.
48. Liang T.J.,Liu T.S.,Chang F.J.. Design and analysis of dimming electronic ballast[J].Power Electronics and Drive Systems,1997,5(5).
49. Tam P.W.,Lee T.S.,Hui S.Y.R. et al. Practical evaluation of dimming control methods for electronic ballasts[J].Industry Applications Conference,,2003,5 (7).
50. IR Inc. Dimming Ballast control IC IR21592/3 data sheet. USA,2003.
51. TL Inc. Audio digtal IC TL9149P/TL9150P data sheet. Thoshiba electronic,2000.