（系统工程专业论文）数字调光电子镇流器的研究与设计.pdf

浙江大学工学硕士学位论文数字调光电子镇流器的研究与设计 摘要 随着世界经济的迅猛发展，能源和环境保护问题日益突出，节源减排是世界 各国的共识。照明用电在能源消耗中占有不小的比重，开发高效节能的照明产品 是节约照明用电的重要途径。在信息技术和网络技术飞速发展的今天，人们对照 明的智能化和功能的多样化提出了更高的要求，智能照明系统应运而生。智能照 明系统是利用计算机技术、电子技术和通信技术将建筑物内的各种照明设备有机 的连接在一起，实施有效控制和管理的系统。使用智能照明系统能够最大限度地 节约照明用电。数字调光电子镇流器作为智能照明系统的执行器，在整个智能照 明系统中起着关键的作用。本文选择了照明业界最新推出的d a l i 智能照明系统 作为研究对象，在理解和剖析其通信协议的基础上，设计出了一款数字可调光电 子镇流器。 本文首先分析了电子镇流器的发展历史和现状，针对现有电子镇流器存在的 不足，提出了设计目标。通过对荧光灯工作原理、工作特性的理解，以及对电子 镇流器的主要拓扑结构和调光方式的分析和研究，奠定了后续设计工作的基础。 d a l i 协议是智能照明领域的一种开放性的新标准，由欧洲一些著名的照明设 备厂商联合提出，具有灵活、成本低廉、易于实现等特点。本文对d a l i 系统的应 用范围、结构组成、电气规范和通信规范进行了详细分析。 在对电子镇流器和d a l i 协议深刻理解的基础上，本文完成了基于d a l i 协议的 数字可调光电子镇流器的设计。着重对功率因数校正电路、镇流器控制电路及灯 输出单元电路、状态反馈电路进行了相关元件参数计算。阐述了电子镇流器的三 状态反馈机制，提出并实现了电子镇流器的分体设计。针对传统d a m 智能照明 系统控制规模偏小和较难实现远程分布式控制的缺陷，构建了基于d a l i 的智能 照明系统。 关键宇：智能照明系统，d a l i ，调光，电子镇流器，三状态反馈，分体设计 浙江大学工学硕士学位论文数字调光电子镇流器的研究与设计 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ew o r l de c o n o m y , e n e r g ya n de n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n p r o b l e m i sb e c o m i n gi n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t , e n e r g yc o n s e r v a t i o na n de m i s s i o n sr e d u c t i o ni st h e c o n s e n s u so fa l lc o u n t r i e si nt h ew o r l d l i g h t i n ge n e r g yc o n s u m p t i o ni nt h ee l e c t r i c i t yd o e sn o t o c c u p yas m a l lp r o p o r t i o n ；t h ed e v e l o p m e n to fe f f i c i e n tl i g h t i n gp r o d u c t si sa l li m p o r t a n tw a yt o e l e c t r i c i t y s a v i n gl i g h t i n g w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n d n e t w o r kt e c h n o l o g yt o d a y , p e o p l eb r i n gu pah i g h e rd e m a n di ni n t e l l i g e n tl i g h t i n ga n dt h e d i v e r s i 够o fl i g h t i n gf u n c t i o n s ，i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e mc a m ei n t ob e i n g i tm a k e sg o o du s eo f t h et e c h n o l o g yo fc o m p u t e r , e l e c t r o n i ca n dc o m m u n i c a t i o na n dc o m b i n e s 啦r e n tl i g h t i n g d e v i c e st og e te f f i c i e n tc o n t r o la n dm a n a g e m e n t t h eu s eo fi n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e m s m a x i m i z e st h ep o w e r - s a v i n gl i g h t i n g d i g i t a ld i m m i n ge l e c t r o n i cb a l l a s t sp l a yak e yr o l ea s a c t u a t o r st h r o u g h o u tt h ei n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e m s t i i i sp a p e rc h o o s e sd a l ii n t e l l i g e n t l i g h t i n gs y s t e mp u tf o r w a r dl a t e r y i n i i e 3 吐i n gi n d u s t r y a sr e s e a r c ho b j e c t s ，b a s e do nt h e u n d e r s t a n d i n ga n da n a l y s i so fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l s ，ad i g i t a ld i m m i n ge l e c t r o n i cb a l l a s ti s d e v e l o p e d t h i sa r t i c l ea n a l y z e st h ed e v e l o p m e n tl l i s t 0 i ) ra n dc u r r e n ts t a t u so fe l e c t r o n i cb a l l a s t sa tf i r s t , a n dad e s i g ng o a li sp r o p o s e df o r t h ee x i s t i n gs h o r t c o m i n g so fe l e c t r o n i cb a l l a s t s w i t h u n d e r s t a n d i n gt h ep r i n c i p l ea n df e a t u r e so ff l u o r e s c e n tl a m p s a sw e l la sa n a l y s i sa n dr e s e a r c h t h em a i nt o p o l o g i e sa n dd i m m i n gw a y so fe l e c t r o n i cb a l l a s t s ，t h ef o u n d a t i o nf o rt h ed e s i g no f t h ef o l l o w - u pi sl a i d d a l ip r o t o c o li san e wo p e n i n gs t a n d a r di nt h ef i e l do ft h ei n t e l l i g e n tl i g h t i n g , w h i c hi sp u t f o r w a r db ys o m ee u r o p e 。sl e a d i n gl i g h t i n gm a n u f a c t u r e r s i th a sf l e x i b l ea n dl o w - c o s t a d v a m a g e s t h i sp a p e rd e t a i l e d l ya n a l y z e st h ea p p l i c a t i o na r e a , s t r u c t u r e ，e l e c t r i c a la n d c o m m u n i c a t i o ns p e c i f i c a t i o r l b a s e do nt h ed e e pu n d e r s t a n d i n go fe l e c t r o n i cb a l l a s t sa n dt h ed a l ip r o t o c o l ，t h ed i g i t a l d i m m i n ge l e c t r o n i cb a l l a s tb a s e do nd a l ih a sb e e nd e s i g n e d , f o c u s i n go np o w e rf a c t o r c o r r e c t i o nc i r c u i t , c o n t r o lc i r c u i ta n dt h el a m pb a l l a s to u t p u tc i r c u i tu n i t , s t a t ef e e d b a c kc i r c u i t t h et h r e e - s t a t e - f e e d b a c km e c h a n i s m so fe l e c t r o n i cb a l l a s t sa r ee l a b o r a t e di nt h i sp a p e r , s e p a r a t e d e s i g no fe l e c t r o n i cb a l l a s t si sp r o p o s e da n di m p l e m e n t e d b e c a u s et h et r a d i t i o n a ld a l i i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e mh a st w od e f c c t s o n ei st h et o os m a hc o n t r o ls c a l e , a n da n o t h e ri si t s d i f f i c u l tt oa c h i e v er e m o t ed i s t r i b u t e dc o n t r 0 1 ad a l i - b a s e di n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e mi sb u f l l k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tl i g h t i n gs y s t e m , d a l i ，d i m m i n g , e l e c t r o n i cb a l l a s t , t h r e es t a t e f e e d b a c k ，s e p a r a t ed e s i g n i i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝鎏盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 靴做储擗小彬辩醐：硝蝴莎日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 逝姿盘堂有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝江苤堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名厶气互劣 签字日期： 沙湃f 胡日 导师签名： 签字日期： 害。一无 川哗l 月g 日 浙江大学工学硕士学位论文数字调光电子镇流器的研究与设计 致谢 值此硕士论文完成之际，我衷心地感谢我的导师吴明光教授几年来在各个方 面给予我的关怀和帮助。在我的科研工作和论文写作过程中，吴老师始终给予了 精心的指导和热心的帮助。同时，吴老师认真、严谨、敬业的科研态度，广博的 知识使我受益匪浅。吴老师在日常的学习生活中给予我中肯的建议和指导，在我 两年半的研究生阶段乃至今后的人生道路中都始终是一种激励。 感谢已经毕业的师姐吴巍，师兄张岳军、刘彦鹏、倪彬斌、杨丕楠、陈波、 姚帅。你们在我的科研上给予了很大的指点和帮助，并且业务精通，处事严谨。 从你们身上我学到了很多。 感谢实验室的同学傅炜钢、安庆敏，以及师妹吴宁宁、师弟李化东、邵旭敏。 在你们身上我学到了不少新知识和新方法，你们对我学习和工作提出的中肯的意 见和建议使我能够更好更快地完成课题。 感谢所有教育过我和帮助过我的老师们，你们的谆谆教导是我一生中最宝贵 的财富。感谢我所有的朋友和同学，一起生活和学习的美好时光里，你们给予我 的真诚的鼓励和无私的帮助是终生难忘的。 最后，我要感谢父母和家人多年来在生活上无微不至的照顾和精神上的支 持，我的每一个足迹都离不开你们的默默付出，你们鼓励的目光永远是我前进的 动力。 仲玉芳 2 0 0 8 年1 1 月于浙大求是园 浙江大学工学硕士学位论文绪 论 第1 章绪论 1 1 研究背景 我们的祖先在很久以前就掌握了钻木取火的技术，不仅使人类摆脱了茹毛 饮血的生存状态，而且学会了用火来照明。当电能这种强大的能源被发现后， 人们便一直在寻找将其转变成光能的途径l l 】，1 8 7 8 年英国物理学家s i rj o s e p h w i l s o ns w a n 第一次实现了把电能变成光能，发明了世界上第一只真正的白炽 灯泡一比美国人t h o m a sa e d i s o n 早一年。t h o m a sa e d i s o n 并不是白炽灯泡 的发明者，但是他成功地实现了白炽灯照明的实用化和商品化，使自炽灯真 正成为人类可以方便使用的光源 2 1 1 3 1 。从此人们的照明摆脱了油灯、蜡烛的束 缚，变得五彩缤纷。 随着世界经济的发展，能源需求的增加，以及环境保护意识的增强，白炽 灯由于其发光效率低，能耗大，正逐渐被荧光灯、节能灯、l e d 半导体等高 效电光源取代，这一点也许是爱迪生没有想到的。 我国的能源供应形势随着经济的持续高速发展也日趋紧张，这种格局短期 内不会得到根本的改观。2 0 0 2 年，我国一次能源消费总量折合标准煤1 5 1 4 亿吨，其中煤炭占能源消费量6 6 8 ，煤炭的7 0 0 o 用于发电，人均发电量约 8 0 0 千瓦时，居世界第8 5 位，发电量的1 3 是照明用电。即使充分考虑节能 因素，2 0 2 0 年能源需求总量将高达3 0 亿吨标准煤，依据我国能源贮备结构的 实际状况，近期能源的老大非煤炭莫属。要满足这一需求，无论是增加国内 能源供应还是利用国外资源，都面临巨大压力。能源需求的快速增长对能源 资源的可供量、环境承担能力，以及国家能源安全提出了严峻的挑战。2 0 0 4 年，我国排放二氧化硫2 0 0 0 多万吨，燃煤造成的二氧化硫占总排放量的7 5 ， 二氧化硫导致的酸雨覆盖国土面积的3 0 以上，而酸雨区主要分布在人口密 集的经济发达地区，大大超过了环境容量，其负面影响是多方面的、长远的， 已成为构建和谐社会的一大隐患。 鉴于此，我国从1 9 9 6 年起开始实施绿色照明发展纲要。除了节能，绿色环 保以及健康功能也成为发展趋势。国务院发布的国家中长期科学和技术发 浙江大学工学硕士学位论文绪论 展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 ) ) ) 在分析我国经济持续发展面临的问题时指出，经济 增长过度依赖能源资源，环境污染严重。纲要提出经过1 5 年的努力，在 能源开发、节能技术和清洁能源技术取得突破，为建设资源节约型和环境友 好型社会提供科技支持。国家发改委在节能中长期专项规划中把绿色照 明列为“十一五”全国十大重点节能工程之一，照明节电是今后一段时期我 国节能工作的重点领域。规划确立的工作重点是：“在公共设施、宾馆、 商厦、写字楼、体育场馆、居民住宅中推广高效节能照明系统、稀土三基色 荧光灯”，“高强度气体放电灯及电子镇流器。节能中长期专项规划注重 可实现性，又不失前瞻性，提出的工作重点是在全面评估现有照明技术的经 济技术指标、技术成熟度、性价比等综合因素基础上作出的切合实际的正确 判断。 2 0 0 8 年6 月国务院就节能减排的具体要求和措施下发了国务院关于印 发节能减排综合性工作方案的通知，方案提出：到2 0 1 0 年万元国内生产总 值能耗由2 0 0 5 年的1 2 2 吨标准煤下降到1 吨标准煤以下，降低2 0 0 o 左右；“十 一五”期间，主要污染物排放总量减少1 0 ，到2 0 1 0 年，二氧化硫排放量由 2 0 0 5 年的2 5 4 9 万吨减少到2 2 9 5 万吨；今年推广高效照明产品5 0 0 0 万支，中 央国家机关率先更换节能灯等等。由此可见，照明节能是降低我国能源消耗、 保护环境的一个重要途径，而实施绿色照明的重点是开发节能光源和配套的 电器附件。 照明可分为自然照明和人工照明两大类。自然照明是指利用自然光线如阳 光、月光等自然光进行照明的方式，这种照明方式受到自然条件、时间、地点 的限制，存在着诸多不便和局限。人工照明是指采用化学光源或用电光源来实 现的照明方式。 电光源发展到今天，己经成为人类生活和生产活动中不可缺少的重要部 分。全世界目前有6 0 0 0 多种不同的电光源【4 1 。它的应用己深入到工业、农业、 交通、医学、科研、国防及人类生活的各个领域。从发光原理的不同可分为 三类：热致发光电光源，气体发光电光源，固体发光电光源。 热致发光电光源主要是指普通白炽灯以及其衍生产品卤钨灯。它们的特点 是显色性好、光色接近日光，照明和视觉效果较佳。另外结构简单，成本低 2 浙江大学工学硕士学位论文绪论 廉，体积也很小。以上这些优点使得白炽灯成为室内照明和应急照明的理想 选择。它的缺点是发光效率低，只有1 1 左右，而其余的能量则以热的形式 消耗掉。在“绿色照明一被越来越重视的今天，白炽灯这种“第一代电光源” 的主导地位己日渐式微，逐渐被其他节能型电光源所取代。 气体发光电光源是基于气体在放电管中放电，发出可见光原理的照明光 源，气体放电分为辉光放电和弧光放电两种。辉光放电工作电压高，电流密 度小，各种颜色的霓虹灯是辉光放电的典型应用。而弧光放电的电流密度大， 光照强烈，各种节能灯、荧光灯、汞灯、钠灯、金属卤化物灯都属于弧光放 电范畴。根据放电管中放电气体的气压不同，气体放电灯又可以分为低气压 气体放电灯和高气压气体放电灯，其中高气压气体放电灯又称为高强度气体 放电灯( h i g hi n t e n s i t yd i s c h a r g el a m p ) ，即我们常说的“h i d 灯”。低气压气 体放电灯的典型代表是荧光灯，它被称为“第二代光源一。霓虹灯、低压钠灯 也属于低压气体放电灯。而高压气体放电灯主要是指高压汞灯、高压钠灯 ( 1 i p s ) 、金属卤化物灯( m h l ) 这三种灯，它们被称为“第三代光源 。 目前正在不断探索研究的l e d 光源属于固体发光电光源。l e d 照明光源 与传统的照明光源相比较，有如下主要特点【5 l - 1 ) 效率高：由于l e d 的光谱集中于可见光区域，效率可达到8 0 9 0 ； 2 ) 能耗小、安全可靠：单体l e d 的功率一般在o 0 5 lw ，工作电压为 1 5 5 v ，工作电流为2 0 7 0 m a ； 3 ) 寿命长：单体l e d 寿命可超过1 0 0 0 0 0 小时，远远大于目前所有的电光 源。 早期的l e d 灯管发光光色单一，主要是红光、橙光和绿光，严重限制了 它的使用领域。1 9 9 6 年日本生产出白光l e d 之后，开辟了l e d 用于照明领 域的先河。白光l e d 得到了迅速发展，并在普通照明领域显示出良好的应用 前景。白色l e d 光源有望成为继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的 “第四代电光源 。但是在照明领域，固体光源如发光二极管、等离子体发 光器件等，与三基色荧光灯相比，无论是每瓦流明数、技术成熟度，还是综 合性价比均存在较大差距。固体光源目前还存在着单体功率偏小，发热严重， 价格昂贵等问题，所以固体发光器件要进入大规模实用阶段还有很长的一段 3 浙江大学工学硕士学位论文绪论 路要走。 图1 1 是一张电光源分类的图表【6 】，可以清楚的看到常见的各种电光源在 整个照明光源大家族中所在的位置。 图1 - 1 电光源分类图 由于白炽灯的光效低，能耗高，已逐渐被淘汰；而l e d 灯由于存在大量 尚待解决的技术难题，因此气体放电灯将是目前照明的主流产品，其中又以 荧光灯使用最广。 1 9 3 8 年发明的荧光灯使人类认识到气体放电的优越性，早期的荧光灯都 是直管形状( 1 i n e a r ) ，在灯的两端有两个电极，灯内部被抽成真空后充入少量 的汞和惰性气体，并且在灯管的管壁上覆盖了荧光粉。但由于早期的荧光灯 发出的光颜色偏冷( 白炽灯发出的光是暖色光) 以及体积较大等原因，导致其在 家用照明中一直不能取代白炽灯，而只能用在一些商用和泛光照明。许多年 以后，环形荧光灯( c i r c u l a r ) 的出现改变了传统直管荧光灯体积大的缺点。同时， 科学家发现通过改变荧光粉的材料可以得到与白炽灯相似的暖色光。1 9 7 4 年 荷兰飞利浦公司首先研制成功了具有三个窄发射带的荧光粉，即稀土元素三 基色荧光粉，将其按一定的比例混合可以制成色温为2 5 0 0 - 6 5 0 0 k 的任意光 色的荧光粉，其光效可达8 0 1 m w 以上。随后德国o s r a m 公司和荷兰p h i l i p s 公司推出了紧凑型荧光灯c f l ，使荧光灯在家用照明中真正开始取代白炽灯。 目前荧光灯正在全世界广泛使用，尤其在工业和商业照明领域，其他的照明 方式几乎都被排除在外。其高效能、光输出的持久性、颜色的多样性以及较 4 浙江大学工学硕士学位论文 绪 论 长的使用寿命使它成为上述照明领域中的理想选择。据估计全世界人造光源 所发出光的总量中，其中约8 0 是荧光灯所发出。 与白炽灯相比，气体放电灯有三个显著的优点：它们具有更高的光效，其 中3 0 0 0 , - 4 0 的输入电能可以转换为可见光1 7 1 ；具有更长的寿命，以荧光灯为 例，它的寿命可以是白炽灯的1 0 倍( 9 ，0 0 0 小时) ；具有很好的流明维持特性， 在整个寿命期间，流明维持率保持在6 0 - , 8 0 。 荧光灯是通过引燃灯管内稀薄汞蒸汽进行弧光放电，汞离子受激产生紫外 线，激发灯管内壁涂层荧光粉发出可见光。但是由于荧光灯工作的负阻特性 ( v i ) ，在使用时需配用镇流器件。 荧光灯电子镇流器产生于2 0 世纪7 0 年代末和8 0 年代初，到1 9 9 0 年得到 普遍认可和广泛应用。电子镇流器作为气体放电灯正常启动和稳定工作不可 缺少的重要附件，一直以来受到各国许多大专院校、科研机构的重视，都投 入了较大的力量进行科研、开发和生产。高频交流电子镇流器对电磁幅射干 扰、输入功率因数( p f ) 、波峰因数( c f ) 、可靠性等技术指标要求严格，所以高 频交流电子镇流器是一个技术含量高，涉及多学科知识( 如电路拓扑、电力 电子技术、电磁学、电光源、光学、电子元器件和计算机控制技术等) 的电子 产品。我国从8 0 年代起，一些大中企业、科研机构及大专院校也开始对高频 交流电子镇流器进行研究、开发，到九十年代初期才逐步推向市场。与发达 国家相比，国产高频交流电子镇流器的技术水平相对较低。 高效照明器材是照明节电的重要技术装备，但照明器材不仅仅局限于电光 源。光源是首要因素，已经为人们所认识，但电器附件( 如电子镇流器) 的 效率以及高效节电照明系统对照明节电的影响同样不容忽视，这一点往往不 为人们所注意。“节能”和“环保”两大主题是绿色照明的一个方面，另一方 面绿色照明还要满足对照明质量、视觉、环境条件等的更高要求。高效节电 照明系统体现以人为本，营造舒适、温馨、健康的生活工作环境，具有智能、 安全、方便的优点。 浙江大学工学硕士学位论文绪论 1 2 电子镇流器的国内外现状 1 9 7 3 年世界能源危机以后，各国纷纷致力于研发节能电光源，大量采用 节能产品。美国采用了紧凑型节能荧光灯取代白炽灯，荷兰菲利浦公司率先 推出三基色稀土细管荧光灯和高性能电子镇流器，立即引起各国关注。日本 也大规模发展新型荧光灯产品。目前，荷兰、美国、日本、意大利、德国的 发展较快，英国和俄罗斯也逐渐跟上来。 随着荧光灯的问世，最初采用的是电感镇流器加起辉器的镇流技术并且沿 用至今。电感镇流器的优点是结构简单，价格低廉、寿命长：缺点是功耗大， 光效与功率因数低，消耗大量金属材料，存在噪声和闪烁。1 9 7 8 年p h i l i p s 率 先推出电子镇流器以后，由于其节能、无噪声、无频闪等诸多优点得到迅速 应用，不久在电力、电子、通讯、仪器、电源电感器等各行业的共同努力和 攻关下，新一代节能型电感镇流器出现了，由于采用了新技术、新材料和新 工艺，它比传统的电感镇流器体积小、重量轻、自身功耗小、噪声低、抗高 频电磁辐射、抗电网干扰，另外也更节能，性能好的节能效果已经接近电子 镇流器的水平。 电子镇流器应用电源逆变技术，将工频交流转变为直流，直流再逆变为 4 0 7 0 k h z 的交流驱动荧光灯。一支4 0 w 荧光灯配套的电感镇流器耗电8 w ， 电子镇流器耗电3 5 w 。电子镇流器在4 0 7 0 k h z 高频下工作，有别于电感镇 流器的5 0 6 0 h z 。由于荧光物质振荡频率的增大，荧光灯高频下的光效可以提 高1 0 。在输出相同光能的情况下，两项合计综合节电2 5 。调光电子镇流 器按需提供最佳的照度，不仅向用户提供舒适的工作环境和温馨的生活氛围， 而且使综合节能提高到3 5 。此外，调光电子电子镇流还具备异常状态保护， 易启动，预热启动，高功率因数，消除闪烁避免视觉疲劳等一系列的优点。 因为电子镇流器专用芯片与调光电子镇流器专用芯片的制造成本相差无几， 第四代电子镇流器专用芯片大多把调光功能作为芯片的一项基本功能。 从技术上来说，国外电子镇流器发展经历了四个阶段： 第一阶段：电子镇流器由分立电子元件构成，采用滤波电路来获取直流电 压，其缺点是谐波含量过高，功率因数只有0 6 左右，输出直流电压不稳定， 影响灯管正常使用，缩短灯管寿命： 6 浙江大学工学硕士学位论文绪论 第二阶段：采用特制的集成电路，并用有源的功率因数校正l c ，有效地 抑制了谐波含量，使功率因数提高到0 9 9 ，电压、电源稳定，工作状态和照 度也很稳定，有利于灯管寿命延长。 第三阶段：是在第二阶段产品的基础上，增加了反馈、控制等附加电路， 完善了调光控制功能，配以单片机进行控制，一实现了更多的功能，属智能化 产品。 第四阶段：在第三阶段的基础是提高性价比，采用新技术提高集成度，减 少元件数量，提高性能，降低成本，同时向全数字化方向发展。 综上所述，国外电子镇流器已经解决了谐波含量、功率因数、预热启动、 异常保护、抗电网峰压、电磁兼容、可靠性和使用寿命等问题。1 9 9 3 年国际 电工组织i e c 也发布了电子镇流器的国际标准正c 6 0 9 2 9 ，终于使这一产品进 入了发展的辉煌时期。 在我国，电子镇流器的研制起步于八十年代后期，到九十年代初期才慢慢 推向市场。发展历程也分为三代产品： 第一代产品：是初级阶段产品，把倍压电路作为镇流器来使用。对产品宣 传上的提法是一开即亮，一端断路的废荧光灯管也能点亮，以此在电感式镇 流器面前标新立异，其实这种所谓的“电子镇流器”给灯管带来很大危害，使 灯管启动电流增大，电子发射速度加快，启动时灯丝严重发红，加速老化， 几十次开关下来灯管两端就发黑一大段，并使功率消耗增加3 0 ，4 0 w 的灯 管功耗可达6 0 w ，这样用不多久，这一套灯具就都报废了。此种劣质的“电子 镇流器”在市场上造成极坏影响，是百分之百不合格产品。 第二代产品：经过实践，不少科研和生产单位认识到电子镇流器的预热启 动和异常状态保护的重要性，并采取措施成功地解决了预热启动和异常状态 保护的功能，使其安全性和技术性能比第一代产品有了提高。从1 9 9 3 年国家 技术监督部抽查结果来看，合格率有了提高。 第三代产品：是按照1 9 9 5 年1 月1 日国家发布的电子镇流器国家标准研 制的高性能产品，有无源滤波、有预热、异常保护功能，主要采用分立元件， 性价比较高。 近年来，我国的电子镇流器得到了快速发展。2 0 0 4 年我国的电子镇流器 7 浙江大学工学硕士学位论文绪论 产量与传统的电感镇流器的产量基本持平，而电子镇流器的出口已超过电感 镇流器一倍。节能型电感镇流器占镇流器总产量的大约1 0 。国外已基本淘 汰了传统的电感镇流器，以电子镇流器和节能型的电感镇流器为主。 环保、节能、高效已成为世界照明产品发展的主题。“十一五 期间，我 国将加大推广绿色照明工程的力度，重点在公用设施、宾馆、商厦、写字楼、 体育场馆、居民住宅中推广高效节电照明系统。全国电子镇流器技术及市场 应用研讨会2 0 0 7 年九月在广州召开，与会代表普遍认为我国目前的荧光灯电 子镇流器技术已基本成熟，只要选择合格的电器元件，生产出达到国家标准 及“c c c ”要求的电子镇流器不成问题。但目前受市场环境的影响，市场上 低档电子镇流器的使用占了大部分，影响了电子镇流器在国内市场中的使用， 并产生了一些不良影响，今后还希望通过各方面的努力，使用户了解电子镇 流器，大力推广合格的电子镇流器在市场中的应用。 随着世界能源的紧张及节能意识在照明领域的提高，预计未来几年，电子 镇流器的产量将超过电感镇流器。目前，欧美已对传统的电感镇流器加以限 制，2 0 0 8 年北京奥运会工程也明确提出了绿色节能的概念，因此，优先选用 电子镇流器，将成为人们的共识。 综上所述，屯子镇流器的应用在我国还处在推广阶段，调光电子镇流器 的应用更是处于起步阶段，因此进行数字调光镇流器的开发研究就具有一定 的前瞻性。 1 3 课题意义 “绿色照明”将是我国未来照明市场发展的一个大趋势。现阶段，我国的 发电能力和人均用电量与发达国家仍有着很大的差距，因此，研制开发环保 节能技术、推广环保节能产品是一项重要工作。近年来，政府对于照明系统 设计和施工中的环保、节能问题也给予了高度重视。我国“绿色照明促进项 目”已经正式启动。在当前节能碱排的社会背景下进行本课题的研究有着重 要的意义。 1 3 1 节能、环保 三基色荧光灯与传统白炽灯相比具有明显的技术经济优势。例：白炽灯 8 浙江大学工学硕士学位论文 绪论 15 1 m w ，寿命15 0 0 h ，售价1 ￥：3 6 w 三基色荧光灯9 0 1 m w ( 考虑电子镇流器 耗电) ，寿命1 0 ，0 0 0 h ，售价1 0 ￥。暂不考虑荧光灯的寿命优势，电价按0 5 5 ￥k w h 计，1 0 0 0 0 工作小时中3 6 w 荧光灯较同等光能的白炽灯节电( 3 6 幸9 0 1 5 3 6 ) * 1 0 0 0 0 1 0 0 0 = 1 8 0 0 ( k w h ) ，节省费用1 8 0 0 0 5 5 - - - 9 9 0 ￥。两者相比，孰轻孰重 不言自明。就白炽灯而言，三基色荧光灯既节电、又省钱、还环保，因此逐 步淘汰白炽灯，用三基色荧光灯取而代之的拐点已经到来。2 0 0 3 年我国荧光 灯与白炽灯之比还处在l ：2 6 ，2 0 0 5 年则上升至l ：1 5 。美国环保局牵头的 绿色照明项目开始于1 9 9 1 年，截至1 9 9 7 年实现照明节电7 0 亿度，2 0 0 0 年实 现照明节电2 0 0 亿度。欧洲住宅照明耗电9 0 t w h ，预计存在3 0 节电潜能。 无论是美国还是欧洲，照明节电的主要技术手段是推广三基色荧光灯( t 8 、 t 5 ) 和高强度气体放电灯( 玎d ) ，以及高效节电照明系统j 通过测算，2 0 1 0 年我国的照明用电将在3 0 0 0 亿度以上。若使用照明节能 技术，可节电1 3 ，也就是1 0 0 0 亿度电以上。节电带来的好处是减少了煤的 用量，也就减少了二氧化硫的排放量，降低了核发电带来的核辐射，从而保 护了环境。 1 3 2 提供高效照明 要想提供高效的照明，一方面是开发更高能效的照明电光源，比如t 4 、 t 5 灯，l e d 灯等，另一方面还必须有高效节能的电器附件做保障，比如气体 放电灯用的配套电子镇流器。 1 3 3 延长光源的使用寿命 在自然光线较强时适当降低照明器材的功率输出，闲暇时段可以直接关闭 照明系统，这样不仅节能，而且能延长灯的使用寿命，降低使用成本。 1 3 4 注重易用性，提高舒适性、健康性和艺术性 “节能 和“环保 是照明的两大主题，最终体现的是以人为本，注重舒 适、健康的环境将仍是未来照明设计的指导思想。随着人们生活水平的提高 和观念的转变，照明质量不再以照度水平作为重要的、唯一的评价指标，除 要求满足照明的功能要求外，除要求操作简便，更注重艺术效果，如：光有 明暗和强弱的变化、光色冷暖和颜色的变化、被照物有立体感效果等。 1 3 5 提高操作的安全性 9 浙江大学工学硕士学位论文绪论 普通照明系统的开关是火线直接进开关盒，存在漏电、触电的危险