光源分类及调光方案

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1、光源分类及调光方案类别:个人日记 评论(0) 浏览 (1286) 2009-7-17 原创 窗体顶端标签： 设计 窗体底端电光源灯可以分成固体发光光源灯和气体放电发光光源灯二种：固体发光光源灯分类1） 白炽灯A 充气白炽灯a 卤钨灯b 非卤钨灯B 真空白炽灯2） 半导体灯-LED灯气体放电发光光源灯分类1） 孤光放电灯A 低气压放电灯a 荧光灯b 低压钠灯B 高气压放电灯a 高压汞灯，钠灯b 金卤灯2） 辉光放电灯霓红灯（氖灯）下面分别对主要电光源灯的特性作简单介绍1） 白炽灯白炽灯是最普通常用的电光源灯，它靠灯丝通电加热辐射发光，发光强度与通电电压幅度成指数函数关系。可见光占10%，红外线点

2、83%。因此它们的光效不高，一般在15lm/w。白炽灯的钨贡灯丝是电阻性阻抗，因而它的功率因数Cos=1，冷态时灯丝电阻值小于热态时的电阻值，冷态开启灯时的电流将是正常额定工作电流的7-10倍。白炽灯的开关无延时，可以即开即关。白炽灯可以调光，其范围可以从0%-100%，灯色变化很小。色温在27002900k,灯的显色性很好，显色性（Ra）可达95-99。对白炽灯降压调光可延长灯的寿命，降低灯的功率消耗。一般白炽灯寿命为1000多小时。白炽灯构造电压下降%亮度下降%功耗下降%寿命增加51052倍103015415402092） 卤钨灯卤钨灯是白炽灯内充有氟、氯、溴、碘卤素气体，当通电加热灯丝后

3、，灯丝蒸发出来的钨原子在灯泡壁附近与卤素化合形成卤钨化合物，当它扩散到高温的灯丝周围时卤钨化合物就还原分介成卤素和钨。钨就沉积到灯丝上，而卤素又扩散到灯泡壁，它又再去与钨原子化合，如此循环保护了灯丝不易被烧坏从而延长了灯的寿命可达2000小时。卤钨灯调光太低会降低卤钨循环，因此卤钨灯使用一定时要将电压加到额定值工作若干小时进行卤钨再生。卤钨灯的光效要比白炽灯高，可达25lm/w，发光也比较稳定。供卤钨灯的灯丝电源电压有几种，有市电220V，也有通过变压器降为36V低压的，因此卤钨灯的阻抗性能将因有无变压器而有区别。220V供电的灯是电阻性阻抗（阻抗），带有铁芯变压器的为电感性阻抗（感抗），如果

4、采用电子变压器的则为电容性阻抗（容抗），在配置调光控制器时就要十分注意。 3） 荧光灯荧光灯可分成直管形、环形和紧凑型三种，通常调光荧光灯一般都采用T8型（管径26mm）直管荧光灯。荧光灯是低气压孤光放电灯。孤光放电时产生紫外辐射去激发涂在壁内的荧光粉而发光，不同荧光粉就有不同的光色，荧光灯的可见光比白炽灯高达19%，红外线为41%，它的光效高达60lm/w，且发热小，气体放电在孤光放电区的伏安特性呈负阻特性（电压随着放电电流增加反而降低）因此必须在灯路中串联一只电感或电阻性的镇流器，用以限止电流无限增加烧坏灯 ，现在荧光灯镇流器已采用电子镇流器，它比铁芯镇流器有许多优点（改善了启动效果；提高

5、了功率因数；无闪烁现象；节能；体积小重量轻）。可调光电子镇流器是采用控制高频（大于20KHz）输出电压去激励荧光灯发光，改变输出频率就改变荧光灯的亮度，因此只要控制镇流器的输出就可以对荧光灯调光，目前控制电子可调光镇流器的控制信号有三种：A O-10VDC模拟 信号接口B DSI数字信号接口C DALI数字可寻址接口荧光灯适宜在环境温度20-25工作，环境温度在10或40时光通 为额定值的90%，60时光通 下降至65%，65时光通 只有额定值的60%。4） 金卤灯金卤灯也是孤光放电灯，它是将灯泡内有高强度汞气和稀有气体的汞灯再充有不同金属卤化物，用以产生不同光色。金卤灯加电压后，首先在主电极

6、和辅助极之间产生辉光放电，然后转移到主电极间形成孤光放电，放电时产生的热量使灯泡内的汞气和金属卤化物经过几分钟后全部蒸发，达到稳定发光，这就是金卤灯的启动过程，启动时不仅时间长（5到10分钟）而且启动电流是正常电流的1.2-1.5倍，另外全卤灯熄灭后不能马上再点灯，这是由于熄灯后灯泡内的离子迅速复合，但这时灯泡温度和蒸气压力仍然很高，不能使原离子电离形成孤光放电，需要间隔几分钟后（5-15分钟）才能启动。这是控制金卤灯开启必须注意的。金卤灯对外加的电压有一定要求，电压太低可能会熄灭或无法启动，电压低灯的光色也会发生变化，电压过高也会因灯功率过主高导致灯熄灭，为此要求镇流器使金卤灯工作在一定功率

7、和一定电压范围内。为了提高功率因数，通常金卤灯都带有补偿功率因数的电容器，如果要用前沿相控调光器去调光金卤灯必须将电容器移到调光器的前面，一般金卤灯的调光范围在50-100%，必须在加热10-15分钟后才能调光，灯全亮后要向下调光必须很慢。二次调光周期之间要有一个全亮输出使灯的放电回到正常状态，有专家认为对金卤灯调光会降低它的寿命。因此通常金卤灯用于开关控制。金卤灯的光效较高达50-60lm/w，色温在5000K，寿命长，显色性好。5） 霓红灯霓红灯是气体放电灯，它工作在辉光放电压，放电电流密度小，放电维持电压高，它是将涂有种颜色荧光粉的玻璃管抽真空后充入氩，氖等气体后制成，由于它的放电起辉电

8、压高于正常工作电压因此必须配有专用的高压（1500V）变压器。霓红灯可以瞬间启动和关闭，可以调光。6） 半导体发光二极管LED灯它是属于半导体PN结场致发光的灯，过去由于半导体材料和加工工艺的限制无法解决它的发光效率低、视角窄、光亮度低、颜色简单、产品质量不稳定的问题，近年来材料，工艺技术有了很大提高，产品质量有了提高出现了高亮度，不同颜色的发光二极管加上它体积小，寿命长，可靠性高低电高压低功耗等优点，用LED作为电光源有很大的发展前景。LED灯的开关响应速度很快可达0.1us。且无冲击电流。各种电光源灯技术性能表光源/参数白炽灯卤钨灯荧光灯节能灯金卤灯高压钠灯高压汞灯*LED灯功率范围W10

9、-1000300-20006-1005-40150-150035-100050-100010mA光效lm/w7.3-18.616.7-2126.7-5735-81.876.7-11064-14031.5-52.515亮度cd/m2107-108107-1081045-101045-71066-810610520-30相对色温k2400/29002800/33002500/65002700/64003600/43001900/210055003000/10000显色指数Ra95-9995-9970-80806523-403475启动时间/秒瞬间瞬间1-4秒10秒104-880.1us再启动时间/

10、秒瞬间瞬间1-4秒10秒10-1510-155-100.1us各种电光源特点和适用场所白炽灯结构简单，成本低，显色性好，使用方便，无需附件，调光性能良好，适用日常生活照明，剧场、舞台和应急照明。卤钨灯体积小，功率集中，显色性好，使用方便，可以带有降压变压器附件，适用电视播放，绘图、摄影照明。荧光灯光效高，显色性好，寿命长，适用家庭，学校、办公室、商业场所、医院、图书馆等。节能灯集白炽灯和荧光灯的优点，适用家庭、宾馆照明。高压汞灯光效高、寿命长、耐震，适用街道、广场、车站、建筑室外照明。金卤灯光效高、寿命长、显色性好，适用体育场馆、展览中心、游乐场所、广场、街道、车站等。高压钠灯光效高、寿命长、

11、透雾性强，适用道路、机场、车站、广场、体育场等。2 照明控制器照明控制器的主要功能是控制电光源灯的开关或亮度调节，对不同性质的电光源灯有不同的控制方法。开关控制方式比较简单，调光比较复杂。1） 开关控制器开关控制器有三种控制类型A 用大电流容量开关继电器作开关器件控制继电器开关的驱动线圈是直流低压小电流，大电流开关的触点密封在塑壳内，可以开关220V交流电流。B 用继电器或交流接触器的触点作开关器件交流接触器，它的驱动线圈是220V交流电源，接触器的开关触点可以承受较大的电流，最大可达200多安培，这种开关控制的方式一般前级都采用继电器开关去控制交流接触器的驱动线圈，然后控制交流接触器的触点开

12、关。见下图控制单元图继电器开关一般都是单极的而交流接触器是多极开关，因此可用于三相同时开关切换控制。C 用可控硅与继电器触点组合的开关器件用可控硅作开关器件，也就是通过控制可控硅的通断来控制灯路的开和关，避免继电器触点在开关时产生电火花损坏触头，特别在开关大电流负载时，采用可控硅与继电器组合型式的开关控制器如下图所示：l 正常灯路电流是通过K1，K2开关继电器接通的，不通过可控硅T。l 灯路的开始接通，或接通后的断开是靠可控硅T来完成，不靠K1，K2来开关。接通灯路顺序关断灯路顺序合上K2导通T（灯路软接通）合上K1（K1继电器触点闭合）断开T，（让电流通过K1继电器导通）导通T断开K1断开T

13、（灯路软断开）断开K2最后灯路状态为：K1，K2合上，T断开最后灯路状态为：K1，K2断开，T断开开关控制器的电路结构原理如下图所示L1共模电感，用于扼制从主电源上传输来的电干扰信号K1热磁空气断路器，用于防止灯路过载或短路，保护通道中的继电器开关触点K2旁路开关，用于应急点灯（DDRCMOT有）R继电器，通道开关控制器件S直流电源，为CPU和微电子集成电路提供电源CPU微处理器，控制器的主控器件，分别控制各继电器的开和关BB220V主电源排，为各开关通道提供220V主电源BUSRS485数据总线，控制器与其它部件之间的信息通路Lamp灯，控制对象现在推出一种体积较小的DIN标准导轨式结构的继

14、电器开关控制器（DDRC）、它的电路原理结构如下图所示。 多路无电源输入，多路开关控制输出 每一通道有一只开关继电器，CPU分别控制每个通道的开关。无热磁空气断路器保护。 控制器上220V主电源输入仅通过AC/DC变换成 12VDC输出仅供CPU及微电子集成电路的电源用。不为开关通道提供220V电源。2） 调光控制器调光控制器的调光方式根据电光源灯的工作性能有所不同，目前有三种方式：A 直接调节输出电压幅度的有效值对灯进行调光，如相控调光，正弦波电压调光。B 通过电光源灯的辅件（镇流器或变压器）进行调光，如荧光灯调光，低压卤钨灯调光。C 采用低电压脉宽调制（PWM）波去调光如LED灯要求调光器

15、能达到 调光输出电压稳定，无闪烁现象 调光器件功率损耗小，效率高（98%） 调光器输出与灯的阻抗匹配。 由于调光而产生的谐波干扰小 体积小重量轻 价格便宜A 相控调光器相控调光器是以不同相位角切割正弦电压波的幅度大小，从而改变输出电压的有效值去调节灯的亮度，这时灯的电压波形已不是一个完整的正弦波而是一个被切割的非正弦波，按照切割方法又可分为前沿相控调光和后沿相控调光。前沿相控调光采用的调节器件为可控硅，后沿相控调光采用IGBT晶体管，如今有的公司已有专利用IGBT管组成前沿相控调光。只要在调光器的输出端加上一个电流电压检测电路，就可检测出负载性质是相位超前还是落后，调光器在几个正弦波周期内检测

16、到灯路的负载抗性质然后就自动改换成适应的调光方法。不管前沿相控还是后沿相控，切割正弦波后就会产生高次谐波，白炽灯调光当在90切割正弦波导通时三次谐波占53.7%，45时占17.2%。这种高次谐波将会干扰和影响电源系统或影响其它电子设备的工作，因而必须采取措施扼制。目前在可控硅调光器中用得最普通的是铁磁芯电感（chock）。IGBT晶体管调光器中可以通过电路改善切割的斜度，因而可以不用Chock。可控硅相控调光控制器的电路结构原理如下图所示：L1共模电感用于扼制从主电源上传输来的电干扰。K1热磁空气断路器用于防止灯路过载或短路保护通道中的可控硅或晶体管器件K2旁路开关用于应急点灯L2chock用

17、于扼制相控调光时产生的高次谐波D调光控制器件可控硅或IGBT晶体管S直流电源用于为CPU和微电子集成电路提供电源CPU微处理器用于控制调光器BB220V主电源为控制器通道输出和控制本身器件提供电源Lamp灯主控对象Bus数据总线用于为控制器提供命令数据通信可控硅前沿相控调光方法如下图所示： 按调光量的要求CPU求得相对应的导通控制角 从正弦波零度开始计算导通控制角 按控制要求在到达角度时触发T1可控硅被导通，切割正向的正弦波，产生相应幅度的电压输出 =180时正向导通的可控硅T1被反向电压截止 180后可控硅T2在反向控制角导通，切割反向正弦波。 =360时反向导通的可控硅T2被正向电压截止

18、如此循环产生正负二个被切割的正弦波Uout=UinSin2/2 (-)/1/2(0)=0Uout=Uin=Uout=0IGBT晶体管后沿相控调光器调光方法如下图所示：采用二支IGBT晶体管控制正弦波的正负半周的波形 按调光量的CPU求得相应的角 过零点IGBT1管开始导通正弦波的正半周 到达角时IGBT1管被截止，正弦波正半周被切割 过180后IGBT2管开始导通正弦波的负半周 到达180 角后IGBT2管被截止，正弦波负半周被切割 调光器输出电压幅值为：Uout=Uin/-(sin2/2)1/2(0)=0Uout=0 =Uout=Uin前沿相控与后沿相控切割正弦波的方法有点不同，前沿相控在切

19、割正弦时电路从断开到导通，输出电压从0开始突变成Vout，而后沿相控切割正弦波时晶体管从导通到截止，迫使原本电路中流通电流突然降为0，这两种切割方式对灯的负载阻抗性质有要求，前沿相控适合于电阻或电感性负载，而后沿相控更适合于电阻或电容性负载。B 正弦波电压调光控制器正弦波电压调光控制器它的输出波形仍保持为50Hz正弦波，使控制器相当于一台电子的自耦变压器，由于输出是正弦波，因而它适合各种类型灯的调光包括带有补偿功率因素电容器的金卤灯。电路的基本工作原理是对输入主电源正弦电压波按一定频率对每个电压点进行数据采样，按照控制输出幅度要求对采样波形进行计算处理产生一个相对应幅度的输出电压点。将各个采样

20、处理后的电压波经过泸波形成一个与输入正弦电压波同相位点的输出正弦电压波。C 高频电子镇流器荧光灯调光器所谓高频电子镇流器的调光器不是直接去控制电光源灯而是通过控制辅件电子镇流器去控制灯的调光，主要用于各类孤光放电的荧光灯，高频电子镇流器荧光灯调光器相当于一个开关继电器控制器再附加一个0-10VDC/SDI的控制信号输出。电子镇流器有二对输入线和二对输出线：(1) 输入线：a 由开关继电器控制的220V交流电源，供镇流器用的电源。b 控制灯调光的低电压控制信号，通过控制镇流器去调光荧光灯亮度。控制信号有三利型式l 0-10VDC模拟信号l DSI数字控制信号l DALI数字可寻址信号(2) 输出线：供荧光灯点灯和调光的主电源线下表是50WT8荧光灯用电子镇流器0-10VDC调光时灯管技术数据的变化情况控制电压10V8V6V4V2V1V线电流mA2452251671086964灯电压V111115130160170165灯电流mA455395230852014阴极电压V1.62.03.14.5417417灯频率KHZ435066717272灯亮度%9687602764