基於微控制器PICl6F628實現數字調光電子鎮流器的設計

基於微控制器PICl6F628實現數字調光電子鎮流器的設計

王守志 , 毛興武 發表於 2020-12-04 09:55:43

引言

可調光螢光燈電於鎮流器具有明顯的節電效果，故在近幾年中得到了迅速發展和應用。螢光燈是一種低壓氣體放電燈，是非電阻性負載。因此，螢光燈調光控制技術要比白熾燈調光複雜得多。螢光燈調光技術分模擬調光和數字調光兩種類型。對於緊湊型節能燈檯燈的調光，通常採用模擬技術。而對於用於家庭、辦公室、商場、車間等場所照明的調光螢光燈，則採用數字調光方案。數字調光電子鎮流器，代表了該照明電器未來發展的方向。

螢光燈調光通過調節燈管功率實現。燈功率調節又有兩種方法：一種是調節頻率改變鎮流器輸出級LC網絡的阻抗來調節燈電流，從而改變燈功率和燈亮度；另一種是通過凋節燈電流與燈電壓之間的相位，來調節燈功率。IR公司生產的調光鎮流器IR21592／IR21593，則採用相位調光方案。

1 數字可尋址照明接口（DALI）

數字可調光電子鎮流器需利用DALI。數字可尋址照明接口（DALI）國際標準prIEC929，是一種在兩線網絡上去接口照明裝置的通信協議和方法。DALI協議為16位，支持高達64個鎮流器各自的尋址，16組群被播散到整個照明網絡上。除協議之外，DALI還支持光衰減、對數調光、現場實況和故障檢測。

對於全部照明環境，DALI允許不同的控制和管理。DALI利用同一個控制系統，可以控制（發送和接收）64個不同的電子鎮流器。發射指令既可以到達單個鎮流器，也可以到達一組鎮流器，並實現從100％到l％的調光範圍。通過數字控制，可根據不同的照明需要精密調節光電平。DALI包含256個亮度等級和一個對數調光曲線，如圖l所示。在較低的光電平上易於更好地控制，而且對人的眼睛也更加敏感。

2 數字調光電子鎮流器設計方案

2．1 數字調光電子鎮流器的組成

數字調光電子鎮流器組成框圖如圖2所示。該方案主要包括3個部分，即基於控制器L6561的有源功率因數校正（PFC）升壓預變換器，基於控制器IR21592的鎮流器電路和數字調光控制電路。此外，還包含輸入EMT濾波器、橋式整流器以及保護電路。數寧控制電路提供DALI和軟體，鎮流器可以直接連接到DALI 2一線輸入或其所依從的系統。利用RS232／DALI變換器連接到PC，目的是用於演示。微控制器PICl6F628控制基於IR21592的鎮流器電路，IR21592依據從微控制器接收的信號控制鎮流器電路。

2．2 微控制器與外界及IR21592之間的通信

微控制器在DALI和IR21592之間充當一個界面。微控制器與外界的通信利用TX和RX兩個信號實現。TX是從網絡發送到微控制器的信號，RX是從微控制器發送到網絡的信號，如圖3所示。一個數字接口保證在DALI輸入與鎮流器輸出級之間的高壓隔離。

在微控制器PICl6F628與IR21592之間的通信利用4個信號完成。其中，從PICl6F628腳9發送到IR21592腳4的信號用於調光，從微控制器腳10發送到IR21592腳9的信號用於鎮流器關閉或導通，在PICl6F628腳ll和腳12上接收的信號用於故障檢測。微控制器控制IR21592的3個引腳。即腳4（DIM，控制燈亮度）、腳9（SD，有源高電平使IR21592關閉）和腳7（FMIN，邏輯「0」使IR21592禁止）。

IR21592腳4（DIM）需要0．5～5V的模擬調光電壓，相應的燈功率電平為1％～100％。在O．5V的輸入上，燈電流相位移最大，燈功率最低，燈光最暗；在5V的輸入時，對應最小相位移和最大燈功率，燈輸出為「滿光」（100％）。PICl6F628腳9輸出一個PWM信號，通過R25和C17濾波轉換為模擬電壓輸入到IR21592的腳4（DIM），提供256個不同電平的電壓。瘦子從數字調光需要，輸出電壓為對數而不是線性關係。在較低光電平上由於趨於線性，人的眼睛對於其更加敏感。最低燈功率和最大燈功率，可由IR21592腳6（MIN）和腳5（MAX）上外部電阻設置。

2.3 軟體

DALI執行軟體容量較大，圖4所示為軟體在簡單形式下的流程圖。詳細的原始碼密封在CD中，可供設計時使用。

在程序從初始化啟動之後，微控制器被置於環路中，並對輸入數據進行檢查。如果接收到有效數據，並且地址與鎮流器確定地址匹配，組群與確定組群成員匹配，或者數據是一種廣播命令，則被過濾和篩選。命令被分為標準和專用兩種類型。在經過濾和篩選後，程序立即定向於適當的命令並執行。所有命令共分4類，即弧光功率控制命令、配置命令、查詢命令和專用命令。弧光功率控制命令通常用於照明系統，這類命令佔用信號被發送到鎮流器控制器，並經脈寬調製調節光電平；配置命令用於鎮流器設置，其中包括最大和最小燈光門限、減弱時間和速率及現場電平等，並且數據通常被存儲在EEPROM區域中並被保持；查詢命令為從鎮流器得到反饋而被利用，通過適當的查詢命令，可以獲得光衰減、燈管、一般故障和功率等方面的信息；專用命令是唯一的，這類命令對地址不受影響。在DALI上的所有鎮流器都響應於一個專用命令。

2．4 DALI與微控制器之間的連接

微控制器與DALI之間的連接通過光耦合器實現，如圖5所示。利用光耦合器，由DALI兩線輸入變為4個信號。這4個信號，一個是通信使能信號（ENABLE），一個是發射信號（TX_DALI），一個是接收信號（RX—DALI），還有一個是接收一驅動信號（RECEIVE—DRIVE）。其中，發射信號和接收信號直接影響在DALI上的電平。利用通信使能信號和接收一驅動信號控制通信電路，可使鎮流器獲得非常低的功率。在正常工作期間，PICl6F628利用通信使能信號可使通信電路激活。當數據開始向鎮流器發送時，通信使能信號電流低於100μA。為精確傳送數據，該電流是不足夠的。為使信號通過隔離有一個良好的傳送，維持接收一驅動信號，需將電流上升到O．5mA以上。為傳送所有數據，接收一驅動信號，使能時間足夠長，爾後才截止，如圖6所示。該方法可以有效地減小功率與電流消耗。

為檢測輸入數據，PICl6F628內建比較器設置門限電平。該數據檢測門限被設置在PICl6F628的腳l（RA2）上。為接收DALI上的高電平邏輯，在微控制器上將其轉換為5V的邏輯，並在DALI上轉換為高電壓邏輯電平。

2．5 微控制器供電

在燈管觸發之後，PIC16F628腳14（VDD）上的供電電流由鎮流器半橋輸出上的電荷泵電路提供。微控制器在正常工作期間，內部頻率為4 MHz。當IR21592腳9（SD）上的電壓VSD》2V時，半橋截止，電荷泵電路失能，PICl6F628腳14（VDD）上的電流由橋式整流輸出經高阻值電阻（270 kΩ）供給，微控制器進入睡眠模式，消耗非常小的電流。欲喚醒微控制器使其重新開始工作，需要供給足夠的電流。圖7所示為在燈被關斷時的通信信譬。

3 數字調光36W/T8螢光燈電子鎮流器實際電路

基於IR21592並由微控制器PICl6F628控制的32W/T8螢光燈數寧調光電子鎮流器實際電路如圖8所示。該數字調光電子鎮流器AC線路輸入電壓範圍為185～265V，輸入電流總諧波失真（THD）2V，則履行關閉保護；四是過溫度保護，只要IC2結溫TJ》165℃，則進入故障保護模式。在故障保護模式，振蕩器截止，半橋電路停止工作，功率開關S2、S3均被關斷。

4 結語

本文介紹的32W/T8螢光燈數字調光DALI電子鎮流器，使用了微控制器PICl6F628。微控制器在調光鎮流器控制器IR21592與DALI之間充當一個界面。數字調光DALI電子鎮流器設計方案包括基於L6561控制器的PFC升壓電路和基於IR21592控制器的鎮流器電路，同時還包含PICl6F628微控制器和為連接DALI的光耦器隔離電路。這種數字調光電子鎮流器的調光範圍為1％～100％，並具有完善的安全保護功能和高效率與高功率因數。

責任編輯：gt

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