led隧道照明工程无级调光方式
公路隧道照明的目的在于保证車(chē)辆舒适、安全地穿越隧道，因此公路隧道照明的基本要求是根据外部环境，提供与之相适应的照明，以满足人眼的适应曲線(xiàn).
國(guó)际照明學(xué)会（ＣＩＥ）将隧道照明定义為(wèi)接近段、入口段、中间段、出口段四个照明段，其中隧道入口照明分(fēn)為(wèi)阈值段、过渡段，阈值段是為(wèi)了消除黑洞现象，让驾驶人员能(néng)在洞口辨认障碍物(wù)（标准高２０ｃｍ）。為(wèi)了避免阈值段照明与隧道内照明之间的强烈变化，设置过渡段照明，将隧道内照明水平逐渐下降，以达到隧道内基本照明亮度.
公路隧道照明调光控制是满足不同亮度环境、交通环境下的照明要求，实现隧道内各區(qū)段照明亮度平滑过渡，从而达到既满足隧道的照明亮度要求，保证行車(chē)安全，又(yòu)节省能(néng)源的目的。
目前，公路隧道内使用(yòng)的灯具主要有(yǒu)：荧光灯、高压钠灯、金卤灯、ＬＥＤ灯等。荧光灯可(kě)实现无级调光，但其光效较低，调光时易产生高次谐波，对電(diàn)网造成干扰；高压钠灯、金卤灯调光幅度很(hěn)小(xiǎo)，一般不在无级调光系统中应用(yòng)；随着科(kē)學(xué)技术的发展，ＬＥＤ灯开始进入公路隧道照明领域，一种采用(yòng)ＬＥＤ灯无级调光控制的隧道照明系统应运而生，他(tā)的出现，使得公路隧道照明质量与节能(néng)又(yòu)向前迈进了一大步。文(wén)章针对研究ＬＥＤ灯无级调光控制系统中应考虑的问题及解决方案作初步研究。
2 ＬＥＤ灯调光控制模式
目前，ＬＥＤ灯调光控制模式主要有(yǒu)以下三种调光控制模式。
（1）无极调节方式：通过控制ＬＥＤ灯電(diàn)源的输出電(diàn)流，调节ＬＥＤ灯的亮度，可(kě)实现２５６级亮度调节；
（2）灯管阵列控制：通过关闭或点亮ＬＥＤ灯具中某一列或多(duō)列灯管调节亮度，调节级数与灯具中控制阵列数相关；
（3）灯群组控制：通过灯具地址编码，可(kě)实现关闭或点亮奇数灯具，关闭或点亮偶数灯具，关闭或者点亮所有(yǒu)灯具，实现亮度调节。
灯管阵列控制盒灯群组控制，其控制原理(lǐ)决定了其亮度调节分(fēn)级受到一定数量限制，可(kě)应用(yòng)于对亮度调节分(fēn)级不多(duō)的LED照明工程中。无极调节方式可(kě)实现２５６级调光，调光级数多(duō)、范围大，可(kě)应用(yòng)于对亮度调节级数要求较多(duō)的ＬＥＤ照明控制工程中。灯管阵列控制、灯群组控制由于分(fēn)级层数较少，不易实现隧道内照明的平滑过渡，不能(néng)有(yǒu)效遏止隧道照明的電(diàn)能(néng)浪费；因此，文(wén)章主要介绍无级调节方式。
3 ＬＥＤ灯无级调光控制方式
（1）電(diàn)压控制電(diàn)流源（ＶＣＣＳ）亮度控制方式（模拟信号控制電(diàn)流平均值模式）模拟信号控制電(diàn)流平均值模式就是利用(yòng)直流信号電(diàn)压来控制输出電(diàn)流平均值变化的一种输出電(diàn)流可(kě)控電(diàn)源。它直接将電(diàn)流信号取样后经隔离放大控制電(diàn)源初级开关管的占空系数，隔离变压器将不同占空系数的電(diàn)能(néng)隔离后转换為(wèi)直流脉冲電(diàn)流，经低通滤波器滤波后转换為(wèi)大小(xiǎo)随控制信号变化的直流電(diàn)流，从而控制電(diàn)源的输出電(diàn)流。该電(diàn)源的损耗主要包括初级损耗、变压器损耗和次级整流、滤波损耗，電(diàn)源效率相对较高，加入ＰＦＣ（Ｐｏｗｅｒ ＦａｃｔｏｒＣｏｒｒｅｃｔｉｏｎ）后一般效率在８５％左右。目前，这种亮度控制方式已在部分(fēn)公路隧道ＬＥＤ灯照明无级调光控制中得以应用(yòng)。
（2）脉冲宽度调制（ＰＷＭ）亮度控制方式（ＰＷＭ模式）ＰＷＭ模式的ＬＥＤ亮度控制方式是利用(yòng)直流稳压電(diàn)源先输出恒定電(diàn)压，然后经过限流電(diàn)阻或電(diàn)感限流后，再通过ＰＷＭ方式控制晶體(tǐ)管在单位周期内的导通时间来控制流过ＬＥＤ的電(diàn)流，从而达到控制ＬＥＤ亮度的目的（如图４所示）。该電(diàn)源的损耗主要包括初级损耗、变压器损耗、次级整流、滤波损耗、限流電(diàn)阻或電(diàn)感和续流二极管损耗和工作于开关状态的晶體(tǐ)管损耗；与前一种相比，電(diàn)源效率较低，加入ＰＦＣ后一般效率在７５％左右.
在ＰＷＭ模式调光中，ＬＥＤ正向電(diàn)流以减少的占空比在０％~１００％间转换，以进行亮度控制。然而，ＰＷＭ模式调光信号的频率一般应大于１ｋＨｚ，以免出现闪烁或抖动。為(wèi)尽可(kě)能(néng)降低闪烁或抖动，高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。但更高的调光频率将大幅缩小(xiǎo)驱动的调光范围，进而降低系统的最大亮度。高频ＰＷＭ模式调光主要有(yǒu)固定频率、时间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式ＬＥＤ调光方式，根据大量制造商(shāng)对三种不同配置的性能(néng)实验数据，采用(yòng)带磁滞降压ＬＥＤ驱动器的并行调光方案在高调光频率具有(yǒu)很(hěn)宽的调光范围。固定导通时间ＬＥＤ驱动器是固定频率操作和磁滞控制之间的一个较好的权衡，采用(yòng)这种驱动器进行并行调光也可(kě)以在高调光频率下获得大的调光范围。
（3）采用(yòng)電(diàn)阻和晶體(tǐ)管限流亮度控制方式（限流模式）采用(yòng)限流模式的ＬＥＤ亮度控制方式是利用(yòng)直流稳压電(diàn)源先输出恒定電(diàn)压，然后经过限流電(diàn)阻限流后，再通过工作于放大區(qū)的晶體(tǐ)管来控制流过ＬＥＤ的電(diàn)流，从而达到控制ＬＥＤ亮度的目的。该電(diàn)源的损耗主要包括初级损耗、变压器损耗、次级整流、滤波损耗、限流電(diàn)阻损耗和工作于放大區(qū)的晶體(tǐ)管损耗；与前两种相比，電(diàn)源效率最低，加入ＰＦＣ后一般效率在７０％以下。这一亮度控制方式電(diàn)源能(néng)耗损失较大，多(duō)用(yòng)于对能(néng)耗要求不高的灯饰亮化场所，且更多(duō)地用(yòng)于小(xiǎo)功率ＬＥＤ的亮度控制。
4 控制信号传输方式
（1）采用(yòng)ＤＣ ０～５Ｖ模拟電(diàn)压信号进行传输这种传输方式的优点是控制線(xiàn)路简单，控制信号传输距离遠(yuǎn)；為(wèi)了确保ＤＣ ０～５Ｖ的模拟電(diàn)压控制信号有(yǒu)足够的传输距离，ＬＥＤ驱动電(diàn)源设计时，可(kě)通过将ＬＥＤ驱动電(diàn)源设计成電(diàn)压控制電(diàn)流源形式，控制输入端為(wèi)高输入阻抗，以确保控制信号的長(cháng)距离传输。根据测试结果，控制输入端的输入阻抗高达１０８及以上，每盏灯在５Ｖ控制電(diàn)压时的控制電(diàn)流為(wèi)５１０－８Ａ，在長(cháng)距离传输时電(diàn)缆首尾压降可(kě)控制在一个较小(xiǎo)值的范围。以一条隧道需同时控制５０００盏灯為(wèi)例，若始末端灯具的控制電(diàn)压降不得大于０．０５Ｖ（偏差≤１％），则系统的控制距离计算如下：
Ｓ＝Ｖ/（ＮＩｃＲ）
式中：Ｓ為(wèi)可(kě)同步控制灯具亮度的距离，单位為(wèi)ｋｍ；Ｎ為(wèi)灯具数量，按５０００盏计算；Ｉｃ為(wèi)控制输入端在５Ｖ时的控制電(diàn)流，取５１０－８Ａ；Ｒ為(wèi)１．５平方控制線(xiàn)每公里的線(xiàn)阻，為(wèi)１１．６９４/ｋｍ；Ｖ為(wèi)控制線(xiàn)上允许的最大電(diàn)压降，取０．０５Ｖ。
由此计算出系统可(kě)同步控制的距离為(wèi)：
Ｓ＝０．０５/（５０００ ５０１０－９１１．６９４）＝１７．１ｋｍ这表明采用(yòng)ＤＣ ０～５Ｖ的模拟電(diàn)压信号进行传输去控制ＬＥＤ灯具，可(kě)实现较長(cháng)距离道路和隧道照明的控制需求。
（2）采用(yòng)数字信号进行传输采用(yòng)数字信号传输方式传输控制信号可(kě)采用(yòng)ＲＳ－４８５或ＤＭＸ５１２通讯协议，将控制信号送至相应灯具的電(diàn)源内，再由解码芯片解码后转换為(wèi)脉冲宽度调制信号或经Ｄ／Ａ转换成模拟信号，去控制ＬＥＤ回路中开关三极管的导通时间或限流三极管的基极電(diàn)流，从而达到控制ＬＥＤ驱动電(diàn)流的目的。它们的优点是控制方式灵活，可(kě)实现中控室与每盏灯具之间的相互通讯，从而可(kě)让中控室随时了解每盏灯具的工作状态。目前在灯饰亮化场所，这种信号传输方式已得到广泛得应用(yòng)，但这种通讯方式的缺点是传输距离短，信号易受干扰，终端接点的数量有(yǒu)限。如果要求中控室能(néng)够了解每盏灯具的工作状态，理(lǐ)论上ＲＳ－４８５最多(duō)可(kě)控制１２８盏灯，ＤＭＸ５１２最多(duō)可(kě)控制５１２盏灯。
ＲＳ－４８５或ＤＭＸ５１２通讯协议理(lǐ)论上的传输距离均可(kě)达１２００ｍ，但在实际使用(yòng)过程中，為(wèi)了确保系统通讯的可(kě)靠性，通常不大于２５０ｍ；当控制線(xiàn)路距离大于２５０ｍ时，需添加中继器。考虑到通讯的可(kě)靠性，在公路隧道内中继器的级联数量一般不应超过２个。根据试验数据，采用(yòng)数字通讯方式传送控制信号，為(wèi)保证照明调光系统可(kě)靠，每通道传输距离应控制在７５０ｍ以内。
采用(yòng)微波通讯的方式传输控制信号。由于微波在狭窄的隧道内传输时，会受到隧道壁以及隧道内众多(duō)机電(diàn)设备、汽車(chē)的反射，造成接收端真假信号难以甄别，从而容易导致控制失灵。
電(diàn)力载波通讯方式传输控制信号。由于通讯回路中负载众多(duō)且较為(wèi)集中，灯具中ＰＦＣ的脉冲信号会对动力線(xiàn)造成一定的高频污染。对于亮度可(kě)控型灯具，在３０％以下功率使用(yòng)时ＰＦＣ将失去作用(yòng)，谐波会相对增大，从而严重干扰信号传输，谐波干扰是影响低压電(diàn)力载波通讯发展的重要因素。
（3）同种规格灯具的互换性采用(yòng)ＲＳ－４８５或ＤＭＸ５１２通讯协议传输控制信号，要求每盏灯具内要有(yǒu)相应的地址代码，至少应确保隧道加强照明和基本照明的地址不同，以便于分(fēn)别控制其灯具功率；如果要求各段分(fēn)别控制，则通常需要５～６种地址代码，这种為(wèi)灯具编码的方式会使灯具的互换性下降，同时给灯具的运营维护带来一定困难。
采用(yòng)ＤＣ ０～５Ｖ的模拟電(diàn)压信号来传输控制信号，对灯具编址等没有(yǒu)要求，可(kě)对不同规格的灯具同时实现调光。
5 无级调光控制方式的性能(néng)比较
无级调光控制方式的性能(néng)比较主要应从调光范围、電(diàn)源效率、信号传输性能(néng)三个方面进行考核。
（１）调光范围：在電(diàn)源的调光方面，最重要的两项指标是调光范围和電(diàn)源效率。上述三种调光方式在５％～１００％的功率范围内均连续可(kě)调。
（２）電(diàn)源效率：在電(diàn)源效率方面，采用(yòng)模拟信号控制電(diàn)流平均值模式的ＬＥＤ亮度控制方式效率最高，為(wèi)８５％；ＰＷＭ亮度控制方式、限流模式的ＬＥＤ亮度控制方式，電(diàn)源效率均较低，一般小(xiǎo)于７５％。
（３）信号传输性能(néng)：采用(yòng)ＤＣ ０～５Ｖ的模拟電(diàn)压信号进行传输，可(kě)控制５０００盏以上ＬＥＤ灯具，其传输信号有(yǒu)效控制距离可(kě)达１７ｋｍ。采用(yòng)数字信号进行传输，ＲＳ－４８５可(kě)控制３８４盏ＬＥＤ灯，其传输信号有(yǒu)效控制距离為(wèi)７５０ｍ；ＤＭＸ５１２可(kě)控制１５３６盏ＬＥＤ灯，其传输信号有(yǒu)效控制距离可(kě)达為(wèi)７５０ｍ。
采用(yòng)ＤＣ ０～５Ｖ的模拟電(diàn)压信号，ＬＥＤ灯具的互换性高；采用(yòng)数字信号进行传输，灯具的互换性较差。
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