一、关键词名词解释

（1）可控硅（SCR）：正式名称是反向阻断三端晶闸管,简称晶闸管(thyristor)

（2）绝缘栅双极晶体管(insulated gate bipolar transistor,IGBT)：新一代半导体电力开关器件,是一种复合器件,其输入部控制部分为MOSTER,输出级为双极结型三极晶体管。

（3）IGBT正弦波调光器：采用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)做大功率器件,将输入有正负弦谐振波的交流电和电压变成输出无谐振波的交流电和电压称为连贯性正弦波的调光器.

二、可控硅调光器的工作原理

在论述正弦波调光器的工作原理之前，首先回顾一下可控硅调光器的工作原理。如下图所示：

图1 可控硅调光器的主回路原理图

ui 输入电源电压，在我国为220V。uo调光器输出电压，外接灯泡。S1，S2 两个可控硅或一个双向可控硅。控制电路在交流电压过零点后延迟一个相位角去触发可控硅S1导通，直到下一个过零点可控硅被反相截止，下一个相位角再触发可控硅S2导通，直到再下一个过零点又被反相截止，这样周而复始地工作。

输入和输出波形如下：

图2 输入电压电流随时间变化的波形

注：为使波形图整齐，纵坐标采用%，最大100%，最小 -100%。横坐标采用°/周期，最大360°/周期。原因是这些波形适合一个宽广的电压和频率范围。如果给定一个固定电压和频率，其适用范围将很小。

图3 可控硅调光器的输出波形

这种输出电压波形在触发点处有一个很陡的前沿，电压突然从零跳变到输入值。如果用它去控制电阻性负载或电感性负载没有什么问题，如果用它去控制具有电容性负载的灯源时，由于电容器二端电压不能实变，于是会产生峰值很高的浪涌电流，这种浪涌电流会产生电磁干扰，破坏电网质量，甚至会损坏电气设备，一般通过串联电感性扼流线圈来降低它的上升时间，减少电磁干扰。因此可控硅调光器引入LC滤波环节。L2 输出滤波电感，C2输出滤波电容（其实这个电容主要指分布电容和负载电容）。其作用是使被斩波后的波形的前沿变为圆角。

图4 可控硅调光器增加了滤波环节后的输出波形

三．采用IGBT代替SCR

自从可控硅（晶闸管）发明以来，功率半导体器件从SCR（普通晶闸管）、GTO（门极可关断晶闸管）、TRIS（双向晶闸管）、BJT（双极型晶体管）又称为GTR（电力晶体管）、MOSFET（金属氧化物硅场效应管）、SIT（静电感应晶体管）、SITH（静电感应晶闸管）、MGT（MOS控制晶体管）、MCT（MOS控制晶闸管）发展到今天的IGBT（绝缘栅双极型晶体管）、HVIGBT（耐高压IGBT）、IGCT（集成门极换流晶闸管）。在中、高压功率应用中，要求将最为成熟的晶体管和晶闸管技术与高性价比的门极关断特性有机地结合起来。迄今为止，IGBT与IGCT是符合这种要求的最佳器件。IGCT适合用于低频率，大电流的场合。

只有IGBT才是中高频率，中功率应用的“正弦波调光器”功率器件的最佳选择。因而方达

公司选择IGBT开发“正弦波调光器”。

在调光器的主回路不变的情况下，采用IGBT代替SCR。

图5 IGBT代替SCR后调光器的主回路示意图

在这种电路中若IGBT和SCR一样工作在相控方式，就会和SCR一样解决不了正弦波形被斩割和产生高次谐波干扰这二大问题，而且由于相控工作方式的工作电流不是在整个正弦波周期内流过控制器件的，因而电能的利用效率较低。输出波形如下

图6 IGBT调光器工作在相控方式的输出波形

人们偏爱正弦波是因为正弦波形不包含谐波，没有谐波的危害，可以减少损耗并能提高效率。更进一步，电机﹑变压器和其它电气设备设计时都假定了供电电源是正弦的，从而简化了设计。所以想到充分利用IGBT的大电流下，整个周波可控的特点，采用PWM工作方式。使PWM调制波（载波）工作频率高达50KHz（载波频率越高，谐波含量越小，所需要的滤波电感及电容越小，输出电流和电压越逼近正弦波），用富立叶级数展开分析可知，电源电流中不包含低次谐波，只含有和开关频率50KHz有关的高次谐波。谐波电流随次数依次递减，加之滤波电感的存在，谐波电流随次数的减小是很迅速的，由于没有低次谐波，谐波总量是很小的，这有效地保证了输出波形的完美性。方达公司的“IGBT正弦波调光器”的输出电压和电流都为工频正弦波，并且与输入波形完全一样，在高速存储示波器上观测，输出与输入波形完全重合。波形畸变率和谐波所占比率都不足1%。滤波环节前的输出波形如下。

图7 IGBT调制后的电压电流随时间变化的波形（示意图）

LC滤波后的电压电流随时间变化的波形（幅度较小），为了对比图中给出了输入电压电流随时间变化的波形（幅度较大）。输出电压电流波形在0~输入电压电流波形中间调幅变化。

图8 输出电压电流随时间变化的波形（幅度较小）

输入电压电流随时间变化的波形（幅度较大）

由于大功率高速IGBT及其驱动保护线路成本较高，采用一个整流桥和一个IGBT取代双向的两个IGBT。

图9 纯正弦波调光器的主IGBT回路示意图

为了使IGBT工作更安全，输入增加了LC滤波，用以抑制输入的电压和电流尖峰干扰。

图10 增加输入滤波纯正弦波调光器的主IGBT回路示意图

为了IGBT换流安全而引入并联快速二极管及保护电容。

图11 引入并联快速二极管及保护电容纯正弦波调光器的主IGBT回路示意图

为了使它的工作范围宽广（可以应用于阻性，容性，感性），引入了换流环节。以使主IGBT VF!关断时，负载及输出电感中的电流有返回的通路。

图12 FDL纯正弦波调光器的主回路原理图

输出部分为LC，它本身为一个振荡器，为此引入RC输出滤波器，有效地防止了LC谐波振荡问题，使方达“IGBT正弦波调光器”可以安全稳定地运行。

图13 FDL纯正弦波调光器的完整主回路原理图

四．我们把上面的FDL纯正弦波调光器的完整主回路原理图和可控硅调光器的主回路原理图对比可见，FDL纯正弦波调光器远比可控硅调光器复杂。加之IGBT又远比SCR贵，再加上复杂的驱动和保护，FDL纯正弦波调光器的成本比同容量的可控硅调光器要高得多。

不过，从下面几个方面综合考虑，购买FDL纯正弦波调光器还是值得的。

1． 输出谐波分量几乎可以忽略（噪声和电噪音污染很低）

——对其它仪器和设备干扰甚小

——无灯丝噪音

2．没有负载特性限制（适用于任何负载）

3．对电网电压和频率不敏感（在可控硅调光器不能使用的畸变严重的偏远地区的电网电和小柴油发电机的发电及小容量的直流逆变电，FDL纯正弦波调光器表现出色）

4．节省供配电系统和灯具布线成本高达40%。当国家严格谐波标准后，对电网污染严重的可控硅斩波方式用电比对电网无污染的正弦波方式用电电费高出100%完全可能。更为严重的是随着“绿色照明工程”的推进，以及绿色环保的呼声越来越高，可控硅调光器随时都有可能被迫退出市场，到那时再换成纯正弦波调光器将造成巨大的浪费（淘汰可控硅调光器换成纯正弦波调光器的重复投资不算，仅仅为适用于可控硅调光器供配电系统和灯具布线而增大了的40%容量就是巨大的浪费

正弦波技术目前还不够十分稳定，各个厂家均有正弦波的产品出炉，不过目前大多还处于试验性应用阶段

感性负载：即和电源相比当负载电流滞后负载电压一个相位差时负载为感性（如负载为电动机、变压器）。 

容性负载：即和电源相比当负载电流超前负载电压一个相位差时负载为容性（如负载为补偿电容）。

阻性负载：即和电源相比当负载电流负载电压没有相位差时负载为阻性（如负载为白炽灯、电炉）。

混联电路中容抗比感抗大,电路呈容性反之为感性。

感性负载:电流滞后电压一个角度,比如电动机

容性负载:电流操前电压一个角度,如:电容

阻性负载:电流与电压同相位,如;电阻炉.

　　智能照明控制系统广泛地应用于建筑领域，无论室内、室外、大小场合无处不可应用。该系统是办公大楼、宾馆酒店、娱东场所、商业中民、体育场馆、公寓别墅、庭院景点等理想的照明控制设备。
随着EIB系统在中国市场的进一步的推广，ABB i-bus EIB系统将越来越显示出其独特的优点，给用户带来各种各样的功能，并在智能建筑技术的发展中占据领先地位。为什么呢，可以从它的节能来分析。
集中管理，减少人为浪费
现代高层办公大楼中，人为造成照明能源浪费的现象仍然非常严重，无论房间有人还是无人，经常是“长明灯”。智能照明系统既能分散控制又能集中管理，在大楼的中央控制室，管理人员通过操作键盘即可关闭无人房间的照明灯。
自动调光，充分利用自然光
智能照明系统中的光线感应开关通过测定工作面的照度，与设定值比较，来控制照明开关，这样可以最大限度地利用自然光，达到节能的目的，也可提供一个不受季节与外部气候环境影响的相对稳定的视觉环境。一般来讲，越靠近窗自然光照度高，从而人工照明提供的照度就低，但合成照度应维持在设计照度值。
自动调光，保持照度的一致性
一般照明设计师对新建的建筑物进行设计时，均会考虑到随着时间的推移，灯具的效率和房间墙面反射率会不断衰减。因此，其初始照度均设置得较高，这种设计不仅造成建筑物使用期的照度不一致，而且由于照度偏高设计造成不必要的浪费．采用智能照明系统后，虽然照度还是偏高设计，但由于可以智能调光，系统将会按照预先设置的标准亮度使照明区域保持恒定的照度，而不受灯具效率降低和墙面反射率衰减的影响，这也是智能照明控制系统可节约能源原因之一。
安装便捷，节省线缆
ABB智能照明系统采用二芯线控制，用EIB总线将系统中的各个输入、输出和系统元件连接起来，大截面的负载线缆从输出单元的输出端直接接到照明灯具或其他用电负载上，而无须经过智能开关。安装时不必考虑任何控制关系，在整个系统安装完毕后再通过软件设置各个单元的地址编码，从而建立对应的控制关系。由于系统仅在输出单元和负载之间使用负载线缆连接，与传统控制方法相比节省了大量原本要接到普通开关的线缆，也缩短了安装施工的时间，节省人工费用。
延长灯具寿命
灯具损坏的致命原因是电网过电压，只要能控制过电压就可以延长灯具的寿命。智能照明控制系统采用软启动的方式，能控制电网冲击电压和浪涌电压，使灯丝免受热冲击，灯具寿命得到延长。智能照明系统通常能使灯具寿命延长2~4倍，不仅节省大量灯具，而且大大减少更换灯具的工作量，有效地降低了照明系统的运行费用，对于大量使用灯具和安装困难的区域具有特殊的意义。采用智能照明控制系统不仅可满足便捷控制、灯光效果等要求，而且由于可观的节能效果（节电可达到20%~50%）及灯具寿命的延长（灯具寿命延长2~4倍），又能在降低运行费用中得到经济回报，还能省去常规照明所需的大部分配电控制设备，大大简化和节省穿管布线工作量。此外，智能照明系统还有潜在的价值回报，如智能控制系统能使整个系统工作在使人们最舒适的状态，从而保证了人们的身心健康，提高了工作效率。

随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、总线技术、信号检测技术和微电子技术的迅速发展和相互渗透，照明控制技术有了很大的发展，照明进入了智能化控制的时代。实现照明控制系统智能化的主要目的有两个：一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。

1、智能照明控制系统的基本概念

　　随着照明系统应用场合的不断变化，应用情况也逐步复杂和丰富多彩，仅靠简单的开关控制已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也应随之发展和变化，以满足实际应用的需要。尤其是计算机技术、计算机网络技术、各种新型总线技术和自动化技术的发展，使得照明控制技术有了很大的改观。

　　利用照明智能化控制可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断、并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态信息反馈控制，以达到预期的控制效果。

　　智能化照明控制系统具有以下特点：

①     系统集成性。是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。

②     智能化。具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。

③     网络化。传统的照明控制系统大都是独立的、本地的、局部的系统，不需要利用专门的网络进行连接，而智能照明控制系统可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。

④     使用方便。由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观，并可以利用编程的方法灵活改变照明效果。

2、照明控制系统的基本类型

　　按照控制系统的控制功能和作用范围，照明控制系统可以分为以下几类。

（1）       点（灯）控制型

　　点（灯）控制就是指可以直接对某盏灯进行控制的系统或设备，早期的照明控制系统和家庭照明控制系统及普通的室内照明控制系统基本上都采用点（灯）控制方式，这种控制方式具有简单，仅使用一些电器开关、导线及组合就可以完成灯的控制功能，是目前使用最为广泛和最基本的照明控制系统，是照明控制系统的基本单元。

（2）       区域控制型

　　区域控制型照明控制系统，是指能在某个区域范围内完成照明控制的照明控制系统，特点是可以对整个控制区域范围内的所有灯具按不同的功能要求进行直接或间接的控制。由于照明控制系统在设计时基本上是按回路容量进行的，即按照每回路进行分别控制的，所以又叫做路（线）控型照明控制系统。{{分页}}

　　一般而言，路（线）控型照明控制系统由控制主机、控制信号输入单元、控制信号输出单元和通信控制单元等组成。主要用于道理照明控制、广场及公共场所照明、大型建筑物、城市标志性建筑物、公共活动场所和桥梁照明控制等应用场合。

（3）       网络控制型

　　网络控制型照明控制系统通过计算机网络技术将许多局部小区域内的照明设备进行联网，从而由一个控制中心进行统一控制的照明控制系统，在照明控制中心内，由计算机控制系统对控制区域内的照明设备进行统一的控制管理，网络控制型照明系统一般由以下几部分组成。

1）  控制系统中心

　　一般由服务器、计算机工作站、网络控制交换设备等组成的计算机硬件控制系统和由数据库、控制应用软件等组成的照明控制软件等两大部分组成，采用网络型照明控制系统主要有以下优点。

①     便于系统管理，提高系统管理效率。

②     提高系统控制水平。

③     提高系统维护效率。

④     减少系统运营、维护成本。

⑤     可以进行照明设备的编程控制，产生各种所需要的照明效果。

⑥     便于采用各种节能措施，实现照明系统的节能控制。

2）  控制信号人民传输系统

　　通过控制信号传输系统完成照明网络控制系统中有关控制信号和反馈信号的传输，从而完成对控制区域内的照明设备进行控制。

3）  区域照明控制

　　网络照明控制系统实际上是对一定控制区域的若干小区域的照明控制系统（设备）进行联网控制，区域照明控制系统（设备）是整个联网控制系统的一个子系统，它既可以作为一个独立的控制系统使用，也可以作为联网控制系统的终端设备使用。

4）  灯控设备

　　通过整个照明控制系统要完成对每盏灯的控制，灯控设备安装在每盏灯上，并可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信，从而完成对每盏灯的有关控制（如开/关、调光控制），并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控，从而完成对每盏灯的控制。{{分页}}

（4）       节能控制型

　　照明系统的节能是全球普遍关注的问题，照明节能一般可以通过两条途径实现：一是使用高效的照明装置（例如光源、灯具和镇流器等）；二是在需要照明时使用，不需要照明时关断，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高照明亮度，这点需要通过照明控制来实现，它主要包含以下两方面的内容。

1）  照明灯具的节能

　　提高电光源的发光效率，实现低能耗，高效率照明是电光源发展的一个重要方向。

2）  照明控制设备的节能

　　采用适当的照明控制设备也可以很好地提高照明系统的工作效率，例如采用红外线运动检测技术、恒亮（照）度照明技术，在照明环境有人出现需要照明时，就通过照明控制系统接通照明光源，反之如果照明环境没有人，不需要照明时，就关断照明光源。再如，如果室外自然光较强时，可以适当降低室内照明电光源的发光强度，而当室外自然光源较弱时，可以适当提高室内照明电光源的发光强度，从而实现照明环境的恒亮（照）度照明，达到照明节能的效果。

3）  营造良好的照明环境

　　人们对照明环境的要求与从事的活动密切相关，以满足不同使用功能的要求，具体体现如下。

①     可以通过控制照明环境来划分照明空间，当照明房间和隔断发生变化时，可以通过相应的控制使之随着灵活变化。

②     通过采用控制方法可以在同一房间中营造不同的气氛，通过不同的视觉感受，从生理上、心理上给人积极的影响。

4）  节约能源

　　随着社会生产力的发展，人们对生活质量的要求不断提高，照明在整个建筑能耗中所占的比例日益增加，据统计，在楼宇能量消耗中，仅照明就占33%（空调占50%，其他占17%），照明节能日显重要，发达国家在20世纪60年代末、70年代初已开始重视这方面的工作，特别是从保护环境的角度出发，世界各国都非常重视推行“绿色照明”计划

随着计算机技术、通信技术、自动控制技术、总线技术、信号检测技术和微电子技术的迅速发展和相互渗透，照明控制技术有了很大的发展，照明进入了智能化控制的时代。实现照明控制系统智能化的主要目的有两个：一是可以提高照明系统的控制和管理水平，减少照明系统的维护成本；二是可以节约能源，减少照明系统的运营成本。

1、智能照明控制系统的基本概念

　　随着照明系统应用场合的不断变化，应用情况也逐步复杂和丰富多彩，仅靠简单的开关控制已不能完成所需要的控制，所以要求照明控制也应随之发展和变化，以满足实际应用的需要。尤其是计算机技术、计算机网络技术、各种新型总线技术和自动化技术的发展，使得照明控制技术有了很大的改观。

　　利用照明智能化控制可以根据环境变化、客观要求、用户预定需求等条件而自动采集照明系统中的各种信息，并对所采集的信息进行相应的逻辑分析、推理、判断、并对分析结果按要求的形式存储、显示、传输，进行相应的工作状态信息反馈控制，以达到预期的控制效果。

　　智能化照明控制系统具有以下特点：

①     系统集成性。是集计算机技术、计算机网络通信技术、自动控制技术、微电子技术、数据库技术和系统集成技术于一体的现代控制系统。

②     智能化。具有信息采集、传输、逻辑分析、智能分析推理及反馈控制等智能特征的控制系统。

③     网络化。传统的照明控制系统大都是独立的、本地的、局部的系统，不需要利用专门的网络进行连接，而智能照明控制系统可以是大范围的控制系统，需要包括硬件技术和软件技术的计算机网络通信技术支持，以进行必要的控制信息交换和通信。

④     使用方便。由于各种控制信息可以以图形化的形式显示，所以控制方便，显示直观，并可以利用编程的方法灵活改变照明效果。

2、照明控制系统的基本类型

　　按照控制系统的控制功能和作用范围，照明控制系统可以分为以下几类。

（1）       点（灯）控制型

　　点（灯）控制就是指可以直接对某盏灯进行控制的系统或设备，早期的照明控制系统和家庭照明控制系统及普通的室内照明控制系统基本上都采用点（灯）控制方式，这种控制方式具有简单，仅使用一些电器开关、导线及组合就可以完成灯的控制功能，是目前使用最为广泛和最基本的照明控制系统，是照明控制系统的基本单元。

（2）       区域控制型

　　区域控制型照明控制系统，是指能在某个区域范围内完成照明控制的照明控制系统，特点是可以对整个控制区域范围内的所有灯具按不同的功能要求进行直接或间接的控制。由于照明控制系统在设计时基本上是按回路容量进行的，即按照每回路进行分别控制的，所以又叫做路（线）控型照明控制系统。{{分页}}

　　一般而言，路（线）控型照明控制系统由控制主机、控制信号输入单元、控制信号输出单元和通信控制单元等组成。主要用于道理照明控制、广场及公共场所照明、大型建筑物、城市标志性建筑物、公共活动场所和桥梁照明控制等应用场合。

（3）       网络控制型

　　网络控制型照明控制系统通过计算机网络技术将许多局部小区域内的照明设备进行联网，从而由一个控制中心进行统一控制的照明控制系统，在照明控制中心内，由计算机控制系统对控制区域内的照明设备进行统一的控制管理，网络控制型照明系统一般由以下几部分组成。

1）  控制系统中心

　　一般由服务器、计算机工作站、网络控制交换设备等组成的计算机硬件控制系统和由数据库、控制应用软件等组成的照明控制软件等两大部分组成，采用网络型照明控制系统主要有以下优点。

①     便于系统管理，提高系统管理效率。

②     提高系统控制水平。

③     提高系统维护效率。

④     减少系统运营、维护成本。

⑤     可以进行照明设备的编程控制，产生各种所需要的照明效果。

⑥     便于采用各种节能措施，实现照明系统的节能控制。

2）  控制信号人民传输系统

　　通过控制信号传输系统完成照明网络控制系统中有关控制信号和反馈信号的传输，从而完成对控制区域内的照明设备进行控制。

3）  区域照明控制

　　网络照明控制系统实际上是对一定控制区域的若干小区域的照明控制系统（设备）进行联网控制，区域照明控制系统（设备）是整个联网控制系统的一个子系统，它既可以作为一个独立的控制系统使用，也可以作为联网控制系统的终端设备使用。

4）  灯控设备

　　通过整个照明控制系统要完成对每盏灯的控制，灯控设备安装在每盏灯上，并可以通过远程控制信号传输单元与照明控制中心通信，从而完成对每盏灯的有关控制（如开/关、调光控制），并可以通过照明控制中心对每盏灯的工作状态进行有关监控，从而完成对每盏灯的控制。{{分页}}

（4）       节能控制型

　　照明系统的节能是全球普遍关注的问题，照明节能一般可以通过两条途径实现：一是使用高效的照明装置（例如光源、灯具和镇流器等）；二是在需要照明时使用，不需要照明时关断，尽量减少不必要的开灯时间、开灯数量和过高照明亮度，这点需要通过照明控制来实现，它主要包含以下两方面的内容。

1）  照明灯具的节能

　　提高电光源的发光效率，实现低能耗，高效率照明是电光源发展的一个重要方向。

2）  照明控制设备的节能

　　采用适当的照明控制设备也可以很好地提高照明系统的工作效率，例如采用红外线运动检测技术、恒亮（照）度照明技术，在照明环境有人出现需要照明时，就通过照明控制系统接通照明光源，反之如果照明环境没有人，不需要照明时，就关断照明光源。再如，如果室外自然光较强时，可以适当降低室内照明电光源的发光强度，而当室外自然光源较弱时，可以适当提高室内照明电光源的发光强度，从而实现照明环境的恒亮（照）度照明，达到照明节能的效果。

3）  营造良好的照明环境

　　人们对照明环境的要求与从事的活动密切相关，以满足不同使用功能的要求，具体体现如下。

①     可以通过控制照明环境来划分照明空间，当照明房间和隔断发生变化时，可以通过相应的控制使之随着灵活变化。

②     通过采用控制方法可以在同一房间中营造不同的气氛，通过不同的视觉感受，从生理上、心理上给人积极的影响。

4）  节约能源

　　随着社会生产力的发展，人们对生活质量的要求不断提高，照明在整个建筑能耗中所占的比例日益增加，据统计，在楼宇能量消耗中，仅照明就占33%（空调占50%，其他占17%），照明节能日显重要，发达国家在20世纪60年代末、70年代初已开始重视这方面的工作，特别是从保护环境的角度出发，世界各国都非常重视推行“绿色照明”计划

来源：电子产品世界