（冷水江市路灯管理所 湖南冷水江 417500）
摘要：智能照明及其管理系统、金字塔结构、数字智能电子镇流器、一个芯片能完成PFC变换、逆变控制、调光控制、通信控制、基于LCC谐振网络的半桥逆变器、声共振的抑制、SENS-01电力载波通信模块、数据传输以各单灯控制器充当路由器功能、取决硬件中强电与弱电隔离，各种干扰的抑制以及各层面软件的编写和配合
关键词：智能单灯镇流器；电气系统结构；单元电路及重要元器件的选择；通信电路；单灯MCU控制软件
随着信息、网络技术的飞速发展和节能减排绿色环保的迫切要求，智能照明及其管理系统的节能措施日新月异，系统定义：也就是消费更少的资源在合适的时间段以合适的照明度稳定照射特定空间的动态照明系统，整个系统呈金字塔结构排列，位于顶层的是监控中心，第二层的是带集中控制器配电箱，底层是大量的带单灯控制的照明组件。数字智能电子镇流器是底层结构的主要部件，制造可靠稳定的数字智能电子镇流器是整个智能照明及管理系统的关键。
1、电气系统结构的确定
功率要求：对于HPS常用功率150W、250W、400W、600W。下面以250W钠灯为例来说明中大功率的HPS单灯控制器的设计要点。功能要求：多级定时调光、电力载波或Zigbee无线实时通信、多点电参数检测实时判定HID灯工作状态……要求决定结构，采用与要求相协调的两级变换结构，前级采用boost（升压型）PFC，进行DC-DC变换，后级逆变启动电路，前级可输出400V直流脉动电压，后级可通过MCU单片机调节PWM的频率实现负载功率调节，达到调光的目的。
2、单元电路及重要元器件的选择
2.1 MCU选用AT90PWM316，该单片机是ATMEL针对照明镇流器优化设计，核心处理器是高速AVR,内含A/D,D/A,定时器，存储器，比较器，3个PWM控制器。一个芯片能完成PFC变换、逆变控制、调光控制、通信控制。集成度高，故障率低。
2.4 基于LCC谐振网络的半桥逆变器
中功率HPS单灯控制器DC－AC变换常用半桥D类不对称逆变电路，其中C2>>C3,的大小须满足整个LCC电路呈感性网络， ，且 （ 为谐振角频率），HPS灯的软启动还可在Q2和Q3的D极和S极并联电容和通过MCU增大计数值进而减少PWM频率来逐步增加启动脉冲的幅值（3KV－6KV）等手段来实现滑频软启动。
2.5调光电路的实现 用调频的方法来改变L2的感抗，灯电流也随之改变。在需要的时候由监控中心发出调光指令，集中控制器进行转发，单灯控制器接收指令后，MCU调用调光子程序，读取寄存器中的计数值重新设置PWM定时器的周期（频率），在一定范围进行调光节能，HID灯电子镇流器调光范围：高压钠灯一般为输出功率50%~100%（光通量约：30%~100%）。金属卤化物灯输出功率60%~100%（光通量约：45%~100%）。HPS灯的声共振的抑制是一个难点，不同厂家，各批次生产的钠灯的声共振频率各不相同，频率控制方式--灯电流灯电压反馈控制方案。需要MCU对灯的电压变化进行监视，微调PWM的频率在一定范围内变化，使输出频谱分散开来，就很难在固定频率点上形成驻波，有效地抑制HPS灯声共振。
2.6通信电路的作用就是集中控制器和单灯控制器之间有序地进行数据交换。电力载波通信电路不用敷设新线路，通信量和通信距离完全能满足智能控制的需要。SENS-01电力载波通信模块能实现半双工通信功能，透明数据传输通道，TTL电平串行接口，可直接使用单片机串行接口（UART）与通信模块互联，每帧长度不多于20Byte。采用集中式主从控制方式，集中控制器作为本地监控主机，负责解析监控中心的控制命令，监测本地路灯的运行状态，发现异常及时上报给监控中心。每个单灯控制器都有独立的编号（ID地址），组成控制系统的金字塔结构。每条路上路灯分布距离、数量、配置相对稳定，适用链状网络来组织底层网络。组网过程如下：将单灯路由信息输入监控中心PC机，加载到集中控制器，搜索网络中的所有单灯控制器路由信息并返回到PC机，搜索不到的人工添加，PC根据路由信息组网，可进行点到点的数据交换。数据传输以各单灯控制器充当路由器功能，接收数据包，分解到帧，验证，比较目的ID与自己的ID，判断数据包是针对整个群组还是某个节点，是群组命令就响应提交并向下转发，是单节点命令，ID相同就响应提交，不同就向下转发。这样由近及远，由此及彼实现网络全覆盖。实现单灯智能调光及系统可寻址查询、故障检测报警等智能化监控目标。
智能照明系统的质量取决硬件中强电与弱电隔离，各种干扰的抑制以及各层面软件的编写和配合，含有监控中心的上位机软件，集中器软件，载波终端软件，单灯MCU控制软件，是智能照明系统最有挖掘潜力进行深化优化的部分，单片机的程序编制可采用AVR Studio 4集成开发环境来完成。单灯控制器的单元电路仿真可应用Multisim 1x来完成。
结论：在智能照明的范筹，本着拿来主义和简洁适用的原则，进行250W高压钠灯智能单灯镇流器设计，以单一MCU完成DC－DC以及DC－AC两级变换控制，还集成通信控制及适时调光控制。效率高，稳定可靠。DC－DC变换采用平均电流控制Boost PFC，稳定输出400V直流电压，DC－AC变换采用半桥D类不对称逆变器，LCC谐振网络加上MCU的协调控制HPS灯的软启动和适时调频调光，通信电路采用成熟的电力载波通信模块，使工作人员监控到单灯的可轻松实现，为绿色、环保、精细、人文的照明应用增光添彩。
参考文献：
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作者简介：张耿波（1970-），男，湖南冷水江人，研究方向：电气自动化
论文作者:张耿波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/18
标签：调光论文; 控制器论文; 通信论文; 智能论文; 载波论文; 电路论文; 钠灯论文; 《电力设备》2017年第8期论文;