摘要：机场照明系统是每个机场必要且不可或缺的部分，不仅可以在任何天气状况下运行，也为工作人员提供了大量机场信息。但是，一个恒流调节器不能同时支持多个照明子系统。考虑到用LED 灯代替串联回路中的传统灯光，但不像传统的金卤灯一样，LED 灯及其驱动器不是典型的电阻电路。所以，这导致了恒流调节器中的反馈出现问题，引起照明强度的不稳定，调光困难以及回路闪烁等情况发生。
关键词：飞机导航机场；LED 灯；网络
目前，机场普遍在光强控制系统中所选用的光源是以白炽灯为主的。这种灯存在着光效低、耗能大、使用寿命短、结构复杂，强度低等缺点。而随着 LED 灯光研制技术的成熟、发光效率的不断提高，以及电力电子技术和微控制器技术的飞速发展，同时伴随着节能环保口号的提出，在越来越多的领域中人们已开始使用 LED 灯光来取代普通光源。通过介绍现代LED 机场灯，根据运行系统设计LED 驱动器以及LED 的负载，分析了机场照明供应方式的优缺点并为机场LED 灯提出最合适的供电方法。
一、LED 灯
发光二极管(简称 LED) 是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件,最初 LED 可以发出低光照度的红光，随着技术的不断发展，可以发出其他的单色光。如今 LED 发出的光已遍及紫外线、可见光及红外线。此外，LED 的应用领域也随之变广。早先只是作为指示灯来使用，现如今 LED 已经遍布显示器、背景光源以及照明灯等很多应用场合。随着 LED 技术研究的不断突破和应用领域的逐步推广，LED 的发光效率和使用寿命也得到了很大的提升。尤其是后来出现的新组合式管芯让单个 LED 管功率又随之提升到了新的高度。到 90 年代,LED 灯的发光效率已经超过了白炽灯, 所以达到同样高的光照度，LED 灯的功耗却比白炽灯要低很多，其使用寿命更是达到了数万小时以上，远超白炽灯。
二、机场LED 控制系统
随着节能环保口号的提出、LED 灯光研制技术的成熟、发光效率的不断提高，在越来越多的领域中人们已开始使用 LED 灯光来取代普通光源。目前普通机场的恒流光强控制器由功率电路和弱电回路组成。其中功率电路连接了强电电路，然后将电路通过整流、逆变最后经过滤波得到所需要的电压、电流。弱电回路则主要是通过芯片来控制电路的变换，并且经过电压、电流的采样和反馈，最后由液晶显示器显示出来。功率电路中，对于交流电压变换的部分，我们采用了最为常见的 AC-DC-AC 的控制方案。首先使得外接三相交流电路经过整流部分变为直流电，然后再通过逆变部分使得其变为可控的交流电。整流部分器件选取二极管全桥不控整流，这样的好处是，器件使用方便，电路稳定。而逆变部分的开关器件，我们选取了现在非常流行的智能功率模块 IPM。这样使用的好处就是使得控制电路更加的模块化，便于搭建和通信。同时 IPM 内部还有自带的故障检测电路，用于保护电路安全，为防止上电瞬间电流过大，当达到一定的设定上限值时，控制接触器将启动使得电路断开，有效防止了电路故障造成的危险，同时其智能模块还大大缩小了光强控制器的体积，提高了系统的安全性和可靠性。整体的功率电路控制器部分使用的是 TI 公司生产的TMS320LF2407DSP 控制器。其模块通过输出正弦脉宽调制信号（SPWM）来控制 IPM的导通和关断，逆变后输出所需要的可控正弦电压。逆变后经过 LC 滤波，升压、最后经隔离变压器处理后与机场的灯光回路相连接。通过控制器的软件算法，可以改变功率回路的电压，从而起到了控制灯光电压的目的。因此通过光强控制系统可以调节控制机场助航灯光的强度，达到调控的目的。
三、LED 控制系统的整体设计
在普通光强控制系统后，在其基础上提出了一种新的基于LED光强控制系统的控制结构，输入为普通光强控制系统去掉灯光源后的隔离变压器副边交流电，然后经AC/DC变换得到直流电源，提供给DC/DC变换器，最后输出至LED灯。 DC/DC 恒流模块实质是 Buck 变换器，该电路使用一个全控型器件 MOSFET，在实际电路设计中采用的是 IFR2907，其原理也非常简单。当开关 V 导通时，电源 E直接加载于负载两端，为其提供电压，负载电流 i 也不断上升。当 V 关断时，二极管起到续流导通作用，同时负载电流会渐渐下降。为了不使电流在下一个周期 V 导通之前下降到零，产生断续现象，通常要求电感的值比较大。这样从平均值的角度讲，调节开通关断的时间比率就能调节输送电能的大小。电感的使用是用来储存能量，为了使输送到负载的电流平滑不断。负载为单个LED灯，输出的电流是通过检测串接在回路的小电阻得到的，通过反馈至单片机处理器，同时输出的电压也通过处理反馈至单片机处理器。根据调光指令及电流的反馈信号，通过算法计算并控制占空比，然后通过控制器输出PWM波形用以控制Buck变换器。如图所示。
图中，ADV为LED端的电压采样信号，ADI为小电阻的电流采样信号，OC1A为驱动MOSFET的PWM信号。其实 LED 光强控制系统就是在普通机场的控制系统的基础上，引入了新的结构。把普通灯去掉，换成了 LED 光强控制系统，用来控制 LED 灯的使用。具体说明是，电路首先通过普通光强控制系发出光强指令，通过控制算法和采样反馈后，输出信号控制 IPM 的开通与关断，实现、恒流控制。然后在通过 LED 光强控制系统对 LED灯进行控制。光强控制器共设五个光级，用户可以根据需要选择不同的光级，不同的光级同时对应着不同的电流。同时也改变了 LED 光强控制系统的输入电压，因此也改变了 LED 灯的光强。LED 光强控制系统还具备有液晶显示模块，从液晶屏上可以读出电流、电压的实变值，它给用户展现了最直观的数据信息。
四、机场LED灯系统供电网络应用
1、典型的机场灯光设计方法。发光强度的稳定性是通过串联回路配合运行，备用跑道灯即是由一个串联回路组成。假设使用LED 作为主要光源跑道边灯，则每个灯的输入功率是金卤灯的1 /3 ～1 /5，即20～35W。如图所示。
2、串联供电的机场LED 灯。虽然LED 灯被广泛利用于机场照明，但LED灯与金卤灯不同。一个串联回路包括CCＲ( 恒流调节器，提供交流恒流循环) ; 单线线路，特殊的连接器和电缆回路; 高横截面; 6 千伏检测导体; 电流互感器等。而跑道边缘光系统至少要求两个串联回路。在建造基础设施时，设计者提供串行LED 光接入回路的基础设施但鉴于LED 灯由脉冲调节器和控制电子产品组成，往往出现闪光、光照强度不稳定、串行循环难以调光等问题。LMS( 灯光管理系统) 或AMS( 机场控制和监测系统) 提供了远程控制。CCＲ 在串联回路中通过测量变压器读取瞬时电流值并且将该值发送到控制电路晶闸管调节器。如果电流下降，控制单元添加晶闸管的切换角，并降低循环电流，控制单元延长晶闸管打开时间。这种方案控制简单、发光强度稳定，通过串联回路可实现安全稳定。
3、机场LED 灯的并联网络。对于并联供电网络，卤素灯是不可能实现并行网络机场电力供应照明的，因为导体横截面发光强度变化和负载变化会导致灯泡丝断裂。但对于LED 二极管，相比卤素灯，发光二极管在机场照明系统中可支持更多的供电方式。串联回路搭配白织灯是典型的机场照明系统。基于LED 灯可以发挥并联供电系统的优势并且在整个电力系统中照明强度更好，一组并联灯可以被分布成PTO( 动力输出装置) 网络 。
LED 作为机场照明的主要光源，在不久的将来需要一种新的供电方式。可采用的供电方案是采用并联网络及可以提供稳定照明强度的LED 驱动器。并且，这种方案的设计可以降低设计/控制及其操作的复杂程度。
参考文献：
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论文作者:王忠平, 宋娟
论文发表刊物:《建筑实践》2019年第12期
论文发表时间:2019/9/25
标签：机场论文; 回路论文; 控制系统论文; 电流论文; 电路论文; 电压论文; 灯光论文; 《建筑实践》2019年第12期论文;