浅谈照明的调光方式

摘 要 本文结合工作中的经验，实现照明节能的原则，对民用建筑内几种照明灯具调光方式进行了归纳总结，并对LED灯具照明控制系统进行介绍，以便在今后实现对照明设备安全、可靠、灵活的控制，满足对建筑物节能照明的要求。

关键词: 照明控制 节能

随着科学的不断发展，照明不再仅仅是满足人们视觉上的明暗要求，还应具备各种照明控制方式，使得建筑物、景观照明效果更加生动，给人丰富的视觉冲击和美感享受等。而人们在享受照明带来的各种便利的同时，也面临的能源紧缺的窘境。众所周知，照明能耗在建筑能耗中所占比例较大，往往仅次于空调。照明节能在节约能源中有着重要的地位和举足轻重的作用，通过合理的灯具控制方式与采用有效的调光措施，能获取有效的照明节能效果。

1 照明调光节能

对于照明灯具控制，除了开关要求外，调光也是重要的组成部分。

照明的基本作用是为了人类在夜晚或自然光不足的场合提供足够的照度，以方便人们正常生产及生活。根据相关要求，不同的区域需要满足不同的照度标准要求。但是在照明消耗用电的过程中，在不需要的情况下关断照明可以节约能源。不过在有些时段和情景要求下，若能把灯光调节到较暗的程度，也是可以大幅降低能源消耗的。如办公楼、商场、学校等公共场所，在晚上如所有照明全部关掉，会有行动不便或不能满足治安巡逻的要求。

照明调光控制是利用调光装置进行照明控制。调光控制可以节约能耗、提高工作效率、增强灵活性，而且能发挥很好的美学效果。

2 照明灯具调光

调光是改变照明装置光输出的过程，既可以是连续性的，也可以是步进式的。

调光的方法很多，比如可变电阻调光法，调压器调光法，脉冲调频调光法，脉冲调相调光法，可控硅相控调光法，波宽控制调光法等。

下面对民用建筑中几种常用灯具调光进行总结。

2.1 白炽灯(卤钨灯)调光

白炽灯(卤钨灯)非常适合进行调光。它们的低效率和随之产生的高输入电流，是调光器工作良好的主要因素。白炽灯(卤钨灯)泡中灯丝的热惯性还有助于掩盖调光器所产生的任何不稳定或振荡。

对于白炽灯(卤钨灯)调光可以通过限制流经负载的电流实现。一般可以采用两种方法实现，改变加于负载的电压或改变在交流周期内电流流经负载的时间。早期一般利用改变电压来工作，有电阻调光型和自动变压型。不过存在一定的缺陷，这两种调光类型都会造成电能浪费，或者说将电能转变成为热量。

可控硅相调光是目前对于白炽灯(卤钨灯)调光应用中普遍采用的一种调光方式。白炽灯(卤钨灯)使用简单、低成本的可控硅调光器就可以很容易地实现调光。可控硅相控调光对照明系统的电压调节速度快，调光精度高，调光参数可以分时段实时调整。由于调光电路主要由电子元件组成，相对来说体积小、设备质量轻、成本低。但是可控硅相控调光工作在斩波方式，电压无法实现正弦波输出，由此会产生大量谐波，形成对电网的谐波污染。

2.2 荧光灯调光

荧光灯的调光控制方法是随着电子镇流器技术不断创新发展而提高的。在早期荧光灯采用电感镇流器时，为实现对灯具的调光，一般采用在回路中串联电感元件或可控硅元件，并联一个补偿电容器的方式。随着高频电子型镇流器的出现改变了镇流器的技术性能，产生了效率高、性能好、调光范围宽、智能化程度高的高频可调光电子式荧光灯镇流器，这种镇流器作为荧光灯电子控制装置已成为当今荧光灯调光控制的主流产品。

调光电子镇流器控制线数可分为"二线制"和"四线制"两种。"四线制"调光电子镇流器是现在得到最为广泛应用的，其调光控制器通过二条主电源线为镇流器提供功率支持，二条低压控制线与调光电子镇流器调光控制接口配套使用实现开关、调光等各种功能性控制。

目前对于荧光灯调光的控制方法主要有：模拟调光控制方法和数字调光控制方法。

模拟方法是一种标准的调光方法，通常花费较低，并且可以与大量的普通控制器兼容，但是模拟控制由于连线固定，不易更改，只能按照配线回路进行调解，使用不灵活，有时还需一些如继电器的额外元器件，控制信号在控制信号线上也会产生电压降，它又会导致每只电子镇流器的发光设定值发生变化。

数字调光电子镇流器电路最主要的改进是增加了主控制作为数字信息的存储器、接收器和发射器。可以存储镇流器地址，接收控制信号，发送状态信息。

2.3 LED调光

如今，LED照明已成为一项主流技术。LED手电筒、交通信号灯和车灯比比皆是，各个

国家正在推动用LED灯替换民用建筑应用中的白炽灯和荧光灯。换用高能效LED照明后，实现的能源节省量将会非常惊人。据估计仅在中国，如果三分之一的照明市场转向LED产品，每年将会节省1亿度的用电量，并可减少2900万吨的二氧化碳排放量。

无论功率大小，LED灯都是可以调光的，但是不能通过常规的调电压和电流来改变LED的亮度。这是因为LED的电压电流跟亮度并不是线性的比例关系，达到一定的电压LED就亮，达到一定的电流LED就可以达到80%的亮度，所以通过调电压和电流是不能线性的由0-100%调节LED亮度的。而且经常改变LED的电流和电压，对LED寿命也会有很大的影响。另外像白光的LED，如果不是在额定的电压和电流状态下，LED的色温会产生变化，在额定的电压和电流状态下，LED会发出很纯正的白光，如果把电压和电流降低，白光就会变成发黄或者发灰的白光，调光就失去了意义。

LED灯具的调光方法常见的有三种：一是线性调光，二是PWM调光，三是可控硅调光。三种调光技术各有优劣。

⒈ 线性调光

基于简单的分压原理，其优点是应用简单，不产生干扰，缺点在于不灵活、效率低，而且在降低LED电流的时候，会引起白光LED向黄色光谱偏移，同时还会因为分压产生过多的热量。

⒉ 波宽控制调光(Pulse Width Modulation，简称PWM)

PWM调光技术目前被认为是最有前景的LED调光技术。在进行脉冲宽度PWM调光时，需要提供一个额外的脉冲宽度调节信号源。通过改变输入的脉冲信号占空比来调制LED驱动芯片对功率场效应管的栅极控制信号，从而达到调节通过LED电流大小的目的。通俗一点解释就是调整LED的开关频率，就是我们看到的LED产生亮度改变，其实只有开关的状态，这个开关不同于我们平常的对灯的开关，是非常频密的，可能每秒开关有几千次，开跟关的频率不一样，我们眼睛看到的亮度就不一样。

这种调光技术的优点在于应用简单、效率高、精度高，且调光效果好，缺点是由于一般LED驱动器都基于开关电源原理，如果PWM调光的频率为200~20kHz之间时，LED驱动器周围的电感和输出电容容易产生人耳听得见的噪声。此外，在进行PWM调光时，调节信号的频率与LED驱动芯片对栅极控制信号的频率越接近，线性效果就越差。

⒊ 可控硅调光

虽然PWM调光技术前景被普遍看好，但在目前LED照明替换市场潜力巨大的前提下，终端系统厂商多从替换灯具的可行性角度出发，更偏好可控硅调光技术。线性调光和PWM调光在家用以及商业应用上都存在无法替换性改造现有灯具的问题。LED灯具如果兼容现有的可控硅调光控制技术，则很容易实现替换性改造。目前市面上适用于白炽灯的可控硅调光器不直接适用于LED产品，需要对其进行设计改进以符合LED的工作特性。

3 LED灯具照明控制系统

随着信息技术的飞速发展和社会的不断进步，大功率LED照明应用的普及，人们对 LED 照明的高效控制和功能多样化的要求也不断提高，LED灯具照明控制系统应运而生。LED 灯具照明控制系统充分利用电子技术、通信技术和计算机网络技术将建筑物内的各种 LED 照明器具有机的连接在一起，实现有效的管理和控制。

由于网络技术的普及和成熟, LED照明控制系统中应用TCP/IP网络技术己成了一种明显的趋势。用TCP/IP协议可使整个系统的宽带、距离、可靠和双向等功能的实现，这意味着在一个网络里可同时连接的设备更多，且连接的距离更长，传输控制协议使LED装饰照明系统的控制质量和可靠性更高，双向通讯使设备的远程监测和控制更有效，因而构筑大规模可靠的LED装饰照明系统的网络成本更低，这是以现代计算机网络技术为支持的必然结果。

LED照明控制系统主要分两类：

1. 串行控制系统，以级联的方式进行控制，每个灯的信号线采用一进一出的方式。由于

这种控制方式的芯片本身不产生灰度，如果需要灰度要由控制器来产生，导致系统的传输速率过高，在工程应用中容易受完成扰稳定性差。其优点是成本低，控制简单，不需要设置地址，对于一些稳定性、可靠性要求不是很高的项目可以采用此种控制方式;缺点是信号线过多，通常需要5根信号线(时钟、数据、锁存、OE、地)。另外由于采用一进一出的方式，导致当一个灯出现故障，影响后面一串灯的正常工作;同时信号线采用TTL传输，灯与灯之间的距离只能在1米以内;灯具与控制器必须是同一厂家的产品，否则两者无法兼容。

2. 现场总线控制系统，其中分为DALI总线和RS485总线两大类。

DALI不适合LED照明控制，一个DALI网络只能控制21盏全彩LED灯具。DALI是面向传统照明控制的，注重的是系统的静态控制及可靠性、稳定性、兼容性。而LED照明系统的规模远远大于DALI系统，这就要求系统具有无限扩展能力和较高的场景刷新能力。

世界上多种现场总线(包括DMX512)物理层均使用RS485协议。在LED照明控制领域，大家通行的做法是每个LED灯具内置一片MCU控制并通过RS485接口芯片连接到RS485总线上，用一台控制器对RS485总线上的每个MCU发送数据进行控制。由于这种控制方式需要对每个灯具设定地址，在工程应用中很不方便。虽然各控制系统厂商都是用RS485协议，但应用层标准还未统一，所以造成各个厂商的产品无法兼容，既灯具厂商的灯具只能由灯具厂商指定的控制系统控制。

DMX512协议是当今使用最广的灯光通讯协议。它的广泛使用是由于结构简单、成本低、容易理解等，各大厂商先后把DMX512接口加到产品上。由于计算机网络技术、DMX512标准的普及和快速发展，在LED照明控制领域，采用现有成熟的计算机网络技术，DMX512标准和产品是相当明智的方法。使用以太网、TCP/IP、DMX512作为LED照明控制意味着拥有大量现成众多的网络产品、软件资源、DMX512产品。这意味着在一个网络里可同时连接的设备更多，且连接的距离更长，传输控制协议使LED照明系统的控制质量和可靠性更高，双向通讯使设备的远程监测和控制更有效，因而构筑大规模可靠的LED照明系统的网络成本更低。

DMX512是应用最广泛的LED控制系统， DMX512 LED控制系统由DMX512 LED Editor/Player软件、 DMX512智能灯光控制器、DMX512解码器、DMX512写址器等组成。由于DMX512也要设定地址，而DMX512最多只能控制512个通道也就是170个全彩LED灯具，所以只能应用在小规模LED控制系统中。当一个系统较大时，就可以利用Ethernet组成联网控制。

4 总结

据中国照明协会统计，国内每年消耗荧光灯数量大约为4亿支。采用合理开关控制与调光实现的节能指标是十分可观的。随着科学技术的进步，照明灯具控制的方式方法愈来愈多种多样，各种先进技术与手段层出不穷，这就要求我们工程技术人员对各种灯具控制手段进行充分了解，贯彻执行节约资源和保护环境的国家技术经济政策，坚持可持续发展理念，大力发展绿色建筑，在工程设计过程中针对不同工程的实际情况，合理寻找一次投资与节能回报的平衡点。

参考文献

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