公路隧道led灯照明系统无级调光控制方式研究

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1、公路隧道LED灯照明系统无级调光控制方式研究周健1吕晓峰2杨洋1（1.招商局重庆交通科研设计院有限公司重庆市400067；2.合肥源辉光电子有限公司合肥市230061）摘要：本文针对近年来逐渐进入公路隧道照明的LED灯各种调光控制方式的调光范围、调光分级、电源效率、信号传输性能等影响因素进行对比分析，提出了目前最适合LED灯的调光控制方式。关键词：公路隧道照明，LED灯、无级调光控制方式、按需照明0引言公路隧道照明的目的在于保证车辆舒适、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

2、照明，以满足人眼的适应曲线。公路隧道照明控制的一般原理如图1所示。图1公路隧道照明控制一般原理框图国际照明学会（CIE）将隧道照明定义为接近段、入口段、中间段、出口段四个照明段，其中隧道入口照明分为阈值段、过渡段，阈值段是为了消除“黑洞”现象，让驾驶人员能在洞口辨认障碍物（标准高20cm）。为了避免阈值段照明与隧道内部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。隧道照明的亮度递减曲线如图2所示。图2公路隧道照明的亮度递减曲线示意图公路隧道照明调光控制是满足不同亮度环境

3、、交通环境下的照明需求，实现隧道内各区段照明亮度平滑过渡6，从而达到既满足隧道的照明亮度要求，保证行车安全，又节省能源的目的。目前公路隧道内使用灯具主要有：荧光灯、高压钠灯、金卤灯、LED灯等。荧光灯可实现无级调光，但其光效较低，调光时易产生高次谐波，对电网造成干扰；高压钠灯、金卤灯调光幅度很小，一般不在无级调光系统中应用；随着科学技术的发展，LED灯开始进入公路隧道照明领域，一种采用LED灯无级调光控制的隧道照明系统应运而生，它的出现，使得公路隧道照明质量与节能又向前迈进了一大步。本文针对研究LED灯无级调光

4、控制系统中应考虑的问题及解决方案作初步研究。1LED灯调光控制模式目前，LED灯调光控制模式方式主要有以下三种调光控制模式。1)无级调节方式：通过控制LED灯电源的输出电流，调节LED灯的亮度，可实现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，关闭或者点亮所有灯具，实现亮度调节。灯管阵列控制和灯群组控制，其控制原理决定了其亮度调节分级受到一定数量限制，可应用

5、于对亮度调节分级不多的LED照明控制工程中。无级调节方式可实现256级调光，调光级数多、范围大，可应用于对亮度调节级数要求较多的LED照明控制工程中。灯管阵列控制、灯群组控制由于分级层数较少，不易实现隧道内照明的平滑过渡，不能有效遏止隧道照明的电能浪费；因此，本文主要介绍无级调节方式。2LED灯无级调光控制方式2.1电压控制电流源（VCCS）亮度控制方式（模拟信号控制电流平均值模式）模拟信号控制电流平均值模式就是利用直流信号电压来控制输出电流平均值变化的一种输出电流可控电源（如图3所示）。它直接将电流信号取样后

6、经隔离放大控制电源初级开关管的占空系数，隔离变压器将不同占空系数的电能隔离后转换为直流脉冲电流，经低通滤波器滤波后转换为大小随控制信号变化的直流电流，从而控制电源的输出电流。该电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，电源效率相对较高，加入PFC（PowerFactorCorrection）后一般效率在85%左右。目前这种亮度控制方式已在部分公路隧道LED灯照明无级调光控制中得以应用。6图3一次性恒流可控恒流源原理图2.2脉冲宽度调制（PWM）亮度控制方式（PWM模式）PWM模式的LED亮度控

7、制方式是利用直流稳压电源先输出恒定电压，然后经过限流电阻限流后，再通过PWM方式控制晶体管在单位周期内的导通时间来控制流过LED的电流，从而达到控制LED亮度的目的（如图4所示）。该电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、限流电阻损耗和工作于开关状态的晶体管损耗；与前一种相比，电源效率较低，加入PFC后一般效率在75%左右。在PWM模式调光中，LED正向电流以减少的占空比在0%至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40kHz，以免出现闪烁或抖动。为尽可能降

8、低噪声和辐射，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，根据大量制造商对三种不同配置的性能实验数据，采用带磁滞降压LED驱动器的并行调光方案在高调光频率具有很宽的调光范围。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