【導讀】眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處。一直苦苦追尋控制，驀然回首，發現照明二字，沒有面粉和不了面，沒有照明，照明控制也就無從談 起，照明控制技術的歷史同樣是照明技術的發展史。很多專業做控制的人對控制技術都非常精通，但對于光源的歷史卻并不了解。
黑夜給了我黑色的眼睛，我卻用它來尋找光明。人類是個怕黑的動物，所以人類制造光源，照明設備用來趕走黑暗。夜晚，人類最早接觸的照明光源是雷 電與火，雷電無法控制，人類轉而控制和保留火種，控制火提供光、熱是人類早期偉大的成就之一。人類所使用的第一堆篝火，也就是先民們發現的第一個照明光 源。天亮了，掐滅火把，這就是最原始的照明控制。大約在公元前3世紀出現了蜜蠟，這成為了蠟燭的錐形。之后又經歷了動物油燈，植物油燈，煤油燈的時代。用 針挑亮燈芯，這就是最原始的調光控制。這種用火提供照明的方式綿延了幾千年，直至電燈的出現，一個有著幾千年技術文明的歷史才在20世紀終結。
傳統光源控制史
1879年10月21日，美國科學家愛迪生發明了電燈，即白熾燈。
1881年倫敦薩沃伊劇院安裝了世界上第一個電力照明系統，利用超過1150個燈來照亮舞臺和觀眾席。
最早的一個記錄調光器是威伍茲的“安全調光器”發表于1890年。調光器在此之前,有可能引起火災。
1903年 Kliegl兄弟在紐約市大都會歌劇院安裝了有96個用于舞臺燈光的電阻調光器的電力照明系統。
可變電阻器調光是最早出現的調光方法,通過在白熾燈照明回路中串接一只大功率可變電阻器，調節可變電阻器就可以改變流過白熾燈的電流值，從而改 變燈光亮度。這種調光方式在交直流電源回路中都可使用，并且不會產生無線電干擾，但由于可變電阻的功耗高、發熱大，導致系統的效率很低。
“白熾燈靠電流加熱，使熱能轉換為光能，這種電能的利用形式太浪費了，能不能開辟一條電能利用的新途徑呢?”
1902年，黑維特發明了水銀燈，也即汞燈。這種水銀燈是在真空的燈管中充入水銀和少量氬氣。通電后，水銀蒸發，受電子激發而發光。水銀燈比白 熾燈亮多了，光線近似太陽光，能量利用率也較高。 但是，水銀燈會輻射出大量紫外線，而紫外線是對人體有害的；且水銀燈光線太亮、太刺眼，因此它不能得到廣泛應用。
1910年，法國的A.克洛德發明氖氣放電燈，他將汞充入燈中制成輻射藍光的燈管，后來又在燈管內壁涂上熒光粉制成輻射白光的燈管。
1938年，美國通用電子公司的研究人員伊曼，與其他科學家一樣，從霓虹燈的亮光中，看到了光明的前途,研制出熱陰極熒光放電燈。
1942年研制成功鹵磷酸鈣熒光燈。
20世紀50年代以后的熒光燈大都采用鹵磷酸鈣，俗稱鹵粉。鹵粉價格便宜，但發光效率不夠高，熱穩定性差，光衰較大，光通維持率低，因此，它不適用于細管徑緊湊型熒光燈。
同樣是在這段時間，現代控制的基礎：可控硅技術誕生。而中國這段時間還在進行著轟轟烈烈的大躍進運動。
1956年美國貝爾實驗室(Bell Lab)發明了晶閘管，也即可控硅；1957年美國通用電氣公司(GE)開發出第一只晶閘管產品；并于1958年將其商業化;開辟了電力電子技術迅速發展和廣泛應用的嶄新時代。
僅僅在兩年后， Joel Spira先生在1960發明世上首個旋扭式電子調光器，從此改變了整個照明控制行業的發展。
Spira先生于1961年在美國成立路創電子并將其發明推出市場，由于電子調光器大小一如墻面開關，并可節省電力，故此大受歡迎，迅即取代舊 式的調光器，從此一般家庭都可在墻上安裝這種既省電且纖巧的調光器，家居照明的面貌因此而改變。時至今日，這種旋鈕式電子調光器仍可見于部份家庭。
傳統光源控制史[page]
1959年人們發現鹵鎢循環可以大大減緩鎢的蒸發。進而發明了鹵素燈。提高了發光效率，延長了燈泡使用壽命。
圖：鹵鎢循環原理
1961年高壓鈉燈出現。
圖：鈉燈典型光譜
1962年金屬鹵化物燈問世。
圖：60年代初，金鹵燈問世
20世紀70年代，隨著大規模和超大規模集成電路的發明，第四代數字計算機得以廣泛應用，產生了“集中控制”的中央控制計算機系統。這種中央集中控制系統也被用于照明控制。
1971年，其中的代表廠家美國Crestron (快思聰)成立。后來發展成為家居中控的著名廠家。當然照明控制也成為其中控中重要的一部分。[page]
20世紀70年代出現了世界性的能源危機(1973年10月第四次中東戰爭爆發，為打擊以色列及其支持者，石油輸出國組織的阿拉伯成員國當年 12月宣布收回石油標價權，并將其積陳原油價格從每桶3.011美元提高到10.651美元，使油價猛然上漲了兩倍多，從而觸發了第二次世界大戰之后最嚴 重的全球經濟危機)導致許多公司致力于新型節能電光源及熒光燈用電子鎮流器（Electronic Ballast for Fluorescent Lamps）的研究。
1974年，荷蘭飛利浦公司的Jverstegen J M等先后合成了稀土綠粉(Ce,Tb)MgAl11O19、藍粉(Ba,Mg,Eu)3Al16O27和紅粉Y2O3∶Eu3+。并將它們按一定比例混 合，制成了三基色粉。它的發光效率高(平均80lm/w以上，色溫2500K-6500K，顯色指數85左右)。
圖：三基色光譜示意
隨著半導體技術日新月異的飛速發展，各種高反壓功率開關器件不斷涌現，為電子鎮流器的開發提供了前提條件。
70年代末，荷蘭飛利浦等公司率先推出第一代電子鎮流器，這是照明電器發展史上的一項重大創新。由于它具有高效節能等許多優點，引起了全世界的極大關注和興趣，認為是取代電感鎮流器的理想產品。一些世界著名企業都投入了相當的人力、物力來進行更高一級的研究與開發。
80年代初，飛利浦公司開發了BHF132H12型（單管 32W）及BHF232H12型（雙管 32W）熒光燈電子鎮流器，它采用了120只分立元器件，是功能最完善的代表性產品。由于微電子技術突飛猛進地發展，大大促進了電子鎮流器向高性能、高可 靠性方向發展，世界上許多著名半導體公司爭先恐后推出了專用功率開關器件和控制集成電路（IC）系列產品。
1984年，西門子公司開發了TDA4812等有源功率因數效正器（APFC）IC，功率因數達0.99以上，英國索恩、美國 GE、德國歐司朗等公司相繼推出集成電路電子鎮流器。
到了20世紀80年代后期，計算機、通信、微電子、自動控制等技術飛速發展，控制領域向現場總線技術發展。從根本上突破了傳統的“點對點”式的模擬信號或數字—模擬信號控制的局限性，構成一種全分散、全數字化、智能、雙向、互連、多變量、多接點的通訊與控制系統。
這一時期，澳大利亞Dynalite于1989年成立，它的Dynet總線系統便是現場總線系統專注于照明領域的具體實踐。
Dynet是一個封閉的現場總線，而我們熟知的KNX、EIB等是開放的總線。所有這些基于現場總線的照明控制系統我們先略過不表。因為總線技 術早于很多主流照明光源調光控制技術的基石，我們很多照明接口還沒有誕生。所以Dynalite早期對照明的控制也僅局限在照明開關及對白熾燈鹵素燈的切 相調光上。好在這種情況沒有持續多久。
1989年芬蘭赫爾瓦利公司成功推出可調光單片集成電路電子鎮流器。熒光燈，這一市場的主導光源的調光終于成為可能。
圖：熒光燈發光原理
[page]可控硅調光
前沿切相調光器
它們一般接線非常簡單，只要把調光面板串接在接燈的火線上（有的也接零線），旋動旋鈕就可以看到燈泡可以調節亮度了。
那么可控硅是怎么實現斬波的呢？
前沿切相調光器電路比較簡單，一般都包含一個DIAC(雙向觸發二極管)，一個TRIAC（可控硅，因此也叫可控硅調光器）。
如圖所示，前部分L1、C1是RF抑制電路， VR1、R1、C2、C3構成RC電路，當RC充電電壓大于DB1(DIAC)導通電壓時，DB1導通，觸發TR1(TRIAC)導通，這時220V電壓 加在燈泡上，當電流過零時，TR1關斷。如此重復。通過改變VR1電位計的大小可以改變時間常數RC，進而改變導通角。即我們斬波的寬度。
因此前沿切相調光的特點綜合起來就是：每半周期內，過零關斷，延時導通至半周期末。
相應的電壓波形如下：
這種調光器因為線路簡單，價格低廉，所以在市場上占了絕對的主導地位。
當然這種調光器也有局限性：只適用于阻性和感性負載，不適用于容性負載（電壓突變，產生非常大的浪涌電流）。降低線路功率因數，EMI干擾。可控硅在維持電流以上才能正常工作，因此，不適合深度調光。[page]
后沿切相調光器
可控硅調光器在開通時有一個很陡的前沿，電壓波形從零電壓突然跳高，這對白熾燈類電阻性負載的影響不大，但卻不適合氣體放電光源的調光使用。
因為多數氣體放電光源都需要驅動電路來配合工作，而驅動電路是一種容性負載，可控硅調光器產生的電壓跳變會在容性負載上產生很大的浪涌電流,使電路工作不穩定，甚至造成驅動電路燒毀的故障。因此后來又出現了后沿切相調光器。
這里也先介紹一下：
后沿切相調光器一般包括過零檢測電路，計時器及MOSEFT開關。
同樣，如圖所示，L1、C1起RF抑制作用。電路中有過零檢測和計時器，過零檢測到過零時重置計時器，且使計時器輸出高電壓，開啟MOSFET，電路導通，計時器開始計時，經過設定時間(ms,小于半周期)后，計時器輸出低電平，MOSFET關閉。電壓輸出中斷。
相應的電壓波形如下：
我們可以看出后沿切相調光器的電路比前沿切相要復雜得多,價格也會比前沿切相調光器高很多，所以在白熾燈時代，前沿調光器（可控硅調光器）壟斷了絕大部分市場。當然后沿切相的優點是適合容性負載，電壓緩慢升高，不會產生極大的浪涌。
有些廠家還生產通用調光器（即適用于阻性、感性、容性負載），其原理是主動識別負載類型，自動選擇前切還是后切。
同樣在這段時間(20世紀50年代)，過程控制領域同樣在進行著如火如荼的發展。基于0－10V或4－20mA的電流模擬信號的模擬過程控制體系得到廣泛的應用。可控硅誕生以后，0-10V用于照明模擬控制也成為了可能。
所以我們現在還可以看到一些老的1-10V系統還有白熾燈、鹵素燈的1-10V調光控制器，但用1-10V轉成可控硅調光有點畫蛇添足的感覺，因此基于白熾燈的1-10V控制器胎死腹中。[page]
熒光燈的調光（1-10V）熒光燈的調光是在高頻電子鎮流器的基礎上研發出來的。下面是高頻電子鎮流器的線路圖:
其工作原理如下：工頻電源經過射頻干擾（RFI）濾波器，全波整流和無源（或有源）功率因數校正器（PPFC或APFC）后，變為直流電源。通過 DC/AC變換器，輸出20K-100KHZ的高頻交流電源，加到與燈連接的LC串聯諧振電路加熱燈絲，同時在電容器上產生諧振高壓，加在燈管兩端，但使 燈管"放電"變成"導通"狀態，再進入發光狀態，此時高頻電感起限制電流增大的作用，保證燈管獲得正常工作所需的燈電壓和燈電流，常增設各種保護電路，如 異常保護，浪涌電壓和電流保護，溫度保護等等。
在對頻率的研究時發現了熒光燈調光的秘密。
其原理可以簡單理解如下：新的線路加入了對頻率的控制電路。頻率越高，與燈串聯的電感鎮流器的阻抗越大(XL=2πFL)，燈電流減小，燈的輸出功率降低，燈調暗。反之燈調亮。同時，頻率越高，電容阻抗越小，起到穩定電流的作用。
所以就像格力掌握核心科技，變頻同樣是熒光燈調光的核心科技。當然一個硬幣都有兩面，變頻解決了調光問題，也會帶來EMC干擾，空間的頻譜資源那么有限，大家都想插一腳，三大運營商為了4G波段爭得頭破血流。
鎮流器主要是要避開對紅外的干擾。一般的家電紅外遙控器都是38Khz調制的紅外信號。而我們的鎮流器一般的工作頻率也在10kHZ ~100Khz之間。如果鎮流器的工作頻率定義不好，估計你家電視都開不了，你作PPT時投影儀也打不開。有了熒光燈調光的核心技術以后，為其配備控制領域里已經成熟技術就是順理成章的事。[page]
1-10V調光
50代就已經成熟的1-10V很快被嫁接到用來改變頻率的regulating Input （控制輸入）。這就是我們現在已經比較熟悉的熒光燈鎮流器調光技術之一: 1-10V。當然頻率不可能無限高，所以1-10V調光是無法使燈輸出為0的，要關掉的變通的方法是在控制電路里另外再加繼電器開關，當控制電壓低于1V 里關閉這個開關。這就是北美一般采用0-10V調光時，用0V控制開關斷開來達到關掉熒光燈的目的。歐洲人比較流行用1-10V調光。開關的事交給別人。
1-10V接口的控制信號是直流模擬量，是連續的，所以也叫模擬調光。信號極性有正負之分，按線性規則調節熒光燈的亮度，調光時一旦當控制信號觸發，鎮 流器啟動熒光燈，首先被激勵點燃到全亮，然后再按控制量要求調節到相應亮度，按IEC929標準，每個鎮流器的最大工作電流為1mA。
1-10V調光曲線如下圖：
這里有必要提一下控制里常會提到的 Sinking（灌電流）和Sourcing （拉電流）的概念。借用一下數字控制里面的兩張圖說話:
我們的1-10V照明控制常用的是鎮流器提供電源，控制器吸入電流。對應上面左邊的圖一。一般每個鎮流器提供0.15-0.2mA左右的電流。所以看一個控制器能帶多少套鎮流器就要看控制器能Sinking的電流。如果是50mA，對應的就是200-300套鎮流器。
當然控制廠家鎮流器廠家有這么多，按上面右邊的圖二的也有。如果輸入輸出都是同一性質的，還需要加轉換電路才能匹配使用。[page]
1-10V控制雖然便宜，但也有一些限制：必須另外加一組控制線，分組控制完全需要依靠硬件接線，分組變化需要重新接線。如果一個大的室內空間分組比較精細，線路上的成本是很大的。因為是電壓模擬信號，會存在干擾，影響控制精度。
熒光燈的調光（DSI & DALI）
1991年，奧地利的Tridonic(銳 高) 開發出來了用曼徹斯特碼（Manchester Code）的數字式控制接口（DSI）鎮流器，包括1位開始位，8位數據位（dimming value），4位停止位。信號沒有極性要求，信號在控制線上傳輸和同步方式比較可靠，調光按指數函數方式調光，這種鎮流器被觸發啟動后，熒光燈亮度可以 從0開始調整到控制信號所指定的亮度。
另外DSI還可以通過信號命令，在電子鎮流器內部對進入鎮流器的220V主電源進行開關切換控制，當熒光燈被關閉熄滅后，鎮流器可自動切斷220V 主電源以節省能源消耗。還可省掉調光器經過開關控制的主電源線連接，而直接與220V主電源線連接，也可節省系統成。DSI使用單字節進行燈光的光強控制 ( 0-255 or 000-0FF）,使熒光燈的控制更容易與數字式的調光控制器連接，從而擴大應用范圍。
銳高為DSI申請了專利，成為了獨家的協議，谷歌與蘋果開源與閉源的爭論一直沒有結論，但對于照明來說，DSI相對于1-10V來說只是提高了照明 精度等優勢。分組布線并沒有改變，而人眼對于光的敏感度相對較低。所以照明體驗并沒有天壤之別，DSI并不能像蘋果的閉源系統IOS一樣風行世界，反而變 得孤芳自賞。
由于節能的需求,自DSI之后，歐洲開始了對數字式熒光燈照明控制系統的開發和研究，一些主要的照明生產廠商提出了采用標準通信協議來加速群控照明 節能產品的推廣使用建議。歐洲主要的電子鎮流器生產廠家(如Halvar、Hüco、Philips、Osram、Tridonic、Trilux和 Vosslohs2chwabe等)都紛紛加入到數字式可尋址調光控制接口DALI (Digital AddressableLighting Interface)標準的制定工作中。
同時,電子控制工作組(ECG)、(IEC929ΠEN60929)成立,開始起草有關標準，并形成歐盟標準草案，生成的DALI草案后來就成為歐盟電子鎮流器標準EN60929附錄E部份的內容。
1-10V模擬量接口控制鎮流器也于1994年并入工業標準IEC929。
2001年成立世界DALI協會。通過DALI技術的推出及應用，目前DALI已成為歐洲數字調光的主流標準。
由于DALI標準是由鎮流器廠家共同倡導的標準，它更多是作為一個接口標準，方便系統連接。調光鎮流器一般分通信模塊和調光模塊。DALI定義的是 通信方面，調光模塊同樣是上面的變頻技術。將我們前面的鎮流器的Regulating Input 換成我們的DALI通信模塊，我們就得到了DALI鎮流器。有關DALI的詳細標準大家可以查相關標準，我只羅列些DALI應用的一些基本特點：
1）全稱Digital Addressable Lighting Interface 數字可尋址照明接口，低電壓0V (-6.5~6.5V)，高電壓16V (9.5V~22.5V)，最大允許2V波動；
2）高效傳輸速率(1,200 比特/秒)；
3）雙向通訊，可顯示光源信息(如開/關,光源真實亮度,光源狀態等)；
4）接線簡單， 自由布線方式，(控制信號線沒有極性,沒有組要求)， 控制信號線長度可達300m；
5）一個系統最多允許64個獨立地址元件，最多可儲存16個場景(16個組地址)，系統最大電流250mA,鎮流器最大電流2mA；
6）調光范圍0.1%-100%，最低限值取決于供應商，調光曲線標準化且適應人眼的敏感度(下圖：對數調光曲線)；
7）燈可以用電子鎮流器開/關(有一定待機功耗)。
替代的辦法是采用隨機數方法產生地址，每個鎮流器實際用24位存儲地址(長地址)，出廠時統一設置成FFFFFF，系統調時試，首先使每個鎮流器產 生隨機數地址(DALI命令)，24位產生2位相同地址的機率是極小的。然后通過依次搜索最小隨機數地址遍歷所有這條DALI線上的DALI鎮流器并依次 賦于0-63地址（短地址）。
每次調試后控制線上任何一個鎮流器的地址都是不確定的，因此當系統中某個鎮流器發生故障需要更換時，不是簡單換一個新的，而是要使新替換上去的鎮流器的地址必須與換下來的地址相同，目前還必須借助專用調試設備重新對鎮流器地址進行編址，否則會產生地址沖突。
好了，至此，你已經了解了熒光燈鎮流器調光技術中常見的三種方法， 1-10V模擬調光，DSI數字串行調光， DALI 數字可尋址調光。這三種鎮流器技術發跡于熒光燈，但并不局限于熒光燈，很快就被應用到其他領域，這已是后話了。
