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基于单片机的金卤灯电子镇流器研制

发布时间:2017-04-13 07:22:03  来源:大电流电感厂家   查看:


0 引 言
随着科技的迅猛发展,世界自然资源也以同样的迅猛速度消耗着,节能已经成为各国科研计划中的重要项目。照明节能越来越引起人们的关注,并逐渐上升到绕行电感器保护资源和环境的高度。近年来,得益于电力电子学的发展,节能型电光源配套设备也得到了迅速发展。与传统的电感镇流器相比,电子镇流器自身能耗大为降低,性能参数大大提高,体积和重量大大减小,使用寿命延长,电感器生产厂家并且改善了照明质量。
金卤灯作为一种新型节能高强度放电灯,其显色性好,光色接近于太阳光,而且发光效率高,广泛应用于广场、码头、车间等室内外照明中。因此,与其配套的电子镇流器也成为近几年研究的热点。降低金卤灯及电子镇流器的成本,缩小其体积则成为研究的关键。


1 硬件电路设计
1.1 金卤灯电子镇流器技术指标
功率因数大于等95%;电流畸变系数小于等于10%;电流波峰系数小于等于1.7;使用寿命大于等于10 000 h;启动时间小于等于1 min;有过压、过流及异常状态保护功能。
1.2 电子镇流器的工作原理
该电子镇流器的基本结构框图如图1所示,它主要由整流及功率因数校正电路、恒功率控制电路、高频逆变电路、点火电路及控制电路几部分构成。该电路的输入为50/60 Hz,220 V的工频交流电,在电源接通而灯未点燃时,经LC谐振电路谐振后能产生3 kV以上的高压把灯点亮;而灯稳定工作以后,灯两端电压约为85 V,维持金卤灯的正常点燃。

1.2.1 整流与功率因数校正电路
本电路的整流滤波是采用电感器生产厂家桥式整流电容滤波电路来实现的,通过EMI滤波器得到310 V的直流电压送到APFC电路。而APF扁平型电感C是用功率因数控制芯片L6561完成的。其电路图如图2所示。

APFC的基本工作原理如下:主回路的输出电压Vo。和基准电压VREF比较后,输入给电压误差放大器EA,整流电压检测值VM1和误差放大器的输出电压信号Verr共同加到乘法器M的输入端,乘法器M的输出作为电流反馈控制的基准信号。电流误差放大器CA的输出与电感零电流检测器(ZCD)的输出作为开关管VG驱动器的输入信号,控制开关管的开通和关断,保证电感电流的峰值跟踪整流电压,从而使输入电流(电感电流的平均值)与输入电压的波形基本一致,提高输入端功率因数,降低电流畸变程度。
1.2.2 恒功率控制电路
金卤灯在使用寿命期间,灯电压会随着灯管的不断老化而升高,而传统的电感镇流器具有恒流特性,导致灯功率不断增大,从而加速灯管老化。本文采用了具有限流限压功能的近似恒功率控制方案,具有成本低,性能稳定的特点,在电网电压波动以及灯管老化等因素造成灯电压变化时,均能自动实现恒功率输出。其电路原理图如图3所示。

该电路可以将系统的功率因数λ提高到0.99以上,有效地抑制输入电源电流iin的波形失真,达到GB15144所要求的低于L级畸变指数,确保HID灯管的电流波峰系数小于1.7。
在Buck电路输入端串联接入检测电阻Rs,然后通过电阻R1进行滤波,得到平均电压信号,从电感器和电容器L2端检测到灯的电压信号,二者经过EA放大电压信号,得到的输出电压作为反馈信号经过比较强输入到PWM控制器,PWM控制器根据输入的反馈电压信号输出一个控制信号Vf来控制Buck电路的开关S2的占空比。适当地选择R1,R2,R3,就可以很好地控制输出功率Po。
1.2.3 全桥逆变电路
镇流器中的低频方波输出是通过全桥逆变电路来实现的,如图4所示。全桥由4个MOSFET构成,在全桥控制器的控制下,两对MOS管交替导通,在稳定工作情况下输出400 Hz的方波。

1.2.4 启动电路
由LC构成谐振启动电路。在启动前,灯相当于开路,L,C组成串联谐振电路。点灯时,利用全桥输出方波电压正负跳变时的少量高频分量,使L,C发生谐振,在C两端产生高电压将灯点燃。此启动电路点火电压的位置有利于灯启动后电弧的稳定,而当灯工作于稳态时,点火电路对灯并无影响。

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