基于單片機(jī)控制的恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器

0 引言

金屬鹵化物燈 (MHL) 作為高壓氣體放電燈 (HID) 的典型代表，以其高光效、高顯色性、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被稱為最理想的光源之一。而作為一種氣體放電燈，金鹵燈具有負(fù)阻特性，所以必須使用鎮(zhèn)流器來(lái)保證其穩(wěn)定工作。目前相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中研究最為廣泛的是電子式鎮(zhèn)流器，與傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器相比，電子式鎮(zhèn)流器體積更小、重量更輕、效率更高且能有效消除工作噪音。制約電子式鎮(zhèn)流器發(fā)展的主要問(wèn)題在于其控制復(fù)雜。基于模擬器件的控制電路結(jié)構(gòu)將十分繁雜，成本較高且穩(wěn)定性不能得到保證。而由于單片機(jī)控制電路可以簡(jiǎn)化電子式鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)并顯著提高其性能。本文介紹了一種基于 STC 單片機(jī)控制的三級(jí)式恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器，詳細(xì)分析了其控制策略并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的軟件流程及硬件控制電路。

1 電子式鎮(zhèn)流器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種電子鎮(zhèn)流器的控制思想，其共同點(diǎn)是尋求在保證金鹵燈穩(wěn)定工作的同時(shí)，避免聲諧振現(xiàn)象的發(fā)生。聲諧振現(xiàn)象是指 HID 燈在高頻工作時(shí)出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，其會(huì)嚴(yán)重影響燈具的照明效果，甚至可能導(dǎo)致燈具的損毀。為了避免聲諧振，必須調(diào)節(jié)燈的工作頻率以使其遠(yuǎn)離聲諧振頻帶。實(shí)踐表明，低頻方波驅(qū)動(dòng)金鹵燈的方案是消除聲諧振現(xiàn)象最有效的解決方法。

低頻方波驅(qū)動(dòng)金鹵燈方案應(yīng)用最為廣泛的是三級(jí)式電子鎮(zhèn)流器，其基本構(gòu)成如圖 1 所示。第一級(jí)功率因數(shù)校正電路 ( 即 APFC 電路 ) ，可在減小電流諧波，提高功率因數(shù)的同時(shí)，為其后的功率控制級(jí)電路提供恒定的直流母線電壓。本設(shè)計(jì)采用 Boost 電路結(jié)構(gòu)形式來(lái)提供較高的母線電壓，以利于產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)金鹵燈的高壓點(diǎn)火脈沖。第二級(jí)功率控制電路為 Buck 電路，用于實(shí)現(xiàn)金鹵燈的穩(wěn)態(tài)控制，主要是指恒功率控制。所謂的恒功率控制就是保證金鹵燈在正常工作時(shí)，輸出功率保持不變。恒功率下金鹵燈的光輸出及相關(guān)色溫指數(shù)均會(huì)十分穩(wěn)定，不僅可以保證照明質(zhì)量，同時(shí)也可以延長(zhǎng)金鹵燈的使用壽命。在穩(wěn)態(tài)工作時(shí)， Buck 電路會(huì)將金鹵燈工作電流調(diào)整為一穩(wěn)定值，同時(shí)， APFC 電路會(huì)輸出恒定直流母線電壓，從而實(shí)現(xiàn)金鹵燈的恒功率控制。第三級(jí)電路為全橋逆變電路，它可將 Buck 電路的輸出電壓逆變?yōu)榈皖l方波來(lái)驅(qū)動(dòng) HID 燈，從而避免聲諧振現(xiàn)象的發(fā)生。金鹵燈的啟動(dòng)需要通過(guò)高壓脈沖點(diǎn)火來(lái)實(shí)現(xiàn)，圖 1 中的點(diǎn)火電路主要利用 LC 諧振的方式來(lái)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千伏的高壓脈沖，從而完成金鹵燈的啟動(dòng)。圖 1 中的單片機(jī)控制與保護(hù)電路的功能主要是完成金鹵燈的啟動(dòng)控制以及金鹵燈穩(wěn)定工作時(shí)的監(jiān)測(cè)和保護(hù)，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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