工程師diy大揭秘：600W 高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的研制

研制性價(jià)比較高的電子鎮(zhèn)流器以取代電感鎮(zhèn)流器是大勢(shì)所趨，這是因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/高壓鈉燈">高壓鈉燈(HPSL)是一種性能優(yōu)異的高強(qiáng)度氣體放電燈(HIDL)，其優(yōu)點(diǎn)是光效高、壽命 長(zhǎng)、光色好，所以應(yīng)用廣泛。與所有的氣體放電電光源一樣，高壓鈉燈呈負(fù) V-I 特性，需要鎮(zhèn)流器來抑制燈電流，而且啟動(dòng)時(shí)需要 5～20kV 的氣體擊穿電壓。傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器體 積大，功率因數(shù)低(只能達(dá)到 0.3～0.4)，而且對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力不強(qiáng)。

現(xiàn)已研制的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器大都是高頻電子鎮(zhèn)流器，在高頻狀態(tài)下，高壓鈉燈容易熄弧，并存在聲共振問題。為避免聲 共振，現(xiàn)已研制的 600W 高壓鈉燈高頻電子鎮(zhèn)流器采用了頻率調(diào)制技術(shù)，使高壓鈉燈的電流 工作頻率時(shí)刻圍繞中心頻率上下變化。啟動(dòng)部分采用 LC 串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生高壓，簡(jiǎn)單可靠。

1 整體控制策略

電路原理框圖如圖 1 所示。主電路分為兩級(jí)，第一級(jí)為整流及有源功率因數(shù)校正電路(AP FC)，第二級(jí)為逆變電路。可以看出，電子鎮(zhèn)流器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)典型的 AC/DC/AC 變換電路。輔 助電源由 UC3844 組成的單端反激式電源構(gòu)成，輸出電壓 18V 給芯片供電。

圖 1 600W 電子鎮(zhèn)流器整體結(jié)構(gòu)圖

2 整流和 APFC 部分 交流電經(jīng)二極管整流，雖然輸入電壓是正弦的，但輸入電流卻嚴(yán)重畸變，效率很低，大量使用會(huì)給電網(wǎng)造成嚴(yán)重危害，同時(shí)輸入電流諧波生成的噪聲也會(huì)影響電路運(yùn)行。APFC 能使電路 輸入功率因數(shù)提高到 0.95 以上，使輸入電流基本為正弦波，諧波含量大大減少。本文采用 FAN 7527B 控制的 Boost 電路作為 APFC 電路如圖 2 所示。FAN7527B 是 Fairchild Semiconductor 公司生產(chǎn)的簡(jiǎn)單高效的功率因數(shù)校正器，內(nèi)含 R/C 濾波器，故外圍電路不需接 R/C 濾波器。變壓 器 T1 副邊有兩個(gè)作用：給芯片供電，同時(shí)作為電流過零的檢測(cè)信號(hào)。此芯片采用電壓電流雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)使用電流斷續(xù)不定頻率模式控制。電壓檢測(cè)信號(hào)(腳 1)和同步信號(hào)(腳 3)相乘 作為電流給定，R5 為電流檢測(cè)電阻。輸出電壓可在較大范圍內(nèi)進(jìn)行控制，根據(jù)后一級(jí)需要，這里控制在 400V，如圖 2 所示。

圖 2 整流和 APFC 原理圖3 高頻半橋逆變部分 高頻逆變是高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的重要組成部分，采用了半橋逆變變異形式，少用了兩個(gè)電容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，節(jié)約了成本。只是電路的輸出電壓是全橋的一半，在同樣輸出功率的條件下， 半橋的功率管電流比全橋大一倍，考慮到高壓鈉燈正常工作電壓，半橋電路能完全滿足其需求。 如圖 3 所示，其工作過程為電感 L1 和 C9 首先達(dá)到串聯(lián)諧振，頻率為 200kHz，產(chǎn)生 7kV 高壓， 使高壓鈉燈點(diǎn)火，點(diǎn)火后高壓鈉燈導(dǎo)通，C9 不起作用，由于 C8 >>C9 ，C8 和電感不會(huì)諧振，起到 了鎮(zhèn)流作用，這時(shí)頻率以 35kHz 為中心上下波動(dòng) 2kHz 范圍，1min 后高壓鈉燈達(dá)到恒定功率正 常運(yùn)行。半橋輸出方波，經(jīng) C8 和 L1 鎮(zhèn)流后變?yōu)楦哳l交流電。

如圖 3 所示，半橋驅(qū)動(dòng)芯片采用美國(guó)硅通公司生產(chǎn)的電壓型 PWM 控制器 SG3525A，是一 種性能優(yōu)良，功能齊全，通用性很強(qiáng)的單片集成 PWM 控制器。該芯片簡(jiǎn)單可靠，且使用方便靈 活，通過適當(dāng)外接電路，不僅能夠?qū)崿F(xiàn) PWM 控制，還可以完成輸入軟啟動(dòng)、過載限流、過壓保護(hù)、死區(qū)調(diào)節(jié)等多種功能。其工作原理為將觸發(fā)脈沖變壓器 T3 輸出的兩路互補(bǔ)的 PWM 驅(qū)動(dòng)脈沖送至開關(guān)管 S2、S3 的柵極，控制兩只功率管交替工作。SG3525A 內(nèi) 的 振 蕩 器 外 接 時(shí)

標(biāo)電容CT，通過電阻RD 提供放電通路。改變RD 的數(shù)值則可以改變CT的放電時(shí)間，同時(shí)可以改變死區(qū)時(shí)間。而 CT 的充電電流則由RT 規(guī)定的電流源決定，SG3525A 的腳8 起到輸入軟啟動(dòng)作用。SG3525A 的振蕩頻率f=1/[CT×(0.7RT+RD)]。

圖 3 半橋高頻逆變電路

4 聲共振的抑制

在采用高頻電源點(diǎn)燃 HPSL 時(shí)，管內(nèi)壓力波的脈動(dòng)從管內(nèi)壁反射回來，若與燈的高頻電流 的脈動(dòng)成分相位相同，則形成駐波，產(chǎn)生聲共振。只要鎮(zhèn)流器的工作頻率與其中的一個(gè)聲振蕩頻率相同，就有可能產(chǎn)生聲共振。