金鹵燈電子鎮(zhèn)流器Buck電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　金鹵燈(MHL)作為一種綠色照明光源在室內(nèi)外照明領(lǐng)域中逐漸得到了廣泛的應(yīng)用，然而，在使用這種綠色照明光源時(shí)，與之配套的金鹵燈電子鎮(zhèn)流器則是實(shí)現(xiàn)綠色金鹵燈照明的關(guān)鍵所在。Buck電路是金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的重要組成部分，主要用于在金鹵燈穩(wěn)態(tài)工作時(shí)的恒功率供電。因此，Buck電路的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)電子鎮(zhèn)流器的性能有非常重要的影響。

　　1 金鹵燈電子鎮(zhèn)流器

　　金鹵燈是HID燈中性能最為優(yōu)越的一種電光源，具有光效高、壽命長(zhǎng)、顯色性好等優(yōu)點(diǎn)，因而具有廣闊的發(fā)展前景。金鹵燈的伏安特性呈負(fù)阻特性，由于具有負(fù)阻特性的氣體放電燈是不能直接接人恒定電壓的電網(wǎng)上去的，所以必須配備鎮(zhèn)流器才能正常工作。由于金鹵燈在高頻下工作容易產(chǎn)生聲諧振，而低頻方波點(diǎn)燈的方案可以有效克服金屬鹵化物燈(MHL)聲諧振，因此本文采用低頻方波點(diǎn)燈的方案。傳統(tǒng)的低頻方波點(diǎn)燈方案是典型的三級(jí)低頻方波電路，其電路原理框圖如圖1所示。一般來說，其第一級(jí)PFC電路通常采用Boost PFC電路，主要功能是提高功率因數(shù)，同時(shí)把50 Hz／220 V交流電轉(zhuǎn)變成直流電(本文中為400 V直流電)；第二級(jí)DC／DC采用Buck降壓電路，主要功能是控制輸出電壓和電流的大小，把400 V的直流電壓降低到85 V；第三級(jí)為低頻全橋逆變電路，用于將直流電轉(zhuǎn)換為低頻方波給金鹵燈供電，以避免金鹵燈工作在直流狀態(tài)下時(shí)影響燈的壽命，同時(shí)也可避免金鹵燈在高頻下發(fā)生聲諧振現(xiàn)象。這種三級(jí)低頻方波電路中的點(diǎn)火電路用于完成金鹵燈的啟動(dòng)和正常供電，控制和保護(hù)電路則可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電路的協(xié)調(diào)工作，包括金鹵燈的啟動(dòng)控制、電流功率控制及金鹵燈的保護(hù)控制等。本文主要討論70 W金鹵燈電子鎮(zhèn)流器中新型Buck電路的設(shè)計(jì)方法。

　　2 Buck電路的設(shè)計(jì)

　　Buck電路是金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的中間部分，本文采用電流峰值控制芯片UC3843來實(shí)現(xiàn)PWM的驅(qū)動(dòng)控制，它通過檢測(cè)Buck回路中的電流，也就是通過檢測(cè)采樣電阻R兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)對(duì)MOS管的控制。在燈擊穿前，Buck電路的輸出會(huì)維持某個(gè)固定電壓值，這個(gè)電壓稱為空載輸出電壓，它的取值主要由APFC的輸出電壓決定。一般情況下，空載輸出電壓有兩個(gè)作用：第一是給點(diǎn)火電路提供輸入電壓，較高的空載電壓可以減小點(diǎn)火電路中變壓器的匝比；第二，由于空載電壓可決定輸出電容在金鹵燈啟動(dòng)前的儲(chǔ)能，而金鹵燈在擊穿以后，Buck變換器的響應(yīng)速度還不足以提供能量給金鹵燈，因此，輸出電容的儲(chǔ)能將在這一短暫的時(shí)間內(nèi)向金鹵燈提供能量。Buck電路的主要功能是實(shí)現(xiàn)金鹵燈的穩(wěn)態(tài)控制，即恒功率控制。所謂恒功率控制，就是在保證金鹵燈正常工作時(shí)，保持其輸出功率不變，從而實(shí)現(xiàn)良好的照明效果。

　　圖2所示是傳統(tǒng)和改進(jìn)型Buck電路示意圖。在傳統(tǒng)的Buck電路中，MOS管的柵極和源極位于高電位側(cè)，UC3843輸出端不能直接驅(qū)動(dòng)MOS管，而需要通過隔離電路來實(shí)現(xiàn)對(duì)開關(guān)管的驅(qū)動(dòng)，隔離電路通常采用光耦隔離和變壓器隔離兩種方法，光耦隔離需要引入另一組隔離電源，這將增加電路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，而變壓器隔離會(huì)引入電磁干擾，也會(huì)引起驅(qū)動(dòng)波形的失真，同時(shí)將明顯增大電路的體積。

　　基于傳統(tǒng)Buck電路的上述缺點(diǎn)。本文提出了一種新的改進(jìn)型Buck電路，其電路如圖2(b)該電路是Buck傳統(tǒng)電路的變形。雖然該電路中元件的位置發(fā)生了變化，但由于電路的拓?fù)潢P(guān)系沒變，故其輸入輸出電壓關(guān)系沒變。圖2(b)中將MOS開關(guān)管和電感置于靠近直流電源的地端，這樣UC3843就可以直接驅(qū)動(dòng)MOS管，而不需要驅(qū)動(dòng)隔離電路，從而減少了驅(qū)動(dòng)波形的失真，提高了驅(qū)動(dòng)電路的可靠性，簡(jiǎn)化了電路，減小了電路體積，降低了成本，同時(shí)，由于該Buck電路的輸出高電位側(cè)與Buck電路輸入的高電位側(cè)是等電位連接，因而也減少了干擾。