金鹵燈鎮(zhèn)流器原理圖設(shè)計方案及其工作原理和技術(shù)方案等-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-06-01
金鹵燈是工業(yè)照明燈具光源的一種，金鹵燈屬于第三代光源，金鹵燈具有良好的節(jié)能、環(huán)保、高效的優(yōu)點。
金鹵燈是由金鹵燈外殼、金鹵燈光源、鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器、電容、散熱器等部分組成的。
金鹵燈是交流電源工作的，在汞和稀有金屬的鹵化物混合蒸氣中產(chǎn)生電弧放電發(fā)光的放電燈，金屬鹵化物燈是在高壓汞燈基礎(chǔ)上添加各種金屬鹵化物制成的第三代光源。
金鹵燈分為是石英金鹵燈，其電弧管泡殼是用石英做的，另一種是陶瓷金鹵燈，其電弧管泡殼是用半透明氧化鋁陶瓷做的，兩種的光效和價格都有很大的差別，目前石英金鹵燈的使用非常普遍，而陶瓷金鹵燈使用較少。
廣泛適用于制造業(yè)工廠、電力、鐵路、冶金、石化、廠礦、車間、物流倉庫、文體場館等高大場所。還可以作為防爆燈具的光源，用于電力、石油開采、冶煉、化工、軍工儲備等企業(yè)的危險環(huán)境及海洋石油平臺、油輪等場所。
金鹵燈最大優(yōu)點是發(fā)光效率特別高，光效高達(dá)80～90Lm/W，正常發(fā)光時發(fā)熱少，因此是一種冷光源。金鹵燈具有有發(fā)光效率高、顯色性能好、壽命長等特點，是一種接近日光色的節(jié)能新光源。
為了確保金鹵燈不出現(xiàn)聲諧振，電子鎮(zhèn)流器一般工作于低頻方波狀態(tài)。傳統(tǒng)的低頻方波電子鎮(zhèn)流器包括3級結(jié)構(gòu)：功率因數(shù)校正電路、降壓電路和全橋逆變電路。這種結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜而且造成了鎮(zhèn)流器的成本昂貴。簡化電路、降低成本已經(jīng)成為如今研究的重點。一種方法就是把前兩級功率因數(shù)校正和降壓電路組成一級。這種方法可以減小鎮(zhèn)流器的體積，但是可能伴隨帶來的問題就是降低了功率因數(shù)校正電路的表現(xiàn)，增加了開關(guān)器件的應(yīng)力等不利因素。另一種方法就是把降壓電路和逆變電路組合在一起。這種方法可以降低鎮(zhèn)流器的體積和成本，但是控制方法可能相對復(fù)雜。
組合降壓電路和半橋逆變電路在一起的方案是現(xiàn)在比較流行而且可行的方法。因為這種方式的電路相對最為簡單，成本最低。為了促進(jìn)這種方案的廣泛應(yīng)用，簡化它的控制方法，克服這種電路的缺點，提高它的可靠性就成為研究的重點。
本文對此種電路提出了一種新型控制方法，并且提出一種簡單有效的方法克服此電路在輸出電流換向時發(fā)生的電流過沖問題，降低了波峰系數(shù)。
1 電路描述
電路的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
電路結(jié)構(gòu)框圖
1.電路工作模態(tài)的分析
S1、S2的門極信號如圖2所示。當(dāng)S1工作于高頻狀態(tài)時，S2被斷開。此時，電路等效于一個Buck電路，S1相當(dāng)于主功率開關(guān)，而S2的體二極管相當(dāng)于Buck的二極管。兩個開關(guān)管的工作狀態(tài)會以400Hz的一個頻率交替變化。這樣，就可以得到一個低頻的方波電流輸出供給燈。
金鹵燈電子鎮(zhèn)流器電路圖
二極管關(guān)斷時存在一個反向恢復(fù)問題，這會大大增加器件的開關(guān)損耗。為了避免這種情況的發(fā)生，我們讓電路工作在電流斷續(xù)狀態(tài)下。圖3是逆變級Buck電感電流的狀態(tài)示意圖。
電感電流斷續(xù)的情況
當(dāng)S1工作于高頻狀態(tài)而S2斷開時，電路工作于3種工作模式。
1.模式1
S1開通，電流流過C1、S1、Rs、燈、點火電感和Lc圖4是這種模式的等效電路圖。其中點火電感的電感量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電感L的電感量，假設(shè)電容C上的電壓在每個開關(guān)周期中保持不變，電感L上的電壓VL為
S1斷開，由于電感電流不能突變，電流流過Rs、燈、點火電感、L、C2和D2o。圖5是此種模式的等效電路圖。電感L的電壓為
S1仍然處于斷開狀態(tài)。但是電感￡的電流降為零。此時，電容C給燈提供能量，電流流過C、Rs、燈和點火電感。圖6是此種工作模式的等效電路圖。假設(shè)電容足夠大，電容上的電壓保持不變，我們能夠從式(1)、式(2)中得到輸出的燈電壓為
式中：系數(shù)k1與電感電流下降時間有關(guān)，在圖3中有著明確的表示。
當(dāng)S1斷開，S2工作于高頻開關(guān)狀態(tài)時，電路的工作過程基本上和上面的分析一致。
根據(jù)上面的分析，在每半個低頻周期內(nèi)半橋逆變電路可以等效為一個Buck降壓電路。從而一個半橋逆變電路既可以提供給燈一個合適的T作電壓又能使燈工作于低頻方波狀態(tài)。
1.2 閉環(huán)控制
因為金鹵燈的負(fù)阻特性，為此我們控制鎮(zhèn)流器的輸出呈現(xiàn)為電流源的特性，以保證燈的穩(wěn)定工作。圖7是半橋電路的控制方法框圖。通過Rs采樣燈電流。采樣電阻Rs上的電壓是一個低頻的方波信號。首先通過運放l把這個信號放大，然后經(jīng)過一個整流電路把這個交流的方波信號整流成直流，再經(jīng)過RC濾波后進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)輸出為一個恒流源。可見這種控制方法等效于DC/DC的控制方法，簡單且有效。
1.3 電流過沖
但是，這個電路存在一個嚴(yán)重問題就是在每個輸出電流換向的瞬間會有很大的電流過沖。這樣的尖峰電流會大大降低燈的使用壽命。本文提出了一種簡單有效的方法克服這個問題。
圖8是半橋驅(qū)動門極信號的產(chǎn)生電路，其中的D觸發(fā)器、兩個與門和兩個或非門組合在一起用來減小驅(qū)動信號的占空比。而這個功能由控制腳(CP)來控制，當(dāng)CP為高時，驅(qū)動的占空比就可以減小為大約原來的一半。這樣我們就可以在每個輸出電流換向的瞬間給CP一個高電平，減小驅(qū)動的占空比，以大大減小甚至消除過沖電流。圖9為一個簡單CP控制信號的產(chǎn)牛電路。圖10為腳CP信號與低頻逆變信號的時序圖。
2 實驗結(jié)果
采用上述控制方法的一個70W金鹵燈電子鎮(zhèn)流器樣機已經(jīng)完成。電路主要參數(shù)如下。
L="380" μH;
C=1μF;
Vo="200V";
fh="100" kHz;
f1=400Hz。
其中：fh為半橋電路驅(qū)動的高頻和低頻頻率;
f1為半橋電路驅(qū)動的低頻頻率。
圖11顯示了輸出電流換向時驅(qū)動信號的變化。圖12為輸出電流換向時電感電流的變化，可以看到電流的過沖相當(dāng)小。圖13為點火脈沖，由于點火是在低頻情況下進(jìn)行，所以點火成功率很高。圖14為燈正常工作時的電流和電壓波形，可以看出燈電流基本沒有電流過沖的情況發(fā)生。整機效率約為90%，波峰系數(shù)為1.1。
結(jié)語：本文提出了一種用于兩級低頻方波金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的新型控制方法。它調(diào)節(jié)輸出為恒流源，保證了燈的穩(wěn)定運行。同時克服了電路存在的電流過沖問題。相比與傳統(tǒng)的3級低頻方波電子鎮(zhèn)流器，這種電路和控制方法簡單而有效,所謂價廉物美啊。
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