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600W高压钠灯电子镇流器的研制

作者:时间:2016-10-29来源:网络收藏

摘要:研制了一种基于不定频率控制的高效、可靠的,采用设计频率调制技术消除了声共振,及简单可靠的谐振式启动电路及过流、过压和异常保护电路。

关键词:;声共振;频率调制;串联谐振

中图分类号: 文献标识码: 文章编号:

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201610/307223.htm

0 引言

(HPSL)是一种性能优异的高强度气体放电灯(HIDL),其优点是光效高、寿命长、光色好,所以应用广泛。与所有的气体放电电光源一样,高压钠灯呈负V-I特性,需要镇流器来抑制灯电流,而且启动时需要5~20kV的气体击穿电压。传统的电感镇流器体积大,功率因数低(只能达到0.3~0.4),而且对电网电压波动的适应能力不强,所以,研制性价比较高的以取代电感镇流器是大势所趋。现已研制的高压钠灯大都是高频电子镇流器,在高频状态下,高压钠灯容易熄弧,并存在声共振问题。为避免声共振,现已研制的高压钠灯高频电子镇流器采用了频率调制技术,使高压钠灯的电流工作频率时刻围绕中心频率上下变化。启动部分采用LC串联谐振电路产生高压,简单可靠。

1 整体控制策略

电路原理框图如图1所示。主电路分为两级,第一级为整流及有源功率因数校正电路(APFC),第二级为逆变电路。可以看出,电子镇流器实质上是一个典型的AC/DC/AC变换电路。辅助电源由UC3844组成的单端反激式电源构成,输出电压18V给芯片供电。

图1 电子镇流器整体结构图

2 整流和APFC部分

交流电经二极管整流,虽然输入电压是正弦的,但输入电流却严重畸变,效率很低,大量使用会给电网造成严重危害,同时输入电流谐波生成的噪声也会影响电路运行。APFC能使电路输入功率因数提高到0.95以上,使输入电流基本为正弦波,谐波含量大大减少。本文采用FAN7527B控制的Boost电路作为APFC电路如图2所示。FAN7527B是Fairchild Semiconductor公司生产的简单高效的功率因数校正器,内含R/C滤波器,故外围电路不需接R/C滤波器。变压器T1副边有两个作用:给芯片供电,同时作为电流过零的检测信号。此芯片采用电压电流双闭环控制,内环使用电流断续不定频率模式控制。电压检测信号(脚1)和同步信号(脚3)相乘作为电流给定,R5为电流检测电阻。输出电压可在较大范围内进行控制,根据后一级需要,这里控制在400V,如图2所示。

图2 整流和APFC原理图

3 高频半桥逆变部分

高频逆变是高压钠灯电子镇流器的重要组成部分,采用了半桥逆变变异形式,少用了两个电容,结构简单,节约了成本。只是电路的输出电压是全桥的一半,在同样输出功率的条件下,半桥的功率管电流比全桥大一倍,考虑到高压钠灯正常工作电压,半桥电路能完全满足其需求。如图3所示,其工作过程为电感L1和C9首先达到串联谐振,频率为200kHz,产生7kV高压,使高压钠灯点火,点火后高压钠灯导通,C9不起作用,由于C8>>C9,C8和电感不会谐振,起到了镇流作用,这时频率以35kHz为中心上下波动2kHz范围,1min后高压钠灯达到恒定功率正常运行。半桥输出方波,经C8和L1镇流后变为高频交流电。

如图3所示,半桥驱动芯片采用美国硅通公司生产的电压型PWM控制器SG3525A,是一种性能优良,功能齐全,通用性很强的单片集成PWM控制器。该芯片简单可靠,且使用方便灵活,通过适当外接电路,不仅能够实现PWM控制,还可以完成输入软启动、过载限流、过压保护、死区调节等多种功能。其工作原理为将触发脉冲变压器T3输出的两路互补的PWM驱动脉冲送至开关管S2、S3的栅极,控制两只功率管交替工作。SG3525A内 的 振 荡 器 外 接 时 标 电 容 CT, 通 过 电 阻RD提 供 放 电 通 路 。 改 变RD的 数 值 则 可 以 改 变CT的 放 电 时 间 , 同 时 可 以 改 变 死 区 时 间 。 而 CT的 充电 电 流 则 由RT规 定 的 电 流 源 决 定 , SG3525A的脚 8起 到 输 入 软 启 动 作 用 。 SG3525A的 振 荡 频 率f=1/[CT×(0.7RT+RD)]。

图3 半桥高频逆变电路

 

4 声共振的抑制

在采用高频电源点燃HPSL时,管内压力波的脉动从管内壁反射回来,若与灯的高频电流的脉动成分相位相同,则形成驻波,产生声共振。只要镇流器的工作频率与其中的一个声振荡频率相同,就有可能产生声共振。

研究表明,在8kHz~150kHz频率范围内,易产生声共振。为此,对声共振的抑制国外文献提出了许多方法,如直流叠加法、周期换相法和变频调制法,但因电路复杂及成本增加较多而不能投入批量生产。而在适当的高频下,频率调制驱动技术是一种简单实用的新型技术,它在消除高压钠灯电子镇流器中的声频共振现象时效果很好。

如图4所示,本次实验采用了555定时器组成多谐振荡器,发出频率为2kHz的方波,使S4不断地导通和关断,促使SG3525A的振荡器的脚6电平发生变化,结果就使镇流器的工作频率时刻围绕中心频率(35kHz)变化,有时即使遇到声频振荡频率,由于还来不及形成驻波,频率就变化了,这样避免了声共振。

图4 声共振的抑制原理图

5 实验结果

根据以上的设计,实验用高压钠灯型号为NG400,数字存储示波器型号为DS-5000系列。如图5所示,其启动电压为7kV,脉冲宽度小于等于0.2μs。图6是高压钠灯正常工作时的电压电流输出波形,通道1为电压输出波形,通道2为电流输出波形;电压有效值为128V,电流最大值为9.8A,有效值为4.7A。

图5 高压钠灯启动波形

图6 高压钠灯正常工作时的电压电流输出波形

6 结语

的太阳能高压钠灯电子镇流器的实验结果表明其电路工作稳定,采用频率调制技术消除了声共振,基本实现恒功率控制,高压钠灯可靠稳定的工作,说明达到了相关技术要求,并且电路启动快,简单可靠。






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