直流供电低压钠灯数字化电子镇流器设计

式中ω=2πf

对于交流等效电源来说,整个负载电路的复阻抗为：

相角为：

3 控制电路设计

设计的EB用Boost变换器采用由555定时器芯片与运算放大器组成的控制电路。图6a示出Boost变换器控制电路中的555定时器时钟电路。它能在555的脚3输出固定频率、固定占空比的方波。图6b示出Boost变换器控制电路中的555定时器PWM电路。它能根据脚2的时钟输入电压和脚5的调制输入电压在脚3输出PWM波形。Boost变换器的输出采用由集成运算放大器构成的PI调节器。以进行闭环控制。

半桥逆变器则采用单片机进行数字控制。单片机通过检测Boost输出直流电流来稳定输入功率和判断输出端是否短路,通过检测灯电压,控制启动点灯频率变化和判断输出端是否开路。通过检测半桥逆变器的输入电流,对灯功率进行闭环控制。单片机输出的5V方波信号经过驱动电路后,驱动半桥功率开关管。

4 负载匹配网络仿真分析

55W欧司朗低压钠灯LCC谐振变换器的设计要求是启动电压大于800V,方波峰峰值为350V,工作频率大于20kHz,额定灯功率为55W。应用PSPICE对负载匹配无源网络进行仿真,仿真电路参数：L=830μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。灯稳态工作的等效电阻设为220Ω,灯启动前的等效电阻设为40kΩ。图7示出仿真得到的灯电压uL与工作频率?z的关系。它包括灯启动电压和稳态工作电压。灯启动电压为800V时对应的fz=125kHz;灯稳态工作点电压为110V时对应的?z=40kHz。

5 实验结果

由上述设计成功地制成了实验室样机。所用灯泡为欧司朗55W低压钠灯,参考电参数：灯电压为110V,灯电流为0.5A,点灯电压为800V,L=820μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。图8示出单片机的程序流程图。

图9a示出灯启动过程中灯两端电压uL和灯电流iL的实验波形。可见,滑频阶段灯电压的上升过程和灯点亮后的电压迅速下降。图9b示出灯稳态工作时uL和iL的实验波形。可见,在高频时,两者的波形接近正弦波,但因工作点频率在串联负载谐振频率的右侧,所以与标准正弦波有些差异。图9c示出实测的低压钠灯动态伏-安特性。可见,高频时,低压钠灯在高频工作时接近阻性。

6 结论

设计了110V直流供电55W数字化低压钠灯电子镇流器,应用Boost变换器和半桥LCC逆变电路作为镇流器的主电路拓扑,设计了采用NE555和运算放大器的Boost变换器控制电路和采用单片机的半桥逆变控制电路。对负载匹配无源网络参数进行了仿真分析,对电子镇流器进行了试验研究。仿真和试验结果均证明该电子镇流器能够实现灯的可靠启动,以及保护功能和输出恒功率功能。