400w太阳能高压钠灯电子镇流器的研制

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1、400W太阳能高压钠灯电子镇流器的研制李桂臣苏建徽张国荣合肥工业大学高压钠灯(HPS)是一种性能优异的高压气体放电灯(HID)，其优点是光效高，寿命长，光的穿透力强，所以被广泛应用于码头、铁路、机场、矿山、车库、广场、体育馆等大面积室外的照明，因而高压钠灯逐渐取代，白炽灯、汞灯、金卤灯而成为第三代节能灯中的代表。由于传统的电感镇流器体积大、笨重、功率因数低、存在工频闪烁、发光效率低，而且对电网的波动适应能力差。同时随着能源的紧缺和国家绿色照明工程战略的实施，研制高效、环保、体积小、长寿命、性价比高的太阳能高压钠灯电子镇流器已成为大势所趋。与所有的镇流器一样

2、，高压钠灯呈现负阻特性，当工作时出现非常有害的声共振现象。现已研制的太阳能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，从而避免了声共振。并且采用恒流控制，实现了恒功率点灯。太阳能高压钠灯镇流器与普通的镇流器最大的区别是采用太阳电池来供电，而不是直接来自电网。太阳电池吸收太阳能存于蓄电池，再由蓄电池供电给高压钠灯，这个过程采用了智能化控制。一、控制部分1.整体控制策略图1太阳能电子镇流器整体结构图太阳能高压钠灯电子镇流器基本结构如下图1所示。白天太阳电池经过蓄电池充电器给蓄电池供电，晚上到了设定时间蓄电池上电压

3、经DC/DC升压电路升压。主电路基本分为二部分，第一部分是DC/DC升压电路，第二部分为逆变部分。从本质上讲，它是一个DC/DC/AC变换电路。结构为太阳能电池板→蓄电池充电器→蓄电池→升压→逆变→启动→灯，各种芯片的工作电源来自蓄电池，结构简单。启动部分采用555定时器启动电路，结构简单，便于调试。2.太阳能高压钠灯电子镇流器技术特点及要求太阳能高压钠灯电子镇流器是由太阳电池阵列来供电，由于太阳电池阵列具有非线性的电源特性，为保证阵列在任何日照和环境温度下都将提供相应可能的最大功率输出，必须引入该环节，在太阳能光伏技术中称它为“最大功率点跟踪器(MPPT

4、—MaximalPowerPointTracker)，其意思是“真正的最大功率跟踪”控制，即保证系统不论在何种日照及温度条件下，始终使太阳电池工作在最大功率点处。因此，要求镇流器白天要能自动跟踪最大功率点给蓄电池充电，到了晚上设定时间，同时检测电池板电压能自动升压点灯。根据HPS灯的特点，对电子镇流器有以下要求：(1)能输出足够大的功率，足够高的触发启动电压。HPS灯的触发启动电压往往高达3-4KV，但要求在灯启动过程中不得对灯和镇流器中的元器件造成损害。(2)能消除声共振现象。HPS灯在高频电源供电的情况下，会发生放电电弧不稳定的情况，轻则使灯抖动，重则

5、烧毁灯管。并且要求镇流器有完善的保护功能。(3)能连续长时间点燃，同时要求电子镇流器对输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射具有足够的抑制能力。3.DC/DC升压电路如图2所示，蓄电池采用48V供电，经推挽电路输出，经桥式整流，电感电容滤波得到稳定的400V直流。采用推挽直流变换器有利于单端直流变换器的缺点，如开关承受的电压高。开关承受的电压高，导通时承受的电流大；变压器铁心状态都不对称，需要加气隙，导致体积增加等。本升压控制电路采用美国硅通公司生产的电压型PWM控制器SG3525A，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

6、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。其工作原理为将升压变压器的中性抽头接于正电源，两路相反的PWM驱动脉冲送至开关管Q1、Q2的基极，控制两只功率管交替工作，得到方波交流电压经变压器输出，经电感L1和电容C4。C5滤波得到400V直流。由于功率晶体管经电流检测电阻共地，驱动及控制电路简单，另外由于变压器具有一定的漏感，可限制短路电流，因而提高了电路的可靠性。BP和BN为蓄电池的正负极，R1为电流采样电阻，构成电流环控制；B点为电压采样，构成过压保护。SG3525A

7、及控制电路的电源都来自辅助电源，辅助电源来自于蓄电池经三端稳压器LM7815后得到稳定的15V。图2DC/DC升压电路4.高频逆变部分高频逆变是太阳能电子镇流器的重要组成部分，通常采用半桥逆变电路和全桥逆变电路。半桥逆变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，但少用两个功率管，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，且前者成本比后者高，故选择半桥高频逆变电路，如图3所示：图3高频逆变电路400W高压钠灯要保持恒功率运行，由于其电压稳定在400V，只要控制电流稳定就行，由控制反馈规律可知，要想稳定某个量

8、，只要这个量的负反馈就行。如图SG3525A(16)脚上的基准电压