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1、第23卷第3期电工电能新技术Vol.23,No.32004年7月AdvancedTechnologyofElectricalEngineeringandEnergyJuly2004基于临界电流模式的单级DCAC变换器及其控制1,2133林国庆,陈大华,陈和平,张文雄(1.复旦大学,上海200433;2.福州大学,福建福州350002;3.福建源光亚明电器有限公司,福建福州350001)摘要:本文提出了一种单级DCAC开关变换器电路拓扑,给出了相应的控制方案,可作为小功率HID灯的工作电源。它结合了BUCKDCDC变换器和半桥DCAC逆变器的特点
2、,BUCKDCDC变换器工作在高频开关状态用于调节输出功率,半桥逆变器工作在低频状态输出低频方波信号,可有效克服HID灯声共振现象。详细分析了它的工作原理,由于电感工作在临界电流模式,开关管实现零电流接通,提高了效率。与两级电路(DCDC+DCAC)相比,结构简单、所用器件少、可靠性高。电路仿真和实验结果验证了该方案是可行的。关键词:低频方波;DCAC变换器;临界电流模式中图分类号:TM5文献标识码:A文章编号:10033076(2004)030039041引言2电路拓扑及控制原理不同类型的高强度气体放电灯(英文缩写21
3、电路拓扑HID),在高频工作时都存在使其稳定运行的特定频如图1,Q1、Q2组成半桥DCAC变换器,互感器率范围,超出规定的频段,高强度气体放电灯极易发T1有3个线圈T1-1、T1-2,T1-3,T1-1(电感[1]生声共振现象,特别对金属卤化物灯,灯稳定工作L0)既作为能量传递电感,又是电流互感器的初级的频段极窄,而且不同功率、不同生产厂家的金卤灯绕组,T1-2、T1-3是互感器的两个次级绕组,分别稳定工作的频段也各不相同,给金卤灯电子镇流器用来检测流过限流电感L0的双向电流。C为大容的设计和应用造成极大不便。为此,人们提出了许量电容,既作隔直用,
4、又当储能元件,Q1导通时电容多消除声共振的措施,如白噪声、扩展功率频谱、灯储存能量,Q1关断时,则由该电容为负载提供能量,工作频率高于发生声共振的频率等,但效果并不理这样在负载端即可获得对称的低频方波信号。Co想,真正有效的措施是用低频方波来驱动,其频率一[2,3]为滤波电容,半桥驱动脉冲为受高频调制的低频脉般在100~500Hz之间。电子镇流器常由三级变冲,低频驱动脉冲使负载侧输出低频方波信号,高频换器组成,第一级是功率因数校正,第二级采用DC[3]调制信号通过调节其占空比控制输出电压或电流。DC变换器,第三级为低频DCAC逆变器,这样的零电流处
5、理器将由电流互感器检测到的电感电镇流器效率很低,成本高。本文由BUCKDCDC变流进行处理,使高频PFM(PulseFrequencyModula换器及半桥低频逆变器的原理提出了一种单级DCtion)变换器在低频正负半波电感电流方向变化时仍AC变换器,用于取代HID灯电子镇流器的第二级[4]能检测到电感电流的过零点。不管电感电流方向如和第三级,所用器件少,结构简单,输出为低频方何,只要当电感电流线性减少到零时,PFM控制器波,有效克服了声共振现象。即输出高电平驱动信号使功率开关管实现零电流接通,减少了开关管损耗。收稿日期:20040119基金
6、项目:中国博士后基金、福州大学科技发展基金资助项目(2002XQ06)作者简介:林国庆(1966),男,福建籍,副教授,博士,研究方向为电力电子技术应用、智能监测与控制;陈大华(1943),男,上海籍,教授,博导,研究方向为电光源技术。40电工电能新技术第23卷1Vin-V0,电感线性增加,当Q2关断时,电感L0通2过Q1体内二极管D1,Vin,C,Load释放能量,VL0=1-Vin-V0,电感电流线性减少。该模式也是一个2BUCK变换器(Q2为主开关管,Q1体内二极管D11作续流二极管)。输出电压V0=-dhVin。2模式1和模式2交
7、替工作,实现半桥低频逆变,输出低频方波信号。图1低频方波DCAC变换器原理图23信号抽取Fig.1SchematicdiagramoflowfrequencyDCACinverter电流信号抽取原理见图3,iR1、iR2分别为流过取样电阻R1、R2的电流。图1中Vf=iR1R1+iR222控制原理R2,AMP为一单电源同相放大器,放大倍数为KV,当Vf>0时,VS=KVVf;当Vf0时VS=0。R1、R2分别为模式1、模式2的电流取样电阻,模式1工作时,VS=KViR1R1,模式2工作时,VS=KViR2R2,取R1=R2,则在负载
8、侧得到恒流对称低频方波输出。图2低频方波DCAC变换器控制信号Fig.2Operatin
