金卤灯二级拓扑电子镇流器控制策略探究

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1、金卤灯二级拓扑电子镇流器控制策略探究　　【摘要】金卤灯启动过程包括上电、点火、过渡、升压和稳态五个阶段，在整个过程中存在强烈的非线性特性，特别是在灯击穿后，将会出现负阻特性，因此电子镇流器要采用不同的控制策略，使灯能够从一个阶段顺利地进入下一个阶段。为了节约成本，提高灯的使用效率，本文采用二级拓扑电路代替传统的三级拓扑结构，采用PFC级和全桥DC/AC级电路，实现小功率金卤灯的稳定启动。【关键词】金卤灯；电子镇流器；二级拓扑；小功率1.引言随着科技进步，人类对照明的需求也与时俱进，经历了白炽灯、荧光灯两代

2、照明产品之后，人类开辟了照明史的新纪元，进入了金属卤化物灯的照明时代[1]。较之前两代产品，金卤灯的启动过程更为繁琐，在此过程中需要电子镇流器的参与。所以对镇流器的研究成了光源照明技术发展过程中必不可少的环节。最初研究镇流器主要面临的技术难题是“声谐振”现象。随着研究的深入，可采用低频方波技术能有效的解决这个问题，使电子镇流器应用于金卤灯获得了极其重要的进展。6在传统的电子镇流器的设计中，往往采用三级电路拓扑，包括率因数校正（PFC）电路、DC/DC电路和C/AC逆变电路[2]。但是电路级数越多使用的器件

3、越多并且使产品设计愈显复杂。因此为了节约设计成本简化电路设计，本文提出一种电子镇流器二级拓扑结构的设计思想。2.镇流器的电路拓扑结构2.1三级电路拓扑结构在电子镇流器的设计中，最常采用的设计电路为传统的三级拓扑，系统结构由功率因数校正（PFC）电路、DC/DC电路和DC/AC电路组成，三部分电路相互独立且各自完成相应的功能。第一级的功率因数校正电路，可选用的拓扑为BOOST型和反激型的功率因数校正电路。第二级电路为DC/DC电路，其主要功能是控制灯启动过程中的电流和功率，稳定灯的工作点，这一级电路最常采用

4、的拓扑为BUCK电路。第三级电路为DC/AC逆变电路，其主要功能是为灯提供一个交变的工作电流和电压，常用拓扑为半桥和全桥电路[3]。传统的三级电路每一级电路独立执行相应的功能。控制相对简单，系统的可靠性较好。但是，传统的三级低频方波电路存在电路复杂、成本高、效率低等缺点。2.2二级电路拓扑结构近年来两级低频方波电子镇流器得到了很大的发展，主要有两种功能组合方式：6（1）将功率因数校正环节（PFC）和DC/DC进行合并，合并后的电路既要完成功率因数校正的功能，又需要控制灯的启动过程中的电流，控制较三级电路复

5、杂。（2）将DC/DC和逆变电路进行合并，整个电路省去了DC/DC环节，逆变电路进行PWM调制，起到控制灯电流大小和换向的作用[4]。此种方法主要有PFC级+全桥DC/AC级和PFC级+半桥DC/AC级两种，但是，由于半桥双BUCK低频方波变换器开路输出电压低灯信号取样困难控制电路复杂等，所以采用PFC级+全桥DC/AC级电路。3.镇流器各级电路的控制策略电子镇流器本身，实际上是一种AC/DC/AC的特种电源。采用二极管整流、电容滤波的整流环节会使输入电流严重畸变[5]。特别是大量使用时对电网产生严重的谐

6、波污染且功率因数较低。对于这种使用数量大的中小功率单相电源系统，最理想的方法是在电源内部采取功率因数校正措施，从根本上消除谐波源。通常功率因数校正方法有两种：有源功率因数校正（APFC）和无源功率因数校正（PPFC）。但无源功率因数校正（PPFC）的功率因数不是很高，只能达到0.8～0.9之间，很难接近1，并且电路中电感体积大且重，给电路设计带来一定麻烦。而有源功率因数校正（APFC）技术被认为是合适的选择，很多公司也推出了各种成熟的功率因数校正芯片。此次设计我们采用的功率因数校正芯片就是TI公司最近新推

7、出的UCC28019。3.1有源功率因数校正（APFC）电路6UCC28019是一款在连续工作模式下，采用平均电流控制策略，以固定频率输出PWM波控制开关管的通断，实现功率因数校正，该芯片具有软启动、欠/过压保护、过流保护、开路保护以及峰值电流限制等功能。UCC28019通过调节BOOST电路的开关管的占空比来稳定输出电压，在电路输出端通过电阻分压得到电压反馈，将反馈电压送入芯片内部误差比较器和基准电压进行比较，芯片内部振荡器调节输出PWM的占空比实现输出稳压。3.2全桥DC/AC逆变电路上电过程是在金卤

8、灯点火击穿以前，灯负载相当于与开路，为了使得点火阶段能够正常，必须要有足够高的开路电压。这个电压通过启动电路供给灯足够高的电压脉冲，击穿灯管。点火过程金卤灯需要3-5KV的电压，同时这个脉冲要保持几十微妙的时间，脉冲上升时间越短越好。在高压脉冲的激励下，经过一次或几次灯就会启动，进入下一阶段。瞬间产生高压通常采取DC/AC逆变电路实现。常见的逆变电路分为半桥逆变和全桥逆变。全桥逆变电路是逆变器中得到最广泛应用的拓扑形式，其器件