研制性價比較高的電子鎮(zhèn)流器以取代電感鎮(zhèn)流器是大勢所趨，這是因為高壓鈉燈(HPSL)是一種性能優(yōu)異的高強度氣體放電燈(HIDL)，其優(yōu)點是光效高、壽命 長、光色好，所以應(yīng)用廣泛。與所有的氣體放電電光源一樣，高壓鈉燈呈負 V-I 特性，需要鎮(zhèn)流器來抑制燈電流，而且啟動時需要 5～20kV 的氣體擊穿電壓。傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器體 積大，功率因數(shù)低(只能達到 0.3～0.4)，而且對電網(wǎng)電壓波動的適應(yīng)能力不強。

現(xiàn)已研制的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器大都是高頻電子鎮(zhèn)流器，在高頻狀態(tài)下，高壓鈉燈容易熄弧，并存在聲共振問題。為避免聲 共振，現(xiàn)已研制的 600W 高壓鈉燈高頻電子鎮(zhèn)流器采用了頻率調(diào)制技術(shù)，使高壓鈉燈的電流 工作頻率時刻圍繞中心頻率上下變化。啟動部分采用 LC 串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生高壓，簡單可靠。

整體控制策略

電路原理框圖如圖 1 所示。主電路分為兩級，第一級為整流及有源功率因數(shù)校正電路(AP FC)，第二級為逆變電路。可以看出，電子鎮(zhèn)流器實質(zhì)上是一個典型的 AC/DC/AC 變換電路。輔 助電源由 UC3844 組成的單端反激式電源構(gòu)成，輸出電壓 18V 給芯片供電。


整流和 APFC 部分 交流電經(jīng)二極管整流，雖然輸入電壓是正弦的，但輸入電流卻嚴重畸變，效率很低，大量使用會給電網(wǎng)造成嚴重危害，同時輸入電流諧波生成的噪聲也會影響電路運行。APFC 能使電路 輸入功率因數(shù)提高到 0.95 以上，使輸入電流基本為正弦波，諧波含量大大減少。本文采用 FAN 7527B 控制的 Boost 電路作為 APFC 電路如圖 2 所示。FAN7527B 是 Fairchild Semiconductor 公司生產(chǎn)的簡單高效的功率因數(shù)校正器，內(nèi)含 R/C 濾波器，故外圍電路不需接 R/C 濾波器。變壓 器 T1 副邊有兩個作用：給芯片供電，同時作為電流過零的檢測信號。此芯片采用電壓電流雙閉環(huán)控制，內(nèi)環(huán)使用電流斷續(xù)不定頻率模式控制。電壓檢測信號(腳 1)和同步信號(腳 3)相乘 作為電流給定，R5 為電流檢測電阻。輸出電壓可在較大范圍內(nèi)進行控制，根據(jù)后一級需要，這里控制在 400V，如圖 2 所示。


高頻半橋逆變部分

高頻逆變是高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的重要組成部分，采用了半橋逆變變異形式，少用了兩個電容，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約了成本。只是電路的輸出電壓是全橋的一半，在同樣輸出功率的條件下， 半橋的功率管電流比全橋大一倍，考慮到高壓鈉燈正常工作電壓，半橋電路能完全滿足其需求。 如圖 3 所示，其工作過程為電感 L1 和 C9 首先達到串聯(lián)諧振，頻率為 200kHz，產(chǎn)生 7kV 高壓， 使高壓鈉燈點火，點火后高壓鈉燈導通，C9 不起作用，由于 C8 >>C9 ，C8 和電感不會諧振，起到 了鎮(zhèn)流作用，這時頻率以 35kHz 為中心上下波動 2kHz 范圍，1min 后高壓鈉燈達到恒定功率正 常運行。半橋輸出方波，經(jīng) C8 和 L1 鎮(zhèn)流后變?yōu)楦哳l交流電。

如圖 3 所示，半橋驅(qū)動芯片采用美國硅通公司生產(chǎn)的電壓型 PWM 控制器 SG3525A，是一 種性能優(yōu)良，功能齊全，通用性很強的單片集成 PWM 控制器。該芯片簡單可靠，且使用方便靈 活，通過適當外接電路，不僅能夠?qū)崿F(xiàn) PWM 控制，還可以完成輸入軟啟動、過載限流、過壓保護、死區(qū)調(diào)節(jié)等多種功能。其工作原理為將觸發(fā)脈沖變壓器 T3 輸出的兩路互補的 PWM 驅(qū)動脈沖送至開關(guān)管 S2、S3 的柵極，控制兩只功率管交替工作。SG3525A內(nèi)振蕩器外接時標電容CT，通過電阻RD 提供放電通路。改變RD 的數(shù)值則可以改變CT的放電時間，同時可以改變死區(qū)時間。而 CT 的充電電流則由RT 規(guī)定的電流源決定，SG3525A 的腳8 起到輸入軟啟動作用。SG3525A 的振蕩頻率f=1/[CT×(0.7RT+RD)]。

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聲共振的抑制

在采用高頻電源點燃 HPSL 時，管內(nèi)壓力波的脈動從管內(nèi)壁反射回來，若與燈的高頻電流 的脈動成分相位相同，則形成駐波，產(chǎn)生聲共振。只要鎮(zhèn)流器的工作頻率與其中的一個聲振蕩頻率相同，就有可能產(chǎn)生聲共振。

研究表明，在 8kHz～150kHz 頻率范圍內(nèi)，易產(chǎn)生聲共振。為此，對聲共振的抑制國外文 獻提出了許多方法，如直流疊加法、周期換相法和變頻調(diào)制法，但因電路復雜及成本增加較多而 不能投入批量生產(chǎn)。而在適當?shù)母哳l下，頻率調(diào)制驅(qū)動技術(shù)是一種簡單實用的新型技術(shù)，它在消 除高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器中的聲頻共振現(xiàn)象時效果很好。

如圖 4 所示，本次實驗采用了 555 定時器組成多諧振蕩器，發(fā)出頻率為 2kHz 的方波，使 S 4 不斷地導通和關(guān)斷，促使 SG3525A 的振蕩器的腳 6 電平發(fā)生變化，結(jié)果就使鎮(zhèn)流器的工作頻率時刻圍繞中心頻率(35kHz ) 變化，有時即使遇到聲頻振蕩頻率，由于還來不及形成駐波，頻率 就變化了，這樣避免了聲共振。


實驗結(jié)果

根據(jù)以上的設(shè)計，實驗用高壓鈉燈型號為 NG400，數(shù)字存儲示波器型號為 DS-5000 系列。 如圖 5 所示，其啟動電壓為 7kV，脈沖寬度小于等于 0. 2μs。圖 6 是高壓鈉燈正常工作時的電壓 電流輸出波形，通道 1 為電壓輸出波形，通道 2 為電流輸出波形；電壓有效值為 128V，電流最 大值為 9.8A，有效值為 4.7A。


結(jié)語

600W 的太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的實驗結(jié)果表明其電路工作穩(wěn)定，采用頻率調(diào)制技術(shù)消 除了聲共振，基本實現(xiàn)恒功率控制，高壓鈉燈可靠穩(wěn)定的工作，說明達到了相關(guān)技術(shù)要求，并且 電路啟動快，簡單可靠。

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