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1.引言 隨著科技進步，人類對照明的需求也與時俱進，經歷了白熾燈、熒光燈兩代照明產品之后，人類開辟了照明史的新紀元，進入了金屬鹵化物燈的照明時代.較之前兩代產品，金鹵燈的啟動過程更為繁瑣，在此過程中需要電子鎮流器的參與。所以對鎮流器的研究成了光源照明技術發展過程中必不可少的環節。最初研究鎮流器主要面臨的技術難題是“聲諧振”現象。隨著研究的深入，可采用低頻方波技術能有效的解決這個問題，使電子鎮流器應用于金鹵燈獲得了極其重要的進展。 在傳統的電子鎮流器的設計中，往往采用三級電路拓撲，包括率因數校正(PFC)電路、DC/DC電路和DC/AC逆變電路.但是電路級數越多使用的器件越多并且使產品設計愈顯復雜。 因此為了節約設計成本簡化電路設計，本文提出一種電子鎮流器二級拓撲結構的設計思想。 2.鎮流器的電路拓撲結構 2.1 三級電路拓撲結構 在電子鎮流器的設計中，最常采用的設計電路為傳統的三級拓撲，系統結構由功率因數校正(PFC)電路、DC/DC電路和DC/AC電路組成，三部分電路相互獨立且各自完成相應的功能。第一級的功率因數校正電路，可選用的拓撲為BOOST型和反激型的功率因數校正電路。 第二級電路為DC/DC電路，其主要功能是控制燈啟動過程中的電流和功率，穩定燈的工作點，這一級電路最常采用的拓撲為BUCK電路。 第三級電路為DC/AC逆變電路，其主要功能是為燈提供一個交變的工作電流和電壓，常用拓撲為半橋和全橋電路.傳統的三級電路每一級電路獨立執行相應的功能�？刂葡鄬唵�，系統的可靠性較好。但是，傳統的三級低頻方波電路存在電路復雜、成本高、效率低等缺點。 2.2 二級電路拓撲結構 近年來兩級低頻方波電子鎮流器得到了很大的發展，主要有兩種功能組合方式： (1)將功率因數校正環節(PFC)和DC/DC進行合并，合并后的電路既要完成功率因數校正的功能，又需要控制燈的啟動過程中的電流，控制較三級電路復雜。 (2)將DC/DC和逆變電路進行合并，整個電路省去了DC/DC環節，逆變電路進行PWM調制，起到控制燈電流大小和換向的作用.此種方法主要有PFC級+全橋DC/AC級和PFC級+半橋DC/AC級兩種，但是，由于半橋雙BUCK低頻方波變換器開路輸出電壓低燈信號取樣困難控制電路復雜等，所以采用PFC級+全橋DC/AC級電路。 3.鎮流器各級電路的控制策略 電子鎮流器本身，實際上是一種AC/DC/AC的特種電源。采用二極管整流、電容濾波的整流環節會使輸入電流嚴重畸變[5].特別是大量使用時對電網產生嚴重的諧波污染且功率因數較低。對于這種使用數量大的中小功率單相電源系統，最理想的方法是在電源內部采取功率因數校正措施，從根本上消除諧波源。通常功率因數校正方法有兩種：有源功率因數校正(APFC)和無源功率因數校正(PPFC)。但無源功率因數校正(PPFC)的功率因數不是很高，只能達到0.8~0.9之間，很難接近1,并且電路中電感體積大且重，給電路設計帶來一定麻煩。 而有源功率因數校正(APFC)技術被認為是合適的選擇，很多公司也推出了各種成熟的功率因數校正芯片。此次設計我們采用的功率因數校正芯片就是TI公司最近新推出的UCC28019. 3.1 有源功率因數校正(APFC)電路 UCC28019是一款在連續工作模式下，采用平均電流控制策略，以固定頻率輸出PWM波控制開關管的通斷，實現功率因數校正，該芯片具有軟啟動、欠/過壓保護、過流保護、開路保護以及峰值電流限制等功能。 UCC28019通過調節BOOST電路的開關管的占空比來穩定輸出電壓，在電路輸出端通過電阻分壓得到電壓反饋，將反饋電壓送入芯片內部誤差比較器和基準電壓進行比較，芯片內部振蕩器調節輸出PWM的占空比實現輸出穩壓。 3.2 全橋DC/AC逆變電路 上電過程是在金鹵燈點火擊穿以前，燈負載相當于與開路，為了使得點火階段能夠正常，必須要有足夠高的開路電壓。這個電壓通過啟動電路供給燈足夠高的電壓脈沖，擊穿燈管。 點火過程金鹵燈需要3-5KV的電壓，同時這個脈沖要保持幾十微妙的時間，脈沖上升時間越短越好。在高壓脈沖的激勵下，經過一次或幾次燈就會啟動，進入下一階段。 瞬間產生高壓通常采取DC/AC逆變電路實現。常見的逆變電路分為半橋逆變和全橋逆變。全橋逆變電路是逆變器中得到最廣泛應用的拓撲形式，其器件承受的電壓較低，控制靈活，在自換流或者負載換流模式下都可以工作，不依賴變壓器參與逆變，因此采用全橋逆變的控制策略。 為了節約成本，數控芯片我們采用AT89S52單片機，對于金鹵燈電子鎮流器來說，存在所謂的“聲諧振”,當穩態時工作頻率超過1kHz時，金鹵燈的工作狀態就會變得不穩定，這種不穩定表現為共鳴。為了避免生這種現象，我們在逆變過程中產生的PWM波不能超過1KHz,使用AT89S52單片機產生PWM波完全滿足設計需求，但是單片機輸出電壓過低，逆變過程需要用驅動芯片來升高單片機產生的PWM波電壓。 我們選用IR2110芯片，IR2110是利用獨有的高壓集成電路及無門鎖CMOS技術，是目前使用較廣的大功率MOSFET和IGBT專用柵極驅動集成電路芯片，已在電源變換、馬達調速等功率驅動領域中獲得了廣泛的應用。 由單片機產生PWM波，輸送給IR2110,經過升壓后控制MOS關開關產生交變電流，逆變產生的交流電經過1:10的升壓變壓器變壓后即可滿足金鹵燈的開啟電壓。 4.總結 上述僅是基于單片機設計的金鹵燈電子鎮流器二級電路拓撲的基本研究方法。本文采用二級拓撲電路代替傳統的三級拓撲結構，采用PFC級和全橋DC/AC級電路，省去了DC/DC級電路，降低了金鹵燈的生產成本，但能夠正常實現小功率金鹵燈的穩定啟動，解決燈在被擊穿后出現的負阻特性，有利于金鹵燈在光源照明領域的廣泛應用。 |
