高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的研制
高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的研制
0 引言
高壓鈉燈（HPSL）[1]是高強(qiáng)度放電燈（HIDL——High Intensity Discharge Lamp）中的一種，因其具有極好的光效（80??40lm/W）和合適的光波長(zhǎng)，而被廣泛用于戶外照明，如廣場(chǎng)、道路、碼頭等。但是，傳統(tǒng)的電感式的鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低和自身?yè)p耗大的缺點(diǎn)。大量低功率因數(shù)電器的使用，對(duì)電網(wǎng)造成諧波污染，不但增加了供發(fā)電設(shè)備的負(fù)荷，使供發(fā)電設(shè)施得不到充分利用，而且嚴(yán)重影響其它用電設(shè)備的正常運(yùn)行??/p>
綠色照明事業(yè)在世界范圍的蓬勃發(fā)展，推進(jìn)了電子鎮(zhèn)流器的廣泛使用。電子鎮(zhèn)流器不但可以做到很高的功率因數(shù)（接近1），而具有顯著的節(jié)能效果，而且還能在很寬的電壓范圍內(nèi)點(diǎn)燈工作，很好地解決了電感式鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn)。因?yàn)?，HPSL的功率相對(duì)于熒光燈大得多，用量也極大，所以，HPSL電子鎮(zhèn)流器的開發(fā)應(yīng)用，具有更加深遠(yuǎn)的意義??/p>
1 對(duì)高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的要??/p>
HPSL電子鎮(zhèn)流器因使用場(chǎng)所和其本身的特性，要求較為嚴(yán)格。它的基本要求是??/p>
1）較高的功率因數(shù)??ge;0.99）；
2）適應(yīng)溫度范圍??0??0℃，且防雨雪??/p>
3）輸出到燈的功率必須恒定??/p>
4）為防電極極化，燈的電流必須是交流，而且須防聲共振；
5）必須有2.5??kV的點(diǎn)燈觸發(fā)電壓，燈點(diǎn)亮后高壓須消除，不影響燈的正常工作；
6）較高的功率（一般人行道??5W，道路為250W，廣場(chǎng)為400W，最高達(dá)1000W）；
7）對(duì)各種故障（燈短路、燈開路或無(wú)燈、弧光不正常、燈過(guò)壓、燈過(guò)流以及電路本身的故障）的識(shí)別及保護(hù)功能完善??/p>
2 方案的選擇
能夠?qū)崿F(xiàn)上述基本功能的方法有好多種，雖然許多廠商競(jìng)相研制生產(chǎn)，但能做到實(shí)用較為困難，因?yàn)?，?jiǎn)單的電路難以滿足要求，復(fù)雜的電路成本昂貴。通過(guò)對(duì)HPSL電子鎮(zhèn)流器的大量研究，本文介紹采用美國(guó)UNITROD公司專門為HIDL控制器設(shè)計(jì)的專用芯片——UCC2305[2]制作??50W鎮(zhèn)流器，其基本的框圖如圖1所示??/p>
?? HPS電子鎮(zhèn)流器框??/font>
它主要由功率因數(shù)校正（PFC）電路、UCC2305控制電路、觸發(fā)電路和輔助電源4部分組成，電路較為簡(jiǎn)單??/p>
2?? 功率因數(shù)校正
實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正的方法很多[1][2][3][4][5]，本案選擇UC3854B作為控制芯片，建立了固定頻率平均電流型有源功率因數(shù)校正電路，如圖2所示。在??中，整流橋B1、儲(chǔ)能電??i>L1、功率開關(guān)器件S1、升壓二極管D1、輸出濾波電??i>C1和電流取樣電??i>R1組成了PFC主電路??/p>
?? 功率因數(shù)校正示意??/font>
跟UC3854一樣，UC3854B提供了有源功率因數(shù)校正的全部功能，這些功能包括電壓放大器、模擬乘??除法器、電流放大器和固定頻率PWM，另外，還含有功率MOSFET柵極驅(qū)動(dòng)器??.5V基準(zhǔn)電壓、總線預(yù)測(cè)器、加載賦能比較器、低電壓檢測(cè)器和過(guò)流比較器等。平均電流模式的控制使正弦化線電流穩(wěn)定、低失真而不象峰值電流控制需要斜率補(bǔ)償??/p>
交流176??64V輸入電壓經(jīng)B1整流成為100Hz的正弦半波電壓，為了迫使線電流跟隨電壓變化，UC3854B的腳6??i>R5引入這個(gè)正弦半波線電壓取樣，內(nèi)部乘法器將此信號(hào)（設(shè)為B）與輸出電壓放大器的輸出（設(shè)為A）相乘，產(chǎn)生電流控制環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)。同時(shí)正弦半波電壓又經(jīng)由R2??i>R3??i>C3??i>R4??i>C4組成的分壓電路產(chǎn)生與線電壓的均方根值成正比的電壓值，這個(gè)電壓送到UC3854B的腳8，在其乘法器中平方（此值設(shè)為C）。乘法器將實(shí)際線電流與電壓放大器輸出的乘積除以線電壓的均方根值的平方，即乘法器的輸出IM=AB/C。腳8的輸入可對(duì)線電壓的變化作出補(bǔ)償，使PFC能夠??5??55V的輸入電壓范圍內(nèi)工作??i>R1是線電流取樣電阻，它的負(fù)端與乘法器的輸出一起接到電流放大器的正向端，正端接到電流放大器的反向端。該電流放大器有較高的低頻增益，但控制環(huán)路的帶寬很大，使線電流跟隨線電壓變化成為可能??/p>
UC3854B相比于UC3854，提供了一個(gè)寬的帶寬、低偏置的電流放大器、具有快速響應(yīng)的“能使”比較器、判斷基準(zhǔn)好壞的比較器以及一個(gè)改進(jìn)的乘法??除法器，低電壓保護(hù)改??0V，啟動(dòng)電壓為10.5V，而不再是UC3854??6V，啟動(dòng)電流更低??/p>
由于這方面的資料和文獻(xiàn)極多，本文不再作更詳細(xì)的敘述和計(jì)算表達(dá)。電路中主要元器件B1??A/600V整流橋，L1=1.2mH，S1為IRFP840，D1為MUR086??/p>
2?? UCC2305控制??/p>
UCC2305集成了控制和驅(qū)動(dòng)HIDL所有的功能需要，它適用于金屬鹵素?zé)簦ㄈ缙嚧鬅簟⒎庞硻C(jī)燈等）、高壓汞燈和高壓鈉燈等高強(qiáng)度放電燈控制器的驅(qū)動(dòng)和控制。它包含一個(gè)完全的電流模式脈寬調(diào)制器、一個(gè)燈功率調(diào)節(jié)器、燈溫補(bǔ)償器和所有故障保護(hù)??/p>
UCC2305的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能如圖3所示。其單端驅(qū)動(dòng)??9（PWMOUT）可驅(qū)動(dòng)正激式、反激式、升壓式、降壓式等不同類型的電路。主輸出??（QOUT）和??5（QOUT）采用大電流推拉電路，可以驅(qū)動(dòng)半橋和全橋電路。橋路輸出采用低頻交流，UCC2305內(nèi)置分頻器將單端驅(qū)動(dòng)的頻率（一般取100kHz）除??12，得??95Hz的低頻，因此消除了聲共振。聲共振是HIDL在高頻電源供電時(shí)出現(xiàn)的放電電弧不穩(wěn)的現(xiàn)象，其機(jī)理是燈管內(nèi)壓力波的脈動(dòng)從管內(nèi)壁反射回來(lái)，如果與高頻電流的脈動(dòng)成分相位相同，則形成駐波，產(chǎn)生聲共振，輕則燈光抖動(dòng)，重則燒毀燈管和鎮(zhèn)流器??/p>
