[HID电子镇流器]

电 子 技 术 课 程 设 计 学院：电气学院 专业：电子信息工程 班级：04－1 班 姓名：王庆运 学号：0401030116 课程设计教学目的及基本要求: ㈠．了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力； ㈡．进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则； ㈢．提高综合运用所学的理论知识、独立分析和解决问题的能力； ㈣．进一步熟悉电子仪器的正确使用方法； ㈤．初步掌握对电子线路安装与调试等基本技能。 一. 概述 电子镇流器以其优越的性能得到越来越广泛的应用，它与电感式镇流器 相比有许多优点。能耗低、效率高，电子镇流器自身能耗通常情况下仅几瓦， 能使HID灯发光效率高，在工厂、学校及机关用电子镇流器照明，可节约大量的 电能。具有高功率因数，电子镇流器功率因数很容易做到0 ．95以上，有效地提 高供电系统和电网的利用率。 重量轻、 灯无闪烁及噪声， 镇流器一般工作在20kHz 以上的频率，它没有铁心电感所特有的嗡嗡声，由于工作频率高，只须用体积 小、轻的铁氧磁心做电感，占用较小的空间。随着经济的发展，世界能源的紧 缺，及人们生活质量提高，电子镇流器得到了快速的发展和推广。 高强度气体放电灯(HID)是用途广泛的节能型电光源，而HID灯对电子镇 流器具有很高的要求：能输出足够大的功率，HID灯功率往往有数百瓦，有的高 达1000瓦，要提供足够高的触发启动电压，触发启动电压高达4 ～5kV。要消除 “声共振”现象，确保放电电弧稳定。电子镇流器对输入电流谐波、射频干扰 和电磁辐射要具有足够的抑制能力，同时对镇流器故障和HID灯损害时，具有保 护功能。 本文设计的电子镇流器工作原理，是将低频交流电通过整流转化为直流 电，经过逆变器将变换成高频的交流电，进行功率因数的校正(APFC)和电压的 调整，再经过全桥交换器为HID灯提供交流的电源。在HID灯点亮前，由Lc构成 点火电路，为HID灯提供点火高电压，使HID灯电极气化，点亮HID灯。 二．基于微处理器的HID电子镇流器的原理 一 一般设计HID 电子镇流器采用专用芯片，而这芯片功能相对单一。没有 开路、短路检测功能，没有工作电压监控功能和灯电流检测功能，在APFC停振 后，无自启动功能等。微处理器功能强大，应用灵活，属于通用元件，价格较 低。而且随着技术进步，处理速度和电气性能已能满足HID镇流器的要求。本文 采用Microehip Piel6F71为HID电子镇流器微处理器，它主频可达20MHz，有4 路 A ／D 的MCU作为全桥转换器和控制器部件，见原理图一： 图一： HID电子镇流器原理 MC34262芯片进行功率因数校正(APFC)，同时为HID灯提供400V的直流电 源。其工作过程是，利用零电流检测器检测电流In(图1)，当电流为零时启动MOS 管Q 。导通；检测输出电流I ，与之对应的电压v ，，通过和MC34262内计算产生 的阈值电压u 比较，若V ，大于V 岱则关MOS管Q 。。在MC34262芯片的控制之下， 有源功率因数校正电路产生约25kHZ的高频振荡，达到校正功率因数的目的。阈 值电压： Vcs=0． 544× [Vpin(v 0)-Vtn] ×Vpin(vi)-0． 0417×[Vpin(v0)-V(tn)] 其中V(tn)为片内基准电压，Vpin(v 0)是输出电压检测，Vpin(vi)输入电压检 测。 电子镇流器的微处理器(MCU)具有全桥转换功能，由高／低驱动器 (1R2101)驱动4 个MOS管，由于HID灯工作在高频下会遇到声共振现象，本系统设 计HID灯两端电压切换频率为125Hz。“看门狗” 功能，当HID灯点火亮后，HID 灯阻抗下降到低电阻状态。瞬间造成电路的电流冲击，使APFC控制器失去了比 较基础，可能会产生停振现象，在这种情况下采用“看门狗”技术，使零电流 检测器置零，迅速开启MOS管Q 。，使MC34262恢复正常的工作。故障控制功能， 检测到电子镇流器的工作温度、HID灯工作电压和HID灯电流，若产生超温、过 压和过流时，电子镇流器会执行故障处理程序，切断4 个MOS管，保护HID灯及镇 流器。 三．设计与分析 本系统设计是150W 的金卤灯电子镇流器，HID灯工作电压为100V，电流 为1 ．6A，采用交流驱动，电压切换频率为125Hz。 1)： HID灯启动到正常照明分为四个阶段。 第一阶段，当电子镇流器通电后，MC34262开始工作，同时给微处理器供电，微 处理器开始进行系统检测和设置。 第二阶段，是点火阶段，在点火阶段之前，HID灯可被认为是开路状态，在MCU 的控制下，发出点火脉冲给点火电路，在HID灯的两端能产生瞬间的5kV高电压， 使灯电极气化，并点亮；若HID灯电流检测没有达到规定值，实施再点火。 第三阶段，是接管和稳定阶段， 当HID灯点火后， 由于HID灯处于低阻状态， 灯电压迅速被检低约为正常名义电压的1 ／4 ，在这一阶段，要防止HID灯熄灭， 也要防止HID灯电极流过的电流过大，造成电极融化，根据HID灯电流和电压检 测，改变Q 、Q ，MOS管的振荡频率ct，， 通过电感L 以控制阻抗(L。．) ，来 达到控制HID灯两端的灯电压。 第四阶段，照明阶段，电子镇流器达到了名义电压和电流，HID灯正常发光， 在 该阶段，Q ：、Q MOS管以125Hz频率切换电压，在Q4导通下，Q 。MOS管以20kHz 频率振荡，同样Q ：导通时，Q ，以20kI-Iz频率振荡，Q 。、Q2、Q ，、Q4 MOS管 的控制电压波形如图2 所示，HID灯的电流波形如图3 所示。 2)：电子镇流器就用MC34262芯片进行功率因数校正，采用有源升压方式，控制 器开关频率约为25kHz，将220VAC的交流电转换成400V／0 ．44A的直流电源。 MOS管Q0导通时间为： 其中， 是输入交流电有效电压，P 。为输出功率，叩为功率因数，|L为 的电感。 MOS管Q 。断开时间为： 其中，V 0 为输出电压，ω叫为交流电频率。 一般Q 。MOS 管开关频率选择不低于23kHz，在本系统中Q 。MOS管的频率选择为 25kHz。输入电压和输入电流波形如图4 所示。通过公式可以分析出，MOS管Q0导 通时间为常数，而MOS管Q 。断开时间是随输入检测电压的升高变长，MOS管Q 。 导通和断开的控制波形如图5 所示。 3)：微处器MCU 软件流程 四．结论 该HID灯电子镇流器的设计， 控制部分主要采用了两个芯片， 一是MC34262 用于有源功率因数的校正和提供给HID必要的电压和电流。二是功能强，微处器 MCU是HID电子镇流器的核心部件，它具有作为全桥变换器， “看门狗” 进行 系统的复位，对电子镇流器内部的工作温度异常的监控和对电子镇流器及HID灯 保护等功能，有些功能是专用HID灯控制芯片不具备的。本产品实际运行表明， 运行可靠，功率因数为0 ．98，设计的(HID)电子镇流器符合国家的各项《电磁 兼容限制 谐波电流发射限值》和《电气照明和类似设备无线电骚扰特性》测试 标准，系统设计功能强。 参考文献： 陈传虞．《电子节能灯与电子镇流器》．