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120W高可靠HID灯电子镇流器

发布时间:2020-07-02 发布时间:
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高强度放电(HID)灯以其光效高、寿命长、体积小、控光性强、显色性好、光利用率高等特点,已成为近代照明的主流产品之一。HID灯正从特殊用途,如投影仪、汽车头灯等,向通用领域扩展。由于HID灯的特性,其镇流器也比较复杂。首先,HID灯需要数千伏的高压脉冲来点火,因此要专门设计点火电路。另外,HID灯在高频电源供电情况下极易产生声谐振现象,对外表现为光强不稳、电弧闪烁、扭曲等。此时可出现灯电压和电流起伏,并伴随有与激励源同频率的声波,严重时可能熄弧,甚至造成灯管损坏,所以还需要采用专门的抑制“声共振”的电路。

镇流器基本结构
本文介绍的HID灯镇流器内部结构如图1所示。220V交流电经过整流、滤波,送到降压开关电路。驱动脉冲发生器检测电感的电流过零信号,驱动降压开关工作在电流准连续状态。在此模式下,降压开关每次开通的电流都从零开始上升,所以是零电流开通,有效地减小了开关噪声。在开关管关断期间,续流二极管的电流已经降低到零,所以没有反向恢复问题,减小了反向恢复损耗。全桥驱动电路采用Philips公司的UBA2030T。该全桥驱动电路采用24脚封装,集成了自举电路,能直接驱动高压端N沟道MOSFET,使用比较方便。由单片机来的驱动信号经过电平转换送到UBA2030T,可以方便地改变输出频率。

图1 HID灯镇流器框图


谐振点火电路是这样工作的:在点火期间,单片机控制继电器,使一个附加的谐振LC接入主电路,同时驱动逆变器输出与谐振频率相同的激励,使主电路谐振,产生交流高压,再经过倍压整流产生约800V直流电压,击穿放电管实现点火。单片机采用Microchip公司的PIC16F73,内部带8位A/D转换器,D/A转换器则有单片的PORTC口加R-2R电阻网络来实现,成本低廉。

降压DC/DC工作在电流准连续状态
电流准连续状态下,降压开关每次都是零电流开通,而且续流二极管也结束续流,不会有反向恢复电流。在输入电压比较高(300V直流)的情况下,如果续流二极管没有结束续流,降压开关就再次开通,会有一个峰值很大的“反向恢复”电流流过续流二极管和降压开关管,造成能量损耗并产生很强的传导和辐射干扰。


1 电路构成

图2 简化的电流准连续控制原理图


图2是简化的“电流准连续”控制电路,主要工作波形如图3所示。降压开关VT1、续流二极管VD1及电感L1构成典型的降压电路。VD1中串联了一个电流检测电阻(0.1Ω),用来检测续流电流。电感L1中增加了一个辅助绕组,用来得到过零信号。N1B(1/2个LM556)用来构成一个单稳态振荡器,产生启动脉冲,同时也起到最低频率限制的作用,防止降压电路产生可闻噪声。过零脉冲发生电路在检测到L1的辅助绕组送来的过零信号时发出一个负脉冲,触发N1A(另外1/2个LM556)输出高电平,通过隔离变压器驱动VT1。放大器N2将VD1中的电流信号放大后加到N1A的2脚。下面详述工作原理。


2 工作原理
上电后,单稳振荡器电路给出第一个脉冲,加到N1A的6脚(TRIGGER端),使N1A的5脚输出高电平,驱动VT1导通,开始第一个周期。电感辅助绕组输出的电压幅度正比于输入电压,通过VD2、R5对C3充电。C3上电压达到N1的3脚电压时,5脚变成低电平,结束VT1的开通过程,VD1开始续流。VD1中的电流信号经过反向放大加到N1的2脚,从而保证2脚在二极管续流期间为高电平,5脚为低电平,防止下一次开通在续流结束之前到来。电流信号的加入起到了在续流期间封闭N1A的作用,即使有干扰信号使“过零触发电路”误动作,也不会使5脚给出驱动信号。保证了电路的安全可靠。


续流接近结束,N1的2脚(THRESHOLD端)的电压低于1/2控制电压(N1的3脚电压)。一旦有“过零”负脉冲来到N1的触发端(6脚,TRIGGER端),则5脚输出为高,VT1再次开通。这样就实现了电感电流的准连续模式。


在电路刚刚开始工作的时候,输出电压从零开始上升,输出电压比较低,二极管续流时间比较长,可能工作频率会降低到可闻频率(20kHz)。为了避免出现这种情况,设置了最低频率限制电路,这个电路同时也是最初的启动电路。把最低频率限制在20kHz以上,不等到续流结束VT1就再次开通,续流电流已经下降到比较低,而且这种情况只在启动初期的几十毫秒内出现,一旦灯电压上升到20V以上,就不再会出现这种情况。


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