一種可調(diào)光節(jié)能的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)_軟啟動(dòng)調(diào)光

1、一種可調(diào)光節(jié)能的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)一種可調(diào)光節(jié)能的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)_ _軟啟動(dòng)軟啟動(dòng)/ /調(diào)光調(diào)光論文導(dǎo)讀:設(shè)計(jì)了一種具有調(diào)光節(jié)能功能的電子鎮(zhèn)流器，該電子鎮(zhèn)流器包括有源功率因數(shù)校正電路（APFC），半橋逆變電路和控制系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的電子鎮(zhèn)流器具有較好的啟動(dòng)、運(yùn)行性能，可以方便的實(shí)現(xiàn)調(diào)光，節(jié)能效果明顯。論文關(guān)鍵詞：電子鎮(zhèn)流器，高壓鈉燈，有源功率因數(shù)校正，軟啟動(dòng)/調(diào)光0 引言目前，在我國(guó)城市路燈照明系統(tǒng)中，高壓鈉燈的使用最為廣泛，傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器因功率因數(shù)低、效率低、諧波量大、不能調(diào)光節(jié)能、啟動(dòng)方式對(duì)燈電極損傷大、沒有保護(hù)功能等缺點(diǎn)已不能滿足“

2、綠色照明”和“節(jié)能減排”的要求。為解決以上問題，設(shè)計(jì)了一臺(tái)具有調(diào)光節(jié)能功能的智能化電子鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器采用雙級(jí)結(jié)構(gòu)，APFC 部分以 L6562D 芯片為核心，逆變驅(qū)動(dòng)部分以IR2153 芯片為核心，整個(gè)系統(tǒng)的控制由一片 Atmelga16 完成。調(diào)光的實(shí)現(xiàn)采用調(diào)頻調(diào)光法。制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)，并反復(fù)實(shí)驗(yàn)軟啟動(dòng)/調(diào)光，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明此鎮(zhèn)流器啟動(dòng)及運(yùn)行安靜可靠，調(diào)光范圍寬，節(jié)能效果明顯。1電子鎮(zhèn)流器具體設(shè)計(jì)1.1 系統(tǒng)基本框圖系統(tǒng)框圖如圖 1 所示，EMI 部分采用單級(jí)型濾波器，整流部分采用全波整流，由一片 MKP62/275X2/474K 芯片完成，APFC 部分采用 Boost 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，逆變部分采

3、用 CLASS-D 型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和 LCC 諧振網(wǎng)絡(luò)。圖 1 系統(tǒng)框圖1.2 APFC 電路設(shè)計(jì)為了提高系統(tǒng)的功率因數(shù)，系統(tǒng)加入功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)論文提綱怎么寫。由功率因數(shù)定義知，功率因數(shù)由兩個(gè)因素決定，其中一個(gè)是交流輸入市電的基波電流與基波電壓的相位差，另一個(gè)是交流輸入市電電流的波形失真系數(shù)。提高功率因數(shù)就要使 cos與的乘積近似等于 1。鑒于此，設(shè)計(jì)了基于L6562D 的 APFC 電路，如圖 2 所示：圖 2 基于 L6562 的 APFC 電路此電路工作在臨界連續(xù)模式（CRM），并采用峰值電流控制，開關(guān)管最小開關(guān)頻率為 20KHZ，輸出直流電壓理論上為 400V。升壓電感可由式(2-1)近

4、似確定：(2-1)式中：APFC 的效率 VAC：市電輸入電壓 Vo：直流輸出電壓ft(min)：開關(guān)管最小開關(guān)頻率 Po：電子鎮(zhèn)流器功率經(jīng)計(jì)算并反復(fù)調(diào)試，選擇 L=0.25mH。輸出電容可由式(2-2)近似確定：(2-2)式中 uAC(max):市電輸入最大電壓有效值 iAC(max):市電輸入最大電流有效值 :市電輸入角頻率 uo:直流輸出電壓 um:輸出波紋電壓經(jīng)計(jì)算并反復(fù)調(diào)試，選擇輸出電容為 450V/220uF。此 APFC 電路使得鎮(zhèn)流器功率因數(shù)達(dá) 96%軟啟動(dòng)/調(diào)光，測(cè)試結(jié)果如圖 3 所示。1.3 基于 LCC 諧振網(wǎng)絡(luò)的逆變電路設(shè)計(jì)在中小功率的電子鎮(zhèn)流器中，考慮到成本因素，實(shí)際

5、的電子鎮(zhèn)流器大多都是應(yīng)用 CLASS-D 型不對(duì)稱半橋逆變電路。如圖 4 所示：圖 4 基于 LCC 諧振網(wǎng)絡(luò)的逆變電路這個(gè)電路可看成由 Q1、D2、組成的 BUCK 電路和 Q2、D1、組成的 BOOST 電路的結(jié)合2。2中論述了此電路拓?fù)渚唧w工作過程。文獻(xiàn)1中分析了 LCC 諧振網(wǎng)絡(luò)的具體工作過程。此電路中 Q1、Q2 選擇 STP20NM60FT 型 MOFEST，對(duì)于Cs 和 Cr 的選擇要滿足 CsCr，這里選擇 Cs=220nF，Cr =4.7nF，對(duì)于 Lr 的選擇要滿足電路正常工作時(shí)整個(gè) LCC 網(wǎng)絡(luò)呈感性，這將有助于限制電路中的電流，從而減小過大的電流對(duì)開關(guān)管和鈉燈的沖擊，同

6、時(shí)也可以使鈉燈兩端的波形更加趨近于正弦波。記鈉燈點(diǎn)亮后電路的工作角頻率為，鈉燈電阻為Rlamp，則電路阻抗 Z 為：所以當(dāng)且時(shí)電路呈感性。設(shè)計(jì)電路參數(shù)時(shí)要注意這個(gè)原則。此電路中選擇 Lr=0.45mH 論文提綱怎么寫。1.4 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)及調(diào)光功能的實(shí)現(xiàn)1.4.1 基于 IR2153 的軟啟動(dòng)電路設(shè)計(jì)在實(shí)際的電子鎮(zhèn)流的制作當(dāng)中，為了提高鈉燈啟動(dòng)的安全性、可靠性及延長(zhǎng)鈉燈的使用壽命。文獻(xiàn)1中提出了定頻帶滑頻軟啟動(dòng)控制策略，就是在自然諧振點(diǎn)的右側(cè)選擇一個(gè)頻帶 f1-f2，啟動(dòng)時(shí)令 f2 向 f1 滑動(dòng)，電壓增益將逐漸增大，直到某一時(shí)刻燈端電壓使燈內(nèi)部等離子體擊穿，完成放電過程使燈點(diǎn)亮。這樣，在鈉燈

7、點(diǎn)亮前軟啟動(dòng)/調(diào)光，鈉燈就有充分的時(shí)間進(jìn)行預(yù)熱，從而提高了啟動(dòng)的可靠性并延長(zhǎng)了鈉燈的壽命。值得注意，對(duì)于 f1 的選取，應(yīng)當(dāng)在滿足 Cr 和燈的耐壓條件下進(jìn)行?；谶@種思想設(shè)計(jì)了基于 IR2153 的軟啟動(dòng)電路，如圖 4 所示：圖 5圖 5 中，二極管 D1 為 CT 提供充電通道，二極管 D2 為 CT 提供放電通道。C1 起電壓鉗位作用。IR2153 輸出的 PWM 頻率與 RT、CT 的震蕩頻率成一定的比例關(guān)系，即震蕩頻率越高，輸出 PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率越高，當(dāng)然這種關(guān)系不是線性的。為實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)，由 IR2153 的技術(shù)手冊(cè)知，可以控制 CT 端的電壓，改變其充放電的時(shí)間?；谶@種思想

8、我們可以在 CT 充電的時(shí)候給 CT 附加一個(gè)正向的電壓，在 CT 放電的時(shí)候給 CT 附加一個(gè)負(fù)向電壓，這樣 CT 從 1/3Vcc 充電到 2/3Vcc 和 CT 從 2/3Vcc 放電到 1/3Vcc 所用的時(shí)間就減小了，頻率也就增加了。所以，改變控制電平的幅值就可以方便的改變 PWM 信號(hào)的頻率。啟動(dòng)時(shí)提高圖 5 中控制電平的幅值，使得開關(guān)頻率為 f2，然后逐漸減小控制電平的幅值軟啟動(dòng)/調(diào)光，使 f2 逐漸向 f1 滑動(dòng)，直到鈉燈點(diǎn)亮。鈉燈點(diǎn)亮后，電路自然失諧到穩(wěn)定工作狀態(tài)，同時(shí)也要相應(yīng)的控制電路配合把控制電平減小到使燈正常工作所需頻率下對(duì)應(yīng)的電平幅值。控制電平幅值與 PWM 信號(hào)頻率

9、比例關(guān)系的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 1 所示。1.4.2 調(diào)光功能實(shí)現(xiàn)圖 4 中，Uin 為幅值為VDC/2高頻方波，改變 PWM 信號(hào)頻率，則 Lr 的感抗增加，電路中電流減小，燈兩端的電壓電流都減小，通過改變控制電平幅值的大小實(shí)現(xiàn)調(diào)光功能論文提綱怎么寫?？刂齐娖綖橐粋€(gè)可編程的電壓，根據(jù)實(shí)際需要，在程序里就可以很方便的設(shè)定不同的調(diào)光時(shí)間段，最終達(dá)到調(diào)光節(jié)能的目的?？紤]到鎮(zhèn)流器的效率，鈉燈的發(fā)光效率并避免聲諧振現(xiàn)象的發(fā)生，選擇開關(guān)頻率范圍為 38KHZ-55KHZ3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 2 所示。1.5 保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)鎮(zhèn)流器系統(tǒng)的故障主要有斷路故障（空載）和短路故障，這些故障都可以根據(jù)燈端電壓加以判斷，所以把燈端

10、電壓作為反饋信號(hào)，與比較器的基準(zhǔn)進(jìn)行比較，比較器的輸出信號(hào)送到單片機(jī)中軟啟動(dòng)/調(diào)光，由程序判斷故障類型并做出相應(yīng)處理。啟動(dòng)時(shí)，如果在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)燈電壓仍然沒有達(dá)到所設(shè)定的值，那么單片機(jī)就會(huì)封所 PWM 脈沖，延時(shí) 3 分鐘后（冷燈時(shí)間）繼續(xù)啟動(dòng)，如果在設(shè)定的啟動(dòng)次數(shù)內(nèi)燈仍然不能點(diǎn)亮，則進(jìn)入保護(hù)模塊。正常工作時(shí)，如果發(fā)生故障，再次啟動(dòng)和保護(hù)過程和上述一樣。圖 6 為鎮(zhèn)流器帶載時(shí)的啟動(dòng)波形，圖7 為空載時(shí)啟動(dòng)波形。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果UfUfUf036.93 1.458.83 2.5144.210.238.73 1.665.36 2.6168.110.440.80 1.873.44 2.7201.870.8

11、46.67 280.32 2.8257.06149.75 2.2100.782.85296.091.253.83 2.4124.612.91356.36U(V):D1 陰極電位 f(KHZ):PWM 頻率表 1LUXfLUXfLUXf38.6185043.99204880040141044.58905176040.813904685055650f(KHZ):PWM 頻率 LUX:照度表 2圖 3 市電輸入波形圖 6 正常啟動(dòng)電壓圖 7 空載啟動(dòng)電壓 圖 8 正常運(yùn)行時(shí)燈電壓電流圖 9 正常運(yùn)行時(shí)燈電壓電流包絡(luò)3 結(jié)論設(shè)計(jì)了一臺(tái)具調(diào)光節(jié)能功能的電子鎮(zhèn)流器，制作了實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該鎮(zhèn)流器各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足設(shè)計(jì)要求，可以方便的實(shí)現(xiàn)較寬范圍的調(diào)光，節(jié)能效果明顯，在城市路燈照明系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。參考文獻(xiàn)1徐殿國(guó)，韓穎，李曉強(qiáng).基于 LCC 諧振網(wǎng)絡(luò)的 HPS 燈電子鎮(zhèn)流器啟動(dòng)方法的研究.第十六屆全國(guó)電源技術(shù)年會(huì)論文集：889-891.2林渭勛.現(xiàn)代電