直流供電低壓鈉燈數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)

式中ω=2πf

對(duì)于交流等效電源來說,整個(gè)負(fù)載電路的復(fù)阻抗為：

相角為：

3 控制電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)的EB用Boost變換器采用由555定時(shí)器芯片與運(yùn)算放大器組成的控制電路。圖6a示出Boost變換器控制電路中的555定時(shí)器時(shí)鐘電路。它能在555的腳3輸出固定頻率、固定占空比的方波。圖6b示出Boost變換器控制電路中的555定時(shí)器PWM電路。它能根據(jù)腳2的時(shí)鐘輸入電壓和腳5的調(diào)制輸入電壓在腳3輸出PWM波形。Boost變換器的輸出采用由集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器。以進(jìn)行閉環(huán)控制。

半橋逆變器則采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制。單片機(jī)通過檢測(cè)Boost輸出直流電流來穩(wěn)定輸入功率和判斷輸出端是否短路,通過檢測(cè)燈電壓,控制啟動(dòng)點(diǎn)燈頻率變化和判斷輸出端是否開路。通過檢測(cè)半橋逆變器的輸入電流,對(duì)燈功率進(jìn)行閉環(huán)控制。單片機(jī)輸出的5V方波信號(hào)經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路后,驅(qū)動(dòng)半橋功率開關(guān)管。

4 負(fù)載匹配網(wǎng)絡(luò)仿真分析

55W歐司朗低壓鈉燈LCC諧振變換器的設(shè)計(jì)要求是啟動(dòng)電壓大于800V,方波峰峰值為350V,工作頻率大于20kHz,額定燈功率為55W。應(yīng)用PSPICE對(duì)負(fù)載匹配無源網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行仿真,仿真電路參數(shù)：L=830μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。燈穩(wěn)態(tài)工作的等效電阻設(shè)為220Ω,燈啟動(dòng)前的等效電阻設(shè)為40kΩ。圖7示出仿真得到的燈電壓uL與工作頻率?z的關(guān)系。它包括燈啟動(dòng)電壓和穩(wěn)態(tài)工作電壓。燈啟動(dòng)電壓為800V時(shí)對(duì)應(yīng)的fz=125kHz;燈穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)電壓為110V時(shí)對(duì)應(yīng)的?z=40kHz。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由上述設(shè)計(jì)成功地制成了實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)。所用燈泡為歐司朗55W低壓鈉燈,參考電參數(shù)：燈電壓為110V,燈電流為0.5A,點(diǎn)燈電壓為800V,L=820μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。圖8示出單片機(jī)的程序流程圖。

圖9a示出燈啟動(dòng)過程中燈兩端電壓uL和燈電流iL的實(shí)驗(yàn)波形?？梢?滑頻階段燈電壓的上升過程和燈點(diǎn)亮后的電壓迅速下降。圖9b示出燈穩(wěn)態(tài)工作時(shí)uL和iL的實(shí)驗(yàn)波形?？梢?在高頻時(shí),兩者的波形接近正弦波,但因工作點(diǎn)頻率在串聯(lián)負(fù)載諧振頻率的右側(cè),所以與標(biāo)準(zhǔn)正弦波有些差異。圖9c示出實(shí)測(cè)的低壓鈉燈動(dòng)態(tài)伏-安特性?？梢?高頻時(shí),低壓鈉燈在高頻工作時(shí)接近阻性。

6 結(jié)論

設(shè)計(jì)了110V直流供電55W數(shù)字化低壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器,應(yīng)用Boost變換器和半橋LCC逆變電路作為鎮(zhèn)流器的主電路拓?fù)?設(shè)計(jì)了采用NE555和運(yùn)算放大器的Boost變換器控制電路和采用單片機(jī)的半橋逆變控制電路。對(duì)負(fù)載匹配無源網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行了仿真分析,對(duì)電子鎮(zhèn)流器進(jìn)行了試驗(yàn)研究。仿真和試驗(yàn)結(jié)果均證明該電子鎮(zhèn)流器能夠?qū)崿F(xiàn)燈的可靠啟動(dòng),以及保護(hù)功能和輸出恒功率功能。