120W高可靠HID燈電子鎮(zhèn)流器

高強(qiáng)度放電（HID）燈以其光效高、壽命長、體積小、控光性強(qiáng)、顯色性好、光利用率高等特點(diǎn)，已成為近代照明的主流產(chǎn)品之一。HID燈正從特殊用途，如投影儀、汽車頭燈等，向通用領(lǐng)域擴(kuò)展。由于HID燈的特性，其鎮(zhèn)流器也比較復(fù)雜。首先，HID燈需要數(shù)千伏的高壓脈沖來點(diǎn)火，因此要專門設(shè)計(jì)點(diǎn)火電路。另外，HID燈在高頻電源供電情況下極易產(chǎn)生聲諧振現(xiàn)象，對外表現(xiàn)為光強(qiáng)不穩(wěn)、電弧閃爍、扭曲等。此時(shí)可出現(xiàn)燈電壓和電流起伏，并伴隨有與激勵(lì)源同頻率的聲波，嚴(yán)重時(shí)可能熄弧，甚至造成燈管損壞，所以還需要采用專門的抑制“聲共振”的電路。

鎮(zhèn)流器基本結(jié)構(gòu)
本文介紹的HID燈鎮(zhèn)流器內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。220V交流電經(jīng)過整流、濾波，送到降壓開關(guān)電路。驅(qū)動脈沖發(fā)生器檢測電感的電流過零信號，驅(qū)動降壓開關(guān)工作在電流準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)。在此模式下，降壓開關(guān)每次開通的電流都從零開始上升，所以是零電流開通，有效地減小了開關(guān)噪聲。在開關(guān)管關(guān)斷期間，續(xù)流二極管的電流已經(jīng)降低到零，所以沒有反向恢復(fù)問題，減小了反向恢復(fù)損耗。全橋驅(qū)動電路采用Philips公司的UBA2030T。該全橋驅(qū)動電路采用24腳封裝，集成了自舉電路，能直接驅(qū)動高壓端N溝道MOSFET，使用比較方便。由單片機(jī)來的驅(qū)動信號經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換送到UBA2030T，可以方便地改變輸出頻率。

圖1 HID燈鎮(zhèn)流器框圖

諧振點(diǎn)火電路是這樣工作的：在點(diǎn)火期間，單片機(jī)控制繼電器，使一個(gè)附加的諧振LC接入主電路，同時(shí)驅(qū)動逆變器輸出與諧振頻率相同的激勵(lì)，使主電路諧振，產(chǎn)生交流高壓，再經(jīng)過倍壓整流產(chǎn)生約800V直流電壓，擊穿放電管實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火。單片機(jī)采用Microchip公司的PIC16F73，內(nèi)部帶8位A/D轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器則有單片的PORTC口加R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)，成本低廉。

降壓DC/DC工作在電流準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)
電流準(zhǔn)連續(xù)狀態(tài)下，降壓開關(guān)每次都是零電流開通，而且續(xù)流二極管也結(jié)束續(xù)流，不會有反向恢復(fù)電流。在輸入電壓比較高（300V直流）的情況下，如果續(xù)流二極管沒有結(jié)束續(xù)流，降壓開關(guān)就再次開通，會有一個(gè)峰值很大的“反向恢復(fù)”電流流過續(xù)流二極管和降壓開關(guān)管，造成能量損耗并產(chǎn)生很強(qiáng)的傳導(dǎo)和輻射干擾。

1 電路構(gòu)成

圖2 簡化的電流準(zhǔn)連續(xù)控制原理圖

圖2是簡化的“電流準(zhǔn)連續(xù)”控制電路，主要工作波形如圖3所示。降壓開關(guān)VT1、續(xù)流二極管VD1及電感L1構(gòu)成典型的降壓電路。VD1中串聯(lián)了一個(gè)電流檢測電阻（0.1Ω），用來檢測續(xù)流電流。電感L1中增加了一個(gè)輔助繞組，用來得到過零信號。N1B（1/2個(gè)LM556）用來構(gòu)成一個(gè)單穩(wěn)態(tài)振蕩器，產(chǎn)生啟動脈沖，同時(shí)也起到最低頻率限制的作用，防止降壓電路產(chǎn)生可聞噪聲。過零脈沖發(fā)生電路在檢測到L1的輔助繞組送來的過零信號時(shí)發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖，觸發(fā)N1A（另外1/2個(gè)LM556）輸出高電平，通過隔離變壓器驅(qū)動VT1。放大器N2將VD1中的電流信號放大后加到N1A的2腳。下面詳述工作原理。

2 工作原理
上電后，單穩(wěn)振蕩器電路給出第一個(gè)脈沖，加到N1A的6腳（TRIGGER端），使N1A的5腳輸出高電平，驅(qū)動VT1導(dǎo)通，開始第一個(gè)周期。電感輔助繞組輸出的電壓幅度正比于輸入電壓，通過VD2、R5對C3充電。C3上電壓達(dá)到N1的3腳電壓時(shí)，5腳變成低電平，結(jié)束VT1的開通過程，VD1開始續(xù)流。VD1中的電流信號經(jīng)過反向放大加到N1的2腳，從而保證2腳在二極管續(xù)流期間為高電平，5腳為低電平，防止下一次開通在續(xù)流結(jié)束之前到來。電流信號的加入起到了在續(xù)流期間封閉N1A的作用，即使有干擾信號使“過零觸發(fā)電路”誤動作，也不會使5腳給出驅(qū)動信號。保證了電路的安全可靠。

續(xù)流接近結(jié)束，N1的2腳（THRESHOLD端）的電壓低于1/2控制電壓（N1的3腳電壓）。一旦有“過零”負(fù)脈沖來到N1的觸發(fā)端（6腳，TRIGGER端），則5腳輸出為高，VT1再次開通。這樣就實(shí)現(xiàn)了電感電流的準(zhǔn)連續(xù)模式。

在電路剛剛開始工作的時(shí)候，輸出電壓從零開始上升，輸出電壓比較低，二極管續(xù)流時(shí)間比較長，可能工作頻率會降低到可聞?lì)l率（20kHz）。為了避免出現(xiàn)這種情況，設(shè)置了最低頻率限制電路，這個(gè)電路同時(shí)也是最初的啟動電路。把最低頻率限制在20kHz以上，不等到續(xù)流結(jié)束VT1就再次開通，續(xù)流電流已經(jīng)下降到比較低，而且這種情況只在啟動初期的幾十毫秒內(nèi)出現(xiàn)，一旦燈電壓上升到20V以上，就不再會出現(xiàn)這種情況。