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基于电流跟踪控制的高压钠灯电子镇流器的研制 控制原理及电路分析 1.1 整流和APFC 二极管不可控整流 输入电压为正弦波 1.2 逆变部分及电流反馈控制 S2 和S3 开关有双极性开关和分别单极开关 1）只有一个功率管工作，开关损耗是双极开关的一半； 2）主电路各物理量的动态应力启动电路设计 M1对C3的电压充电到一定值后变为高电平 M2用于判断是否有灯管电流，有则为低电平为灯管电流，禁止同时启动M3和功率管S2驱动信号，这样只能在S2导通时产生触发电压结论正文摘要：针对高压钠灯的工作特性及针对工作在高频状态的缺陷，采用电流跟踪技术设计了一种低频高压钠灯电子镇流器全桥逆变电路图，并设计了可靠的逻辑控制启动电路。 最后给出了实验结果。 关键词：高压钠灯； 电子镇流器; 闭环; current tracking Introduction 高压钠灯（HPS灯）是一种性能优良的高强度放电灯（HID灯）。 好的，所以应用广泛。 与所有气体放电电光源一样，高压钠灯也具有负VI特性，需要镇流器抑制灯电流，启动时需要3～4kV的气体击穿电压。 传统的电感镇流器体积大，功率因数低（只有0.3～0.4），对电网电压波动的适应性不强。 因此，有必要开发高性价比的电子镇流器来替代电感镇流器。 大势所趋。

已开发的高压钠灯电子镇流器多为高频电子镇流器。 在高频条件下，高压钠灯容易熄弧，存在声共振问题。 为了避免声共振，工作频率需要始终围绕中心频率上下变化，但这给控制带来了很大的困难。 为此，本文提出了一种基于电流跟踪控制的低频电子镇流器控制原理及电路分析。 电路原理框图如下图1所示。 主电路分为两级，第一级为整流和APFC（有源功率因数校正电路），第二级为逆变电路。 可见，电子镇流器本质上是一个典型的AC/DC/AC转换电路。 1.1整流和APFC二极管无控整流虽然输入电压是正弦波，但输入电流严重畸变，大量使用会对电网造成严重危害。 同时，输入电流的谐波产生的噪声也会影响电路的工作。 APFC可以将电路的输入功率因数提高到0.95以上； 输入电流基本为正弦波，谐波含量大大降低。 这里采用UC3854控制的Boost电路作为APFC电路（图2）。 UC3854是美国Unitrode公司生产的高功率因数校正芯片。 本芯片采用电压电流双闭环控制，电流内环采用平均电流方式控制。 电压检测信号与同步信号的乘积作为电流基准，即为电流检测电阻。 输出电压可在较大范围内控制，根据后级的需要，这里控制在380V。 UC3854和控制电路的电源来自辅助电源。 辅助电源由脉宽调制器UC3844控制的反激式转换器组成，可提供多路输出。

1.2 逆变部分和电流反馈控制 逆变电路是电子镇流器中最重要的部分，通常采用半桥逆变或全桥逆变电路。 半桥逆变电路的输出电压是全桥的一半。 当功率管的电流相等时，全桥电路的输出功率是半桥的两倍，但多用了两个功率管。 考虑到400W高压钠灯的二次触发电压为150-190V，APFC的输出电压为380V，半桥电路的输出电压完全可以满足二次触发的需要，而半桥电路和全桥电路的功率管的电压应力相同，但前者的成本比后者低。 因此，采用半桥逆变电路（图3）的电子镇流器的本质是限制流过灯管的电流。 根据反馈控制规律，如果要控制某个量，可以引入这个量的负反馈。 图3所示的逆变器电路拓扑结构实际上仍然是高频变换器结构。 为了使流过高压钠灯的电流为低频电流，这里采用了磁滞比较电流跟踪型PWM控制。 其原理如图3线框所示，它由迟滞比较器组成。 给定电流信号ig与电流反馈信号的ig-if之差作为迟滞比较器的输入，通过其输出控制S2、S3的通断。 如图3所示设置灯管电流iL的方向，当S2（或D2）导通时，iL较大，当S3（或D3）导通时，iL减小。 设迟滞比较器的环路宽度为Δ，电流反馈系数为k(=if/iL)，电流iL在(ig-Δ)范围内以锯齿波方式跟踪给定电流，如图4.

为简单起见，给定电流信号取自电网电压正弦波信号。 S2和S3之间的切换方式有双极切换和单极切换两种。 双极性开关时，无论给定电流ig处于正半周还是负半周，S2、S3始终处于关断状态，S2截止，S3斩波。 单极开关原理分析如图4所示，即在t0到t1期间，S2导通，电流iL增大； t1时刻，iL增加到略大于[ig(t1)+Δ，迟滞比较器工作，S2截止，电感L充电，iL继续流经电容C2，二极管D3； 直到t2时刻，下降到比[ig(t2)小一点，S2再次导通，iL又会增加。 ig 进行相同的分析。 与双极性开关方式相比，单极性开关具有以下优点： 1）只有一个功率管工作，开关损耗是双极性开关的一半； 2）主电路各物理量的动态应力，如dv/dt和di/dt比双极性开关方式小，因此对控制电路的干扰比双极性电路小。 但单极性模式的控制电路需要增加一些简单的逻辑控制电路。 电感L的大小和迟滞宽度2Δ决定了开关频率的高低。 当其他条件不变时，开关频率与电感L和迟滞宽度的乘积成反比。 由于功率MOSFET的开关频率很高，所以用较小的电感即可满足要求。 启动电路设计 启动电路采用逻辑控制，不需要采取高压隔离措施，简化了主电路，可以瞬时启动。

工作原理如图5所示，利用LC振荡原理很容易产生高频脉冲。 主电路中的续流电感L作为LC振荡器的副边，原副边的匝数比设为120。原边300V电压来自控制辅助电源，理论上二次侧可产生6kV脉冲。 由于LC振荡电路中串联了晶闸管SCR，所以L两端在触发时只能产生下正上负的触发脉冲。 M1、M2、M3是三个逻辑控制信号，只有三个信号都为高电平时，才会产生高压触发脉冲。 C3上M1的电压充电到一定值后变为高电平。 M2用于判断是否有灯管电流。 有灯电流时为低电平，禁止启动； M2上的信号具有延时功能，避免关灯后热启动； 当灯恢复到高电平时，允许启动。 M3与功率管S2的驱动信号同步，只有在S2导通时才能产生触发电压。 这样全桥逆变电路图，当L两端产生高电压时，S2处于导通状态，避免了触发电压对功率管的损坏。 实验结果实验所用钠灯型号为NG400，市电电压为230V，动态存储示波器型号为TDS3012。 输入端电压和电流波形如图6所示。该电子镇流器的功率因数可以达到0.97以上，谐波失真得到有效抑制，说明由UC3854构成的APFC性能良好。 图7是稳定工作时的灯管电流波形，基本上是需要的正弦波，电流幅值6.5A，有效值为4.6A。 实测进线功率为412W，灯管功率为387W，设计的电子镇流器效率达到0.94。 结论 400W高压钠灯电子镇流器实验结果表明，电路工作稳定，无声谐振，基本满足恒功率要求。 说明本设计方案较为合理。 设计的触发电路启动迅速，不需要隔离措施。