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高压钠灯电子镇流器的研制

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

的均方根值的平方,即乘法器的输出IM=AB/C。脚8的输入可对线电压的变化作出补偿,使PFC能够在85~255V的输入电压范围内工作。R1是线电流取样电阻,它的负端与乘法器的输出一起接到电流放大器的正向端,正端接到电流放大器的反向端。该电流放大器有较高的低频增益,但控制环路的带宽很大,使线电流跟随线电压变化成为可能。

UC3854B相比于UC3854,提供了一个宽的带宽、低偏置的电流放大器、具有快速响应的“能使”比较器、判断基准好坏的比较器以及一个改进的乘法器/除法器,低电压保护改为10V,启动电压为10.5V,而不再是UC3854的16V,启动电流更低。

由于这方面的资料和文献极多,本文不再作更详细的叙述和计算表达。电路中主要元器件B1为4A/600V整流桥,L1=1.2mH,S1为IRFP840,D1为MUR086。

2.2 UCC2305控制器

UCC2305集成了控制和驱动HIDL所有的功能需要,它适用于金属卤素灯(如汽车大灯、放映机灯等)、高压汞灯和高压钠灯等高强度放电灯控制器的驱动和控制。它包含一个完全的电流模式脉宽调制器、一个灯功率调节器、灯温补偿器和所有故障保护。

UCC2305的内部结构和功能如图3所示。其单端驱动脚19(PWMOUT)可驱动正激式、反激式、升压式、降压式等不同类型的电路。主输出脚9(QOUT)和脚15(QOUT)采用大电流推拉电路,可以驱动半桥和全桥电路。桥路输出采用低频交流,UCC2305内置分频器将单端驱动的频率(一般取100kHz)除以512,得到195Hz的低频,因此消除了声共振。声共振是HIDL在高频电源供电时出现的放电电弧不稳的现象,其机理是灯管内压力波的脉动从管内壁反射回来,如果与高频电流的脉动成分相位相同,则形成驻波,产生声共振,轻则灯光抖动,重则烧毁灯管和镇流器。

图3

    图4给出了采用UCC2305作为控制芯片的250WHPSL电子镇流器的原理图。由于HIDL的阻抗非线性(其阻抗特性见图5),在灯未点亮之前处于高阻,一旦外加高压触发点亮以后灯就导通,其两端电压迅速降低,灯电流增大,呈现负阻特性。如果还以平常的电压加于灯上,灯将烧毁。而HIDL在刚启动的冷态和长时间工作的热态的阻抗又有很大差别,因此,HIDL控制器必须是一个电流模式控制下的恒功率输出。在本方案中,单端采用了降压式Buck电路,将PFC输出的400V电压,在恒电流下降至HPSL所需的工作电压。由于是高端驱动,所以需将PWM信号电平移位,采用IR2117或者TLP250等IC均能实现。电流取样采用电流互感器T1,因为开关频率较高,因此只需很小的磁芯,初次级匝比为1:100。电流信号经D10整流后送到UCC2305的脚23(ISENSE端)。在UCC2305中HIDL功率的调节是计算灯电流和电压,指令适当的输入电流保持灯功率的恒定。而灯的电压由分压比为120:1的分压电阻R36与R37得到,送到芯片的脚11(VOUT-SENSE);灯的电流由取样电阻R18得到,这个信号送到芯片的脚5(LOADISENSE)。UCC2305的电流模式PWM类似于工业标准的UC3842和UCC3802电路,使用高增益开环放大器,LOADISENSE信号直接送入该放大器,放大器放大了预期灯电流和实际灯电流之差,并在反馈误差放大器脚LPOWER产生一个粗略地比例于灯功率的输出信号。开环放大器驱动一个高速PWM比较器,这个比较器将控制器的输入电流,即脚23的ISENSE信号跟开环放大器的输出电流比较,用这个信号设置占空比。因此,控制器的输出调节在恒定的功率,以使灯光的强度相对恒定。

S3、L2和C14的确定在文献[3]有详细的计算,对于一个250W的HPSL,S3采用IRFP840、L2选用EE30铁氧体磁芯,电感量1.5mH,C14为100μF、400V的电解电容。

控制器的输出采用全桥逆变器。逆变器工作在195Hz的低频,灯的平均电压为零。桥路的驱动由脚QOUT和QOUT输出,它们均以50%的占空比工作,相差180°。采用IR2110驱动高端和低端的MOSFET管。这样的方法成本较贵,也可以低端直接驱动,高端采用一个高压晶体管、一个上拉电阻以及正确的相位。灯在正常点燃时,需要变换灯的极性,但当灯还未点亮时交流电压将干扰启动。UCC2305有一个“NOTON”的逻辑输出,当灯还未点亮时为高电平,点亮后为低电平。将该输出连到脚DIVPAUSE,点灯时使低频逆变停止,直至灯彻底点亮。

图4

    UCC2305的供电来自于一只6.8V的稳压管D8,它可以防止供电过电压及有可能出现的反向供电。6.8V电压接到VCC端,但器件工作的许多功能供电须来自于连接到脚BOOST的近似于10V的电压。将脚PUMPOUT当作一个交流信号和将外

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