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金卤灯二级拓扑电子镇流器控制策略探究 　　【摘要】金卤灯启动过程包括上电、点火、过渡、升压和稳态五个阶段，在整个过程中存在强烈的非线性特性，特别是在灯击穿后，将会出现负阻特性，因此电子镇流器要采用不同的控制策略，使灯能够从一个阶段顺利地进入下一个阶段。为了节约成本，提高灯的使用效率，本文采用二级拓扑电路代替传统的三级拓扑结构，采用PFC级和全桥DC/AC级电路，实现小功率金卤灯的稳定启动。 【关键词】金卤灯；电子镇流器；二级拓扑；小功率 1.引言 随着科技进步，人类对照明的需求也与时俱进，经历了白炽灯、荧光灯两代照明产品之后，人类开辟了照明史的新纪元，进入了金属卤化物灯的照明时代[1]。较之前两代产品，金卤灯的启动过程更为繁琐，在此过程中需要电子镇流器的参与。所以对镇流器的研究成了光源照明技术发展过程中必不可少的环节。最初研究镇流器主要面临的技术难题是“声谐振”现象。随着研究的深入，可采用低频方波技术能有效的解决这个问题，使电子镇流器应用于金卤灯获得了极其重要的进展。 在传统的电子镇流器的设计中，往往采用三级电路拓扑，包括率因数校正（PFC）电路、DC/DC电路和C/AC逆变电路[2]。但是电路级数越多使用的器件越多并且使产品设计愈显复杂。因此为了节约设计成本简化电路设计，本文提出一种电子镇流器二级拓扑结构的设计思想。 2.镇流器的电路拓扑结构 2.1 三级电路拓扑结构 在电子镇流器的设计中，最常采用的设计电路为传统的三级拓扑，系统结构由功率因数校正（PFC）电路、DC/DC电路和DC/AC电路组成，三部分电路相互独立且各自完成相应的功能。第一级的功率因数校正电路，可选用的拓扑为BOOST型和反激型的功率因数校正电路。第二级电路为DC/DC电路，其主要功能是控制灯启动过程中的电流和功率，稳定灯的工作点，这一级电路最常采用的拓扑为BUCK电路。第三级电路为DC/AC逆变电路，其主要功能是为灯提供一个交变的工作电流和电压，常用拓扑为半桥和全桥电路[3]。传统的三级电路每一级电路独立执行相应的功能。控制相对简单，系统的可靠性较好。但是，传统的三级低频方波电路存在电路复杂、成本高、效率低等缺点。 2.2 二级电路拓扑结构 近年来两级低频方波电子镇流器得到了很大的发展，主要有两种功能组合方式： （1）将功率因数校正环节（PFC）和DC/DC进行合并，合并后的电路既要完成功率因数校正的功能，又需要控制灯的启动过程中的电流，控制较三级电路复杂。 （2）将DC/DC和逆变电路进行合并，整个电路省去了DC/DC环节，逆变电路进行PWM调制，起到控制灯电流大小和换向的作用[4]。此种方法主要有PFC级+全桥DC/AC级和PFC级+半桥DC/AC级两种，但是，由于半桥双BUCK低频方波变换器开路输出电压低灯信号取样困难控制电路复杂等，所以采用PFC级+全桥DC/AC级电路。 3.镇流器各级电路的控制策略 电子镇流器本身，实际上是一种AC/DC/AC的特种电源。采用二极管整流、电容滤波的整流环节会使输入电流严重畸变[5]。特别是大量使用时对电网产生严重的谐波污染且功率因数较低。对于这种使用数量大的中小功率单相电源系统，最理想的方法是在电源内部采取功率因数校正措施，从根本上消除谐波源。通常功率因数校正方法有两种：有源功率因数校正（APFC）和无源功率因数校正（PPFC）。但无源功率因数校正（PPFC）的功率因数不是很高，只能达到0.8～0.9之间，很难接近1，并且电路中电感体积大且重，给电路设计带来一定麻烦。而有源功率因数校正（APFC）技术被认为是合适的选择，很多公司也推出了各种成熟的功率因数校正芯片。此次设计我们采用的功率因数校正芯片就是TI公司最近新推出的UCC28019。 3.1 有源功率因数校正（APFC）电路 UCC28019是一款在连续工作模式下，采用平均电流控制策略，以固定频率输出PWM波控制开关管的通断，实现功率因数校正，该芯片具有软启动、欠/过压保护、过流保护、开路保护以及峰值电流限制等功能。 UCC28019通过调节BOOST电路的开关管的占空比来稳定输出电压，在电路输出端通过电阻分压得到电压反馈，将反馈电压送入芯片内部误差比较器和基准电压进行比较，芯片内部振荡器调节输出PWM的占空比实现输出稳压。 3.2 全桥DC/AC逆变电路 上电过程是在金卤灯点火击穿以前，灯负载相当于与开路，为了使得点火阶段能够正常，必须要有足够高的开路电压。这个电压通过启动电路供给灯足够高的电压脉冲，击穿灯管。 点火过程金卤灯需要3-5KV的电压，同时这个脉冲要保持几十微妙的时间，脉冲上升时间越短越好。在高压脉冲的激励下，经过一次或几次灯就会