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金(jin)(jin)卤灯(deng)是工(gong)业照明灯(deng)具光源的一(yi)种，金(jin)(jin)卤灯(deng)属于(yu)第三代光源，金(jin)(jin)卤灯(deng)具有良好的节能、环保、高效(xiao)的优点。

1、金卤灯灯具的组成

金卤灯(deng)是由金卤灯(deng)外壳、金卤灯(deng)光源、镇流器、触发器、电(dian)容、散热器等部(bu)分组成的。

2、金卤灯的工作原理和运行

金卤(lu)灯是交(jiao)流电(dian)源工作的(de)，在汞(gong)和稀(xi)有金属的(de)卤(lu)化(hua)物(wu)混合蒸气中产生电(dian)弧放电(dian)发光(guang)(guang)的(de)放电(dian)灯，金属卤(lu)化(hua)物(wu)灯是在高压汞(gong)灯基础上(shang)添加各(ge)种金属卤(lu)化(hua)物(wu)制成(cheng)的(de)第(di)三代光(guang)(guang)源。

3、金卤灯的分类

金(jin)卤(lu)(lu)(lu)灯(deng)(deng)分(fen)为是(shi)石(shi)英金(jin)卤(lu)(lu)(lu)灯(deng)(deng)，其(qi)电弧管(guan)泡壳(qiao)(qiao)是(shi)用石(shi)英做的(de)(de)，另(ling)一种是(shi)陶瓷(ci)金(jin)卤(lu)(lu)(lu)灯(deng)(deng)，其(qi)电弧管(guan)泡壳(qiao)(qiao)是(shi)用半(ban)透明氧化铝陶瓷(ci)做的(de)(de)，两(liang)种的(de)(de)光效(xiao)和价格都有很大的(de)(de)差别，目前石(shi)英金(jin)卤(lu)(lu)(lu)灯(deng)(deng)的(de)(de)使用非(fei)常普遍，而陶瓷(ci)金(jin)卤(lu)(lu)(lu)灯(deng)(deng)使用较少。

4、金卤灯的适用范围

广泛(fan)适用于制造业工(gong)厂、电力、铁路、冶金、石化、厂矿(kuang)、车间、物(wu)流仓库、文体场(chang)馆等高大场(chang)所。还(hai)可以作为防爆灯具的(de)光源，用于电力、石油(you)开采、冶炼、化工(gong)、军(jun)工(gong)储备等企业的(de)危(wei)险(xian)环境及海(hai)洋石油(you)平台(tai)、油(you)轮(lun)等场(chang)所。

5、金卤灯的优点

金卤(lu)灯最大(da)优点(dian)(dian)是(shi)发(fa)光(guang)(guang)效(xiao)率(lv)特(te)别(bie)高(gao)，光(guang)(guang)效(xiao)高(gao)达80～90Lm/W，正常发(fa)光(guang)(guang)时发(fa)热少，因此是(shi)一种(zhong)冷光(guang)(guang)源。金卤(lu)灯具有(you)有(you)发(fa)光(guang)(guang)效(xiao)率(lv)高(gao)、显色性能(neng)好、寿命长等特(te)点(dian)(dian)，是(shi)一种(zhong)接近日光(guang)(guang)色的节能(neng)新光(guang)(guang)源。

6、金卤灯镇流器原理图

为了确保金(jin)卤灯不出现声谐振，电(dian)子(zi)(zi)镇(zhen)(zhen)流器(qi)一般工作于低(di)频(pin)方(fang)波状(zhuang)态。传统的(de)低(di)频(pin)方(fang)波电(dian)子(zi)(zi)镇(zhen)(zhen)流器(qi)包括3级结构：功(gong)率因数校(xiao)正(zheng)电(dian)路、降(jiang)(jiang)压电(dian)路和全桥(qiao)逆(ni)变(bian)电(dian)路。这种结构非常复(fu)杂(za)而且造成了镇(zhen)(zhen)流器(qi)的(de)成本(ben)昂贵。简(jian)化(hua)电(dian)路、降(jiang)(jiang)低(di)成本(ben)已经(jing)成为如今研究的(de)重点。一种方(fang)法就(jiu)是(shi)(shi)(shi)(shi)把前两级功(gong)率因数校(xiao)正(zheng)和降(jiang)(jiang)压电(dian)路组(zu)成一级。这种方(fang)法可(ke)(ke)以(yi)减小(xiao)镇(zhen)(zhen)流器(qi)的(de)体积(ji)，但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)可(ke)(ke)能伴(ban)随带来的(de)问题就(jiu)是(shi)(shi)(shi)(shi)降(jiang)(jiang)低(di)了功(gong)率因数校(xiao)正(zheng)电(dian)路的(de)表现，增加了开关(guan)器(qi)件的(de)应力等不利(li)因素。另一种方(fang)法就(jiu)是(shi)(shi)(shi)(shi)把降(jiang)(jiang)压电(dian)路和逆(ni)变(bian)电(dian)路组(zu)合在一起(qi)。这种方(fang)法可(ke)(ke)以(yi)降(jiang)(jiang)低(di)镇(zhen)(zhen)流器(qi)的(de)体积(ji)和成本(ben)，但(dan)是(shi)(shi)(shi)(shi)控制方(fang)法可(ke)(ke)能相对复(fu)杂(za)。

组合降压(ya)电路(lu)和半桥逆变电路(lu)在(zai)一(yi)起的(de)方案(an)是现(xian)在(zai)比较(jiao)流行而且(qie)可行的(de)方法。因为(wei)这(zhei)种方式的(de)电路(lu)相对最为(wei)简单(dan)，成本最低。为(wei)了(le)促进这(zhei)种方案(an)的(de)广泛应用，简化它的(de)控(kong)制(zhi)方法，克服这(zhei)种电路(lu)的(de)缺点，提高它的(de)可靠性就成为(wei)研究的(de)重点。

本文对(dui)此种电(dian)路提出了(le)一种新型控制方法(fa)，并且提出一种简单有(you)效的方法(fa)克服(fu)此电(dian)路在输(shu)出电(dian)流换(huan)向时发(fa)生的电(dian)流过(guo)冲问(wen)题，降低了(le)波峰系数(shu)。

1 电路(lu)描述

电路的结(jie)构(gou)框图(tu)如图(tu)1所示。

电路结构框图

1.电(dian)路工作模态(tai)的分(fen)析

S1、S2的(de)门极信号如图(tu)2所示(shi)。当S1工(gong)作(zuo)于(yu)高(gao)频(pin)(pin)状态时，S2被断开。此时，电路(lu)等效于(yu)一个(ge)(ge)(ge)Buck电路(lu)，S1相(xiang)(xiang)当于(yu)主(zhu)功(gong)率(lv)开关，而S2的(de)体二极管相(xiang)(xiang)当于(yu)Buck的(de)二极管。两个(ge)(ge)(ge)开关管的(de)工(gong)作(zuo)状态会(hui)以(yi)400Hz的(de)一个(ge)(ge)(ge)频(pin)(pin)率(lv)交替变化。这样(yang)，就(jiu)可(ke)以(yi)得到一个(ge)(ge)(ge)低频(pin)(pin)的(de)方波电流输(shu)出供给(ji)灯。

金卤灯电(dian)子镇(zhen)流器电(dian)路图(tu)

二(er)极管关(guan)断(duan)时存在一个反(fan)向恢复(fu)问题，这(zhei)会大大增(zeng)加(jia)器(qi)件的开关(guan)损耗。为了避免这(zhei)种情况的发生，我们(men)让电路(lu)工作在电流断(duan)续状(zhuang)态(tai)下。图3是逆变级Buck电感(gan)电流的状(zhuang)态(tai)示意(yi)图。

电(dian)感电(dian)流断续(xu)的情况

当S1工作于高频状态而S2断开时(shi)，电路工作于3种工作模式。

1.模(mo)式1

S1开通(tong)，电(dian)(dian)流流过(guo)C1、S1、Rs、灯、点(dian)火电(dian)(dian)感(gan)(gan)和(he)Lc图(tu)4是这(zhei)种模(mo)式(shi)的(de)(de)(de)等效电(dian)(dian)路图(tu)。其中(zhong)点(dian)火电(dian)(dian)感(gan)(gan)的(de)(de)(de)电(dian)(dian)感(gan)(gan)量远远小(xiao)于电(dian)(dian)感(gan)(gan)L的(de)(de)(de)电(dian)(dian)感(gan)(gan)量，假设电(dian)(dian)容C上的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压在每个开关周期中(zhong)保(bao)持不(bu)变，电(dian)(dian)感(gan)(gan)L上的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压VL为

S1断(duan)开(kai)，由于电(dian)感电(dian)流(liu)不能突(tu)变(bian)，电(dian)流(liu)流(liu)过Rs、灯、点火电(dian)感、L、C2和D2o。图5是此(ci)种模式(shi)的(de)等效电(dian)路图。电(dian)感L的(de)电(dian)压为

S1仍(reng)然(ran)处于断开(kai)状(zhuang)态。但是电(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)￡的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)降(jiang)为零。此时，电(dian)(dian)(dian)(dian)容C给灯(deng)(deng)提供能(neng)量，电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)流(liu)(liu)过C、Rs、灯(deng)(deng)和点火电(dian)(dian)(dian)(dian)感(gan)。图6是此种工作模式的(de)(de)等效电(dian)(dian)(dian)(dian)路图。假设(she)电(dian)(dian)(dian)(dian)容足够大(da)，电(dian)(dian)(dian)(dian)容上的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)保持(chi)不(bu)变(bian)，我们能(neng)够从式(1)、式(2)中得到输出的(de)(de)灯(deng)(deng)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)为

式中：系(xi)数(shu)k1与电感电流下降时间有关，在图3中有着明(ming)确的表示。

当S1断(duan)开，S2工作于高频开关状态时(shi)，电路(lu)的(de)工作过程基本上和(he)上面的(de)分(fen)析一致(zhi)。

根据上面(mian)的分析，在(zai)每半(ban)个低频(pin)周(zhou)期内半(ban)桥逆变(bian)电(dian)(dian)路(lu)可以等(deng)效(xiao)为一(yi)个Buck降压电(dian)(dian)路(lu)。从而一(yi)个半(ban)桥逆变(bian)电(dian)(dian)路(lu)既可以提(ti)供给灯一(yi)个合适的T作电(dian)(dian)压又能(neng)使灯工作于(yu)低频(pin)方波状态。

1.2 闭环控(kong)制

因为金卤灯(deng)的(de)(de)(de)负阻(zu)特(te)(te)性(xing)，为此我(wo)们控制(zhi)镇流(liu)器的(de)(de)(de)输(shu)出呈(cheng)现为电(dian)流(liu)源的(de)(de)(de)特(te)(te)性(xing)，以(yi)保证(zheng)灯(deng)的(de)(de)(de)稳定工作(zuo)。图7是半桥电(dian)路(lu)的(de)(de)(de)控制(zhi)方(fang)法框图。通过(guo)Rs采(cai)样(yang)灯(deng)电(dian)流(liu)。采(cai)样(yang)电(dian)阻(zu)Rs上的(de)(de)(de)电(dian)压(ya)是一(yi)(yi)(yi)个(ge)(ge)低频(pin)的(de)(de)(de)方(fang)波信号。首先通过(guo)运(yun)放l把(ba)这个(ge)(ge)信号放大(da)，然后(hou)经过(guo)一(yi)(yi)(yi)个(ge)(ge)整流(liu)电(dian)路(lu)把(ba)这个(ge)(ge)交(jiao)流(liu)的(de)(de)(de)方(fang)波信号整流(liu)成直流(liu)，再经过(guo)RC滤(lv)波后(hou)进行PI调节，调节输(shu)出为一(yi)(yi)(yi)个(ge)(ge)恒流(liu)源。可见这种控制(zhi)方(fang)法等效于DC/DC的(de)(de)(de)控制(zhi)方(fang)法，简(jian)单且有效。

1.3 电流过冲(chong)

但是，这个(ge)电路(lu)存在一(yi)个(ge)严重问题就是在每个(ge)输出(chu)电流换(huan)向的(de)(de)瞬(shun)间会有很大的(de)(de)电流过冲。这样的(de)(de)尖峰电流会大大降低(di)灯(deng)的(de)(de)使用寿命(ming)。本(ben)文提出(chu)了一(yi)种简单有效的(de)(de)方法克服这个(ge)问题。

图8是半桥驱动门(men)极信号(hao)的(de)(de)(de)(de)产(chan)生电(dian)路，其中的(de)(de)(de)(de)D触发器、两个(ge)与门(men)和两个(ge)或非门(men)组合在一起用来(lai)减小(xiao)驱动信号(hao)的(de)(de)(de)(de)占空(kong)比。而这个(ge)功能由控(kong)制脚(CP)来(lai)控(kong)制，当CP为高时，驱动的(de)(de)(de)(de)占空(kong)比就可(ke)以减小(xiao)为大约原来(lai)的(de)(de)(de)(de)一半。这样(yang)我们(men)就可(ke)以在每(mei)个(ge)输出电(dian)流换向的(de)(de)(de)(de)瞬间给(ji)CP一个(ge)高电(dian)平(ping)，减小(xiao)驱动的(de)(de)(de)(de)占空(kong)比，以大大减小(xiao)甚至(zhi)消除过冲电(dian)流。图9为一个(ge)简单CP控(kong)制信号(hao)的(de)(de)(de)(de)产(chan)牛(niu)电(dian)路。图10为脚CP信号(hao)与低(di)频(pin)逆变信号(hao)的(de)(de)(de)(de)时序图。

2 实验结果(guo)

采用上(shang)述(shu)控制方法的一个70W金卤灯电(dian)子镇流(liu)器(qi)样机已经完成。电(dian)路主要(yao)参数如(ru)下。

L="380" μH;

C=1μF;

Vo="200V";

fh="100" kHz;

f1=400Hz。

其(qi)中：fh为半桥电路驱动的高(gao)频(pin)(pin)(pin)和(he)低频(pin)(pin)(pin)频(pin)(pin)(pin)率;

f1为半桥电路驱动的低频(pin)频(pin)率。

图(tu)11显示(shi)了输出电(dian)流(liu)换向时驱(qu)动信号的(de)(de)(de)(de)变化。图(tu)12为(wei)输出电(dian)流(liu)换向时电(dian)感(gan)电(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)变化，可以(yi)看(kan)到电(dian)流(liu)的(de)(de)(de)(de)过(guo)冲(chong)相当(dang)小。图(tu)13为(wei)点火脉冲(chong)，由(you)于点火是(shi)在低(di)频情况下进行(xing)，所以(yi)点火成功(gong)率很高。图(tu)14为(wei)灯(deng)正常(chang)工作时的(de)(de)(de)(de)电(dian)流(liu)和电(dian)压波(bo)形，可以(yi)看(kan)出灯(deng)电(dian)流(liu)基本(ben)没有(you)电(dian)流(liu)过(guo)冲(chong)的(de)(de)(de)(de)情况发生。整机效率约为(wei)90%，波(bo)峰系(xi)数为(wei)1.1。

结语：本文提(ti)出了一种用于(yu)两级低频方波金卤灯电(dian)子(zi)(zi)镇流(liu)器的(de)新型控制方法。它调(diao)节输出为恒流(liu)源，保证了灯的(de)稳(wen)定运行。同时克服(fu)了电(dian)路存在的(de)电(dian)流(liu)过冲问题。相比与传(chuan)统的(de)3级低频方波电(dian)子(zi)(zi)镇流(liu)器，这种电(dian)路和控制方法简单而有效,所(suo)谓价廉物(wu)美啊。

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