高压钠灯电子镇流器的研制
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控制器PWM振荡器由脚ISET和脚OSC接地的电阻和电容决定振荡频率fOSC=2/R28C20。对于100kHz,R28应为100kΩ、C20应为200pF。UCC2305中所有电路均工作在R28所设置的偏置电流下,最佳工作状态时应在75~150kΩ之间。
UCC2305内部含有复杂的电路来预测灯温、补偿灯温,当灯处于冷态时,给灯较高的功率,当灯温升高时减少功率到一般的水平。这样可以满足象汽车大灯等需要开启时就很快达到满亮度的要求。这个功能的实现是在开灯时,通过检测连接于脚SLOPEC和脚WARMUPC上的电容CS和CW上的充电电压,预测灯温,关灯时,这两个电容以一个可控制的速度放电,放电电流通过UCC2305内的电流源所设定。控制这些电容放电的能量来自于连接到BYPASS的一个电容C22存储的能量。所需电容的值可以假定一个最大5μA的BYPASS电流、60s的放电时间以及5V最大可允许的下跌电压,估算,即C=IΔt/ΔV=5μA60s/5V=60μF。CS及CW必须是精密薄膜电容,与灯的“时间-温度”关系相匹配。
从冷灯峰值电流到热灯峰值电流的额定值,通过脚ADJ的电压控制,从脚ADJ到地连接一个电阻来设置这个电压。冷灯的短路电流到热灯的短路电流的值,也被这个电阻设置。
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2.3 启动电路
普通荧光灯电子镇流器的LC谐振电路虽然也能使HIDL启动,但并不满足HIDL的需要。HPSL的启动需要3~4kV的触发电压,使电弧管击穿,并提供足够的能量,使辉光放电尽快转化为弧光放电。对于HPSL启动器,有很多电路都有专利保护,虽然电路不算复杂,但在电路设计和元器件的选取上,都有一些技巧。一般的启动电路,在文献[4]中有详述。
3 结语
通过对高压钠灯电子镇流器多种电路的研究,发现使用UCC2305作为HIDL控制器具有电路可靠、结构简单、性价比较好等优点。UCC2305控制器不但能完成从触发点灯到灯稳定的电流模式恒功率调节,还具有完善的短路、开路、弧光失常、灯点不亮等全部保护功能,还能对灯温进行预测和补偿、输出功率可调、可以直接驱动MOSFET功率管,并且能够工作在-40~105℃宽温度范围,适合恶劣环境。采用UCC2305制作的高压钠灯电子镇流器,具有真正进入实际应用的价值。用电子镇流器替代传统电感式镇流器,不但可以节省大量的电能,还能实现高功率因数,减少电网污染,实现绿色照明。