可調(diào)光的高功率熒光燈電子鎮(zhèn)流器.doc

可調(diào)光的高功率熒光燈電子鎮(zhèn)流器字號(hào): 小 中 大 | 打印 發(fā)布: 2008-5-04 20:46 作者: ALINA 來源: 照明工程師社區(qū) 查看: 1594次 :5Gj/v8k*v編者按：提出了一種調(diào)光式熒光燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)方法?；谠摲椒ㄔO(shè)計(jì)了一種能調(diào)光的高功率因數(shù)的電子鎮(zhèn)流器。采用熒光燈PSPICE模型做仿真驗(yàn)證，結(jié)果表明方案和參數(shù)設(shè)計(jì)合理，調(diào)光性能優(yōu)良。照明工程師社區(qū) | IL 6 &DQ0r&I?!M$Iuw1sp7J1 引言照明工程師社區(qū) | IL Fp?$f&u+b0i0j?t+GK)u近年來，高頻熒光燈電子鎮(zhèn)流器以其高效、體積小、重量輕、無頻閃、燈壽命長等優(yōu)點(diǎn)而逐漸為人們所接受。!&f9t8uMl照明工程師社區(qū) | IL 4I:a yH:uR1b3bN*p 我國對電子鎮(zhèn)流器的研究和發(fā)展是在上世紀(jì)80年代末到90年代初。在初期，很多廠家為了節(jié)約成本，選用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)較簡單，性能指標(biāo)往往無法達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，而且極易損壞，這無疑給電子鎮(zhèn)流器的普及造成了更多障礙。目前,一些人直接套用國外先進(jìn)的電路拓?fù)?，致使設(shè)計(jì)方法紛繁復(fù)雜，甚至有些根本不適于在220V/50Hz電網(wǎng)下工作。隨著節(jié)能問題越來越受到關(guān)注，高性能的熒光燈電子鎮(zhèn)流器需要增加調(diào)光功能，在不必要滿功率輸出的場合，降低輸出功率，不僅節(jié)能，延長燈的使用壽命，而且還能起到變換視覺效果的目的。因此,研究出高性能、更貼近燈特性、且功能齊全的電子鎮(zhèn)流器迫在眉睫。R|#V PD/ODy !Ff0qED!j3_2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)q_!Q8j/xTg$K)Fa,c i-s5x 2.1 概述照明工程師社區(qū) | IL ych(jo.OO/k0wCW95hh e調(diào)光功能實(shí)際上是指具有調(diào)節(jié)燈上的輸出功率的功能。當(dāng)照明裝置并不需要滿功率輸出時(shí)，研究表明，應(yīng)用調(diào)光系統(tǒng)可節(jié)能50%。3BjFO55L */I6nRqij在傳統(tǒng)的無調(diào)光系統(tǒng)鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)中，由于燈在高頻下且穩(wěn)定工作時(shí)，輸出功率也恒定，可以近似認(rèn)為燈是定常電阻。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，或由于其它原因使燈電流、燈電壓發(fā)生變化，即燈電壓、燈電流RMS值及燈功率發(fā)生改變時(shí)，只要通過閉環(huán)控制就可以使燈穩(wěn)定地工作在額定點(diǎn)附近，燈電阻就不會(huì)發(fā)生很大的變化。然而，在調(diào)光工作模式下設(shè)計(jì)變得復(fù)雜了，如果仍然把燈等效成純阻性負(fù)載，會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)大的偏差，因?yàn)樵诓煌恼{(diào)光等級(jí)，熒光燈所表現(xiàn)出的負(fù)阻特性是不同的。因此設(shè)計(jì)調(diào)光式電子鎮(zhèn)流器不能用簡單的電阻負(fù)載來等效燈。s8!ykt0d 2iI;z#Mco近年來，由于采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)使電力電子裝置設(shè)計(jì)過程大大簡化，并且可以得到更多的電路工作信息。常用的仿真軟件有PSPICE、MATLAB等等，而在電力電子裝置的設(shè)計(jì)中以使用PSPICE居多。因此，建立熒光燈的PSPICE模型成為迫切需要解決的問題。照明工程師社區(qū) | IL w(II!lc R4x6juR0O|QT2.2 熒光燈的建模0Sxkt V ,Az!w照明工程師社區(qū) | IL G_*i1W#n!kR 熒光燈的建模主要有兩種方法，一種是物理建模，它是基于燈的物理放電現(xiàn)象，然而這種建模方法都要涉及較復(fù)雜的方程式和很多變量，不適合電路仿真;另一種是采用曲線擬和的方法，它是利用燈的V-I特性曲線建模，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果用含有待定系數(shù)的曲線方程去近似，其中，有的用立方曲線方程，還有用指數(shù)曲線方程、拋物線曲線方程、甚至用線性方程去擬和。照明工程師社區(qū) | IL 8DV l5I-|#cR Y!q2vUPSPICE模型可以是靜態(tài)模型也可以是動(dòng)態(tài)模型。靜態(tài)模型需計(jì)算出在不同工作點(diǎn)時(shí)燈所表現(xiàn)的阻抗值,再進(jìn)行分布仿真，通常這類模型建立起來比較簡單，但應(yīng)用十分不便。動(dòng)態(tài)模型需要在工作點(diǎn)變化時(shí)，把此時(shí)燈所呈現(xiàn)出來的阻抗值直接反映出來，包括它的啟動(dòng)過程，這樣的模型通常稱之為調(diào)光模型，這種模型非常適用于調(diào)光式電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)。圖1是一個(gè)熒光燈PSPICE動(dòng)態(tài)模型1。它是基于指數(shù)曲線擬和而成的，此模型是針對32W-T8燈建立的。Wi:h.g 照明工程師社區(qū) | IL ?&p;F ;Mo/C2S 照明工程師社區(qū) | IL -aY fY L圖1 熒光燈PSPICE模型l4cy-G3Xz照明工程師社區(qū) | IL x?1y,o*?t 2.3 調(diào)光方式N8o.(a照明工程師社區(qū) | IL UH3X+Ml 調(diào)光是指調(diào)節(jié)傳遞到燈上的能量,從而改變燈功率。一個(gè)調(diào)光控制系統(tǒng)中一般通過控制四個(gè)參量達(dá)到調(diào)光目的，即照明工程師社區(qū) | IL W1O,SQT e照明工程師社區(qū) | IL bb9|0K5h 1)調(diào)頻照明工程師社區(qū) | IL t?Y e7BPs&Z:V3Y5E8I2)調(diào)節(jié)占空比照明工程師社區(qū) | IL G)gBS3z f%w1y照明工程師社區(qū) | IL *dvH n4FJ9B 3)調(diào)節(jié)直流母線電壓1Ej.11z Q $gu N$c4)調(diào)節(jié)諧振阻抗值2。照明工程師社區(qū) | IL 0w(W6:CSt照明工程師社區(qū) | IL S4G7x(?*GzXR 頻率控制指的是改變開關(guān)頻率fs，使工作頻率遠(yuǎn)離諧振網(wǎng)絡(luò)的自然諧振頻率而減少燈功率，此時(shí)保持占空比D恒定不變。占空比調(diào)制是指在fs恒定的情況下，改變開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，導(dǎo)通時(shí)間的減少使傳遞到燈上的能量減少從而使燈上的功率減少。占空比調(diào)制范圍是從0變化到0.5，因此，限制了調(diào)光范圍。調(diào)節(jié)直流母線電壓指的是改變直流母線電壓的幅值，同時(shí)保持fs和D不變，這種控制方式只能用于雙級(jí)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。阻抗控制是指改變諧振網(wǎng)絡(luò)的Ls、Cr的參數(shù)值，這種控制方式實(shí)現(xiàn)起來較復(fù)雜。其中，采用調(diào)頻方式的電路結(jié)構(gòu)較簡單，且容易控制，因此，實(shí)際應(yīng)用最多。但它卻有著在整個(gè)調(diào)光范圍內(nèi)，不易實(shí)現(xiàn)軟開關(guān);在輕載時(shí)，器件應(yīng)力很大;且硬開通和硬關(guān)斷使電磁騷擾問題嚴(yán)重等缺點(diǎn)。為了擴(kuò)大調(diào)光范圍，則需擴(kuò)大頻率變化范圍，而頻率范圍又受電磁元件、門極驅(qū)動(dòng)電路所限制，燈電流近似與逆變器頻率成反比，因此設(shè)計(jì)電感等電磁元件時(shí)要考慮這方面的影響。照明工程師社區(qū) | IL )Io0)r%AV t照明工程師社區(qū) | IL /|&J/Gc5Xx;Z*I0HOara*O5hg2.4 模型的驗(yàn)證13hj2u5Wg P1e (d8D8nc;C I-dTO;J圖2使用一個(gè)簡單電路驗(yàn)證一下燈模型，拓?fù)鋬H由一個(gè)CLASS-D逆變器構(gòu)成。參數(shù)為Ls=1.56mH，Cr=5.6nF，fs=45kHz，D=0.45。照明工程師社區(qū) | IL Mjsl3cbyG Q-t5GI!Nz-$bf2J,qk X&B 圖2 CLASS D型逆變器電路拓?fù)湔彰鞴こ處熒鐓^(qū) | IL ,ew 7t+N#lQ5?:tCfOKO從圖3中可以明顯地看出，在整個(gè)調(diào)光范圍內(nèi)燈電壓幾乎不變，燈電流隨著頻率的增加而逐漸降低。當(dāng)fs接近75kHz時(shí)，燈電流急劇下降，繼續(xù)增大頻率，燈將會(huì)熄滅。由此說明此模型能夠很好地反映燈特性。lB,%Vgw:uZM-R 照明工程師社區(qū) | IL R+P-Vg 照明工程師社區(qū) | IL &h1JZ X g$f u(a) f=45kHz,D=0.45照明工程師社區(qū) | IL y+W*OaV照明工程師社區(qū) | IL X C8N+Z3B2TCHk 照明工程師社區(qū) | IL 269A&uAZJ(b) f=70kHz,D=0.45H S*w(_C6a mK7H|1E)L*k$GlJ YP;d3R%t&Q7_u (c) f=75kHz,D=0.45dR9:lzh 圖3不同頻率下燈電壓、燈電流仿真波形照明工程師社區(qū) | IL p4rUhj-CN8lGu Qfl!v7J3 設(shè)計(jì)與驗(yàn)證照明工程師社區(qū) | IL Z ix#n8a照明工程師社區(qū) | IL 6Am7 w_GB 3.1 主電路拓?fù)湔彰鞴こ處熒鐓^(qū) | IL )f myc A*LC&S照明工程師社區(qū) | IL *!|IJ+w 主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。4_H a6M wV!e&U照明工程師社區(qū) | IL tRH+fy7j 電子鎮(zhèn)流器的主電路由PFC電路和諧振電路兩部分組成?？紤]到兩級(jí)結(jié)構(gòu)的成本過高,因此將兩級(jí)中的功率開關(guān)管共用變成單級(jí)結(jié)構(gòu)。圖4所示主電路拓?fù)渚褪菍uck-Boost型PFC電路與并聯(lián)