【HID电子镇流器】.doc

电子技术课程设计 学院：电气学院专业：电子信息工程班级：041班姓名：王庆运学号：0401030116课程设计教学目的及基本要求:了解并掌握电路的一般设计方法，具备初步的独立设计能力；进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则；提高综合运用所学的理论知识、独立分析和解决问题的能力；进一步熟悉电子仪器的正确使用方法；初步掌握对电子线路安装与调试等基本技能。一. 概述电子镇流器以其优越的性能得到越来越广泛的应用，它与电感式镇流器相比有许多优点。能耗低、效率高，电子镇流器自身能耗通常情况下仅几瓦，能使HID灯发光效率高，在工厂、学校及机关用电子镇流器照明，可节约大量的电能。具有高功率因数，电子镇流器功率因数很容易做到095以上，有效地提高供电系统和电网的利用率。重量轻、灯无闪烁及噪声，镇流器一般工作在20kHz以上的频率，它没有铁心电感所特有的嗡嗡声，由于工作频率高，只须用体积小、轻的铁氧磁心做电感，占用较小的空间。随着经济的发展，世界能源的紧缺，及人们生活质量提高，电子镇流器得到了快速的发展和推广。高强度气体放电灯(HID)是用途广泛的节能型电光源，而HID灯对电子镇流器具有很高的要求：能输出足够大的功率，HID灯功率往往有数百瓦，有的高达1000瓦，要提供足够高的触发启动电压，触发启动电压高达45kV。要消除“声共振”现象，确保放电电弧稳定。电子镇流器对输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射要具有足够的抑制能力，同时对镇流器故障和HID灯损害时，具有保护功能。本文设计的电子镇流器工作原理，是将低频交流电通过整流转化为直流电，经过逆变器将变换成高频的交流电，进行功率因数的校正(APFC)和电压的调整，再经过全桥交换器为HID灯提供交流的电源。在HID灯点亮前，由Lc构成点火电路，为HID灯提供点火高电压，使HID灯电极气化，点亮HID灯。二基于微处理器的HID电子镇流器的原理一一般设计HID电子镇流器采用专用芯片，而这芯片功能相对单一。没有开路、短路检测功能，没有工作电压监控功能和灯电流检测功能，在APFC停振后，无自启动功能等。微处理器功能强大，应用灵活，属于通用元件，价格较低。而且随着技术进步，处理速度和电气性能已能满足HID镇流器的要求。本文采用Microehip Piel6F71为HID电子镇流器微处理器，它主频可达20MHz，有4路AD的MCU作为全桥转换器和控制器部件，见原理图一： 图一： HID电子镇流器原理MC34262芯片进行功率因数校正(APFC)，同时为HID灯提供400V的直流电源。其工作过程是，利用零电流检测器检测电流In(图1)，当电流为零时启动MOS管Q。导通；检测输出电流I，与之对应的电压v，通过和MC34262内计算产生的阈值电压u 比较，若V，大于V岱则关MOS管Q。在MC34262芯片的控制之下，有源功率因数校正电路产生约25kHZ的高频振荡，达到校正功率因数的目的。阈值电压：Vcs=0544 Vpin(v0)-Vtn Vpin(vi)-00417Vpin(v0)-V(tn)其中V(tn)为片内基准电压，Vpin(v0)是输出电压检测，Vpin(vi)输入电压检测。电子镇流器的微处理器(MCU)具有全桥转换功能，由高低驱动器(1R2101)驱动4个MOS管，由于HID灯工作在高频下会遇到声共振现象，本系统设计HID灯两端电压切换频率为125Hz。“看门狗” 功能，当HID灯点火亮后，HID灯阻抗下降到低电阻状态。瞬间造成电路的电流冲击，使APFC控制器失去了比较基础，可能会产生停振现象，在这种情况下采用“看门狗”技术，使零电流检测器置零，迅速开启MOS管Q。，使MC34262恢复正常的工作。故障控制功能，检测到电子镇流器的工作温度、HID灯工作电压和HID灯电流，若产生超温、过压和过流时，电子镇流器会执行故障处理程序，切断4个MOS管，保护HID灯及镇流器。 三设计与分析本系统设计是150W 的金卤灯电子镇流器，HID灯工作电压为100V，电流为16A，采用交流驱动，电压切换频率为125Hz。1)： HID灯启动到正常照明分为四个阶段。第一阶段，当电子镇流器通电后，MC34262开始工作，同时给微处理器供电，微处理器开始进行系统检测和设置。第二阶段，是点火阶段，在点火阶段之前，HID灯可被认为是开路状态，在MCU的控制下，发出点火脉冲给点火电路，在HID灯的两端能产生瞬间的5kV高电压，使灯电极气化，并点亮；若HID灯电流检测没有达到规定值，实施再点火。第三阶段，是接管和稳定阶段， 当HID灯点火后， 由于HID灯处于低阻状态，灯电压迅速被检低约为正常名义电压的14，在这一阶段，要防止HID灯熄灭，也要防止HID灯电极流过的电流过大，造成电极融化，根据HID灯电流和电压检测，改变Q 、Q ，MOS管的振荡频率ct， 通过电感L 以控制阻抗(L。)，来达到控制HID灯两端的灯电压。第四阶段，照明阶段，电子镇流器达到了名义电压和电流，HID灯正常发光， 在该阶段，Q：、Q MOS管以125Hz频率切换电压，在Q4导通下，Q。MOS管以20kHz频率振荡，同样Q：导通时，Q，以20kI-Iz频率振荡，Q。、Q2、Q，、Q4 MOS管的控制电压波形如图2所示，HID灯的电流波形如图3所示。 2)：电子镇流器就用MC34262芯片进行功率因数校正，采用有源升压方式，控制器开关频率约为25kHz，将220VAC的交流电转换成400V044A的直流电源。 MOS管Q0导通时间为： 其中， 是输入交流电有效电压，P。为输出功率，叩为功率因数，|L为 的电感。MOS管Q。断开时间为： 其中，V0 为输出电压，叫为交流电频率。一般Q。MOS管开关频率选择不低于23kHz，在本系统中Q。MOS管的频率选择为25kHz。输入电压和输入电流波形如图4所示。通过公式可以分析出，MOS管Q0导通时间为常数，而MOS管Q。断开时间是随输入检测电压的升高变长，MOS管Q。导通和断开的控制波形如图5所示。 3)：微处器MCU软件流程四结论该HID灯电子镇流器的设计，控制部分主要采用了两个芯片，一是MC34262用于有源功率因数的校正和提供给HID必要的电压和电流。二是功能强，微处器MCU是HID电子镇流器的核心部件，它具有作为全桥变换器， “看门狗” 进行系统的复位，对电子镇流器内部的工作温度异常的监控和对电子镇流器及HID灯保护等功能，有些功能是专用HID灯控制芯片不具备的。本产品实际运行表明，运行可靠，功率因数为0