研製性價比較高的電子鎮流器以取代電感鎮流器是大勢所趨，這是因為高壓鈉燈(HPSL)是一種性能優異的高強度氣體放電燈(HIDL)
，其優點是光效高、壽命 長、光色好，所以應用廣泛。與所有的氣體放電電光源一樣
，高壓鈉燈呈負 V-I 特性，需要鎮流器來抑製燈電流，而且啟動時需要 5～20kV 的氣體擊穿電壓。傳統的電感鎮流器體 積大，功率因數低(隻能達到 0.3～0.4)，而且對電網電壓波動的適應能力不強。

現已研製的高壓鈉燈電子鎮流器大都是高頻電子鎮流器，在高頻狀態下
，高壓鈉燈容易熄弧，並存在聲共振問題。為避免聲 共振

，現已研製的 600W 高壓鈉燈高頻電子鎮流器采用了頻率調製技術
，使高壓鈉燈的電流 工作頻率時刻圍繞中心頻率上下變化。啟動部分采用 LC 串聯諧振電路產生高壓，簡單可靠。

整體控製策略

電路原理框圖如圖 1 所示。主電路分為兩級

，第一級為整流及有源功率因數校正電路(AP FC)
，第二級為逆變電路。可以看出，電子鎮流器實質上是一個典型的 AC/DC/AC 變換電路。輔 助電源由 UC3844 組成的單端反激式電源構成，輸出電壓 18V 給芯片供電。


整流和 APFC 部分 交(jiao)流(liu)電(dian)經(jing)二(er)極(ji)管(guan)整(zheng)流(liu)，雖(sui)然(ran)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)是(shi)正(zheng)弦(xian)的(de)，但(dan)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)卻(que)嚴(yan)重(zhong)畸(ji)變(bian)，效(xiao)率(lv)很(hen)低(di)，大(da)量(liang)使(shi)用(yong)會(hui)給(gei)電(dian)網(wang)造(zao)成(cheng)嚴(yan)重(zhong)危(wei)害(hai)
，同(tong)時(shi)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)諧(xie)波(bo)生(sheng)成(cheng)的(de)噪(zao)聲(sheng)也(ye)會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)路(lu)運(yun)行(xing)。APFC 能使電路 輸入功率因數提高到 0.95 以上，使輸入電流基本為正弦波
，諧波含量大大減少。本文采用 FAN 7527B 控製的 Boost 電路作為 APFC 電路如圖 2 所示。FAN7527B 是 Fairchild Semiconductor 公司生產的簡單高效的功率因數校正器，內含 R/C 濾波器，故外圍電路不需接 R/C 濾波器。變壓 器 T1 副邊有兩個作用：給芯片供電，同時作為電流過零的檢測信號。此芯片采用電壓電流雙閉環控製，內環使用電流斷續不定頻率模式控製。電壓檢測信號(腳 1)和同步信號(腳 3)相乘 作為電流給定，R5 為電流檢測電阻。輸出電壓可在較大範圍內進行控製，根據後一級需要，這裏控製在 400V，如圖 2 所示。


高頻半橋逆變部分

高(gao)頻(pin)逆(ni)變(bian)是(shi)高(gao)壓(ya)鈉(na)燈(deng)電(dian)子(zi)鎮(zhen)流(liu)器(qi)的(de)重(zhong)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)分(fen)，采(cai)用(yong)了(le)半(ban)橋(qiao)逆(ni)變(bian)變(bian)異(yi)形(xing)式(shi)
，少(shao)用(yong)了(le)兩(liang)個(ge)電(dian)容(rong)，結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，節(jie)約(yue)了(le)成(cheng)本(ben)。隻(zhi)是(shi)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)是(shi)全(quan)橋(qiao)的(de)一(yi)半(ban)，在(zai)同(tong)樣(yang)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)的(de)條(tiao)件(jian)下(xia)， 半橋的功率管電流比全橋大一倍
，考慮到高壓鈉燈正常工作電壓，半橋電路能完全滿足其需求。 如圖 3 所示，其工作過程為電感 L1 和 C9 首先達到串聯諧振，頻率為 200kHz
，產生 7kV 高壓， 使高壓鈉燈點火
，點火後高壓鈉燈導通，C9 不起作用
，由於 C8 >>C9 ，C8 和電感不會諧振，起到 了鎮流作用
，這時頻率以 35kHz 為中心上下波動 2kHz 範圍，1min 後高壓鈉燈達到恒定功率正 常運行。半橋輸出方波
，經 C8 和 L1 鎮流後變為高頻交流電。

如圖 3 所示，半橋驅動芯片采用美國矽通公司生產的電壓型 PWM 控製器 SG3525A

，是一 種性能優良，功能齊全，通用性很強的單片集成 PWM 控製器。該芯片簡單可靠，且使用方便靈 活，通過適當外接電路，不僅能夠實現 PWM 控製，還可以完成輸入軟啟動、過載限流、過壓保護
、死區調節等多種功能。其工作原理為將觸發脈衝變壓器 T3 輸出的兩路互補的 PWM 驅動脈衝送至開關管 S2、S3 的柵極，控製兩隻功率管交替工作。SG3525A內振蕩器外接時標電容CT
，通過電阻RD 提供放電通路。改變RD 的數值則可以改變CT的放電時間
，同時可以改變死區時間。而 CT 的充電電流則由RT 規定的電流源決定
，SG3525A 的腳8 起到輸入軟啟動作用。SG3525A 的振蕩頻率f=1/[CT×(0.7RT+RD)]。

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聲共振的抑製

在采用高頻電源點燃 HPSL 時，管內壓力波的脈動從管內壁反射回來
，若與燈的高頻電流 的脈動成分相位相同，則形成駐波，產生聲共振。隻要鎮流器的工作頻率與其中的一個聲振蕩頻率相同，就有可能產生聲共振。

研究表明，在 8kHz～150kHz 頻率範圍內，易產生聲共振。為此，對聲共振的抑製國外文 獻提出了許多方法，如直流疊加法、周期換相法和變頻調製法，但因電路複雜及成本增加較多而 不能投入批量生產。而在適當的高頻下，頻率調製驅動技術是一種簡單實用的新型技術
，它在消 除高壓鈉燈電子鎮流器中的聲頻共振現象時效果很好。

如圖 4 所示，本次實驗采用了 555 定時器組成多諧振蕩器，發出頻率為 2kHz 的方波
，使 S 4 不斷地導通和關斷
，促使 SG3525A 的振蕩器的腳 6 電平發生變化，結果就使鎮流器的工作頻率時刻圍繞中心頻率(35kHz ) 變化
，有時即使遇到聲頻振蕩頻率
，由於還來不及形成駐波，頻率 就變化了，這樣避免了聲共振。


實驗結果

根據以上的設計，實驗用高壓鈉燈型號為 NG400
，數字存儲示波器型號為 DS-5000 係列。 如圖 5 所示
，其啟動電壓為 7kV，脈衝寬度小於等於 0. 2μs。圖 6 是高壓鈉燈正常工作時的電壓 電流輸出波形，通道 1 為電壓輸出波形
，通道 2 為電流輸出波形；電壓有效值為 128V
，電流最 大值為 9.8A，有效值為 4.7A。


結語

600W 的太陽能高壓鈉燈電子鎮流器的實驗結果表明其電路工作穩定，采用頻率調製技術消 除了聲共振，基本實現恒功率控製，高壓鈉燈可靠穩定的工作，說明達到了相關技術要求，並且 電路啟動快，簡單可靠。

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