[發(fā)明專利]單周期控制恒功率HID燈電子鎮(zhèn)流器及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010548443.6
• 申請(qǐng)日: 2010-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN102065621A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田中林;李建明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 德州三和電器有限公司
• 主分類號(hào): H05B41/288
• 分類號(hào): H05B41/288;H05B41/36
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高強(qiáng)度氣體放電燈電子驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單周期控制恒功率HID燈電子鎮(zhèn)流器及其控制方法。

背景技術(shù)

HID(High?intensity?discha?rge)燈又稱為高強(qiáng)度氣體放電燈，因其較高的發(fā)光效率和良好的光色，成為目前戶外照明中普遍采用的光源。常見的HID燈有高壓鈉燈，高壓汞燈，陶瓷HID燈和氙燈等。HID燈的傳統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方式是電感鎮(zhèn)流器方式。該驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是，照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，鎮(zhèn)流器可靠耐用；其缺點(diǎn)是，所驅(qū)動(dòng)的光源有工頻頻閃，系統(tǒng)輸入功率因數(shù)低，且輸出功率受電網(wǎng)電壓的波動(dòng)影響嚴(yán)重，不能保證光源的壽命。隨著人們對(duì)于照明品質(zhì)要求的不斷提高和節(jié)能降耗的意識(shí)的不斷加強(qiáng)，電子式鎮(zhèn)流器在越來越多的領(lǐng)域替代了電感式鎮(zhèn)流器。電子鎮(zhèn)流器具有節(jié)能、消除光源的頻閃、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、保護(hù)功能完善等優(yōu)點(diǎn)，而且能夠符合國(guó)家的法律法規(guī)要求。因此電子鎮(zhèn)流器的大力推廣利國(guó)利民，是鎮(zhèn)流器發(fā)展的必然方向。

HID燈電子鎮(zhèn)流器的傳統(tǒng)技術(shù)方案為三級(jí)功率變換，包括升壓型PFC功率變換單元，DC/DC降壓?jiǎn)卧偷皖l橋式逆變單元。三級(jí)功率變換方式具有控制思路清晰，各個(gè)環(huán)節(jié)控制相對(duì)獨(dú)立等特點(diǎn)。但是三級(jí)功率變換方案系統(tǒng)成本較高，效率偏低，控制方式相對(duì)比較復(fù)雜。

近年來對(duì)于降低鎮(zhèn)流器成本和提高系統(tǒng)效率的兩級(jí)功率變換方案的研究越來越多，一種方案是：前級(jí)采用降壓型PFC替代升壓型PFC功率變換單元和DC-DC降壓?jiǎn)卧蠹?jí)采用低頻橋式逆變。另一種方案是：前級(jí)采用升壓型功率因數(shù)校正單元，后級(jí)將低頻橋式逆變單元與DC-DC降壓?jiǎn)卧喜ⅰ?/p>

上述第一種方案存在輸入電壓范圍窄、控制驅(qū)動(dòng)復(fù)雜等缺點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用較少；第二種方案的技術(shù)路線以意法半導(dǎo)體應(yīng)用筆記[AN2747：250W?HID?metal?halide?electronic?ballast，May2008]為代表。該文獻(xiàn)提出了一種典型的兩級(jí)變換250W?HID燈電子鎮(zhèn)流器：第一級(jí)為功率因數(shù)校正單元，是常規(guī)的PFC升壓變換器；第二級(jí)為全橋逆變單元，用于實(shí)現(xiàn)低頻逆變、降壓及其恒功率控制。具體實(shí)現(xiàn)方式為：逆變?nèi)珮虻膬蓚€(gè)上橋臂開關(guān)管為MOSFET，下橋臂開關(guān)管為IGBT，電流取樣電阻連接于兩個(gè)IGBT源極與直流母線電容器之間。兩下橋臂IGBT以驅(qū)動(dòng)HID燈所需的較低頻率交替導(dǎo)通，而與導(dǎo)通的下橋臂成對(duì)角的上橋臂MOSFET以高頻PWM調(diào)制模式工作，實(shí)現(xiàn)降壓和功率控制；全橋輸出經(jīng)LC濾波后接點(diǎn)火單元，然后接HID燈。

該技術(shù)方案具有功率變換次數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高等優(yōu)點(diǎn)，但存在以下嚴(yán)重缺點(diǎn)：

1)HID燈電極的高頻電位與逆變橋的一個(gè)輸出端相同，隨著逆變橋的兩個(gè)上橋臂交替工作于高頻PWM調(diào)制模式，HID燈電極上會(huì)間隔出現(xiàn)高幅值的高頻PWM脈沖電壓，導(dǎo)致嚴(yán)重的電磁干擾，電磁兼容性難以達(dá)到有關(guān)規(guī)范的要求。

2)系統(tǒng)恒功率調(diào)節(jié)計(jì)算繁瑣，且易受系統(tǒng)參數(shù)離散性的影響。

恒功率控制是通過采樣IGBT電流峰值I_peak、母線電壓V_bus和燈電壓V_lamp，先計(jì)算出燈電流，計(jì)算公式為：

I_lamp＝I_peak-K·V_lamp·(V_bus-V_lamp)

其中：K＝1/2LfV_bus，L為電感量，f為高頻開關(guān)頻率；

通過比較燈功率的計(jì)算值(V_lamp·I_lamp)與設(shè)定值的差異，來調(diào)節(jié)峰值電流的參考值，從而實(shí)現(xiàn)輸出功率的調(diào)節(jié)，達(dá)到輸出恒功率的目的；上述計(jì)算式中任一變量發(fā)生偏差都會(huì)影響控制精度。

3)系統(tǒng)控制方式采用PWM峰值電流控制，易受系統(tǒng)噪聲的影響，導(dǎo)致系統(tǒng)震蕩等問題。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的就是為解決上述問題，提供一種功率變換次數(shù)少、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電磁兼容性好，性能穩(wěn)定可靠的單周期控制恒功率HID燈電子鎮(zhèn)流器及其控制方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：