[實用新型]單周期控制恒功率HID燈電子鎮流器

有效

• 申請號: 201020612141.6
• 申請日: 2010-11-17
• 公開（公告）號: CN201878401U
• 公開（公告）日: 2011-06-22
• 發明（設計）人: 田中林;李建明
• 申請（專利權）人: 德州三和電器有限公司
• 主分類號: H05B41/288
• 分類號: H05B41/288;H02M7/521
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型屬于高強度氣體放電燈電子驅動技術領域，尤其涉及一種單周期控制恒功率HID燈電子鎮流器。

背景技術

HID(High?intensity?discharge)燈又稱為高強度氣體放電燈，因其較高的發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燈的傳統驅動方式是電感鎮流器方式。該驅動方式的優點是，照明系統結構簡單，成本低，鎮流器可靠耐用；其缺點是，所驅動的光源有工頻頻閃，系統輸入功率因數低，且輸出功率受電網電壓的波動影響嚴重，不能保證光源的壽命。隨著人們對于照明品質要求的不斷提高和節能降耗的意識的不斷加強，電子式鎮流器在越來越多的領域替代了電感式鎮流器。電子鎮流器具有節能、消除光源的頻閃、結構緊湊、重量輕、保護功能完善等優點，而且能夠符合國家的法律法規要求。因此電子鎮流器的大力推廣利國利民，是鎮流器發展的必然方向。

HID燈電子鎮流器的傳統技術方案為三級功率變換，包括升壓型PFC功率變換單元，DC/DC降壓單元和低頻橋式逆變單元。三級功率變換方式具有控制思路清晰，各個環節控制相對獨立等特點。但是三級功率變換方案系統成本較高，效率偏低，控制方式相對比較復雜。

近年來對于降低鎮流器成本和提高系統效率的兩級功率變換方案的研究越來越多，一種方案是：前級采用降壓型PFC替代升壓型PFC功率變換單元和DC-DC降壓單元，后級采用低頻橋式逆變。另一種方案是：前級采用升壓型功率因數校正單元，后級將低頻橋式逆變單元與DC-DC降壓單元合并。

上述第一種方案存在輸入電壓范圍窄、控制驅動復雜等缺點，實際應用較少；第二種方案的技術路線以意法半導體應用筆記[AN2747：250W?HID?metal?halide?electronic?baIlast，May2008]為代表。該文獻提出了一種典型的兩級變換250W?HID燈電子鎮流器：第一級為功率因數校正單元，是常規的PFC升壓變換器；第二級為全橋逆變單元，用于實現低頻逆變、降壓及其恒功率控制。具體實現方式為：逆變全橋的兩個上橋臂開關管為MOSFET，下橋臂開關管為IGBT，電流取樣電阻連接于兩個IGBT源極與直流母線電容器之間。兩下橋臂IGBT以驅動HID燈所需的較低頻率交替導通，而與導通的下橋臂成對角的上橋臂MOSFET以高頻PWM調制模式工作，實現降壓和功率控制；全橋輸出經LC濾波后接點火單元，然后接HID燈。

該技術方案具有功率變換次數少、結構簡單、效率高等優點，但存在以下嚴重缺點：

1)HID燈電極的高頻電位與逆變橋的一個輸出端相同，隨著逆變橋的兩個上橋臂交替工作于高頻PWM調制模式，HID燈電極上會間隔出現高幅值的高頻PWM脈沖電壓，導致嚴重的電磁干擾，電磁兼容性難以達到有關規范的要求。

2)系統恒功率調節計算繁瑣，且易受系統參數離散性的影響。

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，先計算出燈電流，計算公式為：

I_lamp＝I_peak-K·V_lamp·(V_bus-V_lamp)

其中：K＝1/2LfV_bus，L為電感量，f為高頻開關頻率；

通過比較燈功率的計算值(V_lamp·I_lamp)與設定值的差異，來調節峰值電流的參考值，從而實現輸出功率的調節，達到輸出恒功率的目的；上述計算式中任一變量發生偏差都會影響控制精度。

3)系統控制方式采用PWM峰值電流控制，易受系統噪聲的影響，導致系統震蕩等問題。實用新型內容：

本實用新型的目的就是為解決上述問題，提供一種功率變換次數少、結構簡單、電磁兼容性好，性能穩定可靠的單周期控制恒功率HID燈電子鎮流器。

為實現上述目的，本實用新型采用了以下技術方案：