基于STC12C5410AD單片機控制的恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器

0 引言

金屬鹵化物燈 (MHL) 作為高壓氣體放電燈 (HID) 的典型代表，以其高光效、高顯色性、壽命長等優(yōu)點而被稱為最理想的光源之一。而作為一種氣體放電燈，金鹵燈具有負(fù)阻特性，所以必須使用鎮(zhèn)流器來保證其穩(wěn)定工作。目前相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中研究最為廣泛的是電子式鎮(zhèn)流器，與傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器相比，電子式鎮(zhèn)流器體積更小、重量更輕、效率更高且能有效消除工作噪音。制約電子式鎮(zhèn)流器發(fā)展的主要問題在于其控制復(fù)雜。基于模擬器件的控制電路結(jié)構(gòu)將十分繁雜，成本較高且穩(wěn)定性不能得到保證。而由于單片機控制電路可以簡化電子式鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)并顯著提高其性能。本文介紹了一種基于 STC 單片機控制的三級式恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器，詳細(xì)分析了其控制策略并設(shè)計了相應(yīng)的軟件流程及硬件控制電路。

1 電子式鎮(zhèn)流器的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

目前相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種電子鎮(zhèn)流器的控制思想，其共同點是尋求在保證金鹵燈穩(wěn)定工作的同時，避免聲諧振現(xiàn)象的發(fā)生。聲諧振現(xiàn)象是指 HID 燈在高頻工作時出現(xiàn)電弧不穩(wěn)定現(xiàn)象，其會嚴(yán)重影響燈具的照明效果，甚至可能導(dǎo)致燈具的損毀。為了避免聲諧振，必須調(diào)節(jié)燈的工作頻率以使其遠(yuǎn)離聲諧振頻帶。實踐表明，低頻方波驅(qū)動金鹵燈的方案是消除聲諧振現(xiàn)象最有效的解決方法。

低頻方波驅(qū)動金鹵燈方案應(yīng)用最為廣泛的是三級式電子鎮(zhèn)流器，其基本構(gòu)成如圖 1 所示。第一級功率因數(shù)校正電路 ( 即 APFC 電路 ) ，可在減小電流諧波，提高功率因數(shù)的同時，為其后的功率控制級電路提供恒定的直流母線電壓。本設(shè)計采用 Boost 電路結(jié)構(gòu)形式來提供較高的母線電壓，以利于產(chǎn)生驅(qū)動金鹵燈的高壓點火脈沖。第二級功率控制電路為 Buck 電路，用于實現(xiàn)金鹵燈的穩(wěn)態(tài)控制，主要是指恒功率控制。所謂的恒功率控制就是保證金鹵燈在正常工作時，輸出功率保持不變。恒功率下金鹵燈的光輸出及相關(guān)色溫指數(shù)均會十分穩(wěn)定，不僅可以保證照明質(zhì)量，同時也可以延長金鹵燈的使用壽命。在穩(wěn)態(tài)工作時， Buck 電路會將金鹵燈工作電流調(diào)整為一穩(wěn)定值，同時， APFC 電路會輸出恒定直流母線電壓，從而實現(xiàn)金鹵燈的恒功率控制。第三級電路為全橋逆變電路，它可將 Buck 電路的輸出電壓逆變?yōu)榈皖l方波來驅(qū)動 HID 燈，從而避免聲諧振現(xiàn)象的發(fā)生。金鹵燈的啟動需要通過高壓脈沖點火來實現(xiàn)，圖 1 中的點火電路主要利用 LC 諧振的方式來產(chǎn)生高達(dá)數(shù)千伏的高壓脈沖，從而完成金鹵燈的啟動。圖 1 中的單片機控制與保護電路的功能主要是完成金鹵燈的啟動控制以及金鹵燈穩(wěn)定工作時的監(jiān)測和保護，確保整個系統(tǒng)的正常運行。