基于STC12C5410AD單片機控制的恒功率金鹵燈電子鎮流器

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(cháng)等優(yōu)點(diǎn)而被稱(chēng)為最理想的光源之一。而作為一種氣體放電燈，金鹵燈具有負阻特性，所以必須使用鎮流器來(lái)保證其穩定工作。目前相關(guān)行業(yè)領(lǐng)域中研究最為廣泛的是電子式鎮流器，與傳統的電感式鎮流器相比，電子式鎮流器體積更小、重量更輕、效率更高且能有效消除工作噪音。制約電子式鎮流器發(fā)展的主要問(wèn)題在于其控制復雜。基于模擬器件的控制電路結構將十分繁雜，成本較高且穩定性不能得到保證。而由于單片機控制電路可以簡(jiǎn)化電子式鎮流器的結構并顯著(zhù)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流器，詳細分析了其控制策略并設計了相應的軟件流程及硬件控制電路。

1 電子式鎮流器的基本拓撲結構

目前相關(guān)領(lǐng)域已經(jīng)提出了多種電子鎮流器的控制思想，其共同點(diǎn)是尋求在保證金鹵燈穩定工作的同時(shí)，避免聲諧振現象的發(fā)生。聲諧振現象是指 HID 燈在高頻工作時(shí)出現電弧不穩定現象，其會(huì )嚴重影響燈具的照明效果，甚至可能導致燈具的損毀。為了避免聲諧振，必須調節燈的工作頻率以使其遠離聲諧振頻帶。實(shí)踐表明，低頻方波驅動(dòng)金鹵燈的方案是消除聲諧振現象最有效的解決方法。

低頻方波驅動(dòng)金鹵燈方案應用最為廣泛的是三級式電子鎮流器，其基本構成如圖 1 所示。第一級功率因數校正電路 ( 即 APFC 電路 ) ，可在減小電流諧波，提高功率因數的同時(shí)，為其后的功率控制級電路提供恒定的直流母線(xiàn)電壓。本設計采用 Boost 電路結構形式來(lái)提供較高的母線(xiàn)電壓，以利于產(chǎn)生驅動(dòng)金鹵燈的高壓點(diǎn)火脈沖。第二級功率控制電路為 Buck 電路，用于實(shí)現金鹵燈的穩態(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(shí)，輸出功率保持不變。恒功率下金鹵燈的光輸出及相關(guān)色溫指數均會(huì )十分穩定，不僅可以保證照明質(zhì)量，同時(shí)也可以延長(cháng)金鹵燈的使用壽命。在穩態(tài)工作時(shí)， Buck 電路會(huì )將金鹵燈工作電流調整為一穩定值，同時(shí)， APFC 電路會(huì )輸出恒定直流母線(xiàn)電壓，從而實(shí)現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(lái)驅動(dòng) HID 燈，從而避免聲諧振現象的發(fā)生。金鹵燈的啟動(dòng)需要通過(guò)高壓脈沖點(diǎn)火來(lái)實(shí)現，圖 1 中的點(diǎn)火電路主要利用 LC 諧振的方式來(lái)產(chǎn)生高達數千伏的高壓脈沖，從而完成金鹵燈的啟動(dòng)。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(dòng)控制以及金鹵燈穩定工作時(shí)的監測和保護，確保整個(gè)系統的正常運行。

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