关于基于现场总线的氙气灯多级调光安定器的设计与实现.doc
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1、关于基于现场总线的氙气灯多级调光安定器的设计与实现0 引言在照明领域中,高强度气体放电(High Intensity Discharge,HID)灯是用途比较广泛的节能型电光源。氙气灯是从高压钠灯、金卤灯等气体放电灯衍生出来的新光源,具有效率高、灯管寿命长、色温好和聚光能力强等优点1-3,成为绿色照明工程的首选产品4-5。文献6同时采用了数字和模拟两个功率误差检测环路,设计了一种数模双环路氙气灯安定器,取得了很好的瞬态特性和进入稳态后输出功率的稳定性。对于氙气灯安定器的设计,相关学者做了大量的研究。文献7以小功率氙气灯(28 W)为研究目标,在传统模拟电路闭环的基础上,设计了一种基于单片机控制
2、的氙气灯安定器,实现双重恒功率控制和直流启动交流工作的模式。以上研究,考虑的都是氙气灯启动或者恒功率控制的稳定性,一种功率的安定器,只能使用于一种功率的氙气灯,且无法调节工作功率,无法调节氙气灯的光照强度。虽然照明效果良好,但是应用于路灯、广场、厂房等场合,当照明需求降低而又不能关闭照明时,如下半夜的路灯照明,往往会因不能调节亮度而浪费大量的电能。因此,研究一种可灵活调节输出功率的氙气灯调光系统,可大幅度节约电能。针对此需求,本文设计了一种基于现场总线的氙气灯多级调光系统,并做出样机,进行了调光实验。1 氙气灯调光原理1.1 氙气灯安定器架构氙气灯在启动阶段需要23 kV以上的高压脉冲击穿灯管
3、内的高压气体,实现放电。交流输入的安定器常见结构如图1所示,由EMI滤波电路、整流电路、功率因数校正电路、降压电路、功率反馈电路、点火器电路等组成。1.2 APFC电路拓扑结构本文采用有源功率因数校正(APFC)电路拓扑结构为Boost变换器,其基本电路结构如图2所示。Boost 变换器有以下优点:输入电流连续,并且在整个输入电压的正弦周期都可以调制,因此可获得很高的功率因数3;电感电流连续且纹波电流小,储能电感可用作滤波电感来抑制RFI和EMI噪声;功率开关管源极接地,易驱动。1.3 降压电路拓扑结构本文设计的降压电路采用的拓扑结构是改进型的变换器6,电路组成如图3所示。与传统的BUCK电路
4、不同之处在于MOS管Q1放在靠近电路负极的低端,开路时电路输出电压为Ui(400 V),故而在启动时能够为点火电路提供400 V的启动电压。1.4 恒功率设计及功率调节策略BUCK电路稳定工作时,采样电阻两端电压波形为带有间隔的三角波,MOS管导通时间即“三角”宽度即为Ton,MOS开关频率记为f,采样电阻电压最大值记为Ur,则BUCK电路理论输出功率为:恒功率控制主要由电源芯片L6562实现。L6562是临界导电控制模式的PFC控制芯片,峰值电流模式控制器L65627导通控制原理如图4,L6562芯片1号脚为误差输入,2号脚为内部误差放大器的输出(输出U2,为定值),且U2为L6562内部乘
5、法器的一个输入,由放大器特性知:乘法器另一个输入端(3号脚)输入与采样电阻两端电压正相关的信号(U3),式(5)中,Ui为APFC电路输出电压,Ton和f由BUCK电路的电感决定,RS、R1、R3、R4、R5均为定值,故输出功率只取决于受MCU控制的比较电压Uref,改变Uref,则改变安定器的输出功率。2 系统设计2.1 系统结构本文所设计的氙气灯调光系统整体框架如图5,主要由整流滤波电路、有源功率因数校正(AFPC)/Boost电路、全桥逆变电路、BUCK/恒流电路、触发器点火电路、功率控制电路、MCU电路、RS485总线电路等组成。220 V市电经滤波电路滤波后由全桥电路进行整流,得到脉
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