金卤灯电子镇流器设计

  一.金卤灯的灯管

　　金卤灯作为高强度气体放电灯的一种，它包含了高压气体放电灯的一些典型特性，以民用 70w单双端灯泡为例：不同厂家或相同厂家的制造工艺，均有可能使灯泡的电气参数出现离散。主要体现为管压、管流以及金卤丸的微量元素的差别，和色温的误差，其中以灯管管压和管电流尤为明显。

　　二. 恒功率，用一个电子镇流器 , 点不同的灯泡会出现不同的功率。

　　如用不同厂家的灯泡有可能会出现更大的参数差别。所以对于电子式金卤灯镇流器，有恒功率的要求，即同一电子镇流器点不同厂家的灯泡会得到同一输入功率。例如点不同70w 金卤灯为输出70w，点150w 负载灯泡时的输出也为70w。镇流器不会因为灯泡的差别而影响输出功率，所以这个功能对于电子镇流器优为重要，这个功能可使不同的灯管在同一功率下能稳定地工作。(能均恒在多支灯同时使用的场合产生的光线误差并有效减少了该误差的存在——恒功率)。

　　三. 宽电压的输入。

　　电路结构中的前端APFC 电路,它的应用除可以修正输入电压与电流的波形相位，还可以使输出的直流电压稳定在 直流400V，即输入100v～260v 交流变化时，电路的输出均为400v 直流，同时功率因素修整为0.99 以上，对于群体使用的TH D 的控制更具优势，平均可控制电流总谐波含量在8%，如电路调试良好可控在3%以内。APFC 分为DCM 和CCM 二种，DCM 为峰指电流型即通用常见的STL6561，SA7527 ,MC33262.。 CCM 型 IR1150 等。

　　DCM 大部分用于450w 以内的电路结构，由于DCM 是频率与脉宽均可调，电路结构相对简单，而且应用最为广泛的结构，该结构的缺点为在空载启动时，上冲电压较高，原则上输出电压会停留在400v，这个电压是由1 脚的电阻分压采样决定的，1 脚基准电压为2.5v，如电阻分压超过2.5v 芯片的输入会控制输出PWM 波形宽度会减小，会使电感的储能减少，从而减少输出能量，降低输出电压。

　　脚为 1脚基准的信号补偿端，接上去耦电容，可使主电路电压采样的冲击减小，3脚为输入相位检测输入端，4脚为过流保护端输入 1V有效，5脚为零电流采样端，6脚接地，7脚为信号输出端，8脚为 Vcc正极。

　　1. 这个部分的主要可靠性是来自于主电路的启动冲击电流以及MOS的导通角，如果采样电流过低，4 脚采样反馈不及时，会导致MOS 导通电流过大，以致电路失效。

　　2. 输出的电压过高(启动时)，1 脚与2 脚去耦参数不匹配，空载电压会上冲到450-500V 以上,导MOS 的耐压超标导致电路崩溃。

　　3.在低电压时，MOS 的升压电流更大(PWM 输出导通较宽)MOS 温升较高。这时可将电压范围设定为接近值，例如：120v～260v 时同等负载测试时，可将电感的感量及匝数，按照260v 时的输入值，设定并最大可能减少次级匝数。在120v 时可将输入最低电压设定为110v最大限度增加电感感量，使母线在110v 满载时输出达到额定的400v。在260v 时设定次级是由于输入电压升高，输入电流减小会使次级电压下降，5 脚电流采样失效，使芯片进入重新启动(误以为空载)母线不断脉动的重新启动。110V 调试时感量大，可减少因输入电压低而导致的PWM 频率太高，带来的MOS 开关损耗，感量大时亦可有效减少峰值电流的值。另一减少MOS 温升的方式是并联一路吸收网络。电阻并联高速二极管后在串联一只电容可使MOS 开关时的尖峰反向电压得到有效吸收。(小功率无明显优势)。

　　4. 在 110v时为加大感量后，可以加大电流采样电阻，例：在调试 70w负载，110v时可接 80W负载试验,并适当最大化这一值，以保证在低压可有效预防启动时冲击电流过大(电流反馈速度更快)。

　　5. 器件的选择上有几点需要注意：

　　⑴ 电容： 要选取一些对于高频损耗较小，耐高温，容量误差较小的电容。例如：去耦电容的容量误差及随温度变化量的大小会决定启动和输出电压的精度。(华容及法拉，较为稳定，以经长期验证)。

　　⑵ 电阻 ：分压采样的这个精度决定母线电压，所以要选取1%精度的金属膜电阻，电流采样最好采用无感(小功率无特殊要求)。

　　⑶ 二极管 ：原则上开关时间越小的二极管损耗越小，但在实际使用时未能发现这一趋势，(日本新电源在大功率120v 250w 以上有明显优势)。

　　以上是器件选择的几点心得。

　　四、降压式限流：

　　Buck 电路在降压电路中有着广泛的应用，是通过限流来降低输出的电压，电路比较成熟，有较多成功案例。但是，Buck 比较适应峰值电流小而平均电流较大的场合。对于HID 灯来说有不少的缺点，曾经有过的调试经验得出结果为100w 以下的HID 比较合适。150w 以上不能接受，温升太高而且越是管压低管流大的灯负载越是明显。

　　Buck 电路目前绝大部分厂家是使用电源芯片UC3843-UC3845 这类。加运放实现恒电流输出，在加上母线电压400v 恒定，即实现恒定输入功率。

　　但由于UC3843 芯片为固定频率调节占空比的IC，最大占空比为50%，即如果是负载差别较大时，会从20%～50%之间去调节占空比来调节MOS 的开关时间，减少MOS 导通时间，在经L，C 平滑滤波来实现调节负载电压这一方式。那么如果是100w 负载时，50%的导通和25%的导通，25%的导通峰值电流会是50%的一倍，负载调整率越高越会使效率越低，温升越高，其可靠性就越差。如图：

　　原理：

　　UC3843 为电源专用芯片各脚工作原理如下：

　　8 脚 REF 5V 基准电压

　　7 脚 VCC

　　6 脚 PWM 输出

　　5 脚 接地

　　4 脚 Rt.ct.振荡且信号输入

　　3 脚 内部运放输入

　　2 脚 补偿

　　1 脚 过流保护 1V 有效

　　建议：做中大功率时采用其它功率调节结构，做50%占空比(固定)通过PFM 式调节输出电流或者双管正激式，这样在做中大功率时效果会更好。

　　双管正激式在大功率电源以及电子逆变焊机领域有着较多成功应用。值得借鉴其调整方式安全可靠，输出电压会更低，特别是大电流可靠性对于大功率金卤灯的低频驱动有着明显优势。在BUCK 电路各调节中，原则上频率越高时，峰值电流越小，但开关损耗越大，所以建议频率在30KH 左右，另电流输入中的采样电阻尽可能大些，太小在灯负载变化大时，会采样失败，功率失控，以致炸机。

　　L 的选择在降压式电路中的电感是储能及平滑波形的作用，所以对磁材可以用铁氧体磁芯和非晶磁环均可，感量可适当加大。感量加大可使MOS 的开关波形中的余振更小，更有利于MOS 的工作可减小MOS 的反向承受电压，(示波器可以测试MOS 的源漏极)。器件选择如上：(PFC 电路中的选取原则)