[实用新型]单周期控制恒功率HID灯电子镇流器

说明书

技术领域

本实用新型属于高强度气体放电灯电子驱动技术领域，尤其涉及一种单周期控制恒功率HID灯电子镇流器。

背景技术

HID(High intensity discharge)灯又称为高强度气体放电灯，因其较高的发光效率和良好的光色，成为目前户外照明中普遍采用的光源。常见的HID灯有高压钠灯，高压汞灯，陶瓷HID灯和氙灯等。HID灯的传统驱动方式是电感镇流器方式。该驱动方式的优点是，照明系统结构简单，成本低，镇流器可靠耐用；其缺点是，所驱动的光源有工频频闪，系统输入功率因数低，且输出功率受电网电压的波动影响严重，不能保证光源的寿命。随着人们对于照明品质要求的不断提高和节能降耗的意识的不断加强，电子式镇流器在越来越多的领域替代了电感式镇流器。电子镇流器具有节能、消除光源的频闪、结构紧凑、重量轻、保护功能完善等优点，而且能够符合国家的法律法规要求。因此电子镇流器的大力推广利国利民，是镇流器发展的必然方向。

HID灯电子镇流器的传统技术方案为三级功率变换，包括升压型PFC功率变换单元，DC/DC降压单元和低频桥式逆变单元。三级功率变换方式具有控制思路清晰，各个环节控制相对独立等特点。但是三级功率变换方案系统成本较高，效率偏低，控制方式相对比较复杂。

近年来对于降低镇流器成本和提高系统效率的两级功率变换方案的研究越来越多，一种方案是：前级采用降压型PFC替代升压型PFC功率变换单元和DC-DC降压单元，后级采用低频桥式逆变。另一种方案是：前级采用升压型功率因数校正单元，后级将低频桥式逆变单元与DC-DC降压单元合并。

上述第一种方案存在输入电压范围窄、控制驱动复杂等缺点，实际应用较少；第二种方案的技术路线以意法半导体应用笔记[AN2747：250W HID metal halide electronic baIlast，May2008]为代表。该文献提出了一种典型的两级变换250W HID灯电子镇流器：第一级为功率因数校正单元，是常规的PFC升压变换器；第二级为全桥逆变单元，用于实现低频逆变、降压及其恒功率控制。具体实现方式为：逆变全桥的两个上桥臂开关管为MOSFET，下桥臂开关管为IGBT，电流取样电阻连接于两个IGBT源极与直流母线电容器之间。两下桥臂IGBT以驱动HID灯所需的较低频率交替导通，而与导通的下桥臂成对角的上桥臂MOSFET以高频PWM调制模式工作，实现降压和功率控制；全桥输出经LC滤波后接点火单元，然后接HID灯。

该技术方案具有功率变换次数少、结构简单、效率高等优点，但存在以下严重缺点：

1)HID灯电极的高频电位与逆变桥的一个输出端相同，随着逆变桥的两个上桥臂交替工作于高频PWM调制模式，HID灯电极上会间隔出现高幅值的高频PWM脉冲电压，导致严重的电磁干扰，电磁兼容性难以达到有关规范的要求。

2)系统恒功率调节计算繁琐，且易受系统参数离散性的影响。

恒功率控制是通过采样IGBT电流峰值I_peak、母线电压V_bus和灯电压V_lamp，先计算出灯电流，计算公式为：

I_lamp＝I_peak-K·V_lamp·(V_bus-V_lamp)

其中：K＝1/2LfV_bus，L为电感量，f为高频开关频率；

通过比较灯功率的计算值(V_lamp·I_lamp)与设定值的差异，来调节峰值电流的参考值，从而实现输出功率的调节，达到输出恒功率的目的；上述计算式中任一变量发生偏差都会影响控制精度。

3)系统控制方式采用PWM峰值电流控制，易受系统噪声的影响，导致系统震荡等问题。实用新型内容：

本实用新型的目的就是为解决上述问题，提供一种功率变换次数少、结构简单、电磁兼容性好，性能稳定可靠的单周期控制恒功率HID灯电子镇流器。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：