小功率金屬鹵化物燈數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器的研究

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1、工學(xué)博士學(xué)位論文小功率金屬鹵化物燈數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器的研究STUDYONDIGITALELECTRONICBALLASTFORLOWPOWERMETALHALIDELAMP左壯哈爾濱工業(yè)大學(xué)2008年10月國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TM923.6國(guó)際圖書分類號(hào)：621.329工學(xué)博士學(xué)位論文小功率金屬鹵化物燈數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器的研究博士研究生:左壯導(dǎo)師:徐殿國(guó)教授申請(qǐng)學(xué)位:工學(xué)博士學(xué)科、專業(yè):電力電子與電力傳動(dòng)所在單位:電氣工程系答辯日期:2008年10月授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)ClassifiedIndex:TM923.6U.D.C:

2、621.329DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYONDIGITALELECTRONICBALLASTFORLOWPOWERMETALHALIDELAMPCandidate:ZuoZhuangSupervisor:Prof.XuDianguoAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpeciality:PowerElectronicsandElectricalDriveAffiliation:Dept.ofElect

3、ricalEngineeringDateofDefence:Oct,2008Degree-Conferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology摘要摘要隨著綠色照明工程的實(shí)施，氣體放電燈被廣泛地使用在室內(nèi)照明、戶外泛光照明、汽車照明等應(yīng)用場(chǎng)合中。但是，與之配套工作的傳統(tǒng)電感式鎮(zhèn)流器由于重量大、體積大、功率因數(shù)低、工頻閃爍、輸出功率隨著電網(wǎng)變化、控制功能單一等缺點(diǎn)，已不能滿足綠色照明的要求。電子鎮(zhèn)流器作為一種照明節(jié)能電器，是實(shí)現(xiàn)綠色照明的關(guān)鍵所在。本文以小功率金鹵燈數(shù)字化電子鎮(zhèn)流器為

4、研究課題，對(duì)金鹵燈的基本特性、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，控制策略和啟動(dòng)技術(shù)等問題進(jìn)行了研究，在此基礎(chǔ)上提出了一些新方法及思路，并通過理論分析和實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。本文通過對(duì)逆變電路的改進(jìn)，成功的將并聯(lián)諧振電路和半橋雙Buck電路結(jié)合起來，設(shè)計(jì)了一種結(jié)合諧振啟動(dòng)方式的新型兩級(jí)式數(shù)字化低頻方波電子鎮(zhèn)流器。點(diǎn)火階段逆變電路工作于并聯(lián)諧振模式，以諧振啟動(dòng)方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的脈沖啟動(dòng)方式，去掉了點(diǎn)火變壓器，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)。在穩(wěn)態(tài)階段逆變器工作于半橋雙Buck電路模式，燈電壓電流為低頻方波，有效地避免了聲共振現(xiàn)象，本文闡明了其工作原理并給出了參數(shù)設(shè)計(jì)方法。另外針對(duì)諧

5、振啟動(dòng)方式在實(shí)際應(yīng)用遇到的諧振參數(shù)離散性問題和電感易飽和問題，本文提出一種連續(xù)沖擊自適應(yīng)軟啟動(dòng)控制策略，取得了較好的效果。影響功率密度的主要因素是占系統(tǒng)絕大部分體積的無源器件，提高功率密度的最有效的方法是盡可能提高開關(guān)頻率。但當(dāng)開關(guān)頻率提高到100kHz以上時(shí)，工作于CCM模式的半橋雙Buck變換器將不再適用，主要原因是二極管反向恢復(fù)會(huì)帶來較大的損耗，同時(shí)也使得EMI問題難以解決，另外電路工作在硬開關(guān)狀態(tài)，開通損耗較大。為克服這些困難，本文提出了一種基于準(zhǔn)方波諧振的自適應(yīng)零電壓開通雙Buck功率變換器，詳細(xì)分析其工作原理，推導(dǎo)

6、出了精確的輸出電壓增益公式及軟開關(guān)條件，并給出電路參數(shù)的設(shè)計(jì)方法。自適應(yīng)零電壓控制策略的采用保證了在整個(gè)點(diǎn)燈過程中以及點(diǎn)不同廠家燈泡時(shí)的零電壓開通。照明專用單片機(jī)AT90PWM2的使用提高了控制性能，保證了高頻工作下的PWM分辨率，簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)。70W數(shù)字化金鹵燈電子鎮(zhèn)流器樣機(jī)驗(yàn)證了所提拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及控制方法的正確性，穩(wěn)態(tài)工作頻率達(dá)到100kHz以上，整機(jī)效率可達(dá)92%。金屬鹵化物燈因其自身特性，它的啟動(dòng)過程比較復(fù)雜。本文根據(jù)金鹵燈啟動(dòng)過程各階段及穩(wěn)態(tài)的特點(diǎn)給出了對(duì)應(yīng)的控制方法，并提出了一種單周電流-I-哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士學(xué)

7、位論文峰值控制策略，有效地抑制Run-up過渡過程中及低頻換向時(shí)的電流過沖問題。自適應(yīng)零電壓開通控制方法和單周電流峰值控制策略貫穿于各個(gè)階段的控制策略中。自適應(yīng)零電壓開通控制方法除了保證開關(guān)管零電壓開通之外還可滿足點(diǎn)火暫態(tài)過程實(shí)時(shí)性的要求?；谡{(diào)節(jié)導(dǎo)通時(shí)間的逆變器輸入平均功率控制方法簡(jiǎn)單有效，通過配接各種燈泡的實(shí)驗(yàn)證明了該功率閉環(huán)控制策略的可行性與準(zhǔn)確性。諧振啟動(dòng)方式電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單控制靈活，但也有回路電流峰值高的缺點(diǎn)，并且其對(duì)于例如單功率級(jí)等多數(shù)低頻方波拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)而言，諧振啟動(dòng)方式將不再適用。在實(shí)際應(yīng)用中，低頻方波電子鎮(zhèn)流器通常都

8、采用脈沖啟動(dòng)方式，因此有必要對(duì)其進(jìn)行研究。本文介紹了電子鎮(zhèn)流器脈沖啟動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求，并提出了一種基于雙頻觸發(fā)的金鹵燈脈沖啟動(dòng)電路，通過對(duì)電路模型進(jìn)行計(jì)算細(xì)致分析了影響點(diǎn)火脈沖電壓幅值和脈寬的各個(gè)參量。通過添加輔助電感的方式限制了回路電流峰值并克服變壓器寄生電容離散性所引起的