0 导言
金属卤化物灯 （MHL） 作为高压气体放电灯 （HID） 的典型代表，以其高光效、高显色性、寿命长等长处而被称为最理想的光源之一。而作为一种气体放电灯，金卤灯具有负阻特性，所以有必要运用镇流器来确保其安稳作业。现在相关职业范畴中研讨最为广泛的是电子式镇流器，与传统的电感式镇流器比较，电子式镇流器体积更小、分量更轻、功率更高且能有用消除作业噪音。限制电子式镇流器开展的首要问题在于其操控杂乱。依据模仿器材的操控电路结构将非常冗杂，本钱较高且安稳性不能得到确保。而因为单片机操控电路可以简化电子式镇流器的结构并明显进步其功用。本文介绍了一种依据 STC单片机操控的三级式恒功率金卤灯电子镇流器，详细剖析了其操控战略并规划了相应的软件流程及硬件操控电路。
1 电子式镇流器的根本拓扑结构
现在相关范畴现已提出了多种电子镇流器的操控思维，其共同点是寻求在确保金卤灯安稳作业的一起，防止声谐振现象的发生。声谐振现象是指 HID 灯在高频作业时呈现电弧不安稳现象，其会严重影响灯具的照明作用，乃至或许导致灯具的损毁。为了防止声谐振，有必要调理灯的作业频率以使其远离声谐振频带。实践标明，低频方波驱动金卤灯的计划是消除声谐振现象最有用的解决方法。
低频方波驱动金卤灯计划使用最为广泛的是三级式电子镇流器，其根本构成如图 1 所示。榜首级功率因数校对电路 （ 即 APFC 电路 ） ，可在减小电流谐波，进步功率因数的一起，为这以后的功率操控级电路供给安稳的直流母线电压。本规划选用 Boost 电路结构方法来供给较高的母线电压，以利于发生驱动金卤灯的高压焚烧脉冲。第二级功率操控电路为 Buck 电路，用于完结金卤灯的稳态操控，首要是指恒功率操控。所谓的恒功率操控便是确保金卤灯在正常作业时，输出功率坚持不变。恒功率下金卤灯的光输出及相关色温指数均会非常安稳，不只可以确保照明质量，一起也可以延伸金卤灯的运用寿命。在稳态作业时， Buck 电路会将金卤灯作业电流调整为一安稳值，一起， APFC 电路会输出安稳直流母线电压，然后完结金卤灯的恒功率操控。第三级电路为全桥逆变电路，它可将 Buck 电路的输出电压逆变为低频方波来驱动 HID 灯，然后防止声谐振现象的发生。金卤灯的发动需求经过高压脉冲焚烧来完结，图 1 中的焚烧电路首要使用 LC 谐振的方法来发生高达数千伏的高压脉冲，然后完结金卤灯的发动。图 1 中的单片机操控与维护电路的功用首要是完结金卤灯的发动操控以及金卤灯安稳作业时的监测和维护，确保整个体系的正常运转。
2 金卤灯操控战略及软件程序流程
金卤灯的发动进程一般比较杂乱，发动进程中的伏安特性曲线如图 2 所示。为了简化操控，规划时可选用分段匹配金卤灯负载特性的线性操控战略，行将发动进程及稳态运转全体分为高压触发、过渡阶段、恒功率运转三个阶段进行相应的操控，其操控战略的程序流程如图 3 所示。
在高压触发阶段， Buck 电路将坚持较高的安稳空载输出电压，以利于焚烧电路发生高压脉冲去发动金卤灯。因为从体系上电到这个 Buck 空载输出电压的树立需求一段时间，因而，需求操控电路检测 Buck 输出电压防止过早焚烧，当检测到该电压低于一限制低电压值时，操控电路将以为电路毛病，并指令体系进入待机状况；而当检测到其大于一设定高电压值时，则由单片机操控全桥输出低频方波，对金卤灯进行焚烧。
由金卤灯特性曲线可知其焚烧成功后会进入一个过渡阶段。过渡阶段可分为两个阶段，榜首个阶段为低压保持阶段，灯两头电压会骤降并保持在一个较低的水平；而在第二个阶段，灯两头电压开端逐步升高直至其稳态作业电压。所以，开端发生全桥驱动信号后，操控电路将持续检测 Buck 输出电压，并当检测到该电压小于某一设定值时，以为金卤灯焚烧成功，镇流器可经过改动全桥作业频率来削减其输出电压中的脉冲尖峰搅扰。当操控电路检测到 Buck 输出电压开端上升至相应设定值时，体系将再次设定全桥作业频率为安稳作业频率。
金卤灯两头电压上升并安稳至其稳态作业电压时，电路即进入恒功率运转阶段。在这个阶段，操控电路将对体系功用参数进行检测以确保设备的安稳运转，这首要是对体系温度以及 Buck 输出电压两个参数进行检测。操控电路经过热敏电阻来检测体系温度，若温度过高，则单片机操控镇流器将停止作业；只有当体系温度再次低于必定温度时，设备才从头恢复作业。相同，操控电路在稳态运转时它将始终坚持对 Buck 输出电压的检测，若该电压发生反常，则使设备停止作业并等候查看。
作业中若呈现没有接金卤灯或许灯坏等状况，体系会呈现不断的焚烧。别的，当金卤灯过热时，其发动需求电压会从本来的 3 ～ 5 千伏升至两万多伏，此刻镇流器输出的高压脉冲不足以点亮金卤灯，也会呈现不断焚烧的现象。长期过高的电压脉冲对电子镇流器和灯都有风险。为了确保电路安全，有必要防止这种状况的发生。因而，若焚烧不成功的话，可判别电子镇流器开路、灯呈现毛病或许灯管过热。若是灯管过热，则可推迟一段时间后，比及灯管冷却下来再进行下一轮的焚烧，如此焚烧预订次数后，若焚烧仍不成功，则可判别电子镇流器处于开路状况或灯呈现毛病，此刻便可经过单片机宣布操控信号使电子镇流器停止作业以等候修理。
3 硬件操控电路规划
由前面电子镇流器操控战略的剖析以及操控流程图所给出的硬件操控电路功用框图如图 4 所示，操控芯片选用宏晶 STC 12C 5410AD 单片机来完结信号检测与电路操控功用。
STC 12C 5410AD 单片机选用 +5 V 电源，本规划中使用 Boost APFC 级功率电路中电感的副边辅佐绕组来供给单片机的芯片供电电压。当镇流器操控电路检测到体系运转毛病时，它会进入待机状况。操控电路对镇流器运转参数的检测是将其转化为电压采样信号后经过 STC 12C 5410AD 单片机内部 A ／ D 模块进行 A ／ D 转化后再进行处理。 STC 12C 5410AD 单片机有 8 路 10 位高速 A ／ D 转化通道，速度均可到达 100 kHz（10 万次／秒 ） ，彻底可满意镇流器的时序操控要求。本规划中，镇流器运转参数的检测首要是对作业环境温度与 Buck 输出电压的检测，环境温度检测信号经过热敏电阻分压取得， Buck 输出电压检测信号也可经过恒值电阻分压取得。别的，因为 STC 12C 5410AD 单片机进行 A ／ D 转化时的参阅基准电压为其芯片供电电压，所以，为了防止供电电压发生动摇对体系形成影响，有必要在 A ／ D 转化前对供电电压进行检测，以使 A ／ D 转化器的转化成果与实践信号电压值相一致。
规划中的全桥电路选用两个半桥驱动芯片 IR2103 来为全桥逆变电路中的四个 MOSFET 供给两路互补方波驱动信号。 IR2103 为高压高速大功率 MOS 管及 IGBT 驱动器，它具有独立的高、低参阅电平输出通道，驱动规划逻辑非常简略，易于软件程序流程规划，非常适用于低本钱的电子镇流器。每一片 IR2103 可别离驱动全桥的一对上、下桥臂，其半桥驱动电路结构如图 5 所示。 IR2103 所需的 PWM 操控信号可由 STC 12C 5410AD 单片机供给。
4 试验成果及剖析
依据以上的剖析，笔者研发了一种 70 W 三级式恒功率金卤灯电子镇流器，并对其进行了测验以验证其功用。该电子镇流器的规划要求如下：
输入规模： 170 ～ 250 VAC ／ 50 Hz ，作业电压改变之下，输出电压改变小于± 2 ％；
功率因数 PF》0.95 ；
电流总谐波 （THD） 值 《15 ％；
输出功率： 70 ～ 76 W 。
经过选用 FLUKFA34 龟能质量剖析仪对该镇流器 （ 进入稳态时 ） 的输入端进行丈量，所得到的输入电压为 220 V（AC） ，有功功率为 0.07 kW ，无功功率为 0.01 kVA ，视在功率为 0.07KVAR ，功率因数 PF 为 0.98 ，电流总谐波畸变 THD 为 11.1 ％。当沟通输入电压在 170VAC ～ 250VAC 之间改变时，经作者测验，该金卤灯的作业电压根本不变，可满意规划要求。
5 结束语
本文介绍了一种依据单片机操控的恒功率金卤灯电子镇流器的规划计划，剖析了其硬件结构及软件程序流程，并依此研发了 70 W 电子镇流器样品。测验成果显现：这种镇流器可以安全有用地驱动金卤灯，且本钱较低，可靠性高，有着较好的市场前景.
