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采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

字号+ 作者:蜘蛛侠 来源:网络整理 2018-04-28 16:54 我要评论( )

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

摘要: 介绍了采用IRS2573D 的250 W 金卤灯电子镇流器电路工作原理与应用。IRS2573D 是IR 公司新近推出的一款HID 灯电子镇流器用控制集成电路,具有集成度高和控制功能强的特点,是一款专用ASIC 集成电路,可用于不同输出功率等级HID 灯电子镇流器的应用场合。利用IRS2573D 构成的HID 灯电子镇流器具有外围电路简单,工作可靠等一系列优点。

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1 HID 灯电子镇流器与有关照明市场

常用HID 灯有金卤灯、汞灯和钠灯,它们具有工作效率高和输出功率大的优点,金卤灯的发光效率大于100 lm/W,工作寿命可达20 000 h.在金卤灯的应用场合,金卤灯内部的工作气压高,两个放电电极之间的间距小,工作时在两个放电极间距之间直接产生可见光。

今天在许多室外照明应用场合采用HID,HID 灯用电子镇流器需具备点火、预热、恒功率控制、功率因数校正和针对灯负载与电子镇流器异常工作状态的保护控制功能。在实用中,HID 灯电子镇流器的设计和控制较荧光灯电子镇流器的设计要复杂得多。

表1 表示目前市场上常用电光源的市场年复合增长率( CAGR) 对比表,可见HID 灯在家居、商用和工业领域有很好的应用空间,而白炽灯和卤钨灯的应用前景不被看好。

表1 2007 ~ 2015 年灯产品的市场年复合增长率( CAGR)

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

2 HID 灯的工作过程

HID 灯主要有四个工作阶段,分别是击穿、辉光放电、辉光放电转为电弧放电和电弧放电。

( 1) 击穿: 在HID 灯点火之前,HID 灯呈开路工作状态。当外加电压大于HID 灯的击穿电压时,HID 灯内的离子产生雪崩现象,内部气体发生电离,此时HID 灯电压迅速下降,但是HID 灯电压仍大于额定工作电压,灯内开始有放电电流产生。

( 2) 辉光放电: 在辉光放电期间HID 灯电压迅速下降,而HID 灯电流迅速上升,辉光放电阶段历时时间非常短,此时HID 灯发出不稳定的微光。

( 3) 辉光放电转为电弧放电: 辉光放电转为电弧放电期间是HID 灯的主要温度加热阶段,在此阶段HID 灯电压小于额定工作电压,HID 灯电流大于额定工作电流,随着HID 灯工作温度的上升,灯电压逐渐增加,而灯电流将逐渐减小。最终,HID 灯电压达到它的正常工作电压( 典型值为100 V 左右) ,灯功率达到它的正常值,这个阶段为一短暂过渡阶段。

( 4) 电弧放电阶段: 进入电弧放电阶段后,灯电极之间的电弧趋于稳定,灯进入稳定工作状态,HID 的灯电流、灯电压和灯功率工作特性如图1 所示。

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

图1 HID 灯点火、预热和工作模式下的灯电压、灯电流和灯功率工作特性

通过电子镇流器的控制作用,可以满足HID 灯对预热、启动和正常工作的有关技术要求。

3 250 W 金卤灯电子镇流器的技术要求

使用时金卤灯需要一个高达3 ~ 4 kV( 典型值)的点火电压( 如果金卤灯处于热点火工作状态则点火电压要大于20 kV) ,而金卤灯的工作需经历预热工作期间的限电流、正常工作时的恒功率输出控制等控制环节。金卤灯工作时需严格控制灯功率,以确保每只金卤灯发光颜色和发光亮度的一致性。并且,金卤灯的驱动电源为低频交流电压( 典型低频交流驱动电压工作频率不大于200 Hz) ,以避免金卤灯工作时的汞迁移和避免产生声共振的问题,在声共振的情况下会导致金卤灯损坏。

对250 W 金卤灯正常工作时的主要技术要求如下:

( 1) 正常工作时的输出功率: 250 W;( 2) 正常工作灯电压: 100 Vrms;( 3) 正常工作灯电流: 2. 5 Arms;( 4) 预热时间: 不低于2. 0 s;( 5) 灯点火电压: 4 000 Vpk.

下面介绍采用IRS2573D 的金卤灯用电子镇流器有关技术要求和控制方法,并给出了有关电路工作原理图。

4 250 W 金卤灯电子镇流器的电路工作原理

金卤灯的典型电路工作原理框图如图2 所示,图中的EMI 滤波器以阻断电子镇流器工作时产生的噪声对电网的干扰和电网高频干扰信号对电子镇流器正常工作的干扰。全波桥式整流电路用以将交流输入市电整流输出为直流电,升电压输出有源功率因数校正电路用于实现功率因数校正,并稳定直流输出母线电压,降压输出Buck 变换器用于控制金卤灯工作电流,全桥功率输出级为金卤灯负载提供驱动功率,完成金卤灯的点火,并使金卤灯正常工作。

采用IRS2573D的250W金卤灯电子镇流器电路

图2 金卤灯电子镇流器的典型工作原理框图

在图2 所示的电路中的Buck 变换器用以控制金卤灯工作电流和灯功率,同时Buck 变换器也起将升电压输出有源功率因数校正电路输出的直流高电压变换为适合于金卤灯工作的下级全桥变换器直流供电电压,为下级全桥输出级供电。Buck 变换器工作于电流连续导通工作模式( CCM) 或电流临界导通工作模式( CRM) ,这取决于灯负载的工作状态。

图3 表示Buck 变换级和全桥变换级的电路工作原理框图,在金卤灯的预热期间,一旦完成了金卤灯的点火,金卤灯的灯电压很低,但是金卤灯的工作电流很大,通过反馈控制回路控制Buck 变换器的导通时间,从而完成对金卤灯工作电流的控制,在金卤灯稳定工作期间,通过灯功率反馈回路的控制作用控制Buck 变换器的导通时间( 如图3 所示乘法器的灯功率输出信号) ,从而完成对金卤灯的灯功率控制。在金卤灯的预热工作期间,Buck 变换器的电流连续导通工作模式( CCM) 可以允许在Buck 电感不饱和的情况下为金卤灯提供更大的工作电流。

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图3 Buck 变换级和全桥变换级的电路工作原理框图

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