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金鹵燈鎮流器 MOS管应用、设计方案等介绍及工作原理详解-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-08-23 

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金鹵燈鎮流器-MOS管應用方案
金鹵燈結構和工作原理

金属卤化物灯(以下简称金卤灯)是一种气体放电灯,通过一个产生光电弧通过气化的气体混合物的汞和金属卤化物 (具有金属的化合物的溴或碘)。它是一种类型的高强度放电(HID)气体放电灯。在20世纪60年代开发的,它们类似于汞蒸气灯,但包含在附加的金属卤化物石英弧光管,其提高了效率和色彩还原的光。最常用的金属卤化物是碘化钠。一旦电弧管到达其运行温度时,钠从碘离解,添加橙色和红色从钠D线的灯的光谱作为金属电离。其结果是,金卤灯具有较高的发光效率每瓦左右75-100流明,是汞的两倍左右蒸气灯和3至5倍的白炽灯,并产生强烈的白色光。灯泡寿命为6000至15000小时。由于采用的最有效的来源之一CRI白光,金属卤化物在2005年进行了照明行业中增长最快的领域。它们用于广区顶部照明商业,工业和公共场所,如停车场,运动场,工厂和零售商店,以及住宅的安全照明和汽车前大灯(氙气大灯)。

该灯由一小的熔融石英或陶瓷 电弧管,其中包含的气体和电弧,封闭其具有一涂层,以筛选出一个较大的玻璃灯泡内的紫外光产生的。它们在之间的压力下操作图4和20个大气压,以及需要特殊的夹具安全地操作,以及电镇流器。金属原子产生大部分的光输出。他们需要几分钟的预热期达到全光输出。

金鹵燈鎮流器 MOS管

由于高CRI白光的最有效的来源之一,金属卤化物在2005年是照明行业中增长最快的领域。它们用于广域顶灯商业,工业和公共场所,如停车场,运动场,工厂和零售商店,以及小区保安照明和汽车前大灯(氙气大灯) 。圖示出在385nm,422nm,497nm,540nm處,564nm,583nm(最高),630nm的,和674nm峰值的典型的金鹵燈的輸出光譜。

金鹵燈鎮流器

电子镇流器35W金卤灯泡电弧中的金卤灯,在所有气体放电灯具有负电阻特性; 也就是说,只要通过灯泡的电流增加时,电压两端减小。如果灯泡是从一个恒压源供电,如直接从交流布线,电流将增加,直到灯泡破坏本身; 因此,卤化物灯泡需要电镇流器限制电弧的电流。

有兩種類型:

电感镇流器 -许多装置使用一个电感镇流器,也被称为磁镇流器,类似于那些与所用的荧光灯。这包括一个铁芯的电感器。电感器提供了一个阻抗AC电流。如果通过灯的电流增加,电感减少,以保持电流受限的电压。电子镇流器 -这些更轻,更紧凑。它们由一个的电子振荡器,其产生高频电流以驱动灯。因为他们有比电感镇流器低电阻损失,他们是更节能。然而,高频率操作不增加灯效率作为荧光灯。

脈沖啓動的金鹵燈泡不包含起始電極,它撞擊弧,並且需要的點火器,以産生一個高電壓(1-5千伏冷擊,用在熱重燃30千伏)脈沖來啓動弧。電子鎮流器包括在一個包中的點火器電路。美國國家標准協會(ANSI)的燈鎮流器系統標准建立的所有的金屬鹵化物組分的參數(與一些較新的産品除外)。

自鎮流燈截至2012年,有幾家公司已經開始提供自鎮流金鹵燈直接取代白熾燈和自鎮流水銀燈。這些燈包括具有起動電極的電弧管,以及一個管狀的鹵素燈,其連接在串聯和用于調節在弧光管的電流。電阻提供限制的起始電極的電流。像自鎮流汞汽燈,自鎮流金鹵燈直接連接到主電源,並且不需要外部鎮流器。與此相反的前,這些燈通常具有明確的外部燈泡沒有塗層,使得在電弧管和鹵素燈管顯然從外部可見的。

色溫

由于所产生的更白,更自然光,金卤灯最初首选的蓝色水银灯。随着引进专业化金属卤化物混合物,金卤灯,现已与相关色溫从3000 K至20000 K.色溫可以从灯稍有变化,以灯,并且这种作用是明显的地方有许多的灯被使用。因为灯的色彩特性趋向灯的寿命期间改变,根据灯泡已被烧毁,100小时(调味)之后的颜色被测量的ANSI标准。较新的金属卤化物的技术,被称为“脉冲启动”,具有改善的显色性和更可控的开尔文方差(±100至200开尔文)。

金卤灯的色溫也可以通过电气系统的供电在灯泡本身的灯泡和制造差异的电特性的影响。如果一个金卤灯泡是因为较低的动力不足,操作温度,其光输出将是因为汞的单独的蒸发的蓝色。这种现象可以升温期间中可以看出,当弧光管尚未达到整个工作温度和卤化物还没有完全蒸发。它也与调光镇流器非常明显的。逆是真实的一个灯泡过于强大,但是,这个条件可能是危险的,可能导致电弧管爆炸,因为过热和过压。

啓動和預熱

通電後,400瓦金鹵燈不久“冷”(下操作溫度)的金鹵燈不能立即開始産生其充分的光量,因爲在內側弧室中的溫度和壓力所需要的時間來達到完全的操作水平。啓動初始氩弧焊(或氙汽車)有時需要幾秒鍾,(取決于燈泡類型)的預熱期可長達五分鍾。在此期間,該燈顯示出不同顔色的各種金屬鹵化物在電弧室汽化。

如果電源中斷,甚至簡單地說,在燈的電弧熄滅,而存在于熱發光管的高壓力將防止再起弧的弧;與正常的點火器的5-10分鍾冷卻期將要求可重新啓動燈之前,但具有特殊點火器而特別設計的燈,電弧可以立即重新建立。在沒有瞬間重燃能力燈具,電源的瞬間損失可能意味著沒有光線幾分鍾。爲安全起見,許多金鹵燈具有冷卻和再起弧期間工作備份鹵鎢燈的白熾燈。一旦金屬鹵化物restrikes和升溫,白熾燈光安全關閉。溫暖的燈也往往需要更多的時間比開始徹底的涼了一盞燈充分發揮其亮度。所有的HID電弧管強度降低了他們的一生,因爲各種因素,如化學腐蝕,熱應力和機械振動。隨著燈的老化電弧管變色,吸收光線和越來越熱。管將繼續成爲弱直到它最終失敗,從而導致管的破裂。

盡管這樣的失敗與壽命的結束相關聯,電弧管可以在任何時候會失敗,因爲看不見制造缺陷如顯微裂紋的甚至是新的時候,。然而,這是相當少見的。制造商通常“旺季”的新燈檢查這些缺陷燈離開制造商的房舍之前。由于金鹵燈含有一顯著高壓氣體(最多至50psi),電弧管的失敗是不可避免暴力事件。電弧管的片段被發射,以極高的速度,在所有方向上,引人注目的有足夠的力在燈的外燈泡以使其斷裂。如果燈具沒有二級防護(如鏡頭,碗或屏蔽),那麽碎片極熱片會掉下來砸到人員和財産的光線之下,有可能造成嚴重傷害,損壞,並可能造成重大建築火災如果易燃物質存在。

金鹵燈鎮流器原理图

爲了確保金鹵燈不出現聲諧振,電子鎮流器一般工作于低頻方波狀態。傳統的低頻方波電子鎮流器包括3級結構:功率因數校正電路、降壓電路和全橋逆變電路。這種結構非常複雜而且造成了鎮流器的成本昂貴。簡化電路、降低成本已經成爲如今研究的重點。一種方法就是把前兩級功率因數校正和降壓電路組成一級。這種方法可以減小鎮流器的體積,但是可能伴隨帶來的問題就是降低了功率因數校正電路的表現,增加了開關器件的應力等不利因素。另一種方法就是把降壓電路和逆變電路組合在一起。這種方法可以降低鎮流器的體積和成本,但是控制方法可能相對複雜。

組合降壓電路和半橋逆變電路在一起的方案是現在比較流行而且可行的方法。因爲這種方式的電路相對最爲簡單,成本最低。爲了促進這種方案的廣泛應用,簡化它的控制方法,克服這種電路的缺點,提高它的可靠性就成爲研究的重點。

本文對此種電路提出了一種新型控制方法,並且提出一種簡單有效的方法克服此電路在輸出電流換向時發生的電流過沖問題,降低了波峰系數。

1 电路描述

電路的結構框圖如圖1所示。

金鹵燈鎮流器 MOS管

2.電路工作模態的分析

S1、S2的門極信號如圖2所示。當S1工作于高頻狀態時,S2被斷開。此時,電路等效于一個Buck電路,S1相當于主功率開關,而S2的體二極管相當于Buck的二極管。兩個開關管的工作狀態會以400Hz的一個頻率交替變化。這樣,就可以得到一個低頻的方波電流輸出供給燈。

金鹵燈鎮流器 MOS管

二極管關斷時存在一個反向恢複問題,這會大大增加器件的開關損耗。爲了避免這種情況的發生,我們讓電路工作在電流斷續狀態下。圖3是逆變級Buck電感電流的狀態示意圖。

金鹵燈鎮流器 MOS管

當S1工作于高頻狀態而S2斷開時,電路工作于3種工作模式。

1.模式1

S1開通,電流流過C1、S1、Rs、燈、點火電感和Lc圖4是這種模式的等效電路圖。其中點火電感的電感量遠遠小于電感L的電感量,假設電容C上的電壓在每個開關周期中保持不變,電感L上的電壓VL爲

金鹵燈鎮流器 MOS管

金鹵燈鎮流器 MOS管

S1斷開,由于電感電流不能突變,電流流過Rs、燈、點火電感、L、C2和D2o。圖5是此種模式的等效電路圖。電感L的電壓爲

金鹵燈鎮流器 MOS管

S1仍然處于斷開狀態。但是電感£的電流降爲零。此時,電容C給燈提供能量,電流流過C、Rs、燈和點火電感。圖6是此種工作模式的等效電路圖。假設電容足夠大,電容上的電壓保持不變,我們能夠從式(1)、式(2)中得到輸出的燈電壓爲(插圖)

金鹵燈鎮流器 MOS管

式中:系數k1與電感電流下降時間有關,在圖3中有著明確的表示。

當S1斷開,S2工作于高頻開關狀態時,電路的工作過程基本上和上面的分析一致。

根據上面的分析,在每半個低頻周期內半橋逆變電路可以等效爲一個Buck降壓電路。從而一個半橋逆變電路既可以提供給燈一個合適的T作電壓又能使燈工作于低頻方波狀態。

金鹵燈鎮流器 MOS管

1.2 闭环控制

因爲金鹵燈的負阻特性,爲此我們控制鎮流器的輸出呈現爲電流源的特性,以保證燈的穩定工作。圖7是半橋電路的控制方法框圖。通過Rs采樣燈電流。采樣電阻Rs上的電壓是一個低頻的方波信號。首先通過運放l把這個信號放大,然後經過一個整流電路把這個交流的方波信號整流成直流,再經過RC濾波後進行PI調節,調節輸出爲一個恒流源。可見這種控制方法等效于DC/DC的控制方法,簡單且有效。(插圖)

金鹵燈鎮流器 MOS管

1.3 电流过冲

但是,這個電路存在一個嚴重問題就是在每個輸出電流換向的瞬間會有很大的電流過沖。這樣的尖峰電流會大大降低燈的使用壽命。本文提出了一種簡單有效的方法克服這個問題。

圖8是半橋驅動門極信號的産生電路,其中的D觸發器、兩個與門和兩個或非門組合在一起用來減小驅動信號的占空比。而這個功能由控制腳(CP)來控制,當CP爲高時,驅動的占空比就可以減小爲大約原來的一半。這樣我們就可以在每個輸出電流換向的瞬間給CP一個高電平,減小驅動的占空比,以大大減小甚至消除過沖電流。圖9爲一個簡單CP控制信號的産牛電路。圖7爲腳CP信號與低頻逆變信號的時序圖。(插圖)

金鹵燈鎮流器 MOS管

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2 实验结果

采用上述控制方法的一個70W金鹵燈電子鎮流器樣機已經完成。電路主要參數如下。

L="380" μH;

C=1μF;

Vo="200V";

fh="100" kHz;

f1=400Hz。

其中:fh爲半橋電路驅動的高頻和低頻頻率;

f1爲半橋電路驅動的低頻頻率。

圖11顯示了輸出電流換向時驅動信號的變化。圖12爲輸出電流換向時電感電流的變化,可以看到電流的過沖相當小。圖13爲點火脈沖,由于點火是在低頻情況下進行,所以點火成功率很高。圖14爲燈正常工作時的電流和電壓波形,可以看出燈電流基本沒有電流過沖的情況發生。整機效率約爲90%,波峰系數爲1.1。(插圖)

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金鹵燈鎮流器-MOS管應用方案

以下为金鹵燈鎮流器常用MOS管,这里为部分型號,想咨询更多型號及封装详情请聯系我們。

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