120W高可靠HID灯电子镇流器

高强度放电（HID）灯以其光效高、寿命长、体积小、控光性强、显色性好、光利用率高等特点，已成为近代照明的主流产品之一。HID灯正从特殊用途，如投影仪、汽车头灯等，向通用领域扩展。由于HID灯的特性，其镇流器也比较复杂。首先，HID灯需要数千伏的高压脉冲来点火，因此要专门设计点火电路。另外，HID灯在高频电源供电情况下极易产生声谐振现象，对外表现为光强不稳、电弧闪烁、扭曲等。此时可出现灯电压和电流起伏，并伴随有与激励源同频率的声波，严重时可能熄弧，甚至造成灯管损坏，所以还需要采用专门的抑制“声共振”的电路。

镇流器基本结构
本文介绍的HID灯镇流器内部结构如图1所示。220V交流电经过整流、滤波，送到降压开关电路。驱动脉冲发生器检测电感的电流过零信号，驱动降压开关工作在电流准连续状态。在此模式下，降压开关每次开通的电流都从零开始上升，所以是零电流开通，有效地减小了开关噪声。在开关管关断期间，续流二极管的电流已经降低到零，所以没有反向恢复问题，减小了反向恢复损耗。全桥驱动电路采用Philips公司的UBA2030T。该全桥驱动电路采用24脚封装，集成了自举电路，能直接驱动高压端N沟道MOSFET，使用比较方便。由单片机来的驱动信号经过电平转换送到UBA2030T，可以方便地改变输出频率。

图1 HID灯镇流器框图

谐振点火电路是这样工作的：在点火期间，单片机控制继电器，使一个附加的谐振LC接入主电路，同时驱动逆变器输出与谐振频率相同的激励，使主电路谐振，产生交流高压，再经过倍压整流产生约800V直流电压，击穿放电管实现点火。单片机采用Microchip公司的PIC16F73，内部带8位A/D转换器，D/A转换器则有单片的PORTC口加R-2R电阻网络来实现，成本低廉。

降压DC/DC工作在电流准连续状态
电流准连续状态下，降压开关每次都是零电流开通，而且续流二极管也结束续流，不会有反向恢复电流。在输入电压比较高（300V直流）的情况下，如果续流二极管没有结束续流，降压开关就再次开通，会有一个峰值很大的“反向恢复”电流流过续流二极管和降压开关管，造成能量损耗并产生很强的传导和辐射干扰。

1 电路构成

图2 简化的电流准连续控制原理图

图2是简化的“电流准连续”控制电路，主要工作波形如图3所示。降压开关VT1、续流二极管VD1及电感L1构成典型的降压电路。VD1中串联了一个电流检测电阻（0.1Ω），用来检测续流电流。电感L1中增加了一个辅助绕组，用来得到过零信号。N1B（1/2个LM556）用来构成一个单稳态振荡器，产生启动脉冲，同时也起到最低频率限制的作用，防止降压电路产生可闻噪声。过零脉冲发生电路在检测到L1的辅助绕组送来的过零信号时发出一个负脉冲，触发N1A（另外1/2个LM556）输出高电平，通过隔离变压器驱动VT1。放大器N2将VD1中的电流信号放大后加到N1A的2脚。下面详述工作原理。

2 工作原理
上电后，单稳振荡器电路给出第一个脉冲，加到N1A的6脚（TRIGGER端），使N1A的5脚输出高电平，驱动VT1导通，开始第一个周期。电感辅助绕组输出的电压幅度正比于输入电压，通过VD2、R5对C3充电。C3上电压达到N1的3脚电压时，5脚变成低电平，结束VT1的开通过程，VD1开始续流。VD1中的电流信号经过反向放大加到N1的2脚，从而保证2脚在二极管续流期间为高电平，5脚为低电平，防止下一次开通在续流结束之前到来。电流信号的加入起到了在续流期间封闭N1A的作用，即使有干扰信号使“过零触发电路”误动作，也不会使5脚给出驱动信号。保证了电路的安全可靠。

续流接近结束，N1的2脚（THRESHOLD端）的电压低于1/2控制电压（N1的3脚电压）。一旦有“过零”负脉冲来到N1的触发端（6脚，TRIGGER端），则5脚输出为高，VT1再次开通。这样就实现了电感电流的准连续模式。

在电路刚刚开始工作的时候，输出电压从零开始上升，输出电压比较低，二极管续流时间比较长，可能工作频率会降低到可闻频率（20kHz）。为了避免出现这种情况，设置了最低频率限制电路，这个电路同时也是最初的启动电路。把最低频率限制在20kHz以上，不等到续流结束VT1就再次开通，续流电流已经下降到比较低，而且这种情况只在启动初期的几十毫秒内出现，一旦灯电压上升到20V以上，就不再会出现这种情况。

3 电感计算

图3 主要工作波形

由于降压电路工作在电流准连续状态，电流波形为过零的三角波（见图3）。峰值电流由式（1）给出：
iPK=PO/VO×2 (1)
PO＝120W，VO＝100V，所以最大电感电流为2.4A。稳态时，降压开关开通期间的电流上升量与关断期间的下降量相等，所以有：
Vi/L×TON=VO/L×Toff＝iPK (2)
降压开关最低工作频率为20kHz，输入电压最低200V，根据式（2），关断时间Toff=33μs，电感量L=1389μH，取1.4mH。