基于单片机控制的恒功率金卤灯电子镇流器

工作中若出现没有接金卤灯或者灯坏等情况，系统会出现不停的点火。另外，当金卤灯过热时，其启动需求电压会从原来的 3 ～ 5 千伏升至两万多伏，此时镇流器输出的高压脉冲不足以点亮金卤灯，也会出现不断点火的现象。长时间过高的电压脉冲对电子镇流器和灯都有危险。为了保证电路安全，必须避免这种情况的发生。因此，若点火不成功的话，可判断电子镇流器开路、灯出现故障或者灯管过热。若是灯管过热，则可延迟一段时间后，等到灯管冷却下来再进行下一轮的点火，如此点火预定次数后，若点火仍不成功，则可判断电子镇流器处于开路状态或灯出现故障，此时便可通过单片机发出控制信号使电子镇流器停止工作以等待维修。

3 硬件控制电路设计

由前面电子镇流器控制策略的分析以及控制流程图所给出的硬件控制电路功能框图如图 4 所示，控制芯片选用宏晶 STC 12C 5410AD 单片机来实现信号检测与电路控制功能。

STC 12C 5410AD 单片机采用 +5 V 电源，本设计中利用 Boost APFC 级功率电路中电感的副边辅助绕组来提供单片机的芯片供电电压。当镇流器控制电路检测到系统运行故障时，它会进入待机状态。控制电路对镇流器运行参数的检测是将其转化为电压采样信号后通过 STC 12C 5410AD 单片机内部 A ／ D 模块进行 A ／ D 转换后再进行处理。 STC 12C 5410AD 单片机有 8 路 10 位高速 A ／ D 转换通道，速度均可达到 100 kHz(10 万次／秒 ) ，完全可满足镇流器的时序控制要求。本设计中，镇流器运行参数的检测主要是对工作环境温度与 Buck 输出电压的检测，环境温度检测信号通过热敏电阻分压获得， Buck 输出电压检测信号也可通过恒值电阻分压获得。另外，由于 STC 12C 5410AD 单片机进行 A ／ D 转换时的参考基准电压为其芯片供电电压，所以，为了避免供电电压产生波动对系统造成影响，必须在 A ／ D 转换前对供电电压进行检测，以使 A ／ D 转换器的转换结果与实际信号电压值相一致。

设计中的全桥电路采用两个半桥驱动芯片 IR2103 来为全桥逆变电路中的四个 MOSFET 提供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，它拥有独立的高、低参考电平输出通道，驱动设计逻辑十分简单，易于软件程序流程设计，十分适用于低成本的电子镇流器。每一片 IR2103 可分别驱动全桥的一对上、下桥臂，其半桥驱动电路结构如图 5 所示。 IR2103 所需的 PWM 控制信号可由 STC 12C 5410AD 单片机提供。

4 实验结果及分析

根据以上的分析，笔者研制了一种 70 W 三级式恒功率金卤灯电子镇流器，并对其进行了测试以验证其性能。该电子镇流器的设计要求如下：

输入范围： 170 ～ 250 VAC ／ 50 Hz ，工作电压变化之下，输出电压变化小于± 2 ％；

功率因数 PF>0.95 ；

电流总谐波 (THD) 值 15 ％；

输出功率： 70 ～ 76 W 。

通过采用 FLUKFA34 龟能质量分析仪对该镇流器 ( 进入稳态时 ) 的输入端进行测量，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 ％。当交流输入电压在 170VAC ～ 250VAC 之间变化时，经作者测试，该金卤灯的工作电压基本不变，可满足设计要求。

5 结束语

本文介绍了一种基于单片机控制的恒功率金卤灯电子镇流器的设计方案，分析了其硬件结构及软件程序流程，并依此研制了 70 W 电子镇流器样品。测试结果显示：这种镇流器能够安全有效地驱动金卤灯，且成本较低，可靠性高，有着较好的市场前景。