一种低频方波DCAC变换器及其控制

不同类型的高强度气体放电灯，在高频工作时都存在使其稳定运行的特定频率范围，超出规定的 频段，高强度气体放电灯极易发生声共振现象ｕ１，使灯电压和灯电弧不稳定，灯光闪烁，引起灯熄灭甚 至灯管炸裂．为此，人们提出了许多消除声共振的措施，如白噪声、扩展功率频谱、灯工作频率高于发 生声共振的频率等陋】，但效果并不理想，真正有效的措施是用低频方波来驱动Ｄ’４】，其频率一般在１００ 。５００ Ｈｚ．低频方波金卤灯电子镇流器通常由三级变换器组成，第一级是功率因数校正，第二级采用 ＤＣ／ＤＣ变换器，第三级为低频ＤＣ／ＡＣ逆变器，这样的镇流器效率低成本高．本研究根据ＢｕＣＫ ＤＣ，ＤＣ 变换器及低频ＤＣ，ＡＣ逆变器的原理提出了一种单级Ｄｃ，ＡＣ变换器ｂ“】，用于取代ＨＩＤ灯电子镇流器的 第二级和第三级，克服了声共振现象．
蚕６灯电流、灯凌率隧灯激篷交纯魏线
ＶｄＩ吣 Ｆｉｇ。６。Ｉ．ｈｅ ｌａ舶ｐ ｃｌｌｌＴｅｌ蛙粕ｄ ｐ。啪ｒ ＶｅｌＢｎｓ ｌａｍｐ
参考文献：
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８０∞ｓｔｉｃ㈣删［Ｊ】．Ｊｏ叫＇ａｌ
ｏｆｔｈｅｍ岫ｄＩｌｇＥｎ咖洲ｎｇ
Ｓｏ—
这个王作过程裰姿予ＢＵＣＫ ＤＣ，ＤＣ变换过程，灯两端电鼹隽：
Ｋ＝ＤＫ
（３）
式中Ｄ为占空比．
模式２也是ＢＵＣＫ ＤＣ，ＤＣ王作过程，灯两端电压为：
Ｋ＝一Ｄ玩
（４）
２．２控制电路
控制电路如图３所示。零电流处理器将圭电流互感器检ｉ燹ｌ裂的电感电流进行处理，使嵩频疆燃变 换器工作在瓶界电流模式，即不管电感电流方向如何变化，只要当电感电流减少到零时，糌Ｍ控制器 即输出高电平驱动信号使相应的功率开关管实现零电流接通．
【６］林国庆，陈大华，陈和平．低频方波输出的单级软开关Ｄｃ，Ａｃ变换器的研究［Ｊ］．电工电能新技术，２００３，２２（３）：６９
—７２．
万方数据
（１．Ｉ璐ｔｉｔｕｔｅ‘ⅡＥｌｅｃｔｒｉｃ Ｉｊｇｈｔ Ｓｏｕｒｃｅｓ，Ｆｌｌｄ眦ＵＩｌｉｖｅ琏ｉｔｙ，Ｓｈ肌ｇｈａｉ ２００４３３，ＣｌＩｉ腿；２．ＣｏＵｅｇｅ ０ｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｅｒｌｇｉ－
ｍｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｕｔｏ眦ｔｉｏｎ，Ｆｕｚｈ帆Ｕｌｌｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＦｕｚｌＩ伽，Ｆｕｊｉ柚３５０００２，Ｃｈｉｌｌａ；３．ＦＩＩｊｉａＩＩ Ｊｕ龃Ｋｕ蚰ｇ Ｙ锄ｉｎｇ Ｅｌｅｃ缸ｉｃ叫．，
联馘变换器邋避检测和控制漉过楚的平均电流ｔ，使其恒定，剡全挢逆交器输入功率以＝ｔ魄 恒定（玩为ＰＦＣ输出电压，基本不变），可以近似认为输磁的灯功率恒定（全桥变换器效率基本不变）， 高频调制信号通过调节其占空比控制灯输出功率．
组成全摒的功率开关管驱萌信号鸯低频方波发生器纛羚熬变换嚣输出信号经逻辑变换、隰离惹褥刭． ２．３软开关情况
【ｅ】．Ｍｉ８赫：辩蘸ｄ珏，１９舛． ［４】 Ｍｉａｏ鞘ｎ ｓｈ蹴，ｚｌｌ鼬ｎｌｉｎｇ Ｑｉ黼。Ｄｅ８ｉ邸ｏｆ ８ｔ帅一如ｇｅ ｌｏｗ一“驴ｅｎｅｙ ｓ掣８陀一瑚ｖｅ ｅｌ酏蜘越ｃ ｂ８ｌｌ哦ｌｋ燃Ｄ ｌ蝴学［Ｊ】，飕ＥＥ
Ｔ妇０ｎ ＩＩｌｄｕｓｔｒｙ ＡｐｐＩｊ彤８ｔｉｏｎ，２∞３，３９（２）：４２４—４３０．
Ｆｕｚｈｏｕ，Ｆｕｊｉ姐３５０００１，ＣＩＩｉ腿）
ｐ哪ｅｄ Ａｂｓ仃ａｃｔ：Ａ ｌｏｗ—ｆｂｑｕｅｎｃｙ ｓｑｕａｒｅ—ｗａｖｅ ＤＣ，ＡＣ ｉｎｖｅＩｔｅｒ ｗｉｔｌｌ ｇｏＤｄ ｐｅｄ．０ｍ姗ｃｅ ｉｓ
ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ
ＭＨ ｌ锄１ｐｓ ｉｌｌ ｔｈｅ ｐａｐｅｒ．弧ｅ ｐＩＤｐｏｓｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｍｍ ｃｏｍｂｉｎｉＩｌｇ ａ ｂｕｃｋ ＤＣ，ＡＣ ｃｏｎＶｅｒｔｅｒ ａｎｄ ａ
晒掣鬈 为使企卤灯不发生声共振，等≤５％，则
有： （１１）
（１００Ｖ，格，５Ａ，格。２ｍ“格）：
图４灯电压、灯电流波形
鞑ｇ。４王越Ｉ攀斑豫ｇｅ ａ赫ｅ磁蝴１ ｗ料矗ｂ翔髂
４实验结果
根据以上分析，设计了一台４００Ｗ金卤
灯电子镇流器．电路参数为：‰＝撇Ｖ，‰＝２６０弘鹣，高频半桥工作频率五＝ｌ∞ｋＨｚ，Ｃ。＝０．８２酽．
关键词：低频方波；ＤＣ，ＡＣ变换器；电子镇流器；ＭＨ灯
中图分类号：ＴＭ５
文献标识码：Ａ
Ａ Ｉｏｗ—ｆ｜ｅｑｕｅＩｌｃｙ ｓｑｌｍｒｅ—ｗａＶｅ ＤＣ，ＡＣ ｉ“ｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｉｔｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｔｒａｔｅ野
ｕＮ Ｇｕｏ—ｑｉｎｇｌ一，ｃＨＥＮ Ｄａ—ｈｕａｌ，ｃＨＥＮ Ｈｅ—ｐｉｌｌｇｊ
为ｉ曲＝ｆ％一厶，充电电量为图２中阴影部分面积△ａｂｃ－
△民＝ｊ≥＜‰一瑚；＝｛≤疋一瓦）ｉ～＝÷￡ｌ～
㈣
其中（ｎ，砭）为一个开关周期内电容充电时间，对电感电流临界工作模式孔一疋＝￡，２．电容充电的
万方数据
第６辩
林国庆，等：一种低频方波Ｄｃ，Ａｃ变换器及其控制
６９７
．‰＝警＝帮贮（９）
△友＝等＝甜州嘲 电流纹波△厶为：
如阑１，用电流互感器检测电感五。电流ｔ，Ｆ。一２、ｎ一３分别对应模式ｌ和模式２的电感电流，
经零电滚处理器进行处理，使高频雕糕变换器在低频正受半渡电感电漉方蠢变化时仍熊梭溅蓟电感电
流的过零点．在模式ｌ，当Ｅｋ由正（如图ｌ电流方向为正）降到零时，正在续流的慨体内二极管Ｄ：截
止，此时接通蹦。，肼，零电流接通，同时解决了由于删：体内二极管Ｄ：的反向恢复两造成桥臂赢通 麓题，减少了开关损耗，提嵩电路静霹靠性．在攘式２，当ｉ。。由负变为零时，援在续流的蹦。体内二极 管Ｄ．截止，谢，零电流接通．
图４隽灯电压、灯电流波形，灯工作频率力ｌ杓墩。躜５为不溺灯工作频率下电弧形状，霉觅灯赢频工 作时电弧发生扭曲，有声共振发生，低频方波工作时无声共振发生．图６为灯起动过程灯功率、灯电流 随灯电压变化情况．实验结果与理论分析相符．
毫频（３６ｋ｝｜ｚ≥
低频ｆ１２０｝｛ｚ）
Ｆｉｇ．５
蚕５不同灯王佟频率下毫弧形状 Ａｒｅ ｓｈ８ｐｅ ｕｎ如ｒ ｄｉ妊毫措ｎｔ ｌ＆ｍｐ ｏｐｅｌ曩ｌｉｎｇ丘它掣ｅ鹏ｙ
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Ｋｅｙ啪ｒ凼：１０ｗ—ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｑｕａｒｅ—ｗａｖｅ；ＤＣ，ＡＣ ｉｎｖｅｎｅｒ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｂａｌｌ鹊ｔ；ＭＨ ｌａｍｐ８
１ 电路拓扑
如图ｌ所示，肼。，肼。组成Ｄｃ，ＡＣ全桥逆变电路，其中聊。、聊，为高频开关管，由Ｐ蹦（脉冲
收稿日期：２００４一０３—１５ 作者简介：林国庆（１９６６一），男，博士，副教授． 基金项目：福建省科技三项基金资助项目（１（０４０１１）；福州大学科技发展基金资助项目（２００２一ｘＱ一０６）
万方数据
ｌ唧ｗｉｔｌｌ ｆｍｌ—ｂｒｉｄｇｅ ＤＣ，ＡＣ ｉｎｖｅｒｔｅｒ，ｉｔ ｓｕｐｐｌｉ鹳ｔｈｅ
ｌａｗ一氐ｑｕｅｒｌｃｙ ｓｑｕａ∞一ｗａｖｅ ｃｕｒｒｅｎｔ，ｎｏ ａｃｏ∞ｔｉｃ
ｒｅｓｏｎ肌ｃｅ ｏｃｃｕ玛．Ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｐｅ瑚ｔｉ∞锄ｄ ｃｏｎｔｒ０１ ＩｎｅｔｌＩｏｄ ａ增ｄｅｔａｉｌｅｄ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ弘ｍｍｌｅｔｅ玛ａｍ ｃａｌｃｕｌａｔ－
第６鬟
捧国庆，等：一种低频努波Ｄｃ，Ａｃ变换器及其控裁
６鲻
频率调制）控制信号变换后驱动，肼：、懈。由低频甄补信号驱动，Ｄ。。以为蹦。。聊。体内二极管，
‰是输枣滤波电容，互感器≯；有３组线圈ｔ—ｌ、互一２、麓一３。ｔ—ｌ甄露炎限漉电感‰，又是曦 流互感器的初级绕组，ｒ。一２、ｎ一３是互感器的两个次级绕组，分别用来检测流过限流电感厶的双向 电流，使电感￡。工作在临界电流工作模式．控制电压的时序如图２所示，电路有两种工作模式：模式
【２】 ｃ挺ｉｅｉｔｅｙｂ，蹦１９锚８７ｋ，ｏ１，６２‰一１Ｂ７ｅ５ｎ．一‰．矗糕牾ｅ薹扰喇ｅ躐黯ｔ奴８珏‰磷张一耄ｙ滞鳓ｌ黜秘【Ａ】。雕嚣琵Ｓｃ【ｅ】．１螂。剪一
４５。
【３］ Ｍｅｌｉｓ Ｊ．Ａｎ眦ｔｐｕｔ ｕ曲ｆｏｒ ｌｏｗ丘ｅｑＩｌｅｎｃｙ ｓｑＩｌａｒｅ ｗａｖｅ山。ｔｒｏＩｌｉｏ ｂａ】１ａｓｔｓ［Ａ］．ＳｏＵＴＨＥＡｓ代０Ｎ’９４，Ｉ腿Ｅ １鼬ＩＩｉｃａｌ Ｃ咖任地ｎ∞
ｌ：潮；导遥，蹦：、渐，关断，滋；工襻在高频攒凝模式；模式２：蹦：导逶，淄，、糍。关新，滋，王
作在高频ＰＦＭ模式；模式１和模式２交替工作，实现全桥逆变，输出低频方波信号．
图１低频方波ＤＣ，ＡＣ变换器
巍嚣。ｌ ｂ静敏驻ｅ辩ｙ犍ｕ８渺ｗ科ｅⅨＸ直ｅ ｉ戡ｖｅ蜘ｒ
图２控制信号时序波形图
｝耗。２唾鼬ｇ啪髓ｆｏｒ撼《ｃｏ呐迸ｓｉ黔８ｌｓ
２工作过程分析及控制
２。ｌ工佟原理
仅分析模式１的工作情况，模式２的工作情况与之类似．
１）ｔ。。￡，．在＃。时，删ｌ、肼。导遐，聊：、蹦，关断，攻通过埘ｌ、蹦；、电感￡ｏ向负载提供熊
墓，同时电感互。电流线性增加。
吒（＃）：生半（ｔ咱）
（１）
翱ｔ：￡。时ｉ～达到最大值；ｍｍ。：ｉ～（ｔ。）：兰｛乎（＃。一ｌ。）．
摘要：提出一种低频方波输出的Ｄｃ，Ａｃ变换器，作为高性能ＭＨ灯工作电源．它结合了ＢｕＣＫＤＣ，Ｄｃ变换器
和全桥Ｄｃ，Ａｃ逆变器的特点，负载侧输出为低频方波，可有效克服ＭＨ灯声共振现象．详细分析了它的工
作原理和控制方法，给出了主要参数的计算方法．与传统三级低频方波电子镇流器相比，结构简单、所用器
件少、可靠性高．实验结果验证了该方案是可行的．
【５］轴ｍｃｉ８ｃｏ孙ｉ盯Ｆｅ淝ｍ Ｍ丑ｚｔｉｎ，ｃｅｃ‰Ｂ１８ｎｃｏ Ｖｉｅｊｏ．舢矗１ｙｓｉｓ ａｎｄ ｄｅｓｉ弘ｏｆ ８ ｈｉ曲ｐｏｗｅｒ触ｔｏｒ，￥ｉ醇ｅ—ｓｔａｇｅ ｅｌ∽ｔＩｏｎｉｃ ｂａ重１８ｓｔ ｆｏｒ ｌｌ艟一ｉｎ№璐ｉｌｙ出幽ａ辨ｌ捆武Ｊ】。ｌＥｌ强瓢瞄ｏｎ Ｐ洲ｅｒ鞑ｅｅ投城ｅ，２∞３，１８（２）：５５８—５国·
第３２卷第６期
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福州大学学报（自然科学版） ！！！翌型坚垒！坠竺望堕∑！垡！生ｌ些！塑鲤塾ｉ！竺１２
ｖ。１．３２ Ｎ。．６
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文章编号：１０００一２２４３（２００４）０６一０６９４—０４
一种低频方波ＤＣ／ＡＣ变换器及其控制
林国庆１’２，陈大华１，陈和平３
（１．复且大学电光源研究所，上海２００４３３；２．福州大学电气工程与自动化学院，福建福州３５０００２； ３．福建源光亚明电器有限公司，福建福州 ３５０００１）
３参数计算
３．１ 限流电感￡。计算
如图ｌ所示，电感￡。工作予峻界电流模式：
￡～；与华Ｄ瓦
（５）
‘。０
设稳态时灯电流攘低频半髑保持不变，则有：
由式（５）、式（６）褥：
毛＝帮 厶。吾ｉ∞一
（６） （？）
式中：ｐ。为灯功率； Ｋ为灯工作电压；工为高频半桥工作频率． ３．２滤波电容Ｑ
假设在一个开关属辩内灯电漉厶不变，刚囊电感电流‰大予晶时，滤波电容‰充电，充电电流
ｅｄ．Ｔｈｅ ｐｍｐｏｓｅｄ ｂａｌｌ鹏ｔ ｃａＩｌ ｓａｖｅ ａ ｃ∞ｔｒｏｌｌｅｒ，ｔｗｏ们ｔｉｙｅ ｓ’ｌ，ｉｔｃｈ，ｒｅｄｕｃｅ ｓｉｚｅ蛐ｄ ｐ０鹤ｉｂｌｙ ｉｎｃｒｅ船ｅ ｓｙｓｔｅｍ
ｅｌｅｃｔ啪ｉｃ ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ ｏｖｅｒ ａ ｃｏｎｖｅｍｉ彻１８ｌ ｔｈ陀ｅ—ｓ切唔ｅ ｌｏｗ—ｆｔｅｑｕ％ｃｙ ｓｑｕａ弛一啪Ｖｅ
万方数据
６粥
摇楚大学学报≤蛊然科学舨）
第３２卷
零电流处邂器
ＶＭ，驱动
ＬＡ｛６竺
灯
信 号
采
集
ＬＢ ｌ
跺磊驱臻
嘲驱动 蹦驱动
图３控制电路图 Ｆｉｇ．３ Ｇ帆｜ｒｏｌ ｃｉｒ蕊ｔ ｄｉ艇碍ｍ
低频方渡发生器为一产生低频互补信号的脉冲发生电路，可由礞２１５ｌ集成电路外加ห้องสมุดไป่ตู้Ｃ电路实现，低频 驱动脉冲占空比为５０％，其工作频率即为Ｄ（：，Ａｃ变换器输出方波信号的频率，通常在１００和５００地之间．
２）ｔ。。ｔ：．＃，时，肼。关断，电感厶通过删．、陇：体内二极管鼢。，向负载释放能堂，电感‰豫
端电压为圪。＝一狐，电感电流线性减少：
‘ｋ（ｔ）＝ｆ‰。一≠（ｔ—ｔｔ）
（２）
到＃＝￡：时，记（＃：）耋０，（｜ｏ．；：）阶数存储在电感￡。审的能量在此阶段全部转移爨受载。电感王俸
在临界电流模式，ｔ。之后又重复上一个周期工作．