式中ω=2πf

對于交流等效電源來說,整個負載電路的復阻抗為：

相角為：

3 控制電路設計

設計的EB用Boost變換器采用由555定時器芯片與運算放大器組成的控制電路。圖6a示出Boost變換器控制電路中的555定時器時鐘電路。它能在555的腳3輸出固定頻率、固定占空比的方波。圖6b示出Boost變換器控制電路中的555定時器PWM電路。它能根據(jù)腳2的時鐘輸入電壓和腳5的調(diào)制輸入電壓在腳3輸出PWM波形。Boost變換器的輸出采用由集成運算放大器構(gòu)成的PI調(diào)節(jié)器。以進行閉環(huán)控制。

半橋逆變器則采用單片機進行數(shù)字控制。單片機通過檢測Boost輸出直流電流來穩(wěn)定輸入功率和判斷輸出端是否短路,通過檢測燈電壓,控制啟動點燈頻率變化和判斷輸出端是否開路。通過檢測半橋逆變器的輸入電流,對燈功率進行閉環(huán)控制。單片機輸出的5V方波信號經(jīng)過驅(qū)動電路后,驅(qū)動半橋功率開關管。

4 負載匹配網(wǎng)絡仿真分析

55W歐司朗低壓鈉燈LCC諧振變換器的設計要求是啟動電壓大于800V,方波峰峰值為350V,工作頻率大于20kHz,額定燈功率為55W。應用PSPICE對負載匹配無源網(wǎng)絡進行仿真,仿真電路參數(shù)：L=830μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。燈穩(wěn)態(tài)工作的等效電阻設為220Ω,燈啟動前的等效電阻設為40kΩ。圖7示出仿真得到的燈電壓uL與工作頻率?z的關系。它包括燈啟動電壓和穩(wěn)態(tài)工作電壓。燈啟動電壓為800V時對應的fz=125kHz;燈穩(wěn)態(tài)工作點電壓為110V時對應的?z=40kHz。

5 實驗結(jié)果

由上述設計成功地制成了實驗室樣機。所用燈泡為歐司朗55W低壓鈉燈,參考電參數(shù)：燈電壓為110V,燈電流為0.5A,點燈電壓為800V,L=820μH,Cs=220nF,Cp=2.2nF。圖8示出單片機的程序流程圖。

圖9a示出燈啟動過程中燈兩端電壓uL和燈電流iL的實驗波形?？梢?滑頻階段燈電壓的上升過程和燈點亮后的電壓迅速下降。圖9b示出燈穩(wěn)態(tài)工作時uL和iL的實驗波形?？梢?在高頻時,兩者的波形接近正弦波,但因工作點頻率在串聯(lián)負載諧振頻率的右側(cè),所以與標準正弦波有些差異。圖9c示出實測的低壓鈉燈動態(tài)伏-安特性?？梢?高頻時,低壓鈉燈在高頻工作時接近阻性。

6 結(jié)論

設計了110V直流供電55W數(shù)字化低壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器,應用Boost變換器和半橋LCC逆變電路作為鎮(zhèn)流器的主電路拓撲,設計了采用NE555和運算放大器的Boost變換器控制電路和采用單片機的半橋逆變控制電路。對負載匹配無源網(wǎng)絡參數(shù)進行了仿真分析,對電子鎮(zhèn)流器進行了試驗研究。仿真和試驗結(jié)果均證明該電子鎮(zhèn)流器能夠?qū)崿F(xiàn)燈的可靠啟動,以及保護功能和輸出恒功率功能。