- 太陽能低壓鈉燈電子鎮流器研發解決方案
- DC/DC升壓電路的設計與實現
- 高頻鎮流器電路的設計與實現
引言
太陽能作為綠色能源將是國家大力推廣的節能項目，而低壓鈉燈是照明工程節能改造及太陽能照明系統的最佳光源，它以其高光效200lm/W及長壽命，視見分辨率高，對比度好，不受環境溫度影響的優點而被廣泛應用于道路、高架橋、隧道和交叉路口等能見度高和顯色性要求不高的地方。低壓鈉燈還具有不眩目，不會因環境氣體的蝕化作用而產生燈具光學系統過早損壞的現象。過去低壓鈉燈使用的是傳統自耦漏磁電感鎮流器，因自身體積大、重量高，自身損耗大（18%），在工頻供電的條件下，有明顯的頻閃效應，從而影響了低壓鈉燈的光放提高，且其輸出功率隨供電電壓的波動變化較大，嚴重影響燈管的工作壽命，能耗特高等缺點，嚴重制約了低壓鈉燈的廣泛應用。研制高效、環保、體積小、長壽命、性價比高的太陽能低壓鈉燈電子鎮流器已成為大勢所趨。與所有的鎮流器一樣，低壓鈉燈呈現負阻特性。
l 系統控制策略
太陽能低壓鈉燈電子鎮流器是由太陽電池陣列來供電，由于太陽電池陣列具有非線性的電源特性，為保證陣列在任何日照和環境溫度下都將提供相應可能的最大功率輸出，因此，要求鎮流器白天能自動跟蹤最大功率點給蓄電池充電，晚上經光控元件檢測太陽電池電壓和定時器件來決定是否自動點亮低壓鈉燈。
2 DC/DC升壓電路的設計與實現
如圖2所示，DC/DC驅動芯片采用美國硅通公司生產的電壓型PWM控制器SG3525A，SG3525A是一種性能優良，功能齊全，通用性很強的單片集成PWM控制器，該芯片簡單可靠且使用方便靈活，通過外接適當電路，不僅能夠實現PWM控制，還可以完成輸入軟啟動、過載限流、欠壓保護、死區調節等多種功能。
其工作原理為將升壓變壓器的中心抽頭接于正電源，兩路相反的PWM驅動脈沖送至開關管S16、S17的基極，從而控制兩只功率管交替工作，得到的方波交流電壓經變壓器輸出，經電感L16和電容濾波得到360V直流。電流檢測電阻(R41//R42)得到的電壓接到SG3525A的腳10來實現過流保護。R37、R38和R45為電壓采樣，構成電壓負反饋，因而提高了電路的可靠性。SG3525A及控制電路的電源都來自蓄電池，D16為防反接二極管。DC/DC從12V蓄電池電壓升到360V直流電，供后級鎮流電路點燈。
3 高頻鎮流器電路的設計與實現
根據低壓鈉燈的特點，對電子鎮流器有以下要求。
1)給燈的兩電極間提供足夠高的啟動電壓，使燈正常點火(低壓鈉燈的啟動電壓低于1500V)。
2)在低壓鈉燈點火進入穩態工作后，應確保燈能穩定工作，要為燈提供一個大小合適且穩定的工作電流。
電子鎮流器的輸出功率、施加于燈兩端的電壓和燈的實際工作電流必須與配接的燈參數相匹配。
3)必須將電流諧波含量控制在標準規定限定值以內，以防止對電網造成嚴重污染，并獲得高功率因數。
4)必須具備較高的安全性和可靠性。
高頻鎮流器電路采用了集成電路驅動芯片IR2153，它能提供兩路非常干凈的可驅動半橋逆變電路中上下兩個MOSFET功率開關管的信號。這種集成電路(即IC芯片)是自激的，含有類似555定時器的RC振蕩器，其振蕩頻率可由改變外接的RC組件的參數予以調整。此外，集成電路還有許多其它優點，如：便于調光、引入無功耗預熱啟動、增加保護功能等。
低壓鈉燈啟動電路采用了LC串聯諧振變換器，它是一種普遍應用于電子鎮流器的電路拓撲，特別適合在熒光燈、低壓鈉燈等電子鎮流器中使用。它結構簡單，便于設計，可靠性高，可以滿足燈啟動和穩態工作的要求。LC諧振變換器由諧振電感L1、串聯諧振電容C22和并聯諧振電容C24組成，在低壓鈉燈啟動前，由于低壓鈉燈無燈絲，并且電弧管中填充的隋性氣體未氣化，所以燈處于相當高的阻抗狀態，可以認為燈處于開路狀態。在半橋LC諧振變換器中，串聯諧振電容C22，和并聯諧振電容C24共同串聯在一起和諧振電感L1在交流電源驅動下諧振，從而在C24兩端產生高電壓；在穩態工作的半橋LC諧振變換器中，串聯諧振電容C22和諧振電感L1在交流電源驅動下為燈負載供電，提供穩態工作所需的燈端電樂和燈電流，在并聯諧振電容C24中通過很小的旁路電流。
4 實驗結果
在低壓鈉燈電子鎮流器中采用了新型的異常保護電路和短路保護電路。如圖4所示，在不接低壓鈉燈的情況下，在100ms的時間內電源先啟動后關斷，其中通道1為低壓鈉燈電壓波形，通道2為半橋式逆變器芯片供電電源。在低壓鈉燈正常工作時，如燈突然斷開或接觸不良，即燈開路的情況下的波形圖，如圖5所示。同樣半橋式逆變器芯片IR2153供電電源斷開，半橋逆變器停止工作。圖5中通道l為低壓鈉燈正常工作電壓波形，通道2也為半橋式逆變器芯片供電電源。這樣不僅保護了MOSFET功率管不因嚴重發熱而損壞，而且還能在燈開路的情況下使半橋逆變器停止工作，節約電能。
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圖7為低壓鈉燈正常工作電壓、電流波形圖，圖7通道l為其正常工作電壓波形圖，電壓有效值為105V，通道2為其正常工作電流波形圖，電流有效值為O.50A，最大值為0.7A，功率為53W。
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5 結語
55W的太陽能低壓鈉燈電子鎮流器經老化及高低溫實驗表明電路工作穩定，各種保護工作可靠，基本實現恒功率控制。低壓鈉燈可靠穩定的工作，說明達到了相關技術要求，并且啟動電路能多次可靠啟動，結構簡單。
