采用PM4020H設計的（HID）或高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器:

采用大電流推拉電路，可以驅動半橋和全橋電路。橋路輸出采用低頻交流，PM4020H內置分頻器將單端驅動的頻率到195Hz的低頻，因此消除了聲共振

PM4020H控制器
HPM4020H集成了控制和驅動HIDL所有的功能需要，它適用于金屬鹵素燈（如汽車大燈、放映機燈等）、高壓汞燈和高壓鈉燈等高強度放電燈控制器的驅動和控制。它包含一個完全的電流模式脈寬調制器、一個燈功率調節(jié)器、燈溫補償器和所有故障保護。
HPM4020H的結構和功能如圖1所示。采用大電流推拉電路，可以驅動半橋和全橋電路。橋路輸出采用低頻交流，PM4020H內置分頻器將單端驅動的頻率到195Hz的低頻，因此消除了聲共振。聲共振是HIDL在高頻電源供電時出現(xiàn)的放電電弧不穩(wěn)的現(xiàn)象，其機理是燈管內壓力波的脈動從管內壁反射回來，如果與高頻電流的脈動成分相位相同，則形成駐波，產(chǎn)生聲共振，輕則燈光抖動，重則燒毀燈管和鎮(zhèn)流器。

控制器的輸出采用全橋逆變器。逆變器工作在195Hz的低頻，燈的平均電壓為零。橋路的驅動由腳QOUT和QOUT輸出，它們均以50％的占空比工作，相差180°。采用IR2112驅動高端和低端的MOSFET管。這樣的方法成本較貴，也可以低端直接驅動，高端采用一個高壓晶體管、一個上拉電阻以及正確的相位。下面是詳細的電路圖。圖2：

驅動模塊PM4020H和PM4060H由電子制作網(wǎng)提供如下圖：PM4020H /30元  PM4060H /35元。上面發(fā)布的技術資料是初試版本！完整的參考資料我們經(jīng)過整理繼續(xù)發(fā)表在電子制作網(wǎng)上。

太陽:

摘要：介紹了一種低電壓供電且以MC68HC908QT2廉價單片機控制和可變頻率驅動技術為核心的太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器。該電子鎮(zhèn)流器有電流電壓控制環(huán)，在雙環(huán)控制下使其輸出恒功率，從而使高壓鈉燈可靠穩(wěn)定地工作。

關鍵詞：太陽能；電子鎮(zhèn)流器；高壓鈉燈；聲共振；可變頻率

0    引言

    當前國家電力的大額缺口，整個世界范圍能源的緊張，以及自然環(huán)境的不斷惡化，使我們不得不更多地從高效、有效節(jié)能、綠色環(huán)保等多方面考慮電氣產(chǎn)品的設計，同樣，在尋找可靠的輔助能源的同時，更要注意其“綠色”的意義。本太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器正是以此為出發(fā)點。高壓放電（HID——High Indensity Discharge)燈通常指汞燈(Mercury Vapor)、高壓鈉燈(High Pressure Sodium Lamp)、金屬鹵化物燈(Metal Halide)等。它們的發(fā)光效率遠比白熾燈高，按光電轉換率上限的值排序，白熾燈、汞燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈分別為25lm/W、60lm/W、120lm/W、140lm/W。汞燈因其光色中的蘭光較重，已逐漸被光色質量好，發(fā)光效率更高的高壓鈉燈和金屬鹵化物燈取代，因此，HID燈亦即高壓鈉燈和金屬鹵化物燈的泛稱。高壓鈉燈是繼白熾燈、高壓汞燈之后的第三代代表性節(jié)能新光源[2]，可廣泛用于道路、碼頭、鐵路、機場、礦山、廠房、車庫、廣場、體育館等大面積室外的照明。

    然而，傳統(tǒng)的電感式高壓鈉燈鎮(zhèn)流器存在許多缺陷：

    1）體積大、笨重、消耗大量銅材和硅鋼片；

    2）功率因數(shù)偏低、電能利用率低；

    3）存在工頻閃爍,發(fā)光效率低，燈光通量隨電網(wǎng)電壓波動而變化。

    現(xiàn)今，電子式的高壓鈉燈高頻鎮(zhèn)流器通常由市電供電，電路設計的結構一般是EMI濾波→整流→APFC→逆變→啟動→燈，雖然，它具有體積小、節(jié)能、高光效、無頻閃、長壽命的卓越性能，而越來越受到人們青睞，但是，卻要消耗電網(wǎng)的電能，增加電網(wǎng)的負荷。而采用太陽能獨立供電的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的的結構，卻是太陽電池(蓄電池)→逆變→升壓→啟動→燈，電子鎮(zhèn)流器體積將進一步減小，成本也會降低，將給其錦上添花，達到真正意義上的“綠色設計”，其白天將太陽能儲存在蓄電池中，晚上可以定時工作，施工安裝方便，基本無須維護。

1    太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的特點和技術要求

    由于高壓鈉燈的結構及其原理與熒光燈并不完全相同，用普通熒光燈交流電子鎮(zhèn)流器即使去點燃同樣的功率的高壓鈉燈也不適合，所以，高壓鈉燈對鎮(zhèn)流器的要求是很高的，要制作高品質的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器還是比較困難的。眾所周知，高壓鈉燈是在高頻電流下點燃的氣體放電燈，會產(chǎn)生放電管聲共振現(xiàn)象，這是由燈管內壓力波的脈動從管內壁反射回來，若與燈高頻電流的脈動成分相位相同，形成駐波，即產(chǎn)生聲共振[2]，其表現(xiàn)為：

    1）電弧管體內有音頻噪聲；

    2）電弧管內電弧發(fā)生閃爍、扭曲、翻滾等現(xiàn)象，同時燈電壓不穩(wěn)定，嚴重時將會發(fā)生熄弧或使燈損壞。

    因高壓鈉燈的電弧管細長呈圓柱形，電弧易穩(wěn)定，試驗表明在8～150kHz率之外基本上可以避免聲共振和電弧的不穩(wěn)定現(xiàn)象。低頻方波點燈將會降低燈的光效，頻率太高會有射(高)頻干擾，并且對燈的引線長度有限制（限制在2m內），所以，可以在適當?shù)母哳l下，采用可變頻率技術，來消除聲共振。

    根據(jù)對高強度氣體放電燈高頻變換器技術的研究，結合高壓鈉燈的工作特性，歸納高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的主要技術要求如下：

    1）能提供3～5kV電壓（比熒光燈高3～5倍），且脈沖寬度≤2μs，具有足夠能量的高頻高壓來觸發(fā)啟動，完成湯姆遜放電（離子放電）→過渡放電→輝光放電→弧光放電的啟動過程；

    2）具有較強的非線性負載適應性，特別是觸發(fā)啟動瞬間，高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器相當于輸出短路狀態(tài)，具備恒功率或恒電流控制能力，保證電弧管體內放電電弧穩(wěn)定，避免光通量閃爍；

    3）能消除聲共振，避免放電電弧出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，而使燈光抖動或燒毀；

    4）高頻逆變電路具有較強的抗電磁干擾能力，其功率因數(shù)高、功率高、可靠性高、成本低、可實現(xiàn)短路、開路、過壓、過流、過熱的保護，能在戶外長期工作，且使用壽命長[1]。

2    太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的設計原理及控制方法

    市電供電的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器本質上是AC/DC/AC高頻變換器，而太陽能獨立供電的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器是蓄電池供電，電路結構簡潔，本質上是DC/AC高頻變換器，其電路框圖如圖1所示。白天將太陽能儲存在蓄電池中，晚上可以通過檢測電池板電壓來定時啟動。將蓄電池中低壓直流電壓通過逆變電路變成高頻電壓，再通過高頻升壓變壓器后供給高壓鈉燈。電壓檢測為檢測電池板的電壓，電流檢測是為構成電流環(huán)。啟動電路是為高壓鈉燈提供3～5kV、脈沖寬度≤2μs的瞬間高壓來觸發(fā)高壓鈉燈。由于氣體放電燈具有負阻特性，而在高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器電路控制下變?yōu)檎杼匦裕哳l電流狀態(tài)下相對工頻提高約15％的電光轉換率[2]，其中控制保護電路是電子鎮(zhèn)流器的核心，綜合考慮降低成本等因素，決定采用半橋逆變電路。輔助電源部分是為部分芯片提供工作電源用。通過采樣蓄電池的電壓達到對系統(tǒng)過壓和欠壓，過熱的保護。

2.1    逆變電路及啟動電路

    逆變電路及啟動電路是該電子鎮(zhèn)流器的重要部分，如圖2所示。其原理是：當檢測到太陽能板電壓低于一個定值時即視為晚間，此時控制保護電路驅動V₂，同時產(chǎn)生啟動信號觸發(fā)晶閘管（SCR），使C₁₀通過N₄迅速放電，從而使N₃同名端處產(chǎn)生3～5kV的瞬間高壓來啟動高壓鈉燈(N₃=20×N₄)；隨后控制保護電路輸出一對互差180°的PWM波（有1.5μs的死區(qū)）驅動半橋，使其輸出高頻PWM波，再經(jīng)由高頻升壓變壓器T₁的N₁耦合到N₂，使高頻PWM波在T₁的N₂、C₁₁、T₂的N₃、高壓鈉燈、L₃的N₇回路產(chǎn)生諧振，并形成高頻正弦波電壓電流，使高壓鈉燈工作在高光效的弧光放電狀態(tài)。采樣D處電壓實為燈電流在N6上感生的電壓，以此對高壓鈉燈電流進行監(jiān)控，構成電流環(huán)，由于蓄電池相當于一個恒壓源，所以，對電壓的控制也可使高壓鈉燈工作在恒功率狀態(tài)，保證電弧管內放電電弧穩(wěn)定，避免光通量閃爍。E處電壓為判斷高壓鈉燈正常工作（也是燈檢測信號）并封鎖啟動信號，如果啟動失敗則再通過R16、C10充電等待控制器約3min的延時結束（實為待燈冷卻下來，因為，高壓鈉燈在熱狀態(tài)下啟動要幾十kV甚至幾百kV的高壓）進行再次觸發(fā)。

2.3    控制保護電路分析

    控制保護電路如圖3所示，是該電子鎮(zhèn)流器的核心部分。其原理是：單片機通過檢測太陽能電池板輸出電壓值，來判定是否晚間，也通過檢測蓄電池電壓來判定其是否過放或過充，如過放則封鎖V₂和V₃，如過充則斷開電池板停止向蓄電池充電；同樣通過對燈電流的檢測來對燈的輸出功率進行控制；燈檢測是判斷燈是否損壞，如損壞則關閉半橋，無輸出電壓，系統(tǒng)處于低的功耗狀態(tài)，也保護了維護人員；可變頻率驅動電路在消除高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器中的聲頻共振現(xiàn)象時得到了很好的應用，是一種簡單實用的新型技術，其驅動時的燈電壓電流示意波形如圖4所示。在半橋驅動電路中，通過單片機輸出一個低頻信號，約2kHz，使功率器件以其占空比的變化改變PWM電路的輸出平均電壓，這將導致一個低頻信號瞬間疊加在高頻開關頻率上，從而改變電子鎮(zhèn)流器中串聯(lián)諧振LC電路的工作電壓，此時隨著低頻信號的波動，燈端電流的幅值也是按照調制信號的低頻周期不斷地變化，因為，頻率不是固定在一點上，所以，就不會在固定的頻率上形成駐波而產(chǎn)生聲共振，另外，該頻率的變化是瞬間的，對功率并沒有什么影響，并且能夠實現(xiàn)高壓鈉燈的恒功率運行。

圖4    可變頻率驅動時的燈電壓電流波形

3    高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器試驗研究

    根據(jù)以上的設計思路，進行了400W太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器試驗研究。采用24V的蓄電池組供電，將24V升到穩(wěn)定的400V直流電壓供給高壓鈉燈。其啟動電壓為4.1kV，如圖5所示。其正常工作時燈兩端的電壓為105V，電流4.4A，如圖6所示（通道1為電流，通道2為電壓）。

圖5    啟動電壓波形

4    結語

    對400W太陽能高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的設計研究，采用了可變頻率驅動對高壓鈉燈聲共振現(xiàn)象進行有效的抑制，以及對其進行恒功率控制，從而使高壓鈉燈能夠穩(wěn)定可靠地工作，達到了相關技術要求。不足之處是體積較大，如將部分元件改用貼片式，則可以進一步減小體積。