1 引言

　　高強度氣體放電燈，如汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈，在室外照明中已獲得了廣泛的應用。這類燈功率大，發熱量大，所用的鎮流器和觸發器，通常都和燈管分開安裝。但對于功率小，發熱量低，亮度足夠強，且需要鎮流器、觸發器同燈管盡量靠近安裝的應用場合，現行的大功率高強度氣體放電燈及其所用的鎮流器就難以滿足此項要求。

　　本文介紹一種小功率（35W左右）金鹵燈用電子鎮流器的設計方案，其采用有源功率因數校正技術使功率因數接近于1.這大大減小了鎮流器中同線路功率因數有關的損耗。該電子鎮流器工作頻率為44kHz左右，用小型低耗的變壓器構成一種獨特的起動電路，可產生6000V的脈沖電壓，足以點亮金鹵燈。由于整個鎮流器線路簡單，工作效率高，可安裝得緊湊些同金鹵燈構成一體。

　　2 系統設計原理框圖

　　圖1為該電子鎮流器的原理框圖。來自電網的220V/50Hz交流電經過整流和功率因數校正后，變成300V左右的直流電壓，經過DC/AC高頻變換器產生44kHz左右的高頻電壓輸出，同時該直流電壓還供給起動電路，它為金鹵燈及鎮流阻抗提供約6000V的起動脈沖電壓。從DC/AC變換電路輸出的44kHz高頻電壓接到金鹵燈的管腳1，而從起動電路輸出的高壓脈沖接到燈的管腳2.在燈管腳兩端還接著濾波電容C30.控制電路為上述電路提供開關控制信號，溫度監控信號和異常狀態保護信號。

　　圖1：電子鎮流器的原理框圖

　　2.1 功率因數校正電路設計

　　圖2為圖1中功率因數校正電路（PFC）的簡化電路。它對圖1的輸入交流電壓進行整流和調節。該PFC電路包括浪涌電流抑制電路，全波整流橋，濾波電路，扼流電感L1，PFC集成塊（N1），場效應晶體管MOSFET（Q1），輸出濾波和反饋網絡以及由若干個電阻、電容及二極管組成的網絡。該PFC電路把220V/50Hz交流電壓變成DC電壓，其線路輸入功率因數接近于1.橋式整流電路的輸出從X6處接到控制電路，經變換后為其提供12VDC電壓。

　　圖2：功率因數校正電路PFC

　　經濾波后的直流電壓接到扼流電感L1，該電感和Q1（由芯片N1驅動）以及濾波電容C1一起把線路輸入功率因數提高到接近于1.

　　2.2 DC/AC高頻變換電路設計

　　圖3為DC/AC高頻變換電路。該變換電路中采功率因數校正芯片N1，接收來自電阻R3和R4連接點處的反饋信號，電阻R3和R4同電容C2一起組成輸出濾波電路，完成諧波校正。經濾波后的輸出電壓VCC通過端子X2，供給DC/AC變換電路（圖3）。

　　圖3:DC/AC高頻變換電路

　　如果出現過溫或過流，就被相應的部件檢測出，送到控制電路（圖5），使電路中的Q5導通，從而使供到集成塊N1及N2上的15VDC電壓切斷，集成塊N1及N2停止工作，最終使整個系統關閉。

　　2.3 起動電路設計

　　如下圖4所示的是金鹵燈起動電路（也叫觸發脈沖產生電路）。

　　圖4：觸發脈沖產生電路

　　金鹵燈需要用約6000V的窄脈沖來觸發起動。這個脈沖電壓是由升壓變壓器T4來產生的。由電阻R25、電容C28及MOSFETQ4構成充放電電路，電容C28通過T4的引腳3及4到地，直流電壓從端子X4接入，經過R25加到Q4的漏極上。在Q4的柵極未加驅動脈沖時，VCC通過R25對C28充電，充電電路是R25-C28-T4-地。當來自控制電路的驅動脈沖（5個脈沖/秒）經過接口X7加到Q4的柵極時，Q4導通，此時C28經過Q4-T4放電，放電電流在T4中產生的電壓經T4的次級升壓后，加到金鹵燈引線端2使金鹵燈點亮。

　　2.4 控制電路設計

　　電阻R28同變壓器T4的次級繞組相串聯，為檢測燈的過流電流。所檢測出的過電流經接口X8加到控制電路（圖5），在控制電路中形成關斷起動脈沖和關閉鎮流器供電的指令信號。這種過電流有可能是由于電路局部短路或由于金鹵燈的不良狀態所致。

　　圖5：控制電路

　　用集成塊N2，N2中含有一個振蕩器，其頻率由電阻R21，電位器RP1及電容C22來設置。通過調整電位器RP1可把頻率調到44kHz.N2中還產生驅動脈沖，以驅動MOSFET（Q2及Q3）。對Q3的浮點供電是通過二極管V20，電容C23和一個在N2內部的電流泵電路進行的。Q2和Q3以及扼流圈L3組成為一個普通的半橋電路。在扼流線圈L3的兩端，由Q2及Q3交替導通，形成方波電壓，隔直電容C26只允許交流電流通過L3.電容C24和電阻R24串聯組成吸收網絡，以減少開關損耗。而接在直流電壓VCC輸出端上的電容C25，是為濾除由輸入端子X4處接入的起動電路（圖4）所產生的高頻分量。類似地，電容C20及C21并起來，接到電阻R20上為了濾除由降壓電阻R20和集成塊N2內部穩壓二極管所形成的約12VDC電壓中的高頻雜波。Q2及Q3驅動電路中的電阻R22和R23是用來消除芯片N2中可能出現的高頻振蕩。

　　金鹵燈的工作電流是經過扼流電感L3和電容C27提供的。L3和C27一起構成鎮流阻抗。燈工作電流頻率為44kHz.

　　3 控制電路中典型測試點波形

　　控制電路中幾個典型測試點：TP1、TP2、TP3、TP4的波形示于圖6.

　　圖6：控制電路中典型測試點波形圖

　　控制電路所用的12V直流電壓是從接口X6連到PFC電路的DC電壓輸入端。控制輸入信號被加到由四象限比較器N6和N5中的邏輯門A、B、C、D組成的比較器/門電路中。來自起動電路的燈過流信號經過接口X8加進，并通過降壓電阻R50加到四象限比較器N6中。一旦燈電流超過預定值，立即就被檢測出。由N5中的比較器/門輸出信號，使Q5導通，從而把接口X1處的15VDC電壓切斷，使PFC電路中的集成塊N1停止工作。同時觸發器N4也被封閉。由電阻R52和電容C44形成約680ms的關斷延遲。熱敏電阻TM用來檢測鎮流器的溫度，如果過熱就給芯片N6提供信號使之關閉。由電容C42和觸發器N4中的某個電阻構成延時網絡，產生約1秒的延遲時間，這樣在12VDC電壓未升到或者未穩定前，N3不產生起動脈沖。

　　芯片N3是14級二進制計數器/分頻及振蕩器，它為起動電路產生時鐘脈沖，通過接口X7加到起動電路，N3的振蕩頻率調整電路是由電容C45，電阻R54及R55并聯再由C50串起來構成。N3的輸出信號是從計數器的第一個二進制碼中取出的。該二進制碼是頻率為5Hz的方波。如果燈出現過流，或者線路中出現過熱。就從N6和N3的閾門輸出復位信號，使計數電路停止工作。

　　3 結語

　　上述所介紹的小功率金鹵燈電子鎮流器的設計方案，效率高，功耗不到18%，發熱低，電路元器件小，重量輕，大多可裝在印制板上，適合作成模塊。主要的發熱元件如扼流圈，變壓器上都有散熱片。所以整個鎮流器的工作溫升較低，可在50℃的高溫環境下工作，所以，本方案可靠性也比較高。