金属卤化物灯作为一种新型高效光源，传统电感式镇流器已经不能满足其需要。本文介绍了金卤灯的发光原理和启动过程，根据其动态和稳态特性，结合电子镇流器的控制方法，研究采用低频方波工作模式，系统结构由功率因数校正（PFC）电路、DC/ DC 电路、DC/AC 电路、触发器和数字控制器五部分组成。采用数字控制方法，实现镇流器与灯的特性匹配，避免了金卤灯出现的声谐振现象。

【关键词】

金属卤化物灯；电子镇流器；数字控制；声谐振

0 引言

金属卤化物灯作为第三代照明光源， 具有发光效率高、显色性能好、寿命长等特点，广泛应用于大型商场、工业厂房、街道广场、车站等场所的照明。新型、节能、高效的光源需要高效率的镇流器来驱动，传统的电感式镇流器体积大、效率低，不能满足高效的电光源需求，而电子镇流器降低了电路的复杂度，提高了系统的稳定性和可靠性，为金属卤化物灯的发展创造了条件。电子镇流器是指采用电子技术驱动电光源，使之产生所需照明的电子设备。金属卤化物灯如同所有的气体放电灯一样, 在灯的整个寿命期间都需要镇流器加以启动及运行。本文概述了金卤灯的发光原理和启动过程，研究采用低频方波工作模式，设计基于数字控制金属卤化物灯电子镇流器的系统结构，避免了金卤灯的声谐振现象，使镇流器能够与灯启动阶段的负载特性相匹配，能够达到较好的启动效果。

1 金卤灯启动过程

金卤灯启动过程一般可分为上电、点火、过渡、升压和稳态五个过程。电子镇流器只要和金卤灯的启动特性一致，金卤灯才能被点亮。在启动的五个过程中，电子镇流器要采用不同的控制策略，使得灯能够从一个阶段顺利地进入下一个阶段，最后直到稳态过程。

上电过程是在金卤灯点火击穿以前， 灯负载相当于与开路，为了使得点火阶段能够正常，必须要有足够高的开路电压。开路电压通过启动电路供给金卤灯足够高的电压脉冲，从而将灯管击穿。

点火过程是金卤灯在启动时呈现冷的状态， 3-5KV 电压就可以满足要求，但是要实现热启动则需要达到23KV-30KV 电压，电压所产生的脉冲要保持几十微秒，产生的时间越短越好。在高压脉冲的多次激励下，灯才会启动，进入下一过程。

过渡过程是指在启动金卤灯以后，由于灯本身的阻值迅速降低，达到几个欧姆，流过灯的电流只有十几安培，之后能保持灯电弧不熄灭，激励电流是由在上电过程已经充满了足够的电荷电容提供的。

升压过程指当金卤灯的电极经过预热后，加载在灯的电压将缓慢上升，从20V 左右提高到稳态状态，电流将缓慢下降。

稳态过程是经过一段时间后，金卤灯便进入稳态。需要控制好灯的功率，避免功率太低使灯处在不稳定状态影响灯的输出光效，或是功率太高降低灯的寿命从而使灯损坏。

2 电子镇流器控制方法

金属卤化物灯具有光效高、显色性高、长寿命等特点，是典型的高压气体放电灯。因此其具有气体放电灯的负阻特性，要采用镇流器来稳定灯的正常工作。镇流器的作用是保证金卤灯能够稳定工作，同时避免产生了“声谐振”现象。

电子镇流器的基本功能包括两个方面：使灯能够可靠的启动并以尽量短的时间进入弧光放电状态；当灯进入稳态后，使灯工作在恒功率状态。常使用的电子镇流器的控制方法有以下两种 ：恒流控制和恒功率控制。

2.1 恒流控制

恒流控制采样量少只需要采样灯的电流值，可以在模拟电路中串接采样电阻进行电流采样。同时，恒流控制简单容易实现只要运用一个运算放大器组成PI 运算电路，采用灯的等效内阻变化来控制灯的启动阶段。

2.2 恒功率控制

为了解决恒流控制过程中，过功率输出加速灯老化的问题，可采用恒功率控制。恒功率控制需要采样灯的电压值和电流值，利用内部的乘法器进行运算，将运算结果与功率指令值作差，再所得到的功率误差值进行PI 运算。

根据金卤灯的启动过程，结合电压- 电流曲线，利用数字控制的电子镇流器， 采用分段控制的方法。在灯启动的过程中，在不同的阶段采用不同的控制方法。在升压阶段，开始电压比较低，可以有短时间的恒流控制，当电压慢慢升高时，达到一定值时，可以采用变功率控制模式。一旦达到规定值以后，可以采用恒功率控制模式。

3 数控金卤灯电子镇流器的系统结构

金卤灯在高频工作状态时存在“声谐振”效应，会出现弧光的不稳定、色温的变化甚至息弧等现象。发生声谐振现象时，灯光输出发生波动并伴以电流电压起伏， 此时灯电压电流有效值会出现一个低频(5-20Hz) 的波动，将导致灯光闪烁，严重影响了照明效果。为了解决这个问题，本文采用低频方波工作模式和数字控制方法，达到电子镇流器与金卤灯不同阶段的不同负载特性相匹配，使金卤灯能够实现较好的启动效果。

为了获得较高的功率因数，减少输入电流的谐波，PFC 电路采用升压型BOOST DC/DC 变换器，由MC34262 芯片进行控制，将120V 交流电转换为240V 直流电，为DC/DC 电路提供了稳定的输入电压，减少外部电网电压的波动影响。

DC/DC 电路起到恒功率控制作用，主要由BUCK 电路组成，主开关上的损耗可以通过调节电感的参数降低开通电压来有效减少。BUCK 电路采用数字控制模块实现输出的恒流、变功率和恒功率过程， 同时起到开路和短路保护。

4 总结

由于金卤灯在高频工作时存在“声谐振”现象，使灯光输出发生波动并伴以电流电压起伏，出现闪烁现象。电子镇流器能够使灯可靠的启动并以尽量短的时间进入弧光放电状态，当灯进入稳态后，使灯工作在恒功率状态。本文采用数控式电子整流器控制金卤灯，使工作在低频方波状态，设计了具有五部分的系统结构，使金卤灯具有较好的动态和稳态特性，对金卤灯的应用和发展具有重要的意义。

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