采用IRS2573D的250W金鹵燈電子鎮流器電路

摘要： 介紹了采用IRS2573D 的250 W 金鹵燈電子鎮流器電路工作原理與應用。IRS2573D 是IR 公司新近推出的一款HID 燈電子鎮流器用控制集成電路，具有集成度高和控制功能強的特點，是一款專用ASIC 集成電路，可用于不同輸出功率等級HID 燈電子鎮流器的應用場合。利用IRS2573D 構成的HID 燈電子鎮流器具有外圍電路簡單，工作可靠等一系列優點。

1 HID 燈電子鎮流器與有關照明市場

常用HID 燈有金鹵燈、汞燈和鈉燈，它們具有工作效率高和輸出功率大的優點，金鹵燈的發光效率大于100 lm/W,工作壽命可達20 000 h.在金鹵燈的應用場合，金鹵燈內部的工作氣壓高，兩個放電電極之間的間距小，工作時在兩個放電極間距之間直接產生可見光。

今天在許多室外照明應用場合采用HID,HID 燈用電子鎮流器需具備點火、預熱、恒功率控制、功率因數校正和針對燈負載與電子鎮流器異常工作狀態的保護控制功能。在實用中，HID 燈電子鎮流器的設計和控制較熒光燈電子鎮流器的設計要復雜得多。

表1 表示目前市場上常用電光源的市場年復合增長率( CAGR) 對比表，可見HID 燈在家居、商用和工業領域有很好的應用空間，而白熾燈和鹵鎢燈的應用前景不被看好。

表1 2007 ~ 2015 年燈產品的市場年復合增長率( CAGR)

2 HID 燈的工作過程

HID 燈主要有四個工作階段，分別是擊穿、輝光放電、輝光放電轉為電弧放電和電弧放電。

( 1) 擊穿： 在HID 燈點火之前，HID 燈呈開路工作狀態。當外加電壓大于HID 燈的擊穿電壓時，HID 燈內的離子產生雪崩現象，內部氣體發生電離，此時HID 燈電壓迅速下降，但是HID 燈電壓仍大于額定工作電壓，燈內開始有放電電流產生。

( 2) 輝光放電： 在輝光放電期間HID 燈電壓迅速下降，而HID 燈電流迅速上升，輝光放電階段歷時時間非常短，此時HID 燈發出不穩定的微光。

( 3) 輝光放電轉為電弧放電： 輝光放電轉為電弧放電期間是HID 燈的主要溫度加熱階段，在此階段HID 燈電壓小于額定工作電壓，HID 燈電流大于額定工作電流，隨著HID 燈工作溫度的上升，燈電壓逐漸增加，而燈電流將逐漸減小。最終，HID 燈電壓達到它的正常工作電壓( 典型值為100 V 左右) ,燈功率達到它的正常值，這個階段為一短暫過渡階段。

( 4) 電弧放電階段： 進入電弧放電階段后，燈電極之間的電弧趨于穩定，燈進入穩定工作狀態，HID 的燈電流、燈電壓和燈功率工作特性如圖1 所示。

圖1 HID 燈點火、預熱和工作模式下的燈電壓、燈電流和燈功率工作特性

通過電子鎮流器的控制作用，可以滿足HID 燈對預熱、啟動和正常工作的有關技術要求。

3 250 W 金鹵燈電子鎮流器的技術要求

使用時金鹵燈需要一個高達3 ~ 4 kV( 典型值)的點火電壓( 如果金鹵燈處于熱點火工作狀態則點火電壓要大于20 kV) ,而金鹵燈的工作需經歷預熱工作期間的限電流、正常工作時的恒功率輸出控制等控制環節。金鹵燈工作時需嚴格控制燈功率，以確保每只金鹵燈發光顏色和發光亮度的一致性。并且，金鹵燈的驅動電源為低頻交流電壓( 典型低頻交流驅動電壓工作頻率不大于200 Hz) ,以避免金鹵燈工作時的汞遷移和避免產生聲共振的問題，在聲共振的情況下會導致金鹵燈損壞。

對250 W 金鹵燈正常工作時的主要技術要求如下：

( 1) 正常工作時的輸出功率： 250 W;( 2) 正常工作燈電壓： 100 Vrms;( 3) 正常工作燈電流： 2. 5 Arms;( 4) 預熱時間： 不低于2. 0 s;( 5) 燈點火電壓： 4 000 Vpk.

下面介紹采用IRS2573D 的金鹵燈用電子鎮流器有關技術要求和控制方法，并給出了有關電路工作原理圖。

4 250 W 金鹵燈電子鎮流器的電路工作原理

金鹵燈的典型電路工作原理框圖如圖2 所示，圖中的EMI 濾波器以阻斷電子鎮流器工作時產生的噪聲對電網的干擾和電網高頻干擾信號對電子鎮流器正常工作的干擾。全波橋式整流電路用以將交流輸入市電整流輸出為直流電，升電壓輸出有源功率因數校正電路用于實現功率因數校正，并穩定直流輸出母線電壓，降壓輸出Buck 變換器用于控制金鹵燈工作電流，全橋功率輸出級為金鹵燈負載提供驅動功率，完成金鹵燈的點火，并使金鹵燈正常工作。

圖2 金鹵燈電子鎮流器的典型工作原理框圖

在圖2 所示的電路中的Buck 變換器用以控制金鹵燈工作電流和燈功率，同時Buck 變換器也起將升電壓輸出有源功率因數校正電路輸出的直流高電壓變換為適合于金鹵燈工作的下級全橋變換器直流供電電壓，為下級全橋輸出級供電。Buck 變換器工作于電流連續導通工作模式( CCM) 或電流臨界導通工作模式( CRM) ,這取決于燈負載的工作狀態。

圖3 表示Buck 變換級和全橋變換級的電路工作原理框圖，在金鹵燈的預熱期間，一旦完成了金鹵燈的點火，金鹵燈的燈電壓很低，但是金鹵燈的工作電流很大，通過反饋控制回路控制Buck 變換器的導通時間，從而完成對金鹵燈工作電流的控制，在金鹵燈穩定工作期間，通過燈功率反饋回路的控制作用控制Buck 變換器的導通時間( 如圖3 所示乘法器的燈功率輸出信號) ,從而完成對金鹵燈的燈功率控制。在金鹵燈的預熱工作期間，Buck 變換器的電流連續導通工作模式( CCM) 可以允許在Buck 電感不飽和的情況下為金鹵燈提供更大的工作電流。

圖3 Buck 變換級和全橋變換級的電路工作原理框圖