基于STC12C5410AD單片機控制的恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器
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在高壓觸發(fā)階段， Buck 電路將保持較高的穩(wěn)定空載輸出電壓，以利于點火電路產(chǎn)生高壓脈沖去啟動金鹵燈。由于從系統(tǒng)上電到這個 Buck 空載輸出電壓的建立需要一段時間，因此，需要控制電路檢測 Buck 輸出電壓以免過早點火，當檢測到該電壓低于一限定低電壓值時，控制電路將認為電路故障，并命令系統(tǒng)進入待機狀態(tài)；而當檢測到其大于一設(shè)定高電壓值時，則由單片機控制全橋輸出低頻方波，對金鹵燈進行點火。
由金鹵燈特性曲線可知其點火成功后會進入一個過渡階段。過渡階段可分為兩個階段，第一個階段為低壓維持階段，燈兩端電壓會驟降并維持在一個較低的水平；而在第二個階段，燈兩端電壓開始逐漸升高直至其穩(wěn)態(tài)工作電壓。所以，開始產(chǎn)生全橋驅(qū)動信號后，控制電路將繼續(xù)檢測 Buck 輸出電壓，并當檢測到該電壓小于某一設(shè)定值時，認為金鹵燈點火成功，鎮(zhèn)流器可通過改變?nèi)珮蚬ぷ黝l率來減少其輸出電壓中的脈沖尖峰干擾。當控制電路檢測到 Buck 輸出電壓開始上升至相應(yīng)設(shè)定值時，系統(tǒng)將再次設(shè)定全橋工作頻率為穩(wěn)定工作頻率。
金鹵燈兩端電壓上升并穩(wěn)定至其穩(wěn)態(tài)工作電壓時，電路即進入恒功率運行階段。在這個階段，控制電路將對系統(tǒng)性能參數(shù)進行檢測以保證裝置的穩(wěn)定運行，這主要是對系統(tǒng)溫度以及 Buck 輸出電壓兩個參數(shù)進行檢測。控制電路通過熱敏電阻來檢測系統(tǒng)溫度，若溫度過高，則單片機控制鎮(zhèn)流器將停止工作；只有當系統(tǒng)溫度再次低于一定溫度時，裝置才重新恢復(fù)工作。同樣，控制電路在穩(wěn)態(tài)運行時它將始終保持對 Buck 輸出電壓的檢測，若該電壓發(fā)生異常，則使裝置停止工作并等待檢查。
工作中若出現(xiàn)沒有接金鹵燈或者燈壞等情況，系統(tǒng)會出現(xiàn)不停的點火。另外，當金鹵燈過熱時，其啟動需求電壓會從原來的 3 ～ 5 千伏升至兩萬多伏，此時鎮(zhèn)流器輸出的高壓脈沖不足以點亮金鹵燈，也會出現(xiàn)不斷點火的現(xiàn)象。長時間過高的電壓脈沖對電子鎮(zhèn)流器和燈都有危險。為了保證電路安全，必須避免這種情況的發(fā)生。因此，若點火不成功的話，可判斷電子鎮(zhèn)流器開路、燈出現(xiàn)故障或者燈管過熱。若是燈管過熱，則可延遲一段時間后，等到燈管冷卻下來再進行下一輪的點火，如此點火預(yù)定次數(shù)后，若點火仍不成功，則可判斷電子鎮(zhèn)流器處于開路狀態(tài)或燈出現(xiàn)故障，此時便可通過單片機發(fā)出控制信號使電子鎮(zhèn)流器停止工作以等待維修。
3 硬件控制電路設(shè)計
由前面電子鎮(zhèn)流器控制策略的分析以及控制流程圖所給出的硬件控制電路功能框圖如圖 4 所示，控制芯片選用宏晶 STC 12C 5410AD 單片機來實現(xiàn)信號檢測與電路控制功能。 
STC 12C 5410AD 單片機采用 +5 V 電源，本設(shè)計中利用 Boost APFC 級功率電路中電感的副邊輔助繞組來提供單片機的芯片供電電壓。當鎮(zhèn)流器控制電路檢測到系統(tǒng)運行故障時，它會進入待機狀態(tài)?？刂齐娐穼︽?zhèn)流器運行參數(shù)的檢測是將其轉(zhuǎn)化為電壓采樣信號后通過 STC 12C 5410AD 單片機內(nèi)部 A ／ D 模塊進行 A ／ D 轉(zhuǎn)換后再進行處理。 STC 12C 5410AD 單片機有 8 路 10 位高速 A ／ D 轉(zhuǎn)換通道，速度均可達到 100 kHz(10 萬次／秒 ) ，完全可滿足鎮(zhèn)流器的時序控制要求。本設(shè)計中，鎮(zhèn)流器運行參數(shù)的檢測主要是對工作環(huán)境溫度與 Buck 輸出電壓的檢測，環(huán)境溫度檢測信號通過熱敏電阻分壓獲得， Buck 輸出電壓檢測信號也可通過恒值電阻分壓獲得。另外，由于 STC 12C 5410AD 單片機進行 A ／ D 轉(zhuǎn)換時的參考基準電壓為其芯片供電電壓，所以，為了避免供電電壓產(chǎn)生波動對系統(tǒng)造成影響，必須在 A ／ D 轉(zhuǎn)換前對供電電壓進行檢測，以使 A ／ D 轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)果與實際信號電壓值相一致。
設(shè)計中的全橋電路采用兩個半橋驅(qū)動芯片 IR2103 來為全橋逆變電路中的四個 MOSFET 提供兩路互補方波驅(qū)動信號。 IR2103 為高壓高速大功率 MOS 管及 IGBT 驅(qū)動器，它擁有獨立的高、低參考電平輸出通道，驅(qū)動設(shè)計邏輯十分簡單，易于軟件程序流程設(shè)計，十分適用于低成本的電子鎮(zhèn)流器。每一片 IR2103 可分別驅(qū)動全橋的一對上、下橋臂，其半橋驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)如圖 5 所示。 IR2103 所需的 PWM 控制信號可由 STC 12C 5410AD 單片機提供。 
4 實驗結(jié)果及分析
根據(jù)以上的分析，筆者研制了一種 70 W 三級式恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器，并對其進行了測試以驗證其性能。該電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計要求如下：
輸入范圍： 170 ～ 250 VAC ／ 50 Hz ，工作電壓變化之下，輸出電壓變化小于± 2 ％；
功率因數(shù) PF>0.95 ；
電流總諧波 (THD) 值 15 ％；
輸出功率： 70 ～ 76 W 。
通過采用 FLUKFA34 龜能質(zhì)量分析儀對該鎮(zhèn)流器 ( 進入穩(wěn)態(tài)時 ) 的輸入端進行測量，所得到的輸入電壓為 220 V(AC) ，有功功率為 0.07 kW ，無功功率為 0.01 kVA ，視在功率為 0.07KVAR ，功率因數(shù) PF 為 0.98 ，電流總諧波畸變 THD 為 11.1 ％。當交流輸入電壓在 170VAC ～ 250VAC 之間變化時，經(jīng)作者測試，該金鹵燈的工作電壓基本不變，可滿足設(shè)計要求。
5 結(jié)束語
本文介紹了一種基于單片機控制的恒功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計方案，分析了其硬件結(jié)構(gòu)及軟件程序流程，并依此研制了 70 W 電子鎮(zhèn)流器樣品。測試結(jié)果顯示：這種鎮(zhèn)流器能夠安全有效地驅(qū)動金鹵燈，且成本較低，可靠性高，有著較好的市場前景。
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