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数字式的金卤灯电子镇流器研究与设计

作　者: 程磊
导　师: 吕广强
学　校: 南京理工大学
专　业: 电力电子及电力传动
关键词: 金属卤化物灯 电子镇流器 功率因数校正 数字控制
分类号: TM923.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


由于全球不可再生能源逐渐短缺,节约能源已经成为全球工业发展的不可忽视的一项工程。金卤灯(金属卤化物灯)由于其显色性优秀、高光效、使用寿命长久等特点在照明领域中占据了重要的地位。因此,近年来金卤灯电子镇流器的研发也成为了热点。电子镇流器由于其节能、高效等优点将成为市场主流。本文首先分析了目前市场上现有的电感式镇流器和模拟控制的电子镇流器存在的问题,提出数字化电子镇流器的解决方案。根据金卤灯的启动特性和数字控制的需求,主电路选用经典的三级式结构,第一级为有源功率因数校正(APFC)电路,第二级为BUCK功率控制电路,第三级为低频方波全桥逆变电路。再次,根据金卤灯的非线性负阻性的负载特性,设计数字化程序控制流程。采用分段的控制的策略；包括启动过程的软启动方案,减小启动电流；过渡过程的分段恒功率控制；稳态过程中的恒功率控制。运用PI算法,实现从启动到稳态的全程数字化控制。实现电子镇流器和不同金卤灯都能够匹配工作,同时具有异常保护等功能。最后,研制出了70W高PF数字控制的金卤灯电子镇流器样机,并给出了样机的测试数据,验证了本文所采取的设计方案的合理性。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-10
1 绪论  10-18
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 光源分类及发展趋势  10-12
    1.2.1 高强度气体放电灯的分类及特点  12
  1.3 金卤灯特性分析  12-14
    1.3.1 金卤灯物理特性及发光原理  12-13
    1.3.2 金卤灯的电特性  13
    1.3.3 金卤灯启动特性  13-14
  1.4 金卤灯电子镇流器概述  14-16
    1.4.1 电子镇流器的发展现状  14-15
    1.4.2 电子镇流器的发展趋势  15-16
  1.5 论文的主要研究内容  16-18
2 金卤灯电子镇流器的拓扑结构分析  18-22
  2.1 电子镇流器基本原理  18
  2.2 常见电子镇流器拓扑结构  18-20
    2.2.1 两级式拓扑结构  18-19
    2.2.2 三级式拓扑结构  19-20
  2.3 主电路拓扑结构选择  20-22
    2.3.1 功率因数校正电路  20-21
    2.3.2 BUCK电路  21
    2.3.3 全桥逆变电路  21-22
3 功率因数校正电路的分析与设计  22-36
  3.1 功率因数校正  22-23
  3.2 PFC实现的方法  23-25
    3.2.1 无源PFC技术  23-24
    3.2.2 有源PFC技术  24-25
  3.3 有源功率因数校正电路设计  25-33
    3.3.1 功率因数校正的原理  25-27
    3.3.2 功率因数校正电路参数设计  27-31
    3.3.3 功率因数校正电路Pspice仿真  31-33
  3.4 实验结果及波形  33-36
4 恒功率控制电路设计  36-50
  4.1 BUCK电路及恒功率控制  36-40
    4.1.1 BUCK电路工作原理  36-38
    4.1.2 BUCK功率控制电路  38-40
  4.2 BUCK电路参数设计  40-42
    4.2.1 电感参数设计  40-41
    4.2.2 BUCK输出电容选择  41-42
    4.2.3 MOSFET和功率二极管的选择  42
  4.3 数字恒功率算法  42-50
    4.3.1 数字控制器的选择  42-43
    4.3.2 LPC1114控制电路  43-44
    4.3.3 数字控制算法  44-50
5 全桥逆变、点火电路及EMI电路设计  50-60
  5.1 逆变电路设计  50-52
    5.1.1 典型的逆变电路拓扑  50-51
    5.1.2 全桥逆变电路设计  51-52
  5.2 点火电路设计  52-56
    5.2.1 LC谐振点火电路  52-54
    5.2.2 脉冲点火电路  54-56
  5.3 EMI研究与设计  56-60
    5.3.1 EMI电路设计  56-57
    5.3.2 EMI对高频信号的滤波仿真  57-60
6 测试结果及分析  60-68
  6.1 样机设计及参数测试  60-62
    6.1.1 PCB设计  60-61
    6.1.2 样机制作  61
    6.1.3 样机工作效果  61-62
  6.2 主电路工作性能测试  62-64
    6.2.1 BUCK电路参数测试  62
    6.2.2 逆变电路测试  62-63
    6.2.3 金卤灯工作波形测试  63
    6.2.4 EMI传导测试  63-64
  6.3 系统性能指标测试  64-68
7 总结  68-70
致谢  70-72
参考文献  72-76
附录  76

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电气化、电能应用 > 电气照明 > 附件 > 镇流器
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