【正文】 由于 電路 不可避免的振蕩或其他 諧振 產(chǎn)生的二次，三次諧波與實際輸入信號疊加，在輸出端輸出的信號就不單純是與輸入信號完全相同的成分，而是包括了諧波成分的信號，這些多余出來的諧波成分與實際輸入信號的對比，用百分比來表示就稱為總諧波失真。 一、 總諧波失真解析 諧波失真是指 音箱 在工作過程中，由于會產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導致音箱重放聲音時出現(xiàn)失真。盡管音箱中只有 基頻 信號才是聲音的原始信號，但由于不可避免地會出現(xiàn)諧振現(xiàn)象（在原始聲波的基礎上生成二次、三次甚至多次諧波），這樣在聲音信號中不再只有基頻信號，而是還包括由諧波及其倍頻成分，這些倍頻信號將導致音箱放音時產(chǎn)生失真。對于普通音箱允許一定諧波信號成分存在， 但必須是以對聲音基頻信號輸出不產(chǎn)生大的影響為前提條件。 而總諧波失真是指用信號源輸入時，輸出信號（諧波及其倍頻成分）比輸入信號多出的額外諧波成分，通常用百分數(shù)來表示。一般說來， 1000Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標。所以測試總諧波失真時，是發(fā)出 1000Hz的聲音來檢測，這一個值越小越好。 河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 13 THD(total harmonic distortion，總諧波失真 )：是聲音設備產(chǎn)生的 (通常是不受歡迎的 )諧波的水平。一般來說，高質量設備的 THD值很低 (低于 %)，但也有例外。很多電子管設備的 THD非常高，但晶體管設備必須具有較低的 THD，因為它們多余的諧波會使聲音聽起來很不舒服。 二、 總諧波失真分類 諧波失真指音頻信號源通過功率放大器時，由于非線性元件所引起的輸出信號比輸入信號多出的額外諧波成分。諧波失真是由于系統(tǒng)不是完全線性造成的，我們用新增加總諧波成份的均方根與原來信號有效值的百分比來表示。例如，一個放大器在輸出 10V的 1000Hz時又加上 Lv的 2021Hz，這時就有 10％的二次諧波失真。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說來， 1000Hz頻率處的總諧波失真最小，因此不少產(chǎn)品均以該頻率的失真作為它的指標。但總諧波失真與頻率有關，因此美國聯(lián)邦貿易委員會于 1974年規(guī)定，總諧波失真必須在 20～20210Hz的全音頻范圍內測出。國際電工委員會規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級放大器為 ％，合并放大器小于等于 ％，但實際上都可做到 ％以下 。 本設計要求： 低總諧波：主動功因回路， TDH值＜ 10%；工 作頻率（ Working Frequency）：150Hz低頻方波（ Square Wave），不僅可延長燈管壽命，避免音頻共振（ Acoustic Resonance），不會產(chǎn)生色漂移（ Coler Shifting） 。 第四節(jié) 功率因數(shù)提高問題 在感性負載電路中，電流波形峰值在電壓波形峰值之后發(fā)生。兩種波形峰值的分隔可用功率因數(shù)表示。功率因數(shù)越低，兩個波形峰值則分隔越大。功率因數(shù)是交流電路的重要技術數(shù)據(jù)之一。功率因數(shù)的高低，對于電氣設備的利用率和分析、研究電能消耗等問題都有十分重要的意義。 功率因數(shù) 的大小與電路 的負荷性質有關， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負荷的功率因數(shù)為 1，一般具有電感或電容性負載的電路功率因數(shù)都小于 1。功率因數(shù)是電力系統(tǒng)的一個重要的技術數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設備效率高低的一個系數(shù) [7]。功率因數(shù)低，說明電路用于交變磁場轉換的無功功率大， 從而降低了設備的利用率，增加了線路供電損失 。在交流電路中，電壓與電流之間的相位差 (Φ) 的余弦叫做功率因數(shù)，用符號 cosΦ 表示，在數(shù)值上，功率因數(shù)是有功功率和視在功率的比值，即 cosΦ=P/S 其中： P有功功率（ KW） ，Q無功功率（ Kvar)， S視在功率（ KVA) 功率因數(shù)過低，就要用較大的電流來保障用電器正常工作，與此同時輸電線路上輸電電流增大，從而導致線路上焦耳熱損耗增大。另，在輸電線路的電阻上及電源的內組上的電壓降，都與用電器中的電流成正比，增大電流必然增大在河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 14 輸電線路和電源內部的電壓損失。因此，提高用電器的功率因數(shù)，可以減小輸電電流，進而減小了輸電線路上的功率損失。提高功率因數(shù)，可以充分發(fā)揮電力設備的潛力。 提高功率因數(shù)的意義 ： （ 1)、 提高用電質量，改善設備運行條件，可保證設備在正常條件下工作，這就有利于安全生產(chǎn)。 （ 2)、 可節(jié)約電能，降低生產(chǎn)成本，減 少企業(yè)的電費開支。 （ 3)、 能提高企業(yè)用電設備的利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設備潛力。 （ 4)、 可減少線路的功率損失，提高電網(wǎng)輸電效率。 由于橋式整流后大容量濾波電容的存在，交流輸入電流波形出現(xiàn)嚴重畸變，不再是正弦渡，而呈現(xiàn)為幅值很大的尖峰脈沖。這種電流的高次諧波分量很高，致使線路的功率因數(shù)降低到 0． 5～ 0 65，這是人們所不期望的。解決這個問題的技 術措施就是 PFC電路。功率因數(shù)校正 (Power Factor Correction．縮寫為 PFC)電路的基本功能就是增大整流二極管的導通角，抑制電源電流的波形畸變， 提高線功率因數(shù)。 PFC技術分無源 PFC(簡稱 PPFC)和有源 PFC(簡稱APFc)．由于升壓型 APFC電路在一定的輸出功率下可以減小輸出電流，從而減小濾波電容的容值和體積，所以在電子鎮(zhèn)流器中被廣泛應用 [6]。 第三章 系統(tǒng)控制電路的設計 如圖 5所示為電子鎮(zhèn)流器的電路結構，在整個系統(tǒng)中要用到功率因數(shù)校正芯片， PWM控制芯片及核心控制芯片。 圖 5 電子鎮(zhèn)流器電路結構 第一節(jié) 控制電路的選擇 電子鎮(zhèn)流器的實質就是一個開關電源，根據(jù) HID燈的特性而設計的為燈提供滿足燈的啟動和持續(xù)工作的電壓的開關電源。 河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 15 一、開關電源控制集成電路芯片選擇 隨著半導體技術的高速發(fā)展，適應各類開關電源的控制集成電路功能不斷完善，集成化水平不斷提高，外接元件越來越少，集成控制芯片種類很多，大致可劃分為以下幾類方式： （ 1） 按照調節(jié)時間比例的方式可以分為 PFM集成控制芯片和 PWM集成控制芯片； （ 2） 按照輸出脈沖的路數(shù)可以分為單路輸出、雙路輸出和多路輸出集成控制芯片； （ 3） 按照所配合的功率 變換方式，可以分為硬件開關變集成控制芯片和軟件開關變換集成控制芯片。 而 PWM集成控制芯片按照調節(jié)脈沖寬度的方式，可以分為電壓型 PWM集成控制芯片和電流型 PWM集成控制芯片。本設計使用的集成控制芯片是單端輸出電流型脈寬調制控制器UC3844，該 IC所需的外部元件較少，因此可以降低成本。 UC3844芯片內部包括帶滯后的欠壓封鎖電路（ UVLO）、振蕩器（ OSC）、誤差放大器、電流取樣比較器、 PWM鎖存器和推拉輸出電路等。在正常工作中，只要與高頻開關晶體管串聯(lián)的電流取樣電阻兩端的尖峰電壓達到 1V，其間內部的推拉輸 出級就中止輸出，高頻開關晶體管立即關斷，因此可自然形成逐脈沖限流。推拉輸出級可以直接驅動 N溝道 MOSFET和雙極型晶體管，該芯片最高工作頻率可達 500kHz，啟動電流小于 1毫安，輸出脈沖的最大占空比低于 50%，適用用于推挽和橋式直流變換器。 UC3844內部結構概述及外圍參數(shù)的選擇： 欠壓封鎖電路 [7] UC3844的欠壓封鎖導通門限電壓為 16V，關斷門限電壓為 10V，滯后電壓為 6V。在工作過程中，電源電壓低于關斷門限電壓時，欠壓封鎖比較器使輸出驅動信號關斷。當電源電壓升高到導通門限電壓時，欠壓封鎖比較 器有使輸出驅動信號恢復。滯后電壓的作用是防止電源電壓在關斷電壓附近時，比較器反復導通和關斷。在欠壓封鎖期間，驅動級輸出低電平，驅動極的灌電流約為 1mH，可使功率 MOSFET管維持關斷狀態(tài)。 振蕩器 振蕩器外部 RT 、 CT 的接法及其 RT 、 CT 選擇曲線如圖所示。 8腳輸出的 5V基準電壓通過定時電阻 RT 對定時電容 CT充電。定時電容 CT通過器件內部的電流源放電。當選擇振蕩元件 RT 、CT 時，應該首先確定 PWM控制器所需的死區(qū)時間 td，在最佳工作狀態(tài)下， td應該為振蕩周期的 15%。死區(qū)時間 td與 CT的關系如圖 所示。死區(qū)時間確定后，即可根據(jù)曲線選擇定時電容 CT的容量。根據(jù)選定的電容和振蕩頻率，定時電阻 RT也可根據(jù)下式計算 : fosc(kHz)=[RT（ kΩ ） CT (μ F)] 在 UC3844中，振蕩器輸出信號驅動雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，從而輸出雙路驅動信號，輸出脈河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 16 沖最大占空比為 50%，因此振蕩器的振蕩頻率應該為所需開關頻率的兩倍。 推拉輸出級 UC3844的推拉輸出級驅動 MOSFET時，峰值電流可達 177。 1A，在驅動雙極型功率晶體管時，平均電流可達 177。 200Ma。 UC3844外圍連接圖如圖 6所示。 圖 6 UC3844外圍連接圖 二、高功率因數(shù)校正控制器芯片選擇 輸入功率因素矯正電路 (PFC),滿足功率因素要求 ,把 220V/50Hz交流電壓變成 DC電壓 ， L6560是專門針對電子鎮(zhèn)流器而設計的有源功率因數(shù)控制器，同時也可以運用于 ACDC 適配器。 L6561是 L6560的增強版本，對部分電路功能和電氣參數(shù)上進行了優(yōu)化和改動，強化了過渡模式（ Transition Mode） PWM控制技術，使之更適合小功率、變換器中的有源功率因數(shù)校正。所謂過渡模式 PWM控制技術，實際 上就是臨界導通模式 PWM控制技術，即通過改變開關頻率實現(xiàn) PWM控制。相對于定額平均電流模式 PWM控制技術而言，這種方法的控制電路簡單所需外圍元件數(shù)量少，成本大大降低。但由于其峰值電流較高，考慮到元件成本該控制模式只適用于小功率應用場合。 L6561內部集成了精密基準電源、單象限乘法器、誤差放大器、欠電壓鎖定比較器、零電流檢測器、過壓保護電路、啟動定時器、圖騰柱式驅動輸出電路等。 采用 L6561控制的前置變換器的一般方法 [8]（ L6561具體電路如圖 7所示） 輸入整流橋 前置變換器中的輸入整流橋對速度沒有特 別的要求，可以選用普通型整流橋。只要整流二極管的輸入電流電流、最大峰值電壓以及溫度特性滿足設計要求即可。 河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 17 輸入電容 高頻輸入濾波電容 Cin 用于抑制高頻電感紋波電流引發(fā)的開關噪聲。最壞的情況發(fā)生在額定輸入電壓峰值時，高頻紋波電壓最大值通常是最小額定輸入電壓的 1%～ 10%。高頻輸入濾波電容的值并不是越大越好。電容量取得大些，雖然有助于減輕 EMI濾波電路的負擔，但是會造成功率因數(shù)和母線電流諧波質量下降，在高輸入電壓、輕載情況下尤其明顯。電容量取得過小，雖然有助于功率因數(shù)的提高，并減小母線電流的畸變，但是將加重 EMI濾波電路的負擔，而且輸入整流橋的功耗也將增大。 輸出電容 選取輸出電容時需要綜合考慮直流輸出電壓、過電壓、輸出功率以及紋波電壓等因素。 功率 MOSFET 選擇功率 MOSFET時，需要著重考慮 R304，因為 R304決定了功率 MOSFET的導通損耗的大小。由于 L6561工作在過渡模式，因此其開關損耗僅發(fā)生在功率MOSFET關斷的時刻。升壓功率 MOSFET的耐壓則由前置變換器的輸出電壓和過電壓允許值共同決定。 升壓二極管 升壓二極管應選擇快速軟恢復二極管 圖 7 L6561具體電路 三、核心控制芯片 的選擇 當今單片機廠商琳瑯滿目，產(chǎn)品性能各異。針對具體情況，我們應選何種型號呢？首先，我們來弄清兩個概念：集中指令集（ CISC）和精簡指令集（ RISC）。采用 CISC結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分時復用，即所謂馮 .諾伊曼結構。它的指令豐富，功能較強，但取指令和取數(shù)據(jù)不能同時進行，速度受限，價格亦高。采用 RISC結構的單片機數(shù)據(jù)線和指令線分河海大學本科畢業(yè)設計論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器