【正文】 流器工作于 350kHz甚至更高頻率以上 ，此時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)聲共振現(xiàn)象，但這樣的電路設(shè)計(jì)由于 EMI及開(kāi)關(guān)損耗問(wèn)題將變得十分困難。 (5)高頻方波驅(qū)動(dòng) HID氣體燈，對(duì)于理想 的方波驅(qū)動(dòng)，燈管功率變化十分迅速，不會(huì)對(duì)電弧產(chǎn)生干擾，從而抑制了聲共振，但要獲得理想的高效高頻方波是十分困難的。 (6)利用聲共振檢測(cè)反饋網(wǎng)絡(luò)調(diào)制開(kāi)關(guān)頻率，當(dāng)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)聲共振時(shí)，改變燈管的運(yùn)行頻率，直至燈管運(yùn)行在一個(gè)聲共振譜上的安靜區(qū)域，但檢測(cè)的快速性與有效性還有待解決。 上述幾種方案中，本設(shè)計(jì)采用的是 200Hz低頻方波驅(qū)動(dòng)電路。 第三節(jié) 總諧波失真（ THD）簡(jiǎn)介 總諧波失真是指用信號(hào)源輸入時(shí)，輸出信號(hào)比輸入信號(hào)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，它通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。所有附加諧波電平之和稱為總諧波失真。一般說(shuō)來(lái)， 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(biāo)。但總諧波失真與頻率有關(guān)，必須在 2020220Hz的全音頻范圍內(nèi)測(cè)出?？傊C波失真表明功放工作時(shí)，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(shí)際輸入信號(hào)疊加，在輸出端輸出的信號(hào)就不單純是與輸入信號(hào)完全相同的成分，而是包括了諧波成分的信號(hào)，這些多余出來(lái)的諧波成分與實(shí)際輸入信號(hào)的對(duì)比，用百分比來(lái)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(guò)程中，由于會(huì)產(chǎn)生諧振現(xiàn)象而導(dǎo)致音箱重放聲音時(shí)出現(xiàn)失真。盡管音箱中只有 基頻 信號(hào)才是聲音的原始信號(hào)，但由于不可避免地會(huì)出現(xiàn)諧振現(xiàn)象（在原始聲波的基礎(chǔ)上生成二次、三次甚至多次諧波），這樣在聲音信號(hào)中不再只有基頻信號(hào)，而是還包括由諧波及其倍頻成分，這些倍頻信號(hào)將導(dǎo)致音箱 放音時(shí)產(chǎn)生失真。對(duì)于普通音箱允許一定諧波信號(hào)成分存在，但必須是以對(duì)聲音基頻信號(hào)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(hào)源輸入時(shí)，輸出信號(hào)（諧波及其倍頻成分）比輸入信號(hào)多出的額外諧波成分，通常用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。一般說(shuō)來(lái)， 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(biāo)。所以測(cè)試總諧波失真時(shí)，是發(fā)出 1000Hz的聲音來(lái)檢測(cè)，這一個(gè)值越小越好。 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 12 THD(total harmonic distortion，總諧波失真 )：是聲音設(shè)備產(chǎn)生的 (通常是不受歡迎的 )諧波的水平。一般來(lái)說(shuō)，高質(zhì)量設(shè)備的 THD值很低 (低于 %)，但也有例外。很多電子管設(shè)備的 THD非常高，但晶體管設(shè)備必須具有較低的 THD，因?yàn)樗鼈兌嘤嗟闹C波會(huì)使聲音聽(tīng)起來(lái)很不舒服。 二、 總諧波失真分類 諧波失真指音頻信號(hào)源通過(guò)功率放大器時(shí)，由于非線性元件所引起的輸出信號(hào)比輸入信號(hào)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(lái)信號(hào)有效值的百分比來(lái)表示。例如，一個(gè)放大器在輸出 10V的 1000Hz時(shí)又加上 Lv的 2022Hz，這時(shí)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(shuō)來(lái)， 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(biāo)。但總諧波失真與頻率有關(guān)，因此美國(guó)聯(lián)邦貿(mào)易委員會(huì)于 1974年規(guī)定，總諧波失真必須在 20～20220Hz的全音頻范圍內(nèi)測(cè)出。國(guó)際電工委員會(huì)規(guī)定的總諧波失真的最低要求為：前級(jí)放大器為 ％，合并放大器小于等于 ％，但實(shí)際上都可做到 ％以下 。 本 設(shè)計(jì)要求： 低總諧波：主動(dòng)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(zhǎng)燈管壽命，避免音頻共振（ Acoustic Resonance），不會(huì)產(chǎn)生色漂移（ Coler Shifting） 。 第四節(jié) 功率因數(shù)提高問(wèn)題 在感性負(fù)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(gè)波形峰值則分隔越大。功率因數(shù)是交流電路的重要技術(shù)數(shù)據(jù)之一。功率因數(shù)的高低，對(duì)于電氣設(shè)備的利用率和分析、研究 電能消耗等問(wèn)題都有十分重要的意義。 功率因數(shù) 的大小與電路的負(fù)荷性質(zhì)有關(guān)， 如白熾燈泡、電阻爐等電阻負(fù)荷的功率因數(shù)為 1，一般具有電感或電容性負(fù)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(gè)重要的技術(shù)數(shù)據(jù)。功率因數(shù)是衡量電氣設(shè)備效率高低的一個(gè)系數(shù) [7]。功率因數(shù)低，說(shuō)明電路用于交變磁場(chǎng)轉(zhuǎn)換的無(wú)功功率大， 從而降低了設(shè)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(hào) 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(wú)功功率（ Kvar)， S視在功率（ KVA) 功率因數(shù)過(guò)低，就要用較大的電流來(lái)保障用電器正常工作，與此同時(shí)輸電線路上輸電電流增大，從而導(dǎo)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(nèi)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(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 13 輸電線路和電源內(nèi)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(jìn)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(shè)備的潛力。 提高功率因數(shù)的意義 ： （ 1)、 提高用電質(zhì)量，改善設(shè)備運(yùn)行條件，可保證設(shè)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(fèi)開(kāi)支。 （ 3)、 能提高企業(yè)用電設(shè)備的利用率，充分發(fā)揮企業(yè)的設(shè)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(yán)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(gè)問(wèn)題的技 術(shù)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(dǎo)通角，抑制電源電流的波形畸變，提高線功率因數(shù)。 PFC技術(shù)分無(wú)源 PFC(簡(jiǎn)稱 PPFC)和有源 PFC(簡(jiǎn)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(yīng)用 [6]。 第三章 系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì) 如圖 5所示為電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)，在整個(gè)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(jié)構(gòu) 第一節(jié) 控制電路的選擇 電子鎮(zhèn)流器的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，根據(jù) HID燈的特性而設(shè)計(jì)的為燈提供滿足燈的啟動(dòng)和持續(xù)工作的電壓的開(kāi)關(guān)電源。 河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 14 一、開(kāi)關(guān)電源控制集成電路芯片選擇 隨著半導(dǎo)體技術(shù)的高速發(fā)展，適應(yīng)各類開(kāi)關(guān)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(lái)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(diào)節(jié)時(shí)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(kāi)關(guān)變集成控制芯片和軟件開(kāi)關(guān)變換集成控制芯片。 而 PWM集成控制芯片按照調(diào)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(shè)計(jì)使用的集成控制芯片是單端輸出電流型脈寬調(diào)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(nèi)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(kāi)關(guān)晶體管串 聯(lián)的電流取樣電阻兩端的尖峰電壓達(dá)到 1V，其間內(nèi)部的推拉輸出級(jí)就中止輸出，高頻開(kāi)關(guān)晶體管立即關(guān)斷，因此可自然形成逐脈沖限流。推拉輸出級(jí)可以直接驅(qū)動(dòng) N溝道 MOSFET和雙極型晶體管，該芯片最高工作頻率可達(dá) 500kHz，啟動(dòng)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(nèi)部結(jié)構(gòu)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(dǎo)通門限電壓為 16V，關(guān)斷門限電壓為 10V，滯后電壓為 6V。在工作過(guò)程中，電源電壓低于關(guān)斷門限電壓時(shí)，欠壓封鎖比較器使輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)關(guān)斷。當(dāng)電源電壓升高到導(dǎo)通門限電壓時(shí)，欠壓封鎖比較器有使輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)恢復(fù)。滯后電壓的作用是防止電源電壓在關(guān)斷電壓附近時(shí)，比較器反復(fù)導(dǎo)通和關(guān)斷。在欠壓封鎖期間，驅(qū)動(dòng)級(jí)輸出低電平，驅(qū)動(dòng)極的灌電流約為 1mH，可使功率 MOSFET管維持關(guān)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(zhǔn)電壓通過(guò)定時(shí)電阻 RT 對(duì)定時(shí)電容 CT充電。定時(shí)電容 CT通過(guò)器件內(nèi)部的電流源放電。當(dāng)選擇振蕩元件 RT 、CT 時(shí)，應(yīng)該首先確定 PWM控制器所需的死區(qū)時(shí)間 td，在最佳工作狀態(tài)下， td應(yīng)該為振蕩周期的 15%。死區(qū)時(shí)間 td與 CT的關(guān)系如圖所示。死區(qū)時(shí)間確定后，即可根據(jù)曲線選擇定時(shí)電容 CT的容量。根據(jù)選定的電容和振蕩頻率，定時(shí)電阻 RT也可根據(jù)下式計(jì)算 : fosc(kHz)=[RT（ kΩ ） CT (μ F)] 在 UC3844中，振蕩器輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，從而輸出雙路驅(qū)動(dòng)信號(hào)，輸出脈河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 15 沖最大占空比為 50%，因此振蕩器的振蕩頻率應(yīng)該為所需開(kāi)關(guān)頻率的兩倍。 推拉輸出級(jí) UC3844的推拉輸出級(jí)驅(qū)動(dòng) MOSFET時(shí)，峰值電流可達(dá) 177。 1A，在驅(qū) 動(dòng)雙極型功率晶體管時(shí)，平均電流可達(dá) 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(duì)電子鎮(zhèn)流器而設(shè)計(jì)的有源功率因數(shù)控制器，同時(shí)也可以運(yùn)用于 ACDC 適配器。 L6561是 L6560的增強(qiáng)版本，對(duì)部分電路功能和電氣參數(shù)上進(jìn)行了優(yōu)化和改動(dòng)，強(qiáng)化了過(guò)渡模式（ Transition Mode） PWM控制技術(shù)，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(guò)渡模式 PWM控制技術(shù)，實(shí)際上就是臨界導(dǎo)通模式 PWM控制技術(shù)，即通過(guò)改變開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn) PWM控制。相對(duì)于定額平均電流模式 PWM控制技術(shù)而言，這種方法的控制電路簡(jiǎn)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(yīng)用場(chǎng)合。 L6561內(nèi)部集成了精密基準(zhǔn)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(cè)器、過(guò)壓保護(hù)電路、啟動(dòng)定時(shí)器、圖騰柱式驅(qū)動(dòng)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?qū)λ俣葲](méi)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(shè)計(jì)要求即可。 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(kāi)關(guān)噪聲。最河海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 HID 燈電子鎮(zhèn)流器 16 壞的情況發(fā)生在額定輸入電壓峰值時(shí)，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(fù)擔(dān)，但是會(huì)造成功率因數(shù)和母線電流諧波質(zhì)量下降，在高輸入電壓、輕載情況下尤其明顯。電容量取得過(guò)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(fù)擔(dān)，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(shí)需要綜合考慮直流輸出電壓、過(guò)電壓、輸出功率以及紋波電壓等因素。 功率 MOSFET 選擇功率 MOSFET時(shí)，需要著重考慮 R