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hid燈電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計-資料下載頁

2025-07-28 04:14本頁面
  

【正文】 擴展級溫度范圍? 低壓上電復(fù)位(POR)? 上電延時定時器(PWRT)和振蕩器起振定時器? 帶軟件控制選擇的欠壓檢測(BOD)? 增強型低電流看門狗定時器(WDT),帶有獨立振蕩器,可用軟件啟動? 可編程代碼保護(程序和數(shù)據(jù)分開)? 高耐久性的閃存/EEPROM 存儲單元: 閃存耐寫次數(shù)達100,000 次 EEPROM 耐寫次數(shù)達1,000,000 次 閃存/ 數(shù)據(jù)EEPROM 的數(shù)據(jù)保持期40 年(3)低功耗功能? 待機電流: 1 nA @ ,典型值? 工作電流: @ 32 kHz, ,典型值 100 uA @ 1 MHz, ,典型值? 看門狗定時器電流: 300 nA @ ,典型值(4)外設(shè)功能? 6個具有獨立方向控制功能的I/O 引腳: 高灌/ 拉電流能力,可直接驅(qū)動LED? 模擬比較器模塊,具有: 一個模擬比較器 片上可編程比較器參考電壓(CVREF)模塊 可從外部訪問比較器輸入和輸出圖8 PIC單片機及其外圍元件PIC12F675有PDIP, SOIC, DFNS三種封裝形式,都是8個引腳。本設(shè)計選用貼片的封裝形式減小了體積,其外圍元件連接如圖8所示。第二節(jié) 其他電路模塊的設(shè)計一、電子鎮(zhèn)流器中變壓器的選擇 作為一個高頻開關(guān)電源,對于所組成的元器件有特定的要求,其中磁性元件的選擇和設(shè)計顯然是影響整個電路效率最關(guān)鍵的因素之一。而本設(shè)計中用到比較多的元件之一也是變壓器和電感,本人對這方面的知識也是比較欠缺的。 HID鎮(zhèn)流器中反激變換器工作原理HID燈電子鎮(zhèn)流器中的DC/DC變換大部分采用反激電路來實現(xiàn),如圖9所示。由于第二級的全橋逆變電路工作在400 Hz的低頻狀態(tài)下,反激電路在整個電子鎮(zhèn)流器中起決定性的作用。圖9 DC/DC變換反激電路非連續(xù)導(dǎo)通模式(DCM)下反激電路中變壓器的工作情況,如圖10所示。當開關(guān)管開通時,輸入電壓加在變壓器原邊,原邊電流上升,將能量以磁能 的形式存儲在變壓器磁芯中。當開關(guān)管關(guān)斷時,副邊輸出二極管導(dǎo)通,磁芯中儲存的能量全部傳遞給負載。圖10 DCM 模式下反激變換器的工作原理在HID燈中選擇DCM工作模式是出于如下考慮:電子鎮(zhèn)流器所采用的控制策略是一種恒功率控制,而HID燈在穩(wěn)態(tài)工作時的燈電壓是由其本身的物理性質(zhì)所決定的(一般在85 V左右),因此就是以控制輸出電流的方式來實現(xiàn)對功率的控制。由DCM模式的工作原理可知,在輸人輸出電壓一定的前提下,輸出電流的平均值是與占空比成正比的,所以工作在DCM下的反激變換器可以通過調(diào)整占空比來快速地調(diào)節(jié)輸出電流平均值的大小,進而實現(xiàn)對輸出功率的控制。2 、變壓器的設(shè)計(1) 主要技術(shù)參數(shù)根據(jù)電子鎮(zhèn)流器的實際工作情況,確定其主要技術(shù)參數(shù)為:輸人電壓范圍:175~250 V;正常輸出電壓:Vo=85 V;輸出額定功率:P =35 W。(2) 磁芯的選擇鐵氧體是目前得到廣泛應(yīng)用的磁芯材料,這種材料成本較低,并且在高頻工作條件下?lián)p耗較小。鎮(zhèn)流器中磁性元件保持輸人功率恒定,所以高磁導(dǎo)率可以減少磁性元件和開關(guān)管的高頻損耗,對于電子鎮(zhèn)流器來講,磁性材料的磁導(dǎo)率應(yīng)選在2 000~3 000之間,居里溫度最好在180℃ 以上[11] 。由于本設(shè)計中變壓器的原邊電流有效值較大,需要較粗的線徑及多股并繞,這樣就要求磁芯上有足夠大的切口以供繞線引人/導(dǎo)出、并具備良好的散熱性能。RM 形是一種各方面性能比較適中的磁芯,相比于罐形磁芯,切口更大、更有利于散熱;而相對于EE形磁芯,其線圈被鐵氧體包圍的面積更大,不會產(chǎn)生過大的EMIRFI磁場。在滿足了繞線和絕緣所需窗口面積的基礎(chǔ)上,通過選取較小的磁芯尺寸可以減小變壓器的體積、降低成本、提高功率密度。一般對變壓器磁芯尺寸的估算可以運用面積乘積經(jīng)驗公式[12] ,即:本設(shè)計還必須考慮變壓器的儲能能力。在反激變壓器中,能量主要儲存在氣隙上,在峰值磁密Bmax確定的情況下,變壓器的儲能能力與氣隙體積(即磁芯截面面積A 和氣隙寬度δ的乘積)成正比。但是氣隙過大會產(chǎn)生較大的散磁通,所以確定一組適當?shù)腁 和δ,對于磁芯的選擇來說也是非常重要的。(3) 原、副邊匝數(shù)的確定由DCM模式下反激變換器的工作原理可知,本設(shè)計中變壓器磁芯的磁通曲線工作在第一象限,因此原邊匝數(shù)ⅣD的設(shè)計原則就是:在確保磁通曲線不進人飽和狀態(tài)的前提下,盡可能提高磁芯的利用率。根據(jù)法拉第定律:為保證反激變換器工作在DCM模式,副邊匝數(shù)Ⅳ 。必須滿足:(4 )氣隙的設(shè)計在磁芯中加入氣隙,磁化曲線將向H軸傾斜,使可工作的磁場強度范圍明顯增大,從而提高了變壓器儲存和轉(zhuǎn)遞能量的能力。由于磁芯磁導(dǎo)率u u0 ,磁芯儲存的能量基本全部集中在氣隙所占據(jù)的空間上。因此,對于變壓器氣隙的設(shè)計,就應(yīng)該以變壓器所傳遞能量的大小為依據(jù)。HID燈工作的額定功率為35 w,根據(jù)工作原理,可得反激變換器的輸入功率:。按照80% 的效率,可估算出變壓器原邊的最大電流峰值IPmax,所對應(yīng)的原邊電感為:變壓器中儲存的磁能可表示為:WM =wm .Vg =189。LP I2Omax 式中,氣隙磁能密度和空間體積分別為從而可以計算出所需氣隙的長度。二、RFI和EMI濾波器電路射頻干擾(RFI)從屬于電磁干擾(EMI).目前抑制電磁干擾的主要措施有屏蔽、接地(浮地、單點地和接地網(wǎng))與濾波。由于各種干擾在系統(tǒng)接口處最為嚴重,所以EMI濾波器均插人到系統(tǒng)電源線的接口處。交流電子鎮(zhèn)流器輸入電路RFI和EMI中的EMI濾波器有多種類型,本設(shè)計采用雙Л型。EMI濾波器可以用分離元件,也可以采用專門的EMI濾波器芯片。橋式整流電路將輸入交流變換成直流。模塊電路圖11如所示.圖11 RIF和EMI濾波電路上圖L202為共軛繞制的兩組線圈,共用一套磁芯,~,繞制線圈線徑及磁芯的大小,依據(jù)電子鎮(zhèn)流器的功率大小確定,基本原則是既能滿足抑制EMI共模(CM)干擾信號的要求,同時功耗又不明顯增加[13]。L201采用“I”字形磁柱獨立繞制的線圈,電感量范圍5~15mh,主要用于抑制差模(DM)干擾信號,制作原則同L202。濾波電容C201,~,選用耐壓為交流275V的X2級方形電容?!癤”型“Y”型電容都是安全電容,火線零線間的是X電容,火線與地間的是Y電容,它們用在電源濾波器里,起到電源濾波作用,分別對共模,,當電源電壓為AC220240V 50HZ時選用10D561,電源電壓為AC110120V 60HZ時,選用10D301。三、逆變電路和燈網(wǎng)絡(luò)電子鎮(zhèn)流器逆變電路是一個DCAC變換電路, 電子鎮(zhèn)流器逆變器的基本類型主要有回掃式逆變器,推挽式逆變器,半橋式逆變器和全橋式逆變器等幾種[14]。本設(shè)計中,利用自振蕩IC驅(qū)動MOSFET提供交流電壓驅(qū)動全橋電路輸出,完成直流高壓向交流的變換,通過燈電路網(wǎng)絡(luò)將輸入功率最終傳輸給HID燈管。四、電子鎮(zhèn)流器異常狀態(tài)保護電路異常狀態(tài)為下列幾種情況[15]:一個燈或幾個燈中的一個沒有接入;燈因一個陰極損壞而不能啟動;雖然陰極電路是完整的,但燈不能激活;燈工作,但由一個陰極去激活或出現(xiàn)整流效應(yīng);啟動器開關(guān)短路:電子鎮(zhèn)流器的異常狀態(tài)保護電路包括過流保護、過壓保護、過熱保護電路。本設(shè)計的過流保護措施是在電子鎮(zhèn)流器的輸入電路中串接一個保險絲或保險電阻,在過流條件下會將保險絲或保險電阻熔斷,從而切斷電源。第四章 整機調(diào)試由于電子制作電路板的不確定因素很多,所以任何設(shè)計制作過程必然不會是一帆風(fēng)順的,調(diào)試就成為了一個很關(guān)鍵也很重要的環(huán)節(jié)。在這一個環(huán)節(jié)也是很能鍛煉我們發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力,所以一定要認真對待這一環(huán)節(jié)不可以見到困難就氣餒。本章將介紹一下調(diào)試的步驟及在調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)的問題和解決的辦法。在整個板子的元器件都焊好后,能提前發(fā)現(xiàn)一些明顯的錯誤,將對后面的工作有很大的幫助,節(jié)約了時間和不必要的無用功,但是并不能檢查出所有的問題。焊好板子后最簡單也是最重要的就是檢查一下元器件是否有漏焊的,變壓器是否有方向焊錯的。檢查這兩項后,就給鎮(zhèn)流器上電,HID燈如果亮,我們就將燈點著做測試,每隔一段時間就去測量記錄一些重要的參數(shù)。如果不亮那就進入到調(diào)試階段,調(diào)試的步驟是:首先測TR401這個變壓器是否已經(jīng)損壞,因為供應(yīng)商提供的這個變壓器的銅線非常容易斷,質(zhì)量很差也許在安裝時它就不知不覺的壞掉了,而導(dǎo)致整個電路不能工作。如果已損壞那么就將這個變壓器更換一個新的,如果亮那么就進行測試,不亮的話就進一步的體統(tǒng)模塊調(diào)試。先測L6561和全橋部分,為了對這部分電路的調(diào)試將要斷開后面的電路,即取掉板子上的C31D40T40C411,上電測量VH的電壓,是否是在400V左右擺動,若不是那么要具體檢查該部分電路。若是那么說明此部分電路是正確的,進入下一步調(diào)試工作。焊上C312,取下芯片UC3844,上電測量Vcc的值,此值正確的應(yīng)該是18V。焊上所有元器件,拿掉R3RR511來斷開MOS管驅(qū)動電路,上電測量Vbrg和VH,應(yīng)該都在400V左右擺動,Vcc是在10~15V左右,這時說明除了MOS驅(qū)動電路外,其它電路都是正常的。最后調(diào)試MOS驅(qū)動電路,檢查測量這幾個三極管是否有燒掉。當然這只是個一般步驟,并不是按照這么個步驟就一定能調(diào)試成功,這要細心地發(fā)現(xiàn)問題考慮解決問題的方法。問題千奇百怪,要做好調(diào)試工作需要細心耐心。第五章 總結(jié)與展望電子鎮(zhèn)流器以其優(yōu)越的性能得到越來越廣泛的應(yīng)用,它與電感式鎮(zhèn)流器相比有許多優(yōu)點。能耗低、效率高,電子鎮(zhèn)流器自身能耗通常情況下僅有幾瓦,能使HID燈發(fā)光效率高,在工廠、學(xué)校、機關(guān)及景區(qū)路燈用電子鎮(zhèn)流器照明,可節(jié)約大量的電能。具有高功率因數(shù),有效的地提高供電系統(tǒng)和電網(wǎng)的利用率。點亮本設(shè)計35W的HID燈,可以明顯感覺到它如白晝的燈光比普通100W的日光燈還亮幾倍。高強度氣體放電燈(HID)是用途廣泛的節(jié)能型電光源,而HID燈對電子鎮(zhèn)流器具有很高的要求,電子鎮(zhèn)流器應(yīng)具備以下功能[16]:① 有高的功率因數(shù)。② 能限制交流輸入市電的總諧波失真(THD)。③ 能限制燈電路的短路工作電流或避免由于燈電極電流過大而熱過載。④ 能有效地抑制電磁輻射干擾,避免它干擾相鄰電子設(shè)備的正常工作。⑤ 當燈電路不能正常點火時能自動關(guān)斷燈電路,這對電子鎮(zhèn)流器電路是比較重要。⑥ 在交流市電供電電壓變化時,能穩(wěn)定燈的工作電壓、電流和功率。要設(shè)計出一款符合3C等資格論證的電子鎮(zhèn)流器并不是一件容易的事,需要經(jīng)過很大的努力。本系統(tǒng)由濾波整流電路、逆變電路、功率因數(shù)校正電路、電壓調(diào)整電路、燈啟動電路、核心控制電路及燈網(wǎng)絡(luò)等幾個模塊組成,其工作原理是:電網(wǎng)輸入的220V交流電通過濾波整流電路轉(zhuǎn)換為直流電,經(jīng)過逆變電路將變成高頻交流電進行功率因數(shù)校正和電壓調(diào)整,再經(jīng)過MCU全橋交換器和控制部件為燈提供交流電源。在HID燈點亮前,由LC構(gòu)成點火電路為HID燈啟動提供點火高電壓使HID燈電極氣化點亮HID燈。在畢業(yè)設(shè)計階段,本人主要完成了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與制作及調(diào)試,PIC單片機程序由另一位工程師完成。目前測試結(jié)果表明基本要求已經(jīng)完成,但是作為一個產(chǎn)品還是存在很多要改進完善和待解決的問題:由于鎮(zhèn)流器和燈的特點,如果燈滅了后必須要數(shù)分鐘燈冷卻后才可以再次通電點亮燈,不然無法啟動燈,這對于用戶來說是極其不方便的。我們將準備設(shè)計一種熱啟動電路,可以方便隨開隨關(guān)。散熱問題,由于本系統(tǒng)采用比較多的發(fā)熱元件散熱問題也是不可忽視的。經(jīng)過測試燈點到一個多星期后IRF740溫度升高管腳的焊錫熔化,使其自動脫落接而燈滅。輸出功率的穩(wěn)定性,系統(tǒng)中的Z301穩(wěn)壓管的電壓會隨著時間的推移而變小,進而鎮(zhèn)流器的輸出功率就會增大,當大于燈的額定功率時由程序控制鎮(zhèn)流器不工作燈滅,該原因還待進一部查明。問題很多不一一列舉,在公司實習(xí)這段時間讓我深深感到了做一個產(chǎn)品要比我們在學(xué)校學(xué)習(xí)做設(shè)計要求要嚴格得多,每時每刻都有一種責(zé)任感在驅(qū)使著自己要認真,不可以馬虎。在測量元氣件參數(shù)、列元件清單、畫原理圖……都是非常之小心,一遍一遍的檢查生怕弄錯一個地方那么將會造成后續(xù)的工作無法正常進行,這將會造成不必要的損失。當然,不可避免會發(fā)生差錯但我希望最好不要發(fā)生錯誤。參考文獻[1] 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