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气体放电灯电子镇流器关键技术的研究

作　者: 刘晨阳
导　师: 张仲超
学　校: 浙江大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 气体放电灯 荧光灯 金属卤化物灯 汽车前照灯 电子镇流器 自驱动 点火电路 启动控制
分类号: TM923.61
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要


随着绿色照明工程的实施,各种气体放电灯如:荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯由于各自的特点被广泛地使在室内照明、户外泛光照明、汽车照明等应用场合中。但是,与之配套工作的传统电感式镇流器由于重量大、体积大、功率因数低、工频闪烁、输出功率随着电网变化、控制功能单一等缺点,已不能满足绿色照明的要求。电子镇流器作为一种照明节能电器,是实现绿色照明的关键所在。从技术上讲,电子镇流器属于照明产业中偏离照明而属于电力电子的研究领域。由于受研究对象的限制,电子镇流器的研究在过去并未得到足够的重视。随着电力电子技术、半导体技术和控制技术的不断发展,电子镇流器的技术也在不断发展之中。本文结合气体放电灯的基本特性,将研究重点放在电子镇流器的关键性技术上。这些研究对电子镇流器的工业化推广具有重要的意义,并为进一步节约能源和高效利用能源提供了可能。 在阅读大量参考文献的基础上,对电子镇流器的几个基本问题如:气体放电灯的建模方法、谐振变换器的拓扑以及功率因数校正技术等进行了综述和归纳。并对电子镇流器的研究重点和发展趋势如:电子镇流器自适应控制以及与灯匹配性的研究、数字照明系统的网络化和智能化研究、新光源电子镇流器的研究等方面做了简单地介绍,全面系统地反应了国内外的最新研究成果和热点,对开展有关方面的研究有着重要的参考价值。 自驱动控制是荧光灯电子镇流器研究领域中的一个难题。自驱动控制分析的难点在于系统具有非线性控制特性。本文提出了基于时域解析的分析方法,在推导出谐振电压和电流在不同激励下时域解数学表达式的基础上,得到频率和自驱动电路之间的精确关系。与文中介绍的三种基于频域的的非线性系统分析方法相比,基于时域的分析方法具有更高的精确性。考虑到MOSFET寄生电容对工作频率影响,对前面的时域分析进行修正。实验证明经过修正后的设计方法精度非常高,对合理设计荧光灯自驱动电子镇流器有非常重要的指导作用。 在分析了普通金属卤化物灯基本特性的基础上,系统地介绍了其电子镇流器的基本拓扑,启动和稳态控制等技术。对金属卤化物灯的ignition条件提出了明确的定义。运用两种近似等效模型分析启动电路各部分对ignition脉冲波形的影响。通过点灯实验发现金属卤化物灯的启动不仅仅与脉冲的高度和宽度有关系,而且与脉冲的频率有关系。在合理设计ignition电路的条件下,金属卤化物灯启动过程中辉光放电的时间可以缩短,并且具有较好的启动特性。 在前面工作的基础上,本文着重研究了一种超高压气体放电灯—汽车前照氙金属卤化灯的电子镇流器技术。根据灯的光电特性,提出了与之匹配的电子镇流器基本要求。在系统地分析了其电子镇流器直流/直流变换器的拓扑技术之后,本文以延长汽

全文目录


第1章 绪论  16-44
  1．1 概述  16-21
    1．1．1 光源的发展历史  16-18
    1．1．2 气体放电灯的基本特性  18-21
  1．2 气体放电灯电子镇流器的研究意义  21-23
    1．2．1 镇流器的基本作用  21
    1．2．2 电子镇流器的研究意义  21-23
  1．3 电子镇流器技术回顾  23-34
    1．3．1 气体放电灯的动态模型研究  23-25
    1．3．2 气体放电灯小信号模型  25-29
    1．3．3 谐振变换器的研究  29-31
    1．3．4 功率因数校正技术  31-34
  1．4 电子镇流器的研究重点和发展趋势  34-40
    1．4．1 电子镇流器自适应控制以及与灯匹配性的研究  34-36
    1．4．2 数字照明系统的网络化和智能化的研究  36-38
    1．4．3 新光源电子镇流器的研究  38-40
  1．5 电子镇流器国内外的研究现状  40-41
  1．6 选题的研究背景和本文完成的工作  41-44
    1．6．1 本文的选题背景  41-42
    1．6．2 本文完成的主要工作  42-44
第2章 自驱动电子镇流器控制系统的研究  44-64
  2．1 简介  44
  2．2 自驱动控制的基本拓扑  44-46
    2．2．1 谐振电流反馈自驱动电子镇流器  45
    2．2．2 谐振电压反馈自驱动电子镇流器  45-46
  2．3 自驱动串联谐振电路的频域分析方法  46-52
    2．3．1 基波等效法  47-48
    2．3．2 描述函数分析法  48-50
    2．3．3 基于频域的Tsypkin轨迹法  50-52
  2．4 D类谐振变换器的数学模型和时域解析分析  52-56
  2．5 MOSFET输入电容对自驱动电路的影响  56-60
  2．6 自驱动分析总结和实验结果  60-63
  2．7 本章小结  63-64
第3章 普通金属卤化物灯电子镇流器的研究  64-92
  3．1 研究背景-普通金属卤化物灯的基本特性  64-66
  3．2 普通金属卤化物灯电子镇流器的基本功能  66-67
  3．3 普通金属卤化物灯电子镇流器的拓扑  67-73
    3．3．1 传统的三级拓扑  67-68
    3．3．2 基本的两级式拓扑结构  68-69
    3．3．3 DBDB型拓扑分析  69-73
  3．4 启动过程和稳态的控制技术  73-76
    3．4．1 启动前恒压控制及空载电压的约束条件  73-75
    3．4．2 启动过程中的恒流控制和稳态恒功率控制  75-76
  3．5 Ignitor波形及其电路的研究  76-85
    3．5．1 脉冲式ignitor电路的两种工作模式的研究  77-82
    3．5．2 仿真结果分析  82-85
  3．6 设计和实验结果分析  85-90
    3．6．1 参数设计及其结果  85-86
    3．6．2 实验验结果分析  86-87
    3．6．3 Ignitor与灯启动的实验波形  87-90
  3．7 小结  90-92
第4章 汽车前照班 HID灯特性及其电子镇流器关键技术  92-118
  4．1 研究背景  92-94
  4．2 氙金属卤化物灯电子镇流器基本功能  94-97
  4．3 直流/直流变换器拓扑的研究  97-102
    4．3．1 直流/直流变换器基本拓扑  97-98
    4．3．2 反激式变换器及其改进拓扑  98-100
    4．3．3 正激式变换器与反激式变换器的对比分析  100-102
  4．4 氙金属卤化物灯金属的损失及其抑制技术  102-107
    4．4．1 灯罩与电源地具有相同的电位  104-106
    4．4．2 灯罩与电源地的电位不相同  106-107
  4．5 HID灯全桥逆变切换 Re-ignition条件分析  107-113
    4．5．1 全桥开关切换理想工作  108-110
    4．5．2 全桥开关切换死区对灯电流的影响  110-112
    4．5．3 改进的若干种方法  112-113
  4．6 电流辅助回路对灯启动的影响  113-115
  4．7 直流工作对灯启动的作用  115-117
  4．8 小结  117-118
第5章 汽车前照 HID灯电子镇流器系统设计与实验研究  118-152
  5．1 系统的构成和主电路的设计  118-125
    5．1．1 系统的构成与电子镇流器的主要设计规格  118-119
    5．1．2 主电路的设计  119-123
    5．1．3 主电路的损耗估计  123-125
  5．2 系统控制的设计和比较  125-142
    5．2．1 传统 PWM控制器实现方法及其特性分析  125-131
    5．2．2 采用 UCC2305实现方法及其特性分析  131-136
    5．2．3 数模混合控制实现及其特性分析  136-142
  5．3 灯启动特性的实验分析  142-149
    5．3．1 反激变换器输出电容对灯启动的影响的实验波形  142-144
    5．3．2 电流辅助回路(RCD)对灯启动的影响的实验波形  144-146
    5．3．3 直流工作对灯启动影响的实验波形  146-148
    5．3．4 冷热启动的对比  148-149
  5．4 稳态特性的实验分析  149-150
  5．5 小结  150-152
第6章 全文总结与工作展望  152-156
参考文献  156-168

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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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