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金卤灯电子镇流器数字控制技术研究

作　者: 卓书芳
导　师: 林国庆
学　校: 福州大学
专　业: 电机与电器
关键词: 金卤灯 电子镇流器 低频方波 PID算法 数字控制
分类号: TM923.61
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 284次
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内容摘要


金属卤化物气体放电灯是高强度气体放电灯中的一种,因其发光效率高、显色性好、寿命长等优良电光源性能,已成为照明领域中极具竞争力的电光源。金卤灯工作时须采用镇流器补偿自身的负阻特性,灯启动时须加以数千伏的高压触发脉冲,从启动到灯稳定工作期间灯阻抗变化很大,因此要求与其配套的电子镇流器必须适应灯的变化,要与灯的不同阶段的负载特性相匹配。本文首先通过比较分析了现有金卤灯电子镇流器模拟控制电路存在的问题,提出了数字控制新方案,不仅能满足金卤灯的启动过程及稳态运行的要求,而且控制电路简单方便,能实现先进的控制技术要求。电路选用PFC级+DC/DC变换器+DC/AC逆变器的三级电路结构,使灯工作在低频方波,可有效避免声共振现象,同时对DC/DC级ZVRT BUCK电路进行详细的分析与仿真,并设计了实用的高压触发启动电路,保证金卤灯在冷态下能可靠启动。其次,根据金卤灯的负载特性,研究出适用于灯负载特性的分段线性化控制规律,包括启动过程的恒压、恒流或限流控制,稳态恒功率控制,采用优化的PID控制算法,对灯各个运行阶段进行数字化控制,合理设置金卤灯不同状态时电子镇流器输出控制策略,使镇流器适应金卤灯负载阻抗大范围变化,实现镇流器与灯特性的匹配,实现对灯的异常状态保护等。最后,研制了一台高功率因数低频方波输出的数字控制金卤灯电子镇流器,通过对实验结果分析验证了所提出的数字控制方案是可行的。

全文目录


第一章 绪论  7-13
  1.1 金卤灯电子镇流器研究概况  7-8
  1.2 金卤灯电子镇流器电路拓扑  8-10
    1.2.1 高频金卤灯电子镇流器  8-9
    1.2.2 低频方波金卤灯电子镇流器  9-10
    1.2.3 单级高功率因数AC/AC 变换电子镇流器  10
  1.3 课题研究意义  10-12
  1.4 本文研究的主要内容  12-13
第二章 金卤灯的特性及其运行规律  13-19
  2.1 金卤灯的发光原理  13-14
  2.2 金卤灯的特点  14-15
  2.3 金卤灯的启动过程  15-17
  2.4 金卤灯对电子镇流器的要求  17
  2.5 金卤灯与电子镇流器的匹配  17-18
  2.6 本章小结  18-19
第三章 金卤灯电子镇流器电路分析  19-32
  3.1 系统结构  19-20
  3.2 DC/DC 变换器分析与仿真  20-24
    3.2.1 软开关情况  20-23
    3.2.2 电路仿真  23-24
  3.3 金卤灯电子镇流器启动方式  24-30
    3.3.1 谐振启动方式  24-25
    3.3.2 脉冲变压器启动方式  25-26
    3.3.3 新型单片机控制的变压器启动方式  26-29
    3.3.4 实验结果  29-30
  3.4 本章小结  30-32
第四章 金卤灯电子镇流器数字控制策略  32-50
  4.1 数字控制器的选择  32-36
    4.1.1 A/D 转换器位数  32-33
    4.1.2 PWM 精度  33-34
    4.1.3 微处理器选择  34-36
  4.2 数字PID 控制器的设计  36-41
    4.2.1 PID 控制原理  36-39
    4.2.2 参数整定  39-40
    4.2.3 PWM 输出  40-41
  4.3 数字控制器软件设计  41-49
    4.3.1 主程序流程  42-44
    4.3.2 启动及稳态运行控制  44-46
    4.3.3 低频方波  46-48
    4.3.4 采样算法  48
    4.3.5 异常状态保护  48-49
  4.4 本章小结  49-50
第五章 数字控制金卤灯电子镇流器样机设计  50-67
  5.1 EMI 滤波器的设计  50-51
  5.2 PFC 电路设计  51-55
    5.2.1 PFC 的基本形式  51-52
    5.2.2 临界电流模式  52-53
    5.2.3 主要参数设计  53-54
    5.2.4 实验结果  54-55
  5.3 ZVRT BUCK 电路设计  55-57
    5.3.1 BUCK 电路电感设计  55-56
    5.3.2 BUCK 电路输出电容设计  56-57
  5.4 数字控制器硬件设计  57-62
    5.4.1 IR2105 简介  57-58
    5.4.2 DC/DC 级控制电路设计  58-59
    5.4.3 DC/DC 级电压采样电路设计  59-60
    5.4.4 DC/DC 级电流采样电路设计  60-61
    5.4.5 DC/AC 电路设计  61-62
  5.5 抗干扰设计  62-63
    5.5.1 硬件抗干扰  62
    5.5.2 软件抗干扰  62-63
  5.6 实验结果  63-66
  5.7 本章小结  66-67
结论及今后任务  67-68
致谢  68-69
参考文献  69-71
个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文  71

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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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