專利名稱：全數(shù)字式高功率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子鎮(zhèn)流器，特別是一種全數(shù)字式高功率(千瓦級(jí))金屬鹵化物 燈電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
對(duì)于大功率的鎮(zhèn)流器而言，要實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)、低輸入電流諧波、燈功率調(diào)節(jié)等功 能，目前一般都采用模擬控制方案。隨著DSP等數(shù)字控制器成本的大大降低，基于全數(shù)控 系統(tǒng)的電子鎮(zhèn)流器是未來(lái)發(fā)展的方向。DSP數(shù)字控制系統(tǒng)具有靈活性和便于快速實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 控制功能的特點(diǎn)，使得同一個(gè)控制系統(tǒng)可以根據(jù)燈的特性改變控制策略以適應(yīng)不同燈的控 制。采用數(shù)字控制器的電子鎮(zhèn)流器與傳統(tǒng)的采用模擬控制器的電子鎮(zhèn)流器對(duì)比，前者 具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)所需的外圍器件少，電路相對(duì)于模擬控制來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單；(2)對(duì)噪聲的抗干擾性比模擬電路好，而且不易老化；(3)適應(yīng)性強(qiáng)，需要改變控制算法時(shí)不需要改變電路就可以實(shí)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè) 計(jì)；(4) 一般說(shuō)來(lái)，很多模擬控制的電子鎮(zhèn)流器的恒功率控制往往屬于近似恒功率控 制，不是真正的恒功率，控制精度比較低。此外模擬恒功率控制必需要使用外加模擬乘法 器，這樣就加大了電子鎮(zhèn)流器的成本。對(duì)于數(shù)字控制而言，DSP內(nèi)部有現(xiàn)成的高速乘法器， 易實(shí)現(xiàn)精確的恒功率控制；(5)可以對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行故障自檢和保護(hù)，實(shí)現(xiàn)顯示功能，并且可以與上位機(jī)進(jìn)行通 訊，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)用。數(shù)字式高功率(千瓦級(jí))金屬鹵化物燈(簡(jiǎn)稱金鹵燈)電子鎮(zhèn)流器是一種由DSP 控制器電路控制的電力電子系統(tǒng)，在DSP上運(yùn)行的軟件控制著電子鎮(zhèn)流器的啟動(dòng)和穩(wěn)態(tài)工 作兩種模式，DSP控制器電路發(fā)揮著主導(dǎo)作用，直接影響著金鹵燈工作時(shí)的安全性、穩(wěn)定性 及其工作性能。目前的高功率(千瓦級(jí))金鹵燈中，即便以數(shù)字式控制的電子鎮(zhèn)流器，一般都缺少 功率因數(shù)校正控制和功率開(kāi)槽控制。這種電子鎮(zhèn)流器存在以下缺陷控制功能受限，通常應(yīng) 用于小功率的電子整流器中；鎮(zhèn)流器在電網(wǎng)接入端缺少功率因數(shù)校正的控制，因此諧波非 常大，對(duì)電力系統(tǒng)造成了諧波污染；在逆變器的死區(qū)內(nèi)，中間級(jí)Buck變換電路輸出電壓會(huì) 迅速增加，使得開(kāi)關(guān)器件和無(wú)源器件的電壓應(yīng)力增大，造成危險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種全數(shù)字式高功 率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的解決方案為
提供一種全數(shù)字式高功率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器，包括全橋整流電路、Buck變 換電路、單相全橋逆變電路和DSP控制器電路，還包括功率因數(shù)校正電路、啟動(dòng)電路、PFC 輸入電壓采樣電路、PFC輸入電流采樣電路、PFC輸出電壓采樣電路、Buck輸出電流采樣電 路、Buck輸出電壓采樣電路、保護(hù)電路、給定功率采樣電路、采樣信號(hào)調(diào)理電路、隔離驅(qū)動(dòng)電 路和輔助電源電路；所述全橋整流電路與輔助電源電路連接，輔助電源電路與DSP控制器電路、采樣 信號(hào)調(diào)理電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路分別連接；所述功率因數(shù)校正電路與全橋整流電路的輸出連 接，所述Buck變換電路與功率因數(shù)校正電路的輸出端連接；所述Buck變換電路的輸出端與 啟動(dòng)電路相連接，該啟動(dòng)電路與金鹵燈連接；所述Buck變換電路輸出端與單相全橋逆變電 路輸入端連接，單相全橋逆變電路和金鹵燈連接；所述功率因數(shù)校正電路的輸入端設(shè)PFC 輸入電壓采樣電路和PFC輸入電流采樣電路，其輸出端設(shè)PFC輸出電壓采樣電路，所述Buck 變換電路輸出端設(shè)Buck輸出電壓采樣電路和Buck輸出電流采樣電路；所述PFC輸入電壓 采樣電路、PFC輸入電流采樣電路、PFC輸出電壓采樣電路、Buck輸出電壓采樣電路和Buck 輸出電流采樣電路、給定功率采樣電路均通過(guò)采樣信號(hào)調(diào)理電路與DSP控制器電路的ADC 端口連接，DSP控制器電路的PWM端口與隔離驅(qū)動(dòng) 電路連接；隔離驅(qū)動(dòng)電路分別通過(guò)一路 25kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率因數(shù)校正電路和Buck變換電路連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路還通過(guò)2路低 頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)與單相全橋逆變電路連接；功率因數(shù)校正電路輸入端與保護(hù)電路連接，啟動(dòng)電 路輸入端與保護(hù)電路連接。作為一種改進(jìn)，所述的DSP控制器電路設(shè)有三個(gè)硬件定時(shí)器T1、T3和T4，4個(gè)PWM 輸出口，以及6個(gè)ADC輸入端口。作為一種改進(jìn)，所述的Tl定時(shí)器采用1分頻，作為功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào) 和Buck變換電路的PWM輸出信號(hào)的時(shí)基；所述的T3定時(shí)器采用32分頻，作為單相全橋逆 變電路的PWM輸出信號(hào)的時(shí)基；所述的T4定時(shí)器采用20ms作為定時(shí)周期，計(jì)時(shí)電子鎮(zhèn)流器 的軟啟動(dòng)。在本發(fā)明中，將電子鎮(zhèn)流器的控制過(guò)程分為啟動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程進(jìn)行不同模 式的控制。在電子鎮(zhèn)流器啟動(dòng)過(guò)程中，在不同的時(shí)刻對(duì)電子鎮(zhèn)流器的各個(gè)電路啟動(dòng)，對(duì)PFC 電路采用軟啟動(dòng)控制，這樣配合解決鎮(zhèn)流器啟動(dòng)過(guò)程中對(duì)開(kāi)關(guān)元器件的過(guò)壓和過(guò)流沖擊， 以達(dá)到安全啟動(dòng)和合理啟動(dòng)鎮(zhèn)流器的目的。本發(fā)明中的全數(shù)字式高功率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器，其控制方法包括電子鎮(zhèn)流 器的啟動(dòng)過(guò)程的控制和穩(wěn)態(tài)工作的控制。在電子鎮(zhèn)流器的啟動(dòng)過(guò)程中，包括以下步驟A. DSP控制器電路判斷是否為周期中斷，如是則執(zhí)行下一步驟；B. DSP控制器電路判斷是否為功率因數(shù)校正電路軟啟動(dòng)時(shí)刻，如是則執(zhí)行下一步 驟；C. DSP控制器電路判斷功率因數(shù)校正電路軟啟動(dòng)標(biāo)志是否已置位，如是則執(zhí)行下
一步驟；D. DSP控制器電路判斷是否為Buck變換電路及單相全橋逆變電路啟動(dòng)和燈觸發(fā) 時(shí)刻，如是則執(zhí)行下一步驟；E. DSP控制器電路判斷Buck變換啟動(dòng)標(biāo)志是否置位，如是則執(zhí)行下一步驟；
F. DSP控制器電路判斷是否為燈觸發(fā)信號(hào)撤銷時(shí)刻，如是則執(zhí)行下一步驟；G. DSP控制器電路關(guān)閉周期中斷程序；在電子鎮(zhèn)流器的穩(wěn)態(tài)工作中，包括以下步驟 a、DSP控制器電路判斷是否為模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷時(shí)刻，如是則執(zhí)行下一步驟；b、DSP控制器電路執(zhí)行模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷程序，進(jìn)入采樣程序，對(duì)功率因數(shù)校正電路輸 入電壓、功率因數(shù)校正電路輸入電流、功率因數(shù)校正電路輸出電壓、Buck變換電路輸出電 壓、Buck變換電路輸出電流和功率調(diào)節(jié)信號(hào)進(jìn)行采樣；c、DSP控制器電路判斷是否進(jìn)入保護(hù)控制程序，如是則執(zhí)行下一步驟；d、DSP控制器電路判斷是否進(jìn)入功率因數(shù)校正電路軟啟動(dòng)控制時(shí)刻，如是則執(zhí) 行；e、DSP控制器電路判斷是否進(jìn)入功率因數(shù)校正電路正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行控制時(shí)刻，如是 則執(zhí)行；f、DSP控制器電路判斷是否進(jìn)入Buck啟動(dòng)控制時(shí)刻，如是則執(zhí)行下一步驟；g、DSP控制器電路執(zhí)行Buck變換電路控制程序，計(jì)算實(shí)時(shí)輸出功率，判斷進(jìn)行恒 電流控制及執(zhí)行，或恒功率控制及執(zhí)行，或功率開(kāi)槽控制及執(zhí)行，或調(diào)功調(diào)光控制。本發(fā)明中，DSP控制器電路根據(jù)步驟b中采樣所得的采樣值，來(lái)判定是否執(zhí)行過(guò) 壓、過(guò)流或欠壓保護(hù)控制。在整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中，DSP控制器電路對(duì)Buck變換電路實(shí)現(xiàn)恒流控制；在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行 過(guò)程中，DSP控制器電路對(duì)Buck變換電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制。在所述步驟b中，如功率因數(shù)校正電路輸出電壓值小于310V，則對(duì)功率因數(shù)校正 電路采取軟啟動(dòng)控制；如該輸出電壓值大于310V，則對(duì)功率因數(shù)校正電路采取功率因數(shù)校 正控制。在電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程中，當(dāng)單相全橋逆變電路進(jìn)入橋臂死區(qū)時(shí)，DSP控制器 電路先降低Buck變換電路的輸出功率，接著增加其輸出功率，即Buck變換電路的輸出功率 在單相全橋逆變電路橋臂進(jìn)入死區(qū)后呈“V型”變化規(guī)律，DSP控制器電路在單相全橋逆變 電路死區(qū)內(nèi)對(duì)Buck變換電路的輸出功率作開(kāi)槽控制。在啟動(dòng)過(guò)程中，周期中斷和模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷并列運(yùn)行，并設(shè)置周期中斷為高優(yōu)先級(jí)； 當(dāng)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，DSP控制器電路將周期中斷關(guān)閉。DSP控制器電路每40us發(fā)生一次模 數(shù)轉(zhuǎn)換中斷，每次中斷發(fā)生后，DSP控制器電路進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換中斷處理程序。本發(fā)明中，所述電子鎮(zhèn)流器的啟動(dòng)過(guò)程，由DSP控制器電路的硬件定時(shí)器T4作為 啟動(dòng)器；所述的電子鎮(zhèn)流器的穩(wěn)態(tài)工作過(guò)程，由DSP控制器電路的硬件定時(shí)器Tl作為模數(shù) 轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)器。每當(dāng)定時(shí)器Tl下溢時(shí)，啟動(dòng)模數(shù)轉(zhuǎn)化；當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，進(jìn)入模數(shù)轉(zhuǎn)換 中斷程序。在啟動(dòng)過(guò)程中，DSP控制器電路的T4周期中斷每20ms發(fā)生一次，每次進(jìn)中斷后 DSP控制器電路進(jìn)行中斷處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所帶來(lái)的有益效果是高功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器電路中，功率因數(shù)校正電路輸入電壓采樣電路、功率因 數(shù)校正電路輸入電流采樣電路、功率因數(shù)校正電路輸出電壓采樣電路、Buck輸出電壓采樣 電路、Buck輸出電流采樣電路和功率調(diào)整信號(hào)的采樣電路、鎮(zhèn)流器啟動(dòng)電路、功率因數(shù)校正 電路的啟動(dòng)和控制電路、Buck變換電路、單相全橋逆變電路、保護(hù)電路均由DSP控制器電路統(tǒng)一控制。通過(guò)對(duì)DSP控制器電路中的硬件計(jì)數(shù)器的設(shè)置和ADC的設(shè)置進(jìn)行中斷驅(qū)動(dòng)，DSP 控制器電路每驅(qū)動(dòng)一個(gè)ADC中斷，則依次對(duì)電路中相應(yīng)的電路模塊進(jìn)行控制及執(zhí)行，從而 完成金鹵燈的啟動(dòng)、關(guān)斷、恒功率工作、“V”型開(kāi)槽工作的控制。本發(fā)明的控制方法在程序 上比較簡(jiǎn)單，且容易被修改、更新和移植，從而減輕了開(kāi)發(fā)人員的工作量。本發(fā)明提出的采用DSP控制器電路作為鎮(zhèn)流器的核心控制器，其控制功能強(qiáng)大， 可應(yīng)用于高功率的電子鎮(zhèn)流器裝置的控制，對(duì)鎮(zhèn)流器的輸入級(jí)進(jìn)行功率因數(shù)校正控制，降 低對(duì)電網(wǎng)的諧波污染；對(duì)Buck變換電路進(jìn)行功率開(kāi)槽控制，從而達(dá)到保護(hù)功率開(kāi)關(guān)和無(wú)源 元器件的目的。此外DSP控制器電路通常具有16路ADC采樣和16路PWM，使得控制電路設(shè) 計(jì)簡(jiǎn)單，可提升系統(tǒng)的可靠性和硬件成本。



圖1為本發(fā)明電路原理圖；圖2為本發(fā)明主程序流程圖，金鹵燈電子鎮(zhèn)流器系統(tǒng)控制流程圖；圖3為本發(fā)明中斷服務(wù)程序流程圖，功率因數(shù)校正(PFC)電路控制程序流程圖；圖4為本發(fā)明中斷服務(wù)程序流程圖，Buck變換電路的控制程序流程圖；圖5為本發(fā)明中Buck變換電路控制系統(tǒng)原理圖；圖6為本發(fā)明中Buck變換電路的功率V型開(kāi)槽控制示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖1所示，本發(fā)明中的數(shù)字式高功率金鹵燈電子鎮(zhèn)流器，包括全橋整流電路1、 功率因數(shù)校正電路2、Buck變換電路3、單相全橋逆變電路4、啟動(dòng)電路5、PFC輸入電壓采 樣電路7、PFC輸入電流采樣電路8、PFC輸出電壓采樣電路9、Buck輸出電流采樣電路10、 Buck輸出電壓采樣電路11、保護(hù)電路12、保護(hù)電路13、給定功率采樣電路14、采樣信號(hào)調(diào)理 電路15、隔離驅(qū)動(dòng)電路16、輔助電源電路17和DSP控制器電路18。所述全橋整流電路1與輔助電源電路17連接，所述輔助電源電路17與DSP控制器 電路18、采樣信號(hào)調(diào)理電路15和隔離驅(qū)動(dòng)電路16分別連接。所述功率因數(shù)校正電路2與 全橋整流電路1的輸出連接，所述Buck變換電路3與所述功率因數(shù)校正電路2的輸出端連 接。所述Buck變換電路3的輸出端與啟動(dòng)電路5相連接，該啟動(dòng)電路5與金鹵燈6連接。 全橋整流電路1對(duì)市電進(jìn)行整流，功率因數(shù)校正電路2對(duì)全橋整流電路1的輸出電壓和電 流進(jìn)行功率因數(shù)校正，并對(duì)輸出電壓進(jìn)行控制，得到Buck變換電路3所需的直流電壓。所 述Buck變換電路3輸出端與單相全橋逆變電路4輸入端連接，單相全橋逆變電路4和金鹵 燈6連接，當(dāng)金鹵燈被擊穿后，其作用相當(dāng)于一大負(fù)載，Buck變換電路3輸出的直流電壓被 拉低到金鹵燈的正常工作電壓。所述的DSP控制器電路18設(shè)有三個(gè)硬件定時(shí)器T1、T3和Τ4，2個(gè)25kHz的PWM輸 出口和2個(gè)低頻(50Hz、60Hz或70Hz)的PWM輸出口，6個(gè)ADC輸入端口。Tl定時(shí)器采用1 分頻，Tl定時(shí)器作為功率因數(shù)校正電路2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和Buck變換電路3的PWM輸出信號(hào)的 時(shí)基，T3定時(shí)器采用32分頻，T3定時(shí)器作為單相全橋逆變電路4的PWM輸出信號(hào)的時(shí)基， T4定時(shí)器采用20ms作為定時(shí)周期，T4計(jì)時(shí)鎮(zhèn)流器的軟啟動(dòng)。
所述功率因數(shù)校正電路2輸入端設(shè)有PFC輸入電壓采樣電路7和PFC輸入電流采樣電路8，所述功率因數(shù)校正電路2輸出端設(shè)有PFC輸出電壓采樣電路9，所述Buck變換電 路3輸出端設(shè)有Buck輸出電壓采樣電路11和Buck輸出電流采樣電路10 ；所述PFC輸入 電壓采樣電路7、PFC輸入電流采樣電路8、PFC輸出電壓采樣電路9、Buck輸出電壓采樣電 路U和輸出電流采樣電路10、給定功率采樣電路14均通過(guò)采樣信號(hào)調(diào)理電路15與DSP控 制器電路18的6路ADC端口連接。DSP控制器電路18的4路PWM端口與隔離驅(qū)動(dòng)電路16 連接。隔離驅(qū)動(dòng)電路16分別通過(guò)一路25kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率因數(shù)校正電路2和Buck變 換電路3連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)2路低頻(50Hz、60Hz或70Hz)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與單相全橋逆變 電路4連接。功率因數(shù)校正電路2輸入端與保護(hù)電路12連接，啟動(dòng)電路5輸入端與保護(hù)電 路13連接。如圖2、3所示，鎮(zhèn)流器上電工作時(shí)，首先執(zhí)行步驟101-開(kāi)始初始化，DSP控制器電 路18中的定時(shí)器(未標(biāo)示)T1、T3和Τ4置為0，且所有標(biāo)志位清0，并將T1PWM、PWM1、PWM7 和PWM8初始化強(qiáng)制為低，同時(shí)完成軟件的其余初始化設(shè)置。系統(tǒng)每運(yùn)行20ms，DSP控制器 電路18執(zhí)行T4中斷程序計(jì)數(shù)器T加1，接著DSP控制器電路18執(zhí)行步驟205判斷計(jì)數(shù) 器T是否已經(jīng)達(dá)到25，若否則中斷返回；若是，則DSP控制器電路18繼續(xù)執(zhí)行206判斷PFC 軟啟動(dòng)標(biāo)志置位否，若否則繼續(xù)執(zhí)行114置PFC軟啟動(dòng)標(biāo)志并中斷返回；若是則繼續(xù)執(zhí)行 207判斷計(jì)數(shù)器T是否已經(jīng)達(dá)到65，若否則中斷返回；若是則DSP控制器電路18執(zhí)行208 判斷Buck變換電路啟動(dòng)標(biāo)志置位否，若否則繼續(xù)執(zhí)行115置Buck變換電路啟動(dòng)標(biāo)志和燈 觸發(fā)信號(hào)并中斷返回；若是則繼續(xù)執(zhí)行209判斷計(jì)數(shù)器T是否已經(jīng)達(dá)到100，若否則中斷返 回；若是執(zhí)行116，撤銷燈觸發(fā)信號(hào)，接著繼續(xù)執(zhí)行001，關(guān)閉T4周期中斷程序。DSP控制器 電路18將T4中斷設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)中斷。模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC中斷設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)中斷，其中斷程序包括PFC軟啟動(dòng)程序、PFC控 制程序和Buck變換電路控制程序。上述三程序的相應(yīng)開(kāi)啟過(guò)程由寄存器ST_FLAG相應(yīng)位 進(jìn)行控制，如表1所示。表1ST_FLAG相關(guān)標(biāo)志位的定義 Tl下溢中斷標(biāo)志啟動(dòng)定時(shí)器，定時(shí)周期40us。當(dāng)系統(tǒng)初始化后，每運(yùn)行40us，進(jìn)入 ADC中斷程序執(zhí)行102-PFC輸入電壓采樣，接著執(zhí)行103-PFC輸入電流進(jìn)行采樣，接著執(zhí) 行104-PFC輸出電壓采樣，接著執(zhí)行105-Buck輸出電壓采樣，接著執(zhí)行106_Buck輸出電流 采樣，接著執(zhí)行107-給定功率采樣，接著執(zhí)行108-清ADC中斷標(biāo)志，接著執(zhí)行109-保護(hù)程 序，接著執(zhí)行202判斷是否PFC軟啟動(dòng)，若否則執(zhí)行111-PFC控制程序，若是則執(zhí)行110-PFC 軟啟動(dòng)程序。執(zhí)行完111或110后，執(zhí)行203-判斷Buck啟動(dòng)，若否則中斷返回；若是則執(zhí) 行112-Buck控制程序，接著中斷返回。
T4的周期中斷優(yōu)先級(jí)高于模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC中斷，系統(tǒng)在啟動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中由Τ4周期 中斷決定每20ms進(jìn)入中斷，并通過(guò)計(jì)數(shù)器T進(jìn)行計(jì)數(shù)，每進(jìn)一次T4周期中斷，T加1，當(dāng)T 增加到25時(shí)，將PFC啟動(dòng)標(biāo)志置位，當(dāng)T增加到65時(shí)，將Buck變換電路啟動(dòng)標(biāo)志和燈觸發(fā) 信號(hào)置位，當(dāng)T增加到100時(shí)，將燈觸發(fā)信號(hào)撤銷，并關(guān)閉T4周期中斷，系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。 當(dāng)ADC中斷發(fā)生時(shí)，首先執(zhí)行采樣程序，接著清ADC中斷標(biāo)志，然后進(jìn)入保護(hù)程序；接著判斷 是否進(jìn)行軟啟動(dòng)，并執(zhí)行相應(yīng)程序；接著判斷是否執(zhí)行Buck啟動(dòng)，并執(zhí)行相應(yīng)程序。在啟動(dòng) 過(guò)程中ADC中斷和T4中斷是并行的，但ADC中斷的優(yōu)先級(jí)低于T4周期中斷，因此在啟動(dòng)過(guò) 程中，T4中斷的發(fā)生優(yōu)先于ADC中斷；當(dāng)啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束后，系統(tǒng)只有ADC中斷。 當(dāng)系統(tǒng)結(jié)束啟動(dòng)過(guò)程后，軟件執(zhí)行PFC控制程序和Buck控制程序。功率因數(shù)校正 (PFC) d電路控制程序如圖3所示，Buck變換電路控制程序如圖4所示。如圖3，進(jìn)入PFC控制程序，DSP控制器電路18執(zhí)行301設(shè)置TlPWM低有效，接著 執(zhí)行302判斷PFC電流是否大于36A，若是則執(zhí)行304T1PWM強(qiáng)制低，接著結(jié)束PFC控制流 程；若302判斷為否則執(zhí)行303判斷PFC輸出電壓是否大于360V，若是則執(zhí)行304T1PWM強(qiáng) 制低；若303判斷結(jié)果為否，則DSP控制器電路18繼續(xù)執(zhí)行305-PFC電壓環(huán)控制，接著執(zhí)行 306-PFC電流環(huán)控制，緊接著結(jié)束功率因數(shù)校正(PFC)電路控制流程。如圖4，進(jìn)入Buck變 換電路控制程序，DSP控制器電路18執(zhí)行401設(shè)置PWMl低有效，接著執(zhí)行402判斷Buck 變換電路輸出電流是否大于32A，若是則執(zhí)行403-PWM1強(qiáng)制低；若402判斷為否則執(zhí)行404 判斷軟啟動(dòng)是否結(jié)束，若否則執(zhí)行408-設(shè)定參考功率值為軟啟動(dòng)值，接著執(zhí)行406-Buck功 率控制環(huán)，接著執(zhí)行407-Buck電流控制環(huán)，接著結(jié)束B(niǎo)uck控制流程；若執(zhí)行404判斷結(jié)果 為是，則接著執(zhí)行405-設(shè)定參考功率為給定值，接著執(zhí)行406-Buck功率控制環(huán)，接著執(zhí)行 407-Buck電流控制環(huán)，接著結(jié)束B(niǎo)uck變換電路的控制流程。圖3所示的DSP控制器電路執(zhí)行304，對(duì)功率因數(shù)校正電路的輸出電壓值進(jìn)行閉 環(huán)控制，采用PI控制方案，輸出電壓為340V ；如圖3所示接著DSP控制器電路執(zhí)行305，對(duì) PFC輸入電流進(jìn)行電流閉環(huán)控制，采用PI控制方案，以304的電壓閉環(huán)控制輸出值和PFC輸 入電壓的采樣值的乘積作為PFC輸入電流的參考值，然后對(duì)PFC輸入電流值進(jìn)行PI環(huán)的調(diào) 制。如圖3所示，在PFC程序開(kāi)頭做了 PFC峰值電流控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓有效值為180V，輸出 功率4kW時(shí)，PFC輸入電流峰值為32A左右，所以設(shè)定PFC電流峰值控制值為36A。除此之 外還做了 PFC輸出電壓過(guò)壓保護(hù)控制，當(dāng)PFC輸出電壓大于360V時(shí)，TlPWM信號(hào)強(qiáng)制為低， 對(duì)PFC電路進(jìn)行保護(hù)。由于添加了上述設(shè)置TlPWM強(qiáng)制為低的程序，所以在每次進(jìn)入PFC 程序的時(shí)候，要設(shè)置TlPWM為低有效，以開(kāi)啟T1PWM，如圖3的301。如圖4，DSP控制器電路18執(zhí)行406-Buck功率控制環(huán)，接著執(zhí)行407-Buck電流控 制環(huán)，406和407的控制原理如圖5所示。圖5中Pref為Buck變換電路的參考輸出功率，Il是Buck變換電路的輸出電感的 電流，V0是Buck變換電路的輸出電壓值。DSP控制器電路18通過(guò)執(zhí)行圖2的105和106， 對(duì)輸出電壓和電流進(jìn)行采樣，然后在圖4Buck控制程序執(zhí)行406和407，先進(jìn)行功率環(huán)調(diào)制， 再進(jìn)行電流環(huán)調(diào)制計(jì)算Buck變換電路的實(shí)際輸出功率，與參考功率作比較，進(jìn)行PI控制， 對(duì)該輸出進(jìn)行限幅；將功率環(huán)輸出作為電流環(huán)的參考，與輸出電流值進(jìn)行比較，進(jìn)行PI控 制，并對(duì)該P(yáng)I控制的輸出進(jìn)行限幅，然后去控制開(kāi)關(guān)管的開(kāi)通和關(guān)斷。金屬鹵化物燈從擊 穿啟動(dòng)到達(dá)到設(shè)定功率這一段時(shí)間內(nèi)為金鹵燈的啟動(dòng)過(guò)程，功率環(huán)飽和，對(duì)其輸出量限幅在28A，進(jìn)行恒電流控制。當(dāng)金鹵燈的功率達(dá)到設(shè)定值時(shí)，功率環(huán)開(kāi)始退飽和，Buck變換電 路的輸出電流開(kāi)始下降，一直到燈的穩(wěn)態(tài)工作電流，實(shí)現(xiàn)正常調(diào)制。Buck變換電路的啟動(dòng)程 序開(kāi)始有Buck輸出電流峰值控制，而后設(shè)置了 61個(gè)開(kāi)關(guān)周期的Buck軟啟動(dòng)，在這個(gè)軟啟 動(dòng)過(guò)程中，Buck輸出功率的設(shè)定值逐漸增大，但不超過(guò)參考功率值。此外，當(dāng)單相全橋逆變電路4的橋臂進(jìn)行切換時(shí)，為防止橋臂直通設(shè)定了死區(qū)，為 減小死區(qū)期間對(duì)開(kāi)關(guān)管的沖擊，Buck功率控制程序設(shè)計(jì)了功率開(kāi)槽V型控制，Buck輸出功 率開(kāi)槽，即輸出功率先減小后再增大。如圖6所示，在單相全橋逆變電路4的橋臂發(fā)生開(kāi)關(guān) 管切換時(shí)刻，先減小Buck的輸出參考功率，再增加至給定的參考功率值。假定圖6中時(shí)刻 tl為開(kāi)槽的開(kāi)始時(shí)刻，t2為開(kāi)槽 的結(jié)束時(shí)刻，t2-tl這段時(shí)間區(qū)間定義為開(kāi)槽的寬度；假定 圖6中Pref為額定給定參考功率值，Pref ’為開(kāi)槽區(qū)間內(nèi)最小的參考功率值，則Pref-Pref ’ 定義為開(kāi)槽的深度。為防止開(kāi)槽后金鹵燈產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，需合理設(shè)計(jì)開(kāi)槽的深度和寬度，經(jīng) 過(guò)反復(fù)調(diào)試，開(kāi)槽的寬度為320us。此外需要說(shuō)明不同頻率周期值和比較值，開(kāi)槽時(shí)刻都不 相同。圖2所示的主程序流程中T4所設(shè)定的周期可以任意選定，PFC軟啟動(dòng)標(biāo)志置位、 Buck啟動(dòng)標(biāo)志位和燈觸發(fā)信號(hào)置位、燈觸發(fā)信號(hào)撤銷的時(shí)刻點(diǎn)可以選擇跟程序流程中不 同，只要保證鎮(zhèn)流器能夠正常和安全啟動(dòng)即可。此外Tl的周期是由開(kāi)關(guān)周期決定的，不一 定要選擇40us，但是要符合功率因數(shù)校正電路2和Buck變換電路3所選擇的功率元器件的 開(kāi)關(guān)周期條件要求。T3計(jì)時(shí)器的周期是由金屬鹵化物燈6決定的。T1、T3和T4三個(gè)計(jì)數(shù) 器的時(shí)間基準(zhǔn)由DSP控制器電路18的晶振決定。應(yīng)當(dāng)注意，在說(shuō)明本發(fā)明的某些特征或者方案時(shí)所使用的特殊術(shù)語(yǔ)不應(yīng)當(dāng)用于表 示在這里重新定義該術(shù)語(yǔ)以限制與該術(shù)語(yǔ)相關(guān)的本發(fā)明的某些特定特點(diǎn)、特征或者方案。 總之，不應(yīng)當(dāng)將在隨附的權(quán)利要求書(shū)中使用的術(shù)語(yǔ)解釋為將本發(fā)明限定在說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的 特定實(shí)施例，除非上述詳細(xì)說(shuō)明部分明確地限定了這些術(shù)語(yǔ)。因此，本發(fā)明的實(shí)際范圍不僅 包括所公開(kāi)的實(shí)施例，還包括在權(quán)利要求書(shū)之下實(shí)施或者執(zhí)行本發(fā)明的所有等效方案。
權(quán)利要求
一種全數(shù)字式高功率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器，包括全橋整流電路、Buck變換電路、單相全橋逆變電路和DSP控制器電路，其特征在于，該電子鎮(zhèn)流器還包括功率因數(shù)校正電路、啟動(dòng)電路、PFC輸入電壓采樣電路、PFC輸入電流采樣電路、PFC輸出電壓采樣電路、Buck輸出電流采樣電路、Buck輸出電壓采樣電路、保護(hù)電路、給定功率采樣電路、采樣信號(hào)調(diào)理電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路和輔助電源電路；所述全橋整流電路與輔助電源電路連接，輔助電源電路與DSP控制器電路、采樣信號(hào)調(diào)理電路和隔離驅(qū)動(dòng)電路分別連接；所述功率因數(shù)校正電路與全橋整流電路的輸出連接，所述Buck變換電路與功率因數(shù)校正電路的輸出端連接；所述Buck變換電路的輸出端與啟動(dòng)電路相連接，該啟動(dòng)電路與金鹵燈連接；所述Buck變換電路輸出端與單相全橋逆變電路輸入端連接，單相全橋逆變電路和金鹵燈連接；所述功率因數(shù)校正電路的輸入端設(shè)PFC輸入電壓采樣電路和PFC輸入電流采樣電路，其輸出端設(shè)PFC輸出電壓采樣電路，所述Buck變換電路輸出端設(shè)Buck輸出電壓采樣電路和Buck輸出電流采樣電路；所述PFC輸入電壓采樣電路、PFC輸入電流采樣電路、PFC輸出電壓采樣電路、Buck輸出電壓采樣電路和Buck輸出電流采樣電路、給定功率采樣電路均通過(guò)采樣信號(hào)調(diào)理電路與DSP控制器電路的ADC端口連接，DSP控制器電路的PWM端口與隔離驅(qū)動(dòng)電路連接；隔離驅(qū)動(dòng)電路分別通過(guò)一路25kHz的驅(qū)動(dòng)信號(hào)與功率因數(shù)校正電路和Buck變換電路連接，隔離驅(qū)動(dòng)電路還通過(guò)2路低頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)與單相全橋逆變電路連接；功率因數(shù)校正電路輸入端與保護(hù)電路連接，啟動(dòng)電路輸入端與保護(hù)電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的DSP控制器電路設(shè)有三個(gè)硬 件定時(shí)器Tl、T3和T4，4個(gè)P麗輸出口，以及6個(gè)ADC輸入端口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的T1定時(shí)器采用1分頻，作為 功率因數(shù)校正電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)和Buck變換電路的PWM輸出信號(hào)的時(shí)基；所述的T3定時(shí)器 采用32分頻，作為單相全橋逆變電路的PWM輸出信號(hào)的時(shí)基；所述的T4定時(shí)器采用20ms 作為定時(shí)周期，計(jì)時(shí)電子鎮(zhèn)流器的軟啟動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及電子鎮(zhèn)流器，旨在提供一種全數(shù)字式高功率金屬鹵化物燈電子鎮(zhèn)流器。包括全橋整流電路、Buck變換電路、單相全橋逆變電路和DSP控制器電路，以及功率因數(shù)校正電路、啟動(dòng)電路、PFC輸入電壓采樣電路、PFC輸入電流采樣電路、PFC輸出電壓采樣電路、Buck輸出電流采樣電路、Buck輸出電壓采樣電路、保護(hù)電路、給定功率采樣電路、采樣信號(hào)調(diào)理電路、隔離驅(qū)動(dòng)電路和輔助電源電路。本發(fā)明可應(yīng)用于高功率的電子鎮(zhèn)流器裝置的控制，對(duì)鎮(zhèn)流器輸入級(jí)進(jìn)行功率因數(shù)校正控制，降低對(duì)電網(wǎng)諧波污染；對(duì)Buck變換電路進(jìn)行功率開(kāi)槽控制，從而達(dá)到保護(hù)功率開(kāi)關(guān)和無(wú)源元器件的目的；DSP控制器電路具有16路ADC采樣和16路PWM，使得控制電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可提升系統(tǒng)的可靠性和硬件成本。
文檔編號(hào)H05B41/292GK101848589SQ201010201538
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2010年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月12日
發(fā)明者劉森森, 呂征宇, 吳小康, 杭麗君, 陳基鋒 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)