毕业设计智能型钠灯电子镇流器设计样本

毕业设计任务书课题名称：智能型钠灯电子镇流器设计二、指引教师：严俊三、设计内容与规定课题概述智能型钠灯电子镇流器是道路照明钠灯电源，为钠灯提供启动电压和稳态工作电流，同步有可依照本地日照状况、夜晚电压状况调节工作电流，减少功率，为道路提供适度照明，又节约电能作用。该电子镇流器采用她激PWM控制调节工作电流，运用光电检测元件检测出日照状况送入单片机，拟定人们夜晚活动时间（即人们在某个时段后，活动大幅度减少），调节节能开始时间。进入节能时间后，单片机发出控制信号调节开关器件占空比，调节镇流器输出电流，以减少功率；在整个照明期间，当电网电压波动时，可自动稳流；达到适度照明和节能目。该镇流器有体积小，启动迅速，电流稳定，功率因数高、谐波分量小等长处。设计内容与规定设计内容：（1）电子镇流器整流电路主电路设计；（2）电子镇流器逆变电路主电路设计；（3）MOSFER器件选取及驱动与保护电路设计；（4）PWM控制电路设计；（5）光照及电压检测电路；（6）单片机控制电路及程序编写（流程图）；（7）其他辅助保护功能等设计。设计规定：（1）画出系统各环节电路图；（2）系统各环节原理简介；（3）系统各环节元件参数计算及选取；（4）元件明细表；（5）程序流程图。

四、设计参照书1、《新型半导体器件及其应用实例》电子工业出版社2、《光源电器原理和应用技术》化学工业出版社3、《逆变器整流电源》机械工业出版社4、《当代逆变技术及其应用》科学出版社5、《新型开关电源设计与应用》科学出版社6、《电子变压器手册》辽宁科学技术出版社7、《半导体变流技术》机械工业出版社8、《电力电子设备设计和应用手册》机械工业出版社9、《基于C语言编程MCS-51单片机原理及应用》清华大学版社10、《自动检测技术》湖南铁道职业技术学院11、有关网站五、设计阐明书规定封面目录内容摘要(200～400字左右，中英文)引言正文（设计方案比较与选取，设计方案原理、计算、分析、论证，设计成果阐明及特点）结束语附录(参照文献、图纸、材料清单等)六、毕业设计进程安排(小四、宋体)1～2周：布置任务，弄懂设计规定及原理。3～4周：镇流器整流主电路设计，逆变主电路设计，MOSFET驱动保护设计。5～8周：分析控制电路工作原理，设计硬件系统，画出硬件电路。9～10周：全面整顿书写毕业论文10周：写出毕业答辩提纲，进行毕业答辩。七、毕业设计答辩及论文规定(小四、宋体)1、毕业设计答辩规定答辩前三天，每个学生应准时将毕业设计阐明书或毕业论文、专项报告等必要资料交指引教师审视，由指引教师写出审视意见。学生答辩时对自述某些应写出书面提纲，内容涉及课题任务、目和意义，所采用原始资料或参照文献、设计基本内容和重要办法、成果结论和评价。答辩小组质询课题核心问题，质询与课题密切有关基本理论、知识、设计与计算办法、实验办法、测试办法，鉴别学生独立工作能力、创新能力。2、毕业设计论文规定文字规定:阐明书规定打印(除图纸外)，不能手写。文字通顺，语言流畅，排版合理，无错别字，不容许抄袭。图纸规定:按工程制图原则制图，图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必要使用工程字书写。曲线图表规定：所有曲线、图表、线路图、程序框图、示意图等不准用徒手画，必要按国家规定原则或工程规定绘制。前言随着国内科学技术不断发展，随着国内都市当代化建设突飞猛进，近年来都市道路照明迅速发展，相应电费也大幅度攀升。据关于资料显示，都市路灯照明在国内照明耗电中占%比例，在每年亿元政府机构电力能耗中，都市公共照明某些能源支出达多亿元。但由于电能无法储存，多数都市用电时段又过于集中，电能使用效率局限性%，存在用电时缺口巨大。当前，国内大某些都市和地区几乎不约而同地采用了日本等国家在七十年代就抛弃了路灯隔盏关灯省钱办法，其中弊病不言而喻——不但导致了路面照度分布不均，给治安及交通安全埋下了隐患，并且不能避免后半夜电网电压升高对路灯寿命减损，因而不能称作是真正意义上节能。总之；智能型钠灯电子镇流器，针对中华人民共和国都市路灯用电现状，结合都市路灯管理需求，满足国内当代路灯需要。在傍晚时和清晨时，依照光感自动开关。在晚上各大都市用电高峰期时自动升压，高峰期过后自动降压。自动控制电压而避免那钠灯跟电压1;3比例导致挥霍电力资源。 摘要高压钠灯以其光效高、寿命长、光色好等长处而备受瞩目，然而，与之相匹配电感镇流器由于功率因数低、体积大等诸多缺陷，已不能满足人们对绿色能源规定。设计与之配套电子镇流器代替电感镇流器是高压钠灯照明系统发展趋势。本文提出了一种电子镇流器设计方案，并进行了一定理论分析和实验研究。针对高压钠灯稳态运营特点以及工作在高频状态下缺陷，本文设计了一种低频电子镇流器逆变电路。这种电路运用瞬时电流跟踪控制技术对高频信号进行低频调制，使流过灯电流为低频电流，不但起到镇流作用，还避免了高压钠灯“声共振”现象。本文简朴分析了大功率高压钠灯启动方式并设计了一种逻辑控制变压器耦合启动电。并结合逆变主电路控制，设计了启动器逻辑控制电路，从而不需要任何隔离办法，启动时数千伏启动电压也不会对电路中其他元器件导致损坏。本文简朴简介了无源和有源功率因数校正工作原理，并运用功率因数校正芯片UC3854A／B制作了电子镇流器功率因数校正电路。成果表白：该电子镇流器能较好控制电压和稳态工作电流，并且有效进行电能节约核心词：低压钠灯电子镇流器有源功率因数校正AbstractHighPressureSodiumLamps(HPS)arenotablefortheirhighluminousefficacy，goodcolorrenderingandlonglife.ButthetraditionalferromagneticballastforHPSlampsduetolowerpowerfactor，highignitingcurrent，lowerefficiency，andlargesize，cannotsatisfytherequirementsforgreenenergy.Soitistimetodesigntheelectronicballasttoreplacethecore-coilballast.AnewmethodofplanningelectronicballastisputforwardtoLathispaper.Theoreticalanalysisandexperimentalresultsare...Theresultsshowedthat：Theelectronicballastcanbeaverygoodcontrolofvoltageandsteady-stateoperatingcurrent，andeffectiveconductofenergyconservationKeywords：lowpressuresodiumlampelectronicballastActivePowerFactorCorrectio目录前言 II摘要 =2\*ROMANIIAbstract =3\*ROMANIII第1章电路设计内容与分析 11.1设计内容 11.2设计规定 1第2章钠灯简介 32.1低压型钠灯简介 32.2高压钠灯简介 32.3高压钠灯构造和材料 52.4高压钠灯启动特性 6第3章系统可行性分析与设计 73.1电子镇流器与电感镇流器比较 73.2总体电路设计与分析 10第4章电子镇流器整流与功率因数校正控制 124.1电子镇流器整流电路 124.2电子镇流器功率因数校正控制 14第5章电子镇流器逆变简介 185.1电子镇流器高频逆变 185.2高压点火电路分析 185.3恒功率控制分析 196.1OSFET管开通与关断 226.2RF840MOSFET管简介 23第7章谐振某些设计 247.1串联谐振定义 247.2LC谐振回路性能及特点 24第8章单片机控制电路及程序编写 268.1单片机简介 268.289V51RD2简介 268.3X1227S8I简介 268.4系统设计根据 278.5单片机程序编写 298.6单片机供电电源 29设计心得 31致谢 32参照文献 33附录 34第1章电路设计内容与分析1.1设计内容智能型钠灯电子镇流器是道路照明钠灯电源，针对中华人民共和国都市路灯用电现状，结合都市路灯管理需求，满足国内当代路灯需要。在傍晚时和清晨时，依照光感自动开关。在晚上各大都市用电高峰期时自动升压，高峰期过后自动降压。自动控制电压而避免那钠灯跟电压1;3比例导致挥霍电力资源。该电子镇流器采用PWM控制调节工作电流，先拟定人们与车辆夜晚活动时间，将单片机定好时，调节节能开始时间。进入节能时间后，单片机发出控制信号通过三极管调节开关器件占空比，调节镇流器输出电流，以减少功率；在整个照明期间，当电网电压波动时，可自动稳流；达到适度照明和节能目。该镇流器有体积小，启动迅速，电流稳定，功率因数高、谐波分量小等长处。设计内容：（1）电子镇流器整流电路主电路设计；（2）功率因数校正电路设计；（3）电子镇流器逆变电路主电路设计；（4）MOSFER器件选取及驱动与保护电路设计；（5）单片机控制电路及程序编写（流程图）；（6）其他辅助保护功能等设计。1.2设计规定1.2.1高压钠灯电子镇流器性能规定在使用中应使灯管具备工作性能与电子镇流器性能相匹配，以使灯能工作在最佳状态，使用电子镇流器应重要满足如下性能规定：(1)可以提供2kV以上且足够宽触发启动电压。此电压使高压钠灯可靠启动，并且规定在启动过程中不得对灯和电子镇流器中器件导致损害。(2)规定具备较高功率因数。防止电子镇流器对电网产生谐波污染，避免对周边环境和设备产生电磁干扰。(3)规定具备完善保护功能。在高压钠灯浮现故障或烧毁时，电子镇流器不应损坏。

技术指标额定电压220V输入电压170-264V电源频率50/60HZ工作频率30KHZ左右谐波含量≤6%功率因数≥0.99温度范畴-20～65℃负载类型高压钠灯负载功率250W表1

第2章钠灯简介2.1低压型钠灯简介2.1.1低压钠灯应用低压钠灯辐射单色黄光，显色性差，合用于照度规定高但对显色性无规定照明场合，如高速公路、高架铁路、公路隧道、桥梁、港口、堤岸、货场、建筑物标记以及各类建筑物安全防盗照明。由于黄色光透雾性强，该灯也适当于多雾区域照明。图2-1低压钠灯实物图2.1.2低压钠灯是基于低压钠－稀有气体放电原理而发光电光源。因室温时钠是固体，单纯使用钠气体放电灯不易启动。在灯玻管内充入氩氖混合气即潘宁气体后，灯放电时一方面呈现氖特性红光，并产生热量使放电管温度提高，导致钠开始蒸发；因钠电离电位和激发电位比氖和氩低，放电不久转入钠蒸气中，辐射出可见光。2.1.3低压钠灯灯管采用抗钠蒸气侵蚀抗钠玻璃制作。为减少由于传导、对流产生热损耗，将放电管置于真空圆柱形外玻壳内，玻壳内壁涂覆一层能透过可见光并能反射红外线膜，以减少放电管热辐射损耗，提高低压钠灯发光效率。低压钠灯具备负放电伏安特性，燃点启动电压又较高，使用时普通采用漏磁变压器型镇流器，启动电压为400～500V；并在镇流器输入端并联电容器,使功率因数不不大于0.9。当电源电压波动为±10％时,灯功率和光通量波动不应不不大于±5％。当前正在开发工作性能更为稳定电子型镇流器。2.2高压钠灯简介2.2.1高压钠灯使用时发出金白色光，具备发光效率高、耗电少、寿命长、透雾能力强和不诱虫等长处。广泛应用于道路、高速公路、机场、码头、船坞、车站、广场、街道交汇处、工矿公司、公园、庭院照明及植物栽培。高显色高压钠灯重要应用于体育馆、展览厅、娱乐场、百货商店和宾馆等场合照明。图2-2高压钠灯实物图2.2.2当灯泡启动后，电弧管两端电极之间产生电弧，由于电弧高温作用使管内钠汞齐受热蒸发成为汞蒸气和钠蒸气，阴极发射电在向阳极运动过程中，撞击放电物质有原子，使其获得能量产生电离激发，然后由激发态回答到稳定态；或由电离态变为激发态，再回到基戊无限循环，多余能量以光辐射形式释放，便产生了光。高压钠灯中放电物质蒸气压很高，也即钠原子密度高，电子与钠原子之间碰撞次数频繁，使共振辐射谱线加宽，浮现其他可见光谱辐射，因而高压钠灯光色优于低压钠灯。高压钠灯是一种高强度气体放电灯泡。2.2.3高压钠灯伏—高压钠灯同其她气体放电灯泡同样，工作是弧光放电状态，伏—安特性曲线为负斜率，即灯泡电流上升，而灯泡电压却下降。在恒定电源条件下，为了保证灯泡稳定地工作，电路中必要串联具备正阻特性电路无件来平衡这种负阻特性，稳定工作电流，该元件称为镇流器。电阻器、电容器、电子等均有限流作用。电阻性镇流器体积小，价格便宜，与高压钠灯配套使用会发生启动困难，工作时电阻产生很高热量，需有较大散热空间、消耗功率很大，将会使电路总照明效率下降。它普通在直流电路中使用，百交流电路中使用灯光有明显所闪烁现象。电容性镇流器虽然不像电阻性镇流器自身消耗功率很大，温升低，在电源频率较低时，电容器充电时，会产生脉冲峰值电流，对电极导致极大损害，灯光闪烁，影响灯泡使用寿命；电子镇流器在高频电路中工作，电压波动能达到抱负状态，成为抱负镇流器。高压钠灯点灯电路是一种非线性电路，功率因数较低，因而在网路上考虑接补偿电容，以提高网路功率因数。

2.3高压钠灯构造和材料（1）电弧管电弧管是高压钠灯核心部件。电弧管工作时，高温高压钠蒸气腐蚀性极强，普通抗钠玻璃和石英玻璃均不能胜任；而采用半透明多晶氧化铝和陶瓷管做电弧管管体较为抱负。它不但具备良好耐高温和抗菌素钠蒸气腐蚀性能，尚有良好可见光穿越能力。（2）灯芯灯芯是采用金属支架将电弧管、消气剂环等固定在芯柱上，电弧管两端电极分别与芯柱上两根内导丝相连接。芯柱由导丝、排气管和喇叭经高温火焰熔融成一体。金属导丝与玻璃封接某些膨胀系数应与匹配，可避免因二种封接材料膨胀系数不相似，导致封接处玻璃产生应力而爆裂或灯泡慢性漏气。（3）玻壳玻壳是选用高温硬料玻璃制造。玻壳与灯芯喇叭口经高温火焰熔融封口，然后抽真空或充入惰性气体后，再装上灯头整个灯泡基本成型。由于电弧管在高温状态下工作，其外裸金属极易氧化、变脆，就必要将电弧管置于真空或惰性气体外壳内。这样还可减少电弧管热量损失，提高冷端温度，提高发光效率。（4）灯头灯头作用是以便灯泡与灯座、电路相连接。长寿命灯泡规定灯头与玻壳连接应牢固，不能有松动和脱落现象。因此，当前普通采用螺纹机械紧固技术，可防止焊泥自然老化而脱落。制造灯头材料普通采用黄铜带，它可与灯座保持较小接触电阻，减轻金属表面氧化层。如灯泡在特殊环境中使用，还可以在黄铜灯头表面涂覆铬层或镍层。（5）消气剂玻壳内经抽真空后，其真空度仅为6.6X10-2Pa，仍可使金属零件氧化，影响灯泡稳定地工作；因此在玻壳内放置适量消气剂，可将灯泡内真空度提高到1.4X10-4Pa高真空状态。消气剂放置位置非常重要，以黑色镜面不阻碍光线输出为宜；在使用过程中如发现黑色镜面某些或所有变成灰白色，它批示该灯泡已漏气，不能继续使用，必要调换新灯泡。

（6）汞汞常态时呈液态状，具备银白色镜面光泽。在电弧管中加入泵可提高灯管工作电压，减少工作电流，减小镇流器体积，改进电网功率因数，增高电弧温度，提高辐射功率。（7）钠该元素呈银白色金属，也称金属钠。它理化性能有质软而轻，可溶于汞生齐。钠光谱特点为共振辐射线宽，偏向红色区，总辐射功率高；高压钠灯光色和发光效率与钠蒸气压关于。当前，工业化生产高压钠灯均采用钠汞齐添加入灯泡内，可简化生产工艺，同步使灯泡参数一致性有很大提高。（8）氙氙气是一种稀有气体，它在灯泡中作用是协助启动和减少启动电压。氙气压高低还将影响灯泡发光。2.4高压钠灯启动特性高压钠灯启动后，在初始阶段是汞蒸气和氙气低气压放电。这时候，灯泡工作电压很低，电流很大；随着放电过程继续进行，电弧温度徐徐上升，汞、钠蒸气压由放电管最冷端温度所决定，当放电管冷端温度达到稳定，放电便趋向稳定，灯泡光通量、工作电压、工作电流和功率也处在正常工作状态。在正常工作条件下，整个启动过程约需10分钟左右。结语：在本次钠灯分析当中依照钠灯稳定性，实用性和运用方面咱们选用高压钠灯作为本此设计重要器件。

第3章系统可行性分析与设计3.1电子镇流器与电感镇流器比较如果说电子镇流器是风华正茂“恰同窗少年”，电感镇流器则早已走过自己“豆蔻年华”，步入到“三十而立”人生路程。一边是电子镇流器技术不断改进革新蓬勃发展，一边是电感镇流器已然成熟却面临挑战江河日下。两者比较咱们究竟选取什么样镇流器最佳呢？3.1.1电子镇流器工作原理电子镇流器是将工频交流电源转换成高频交流电源变换器。基本工作原理是：工频电源通过射频干扰(RFI)滤波器，全波整流和有源功率因数校正器(APFC)后，变为直流电源。通过DC/AC变换器，输出20K-100KHZ高频交流电源，加到与灯连接LC串联谐振电路加热灯丝，同步在电容器上产生谐振高压，加在灯管两端，但使灯管"放电"变成"导通"状态，再进入发光状态，此时高频电感起限制电流增大作用，保证灯管获得正常工作所需灯电压和灯电流。电子镇流器分类：A、按安装模式可分为：独立式、内装式整体式;B、按性能特点可分为：普通型、高功率因数型、高性能型、高性价比型、可调光型。电感镇流器工作原理

当向开关闭合电路中施加220V50HZ交流电源时，电流流过镇流器，灯管灯丝启辉器给灯丝加热(启辉器开始时是断开，由于施压了不不大于190V以上交流电压，使得启辉器内跳泡内气体弧光放电，使得双金属片加热变形，两个电极靠在一起，形成通路给灯丝加热)，当启动器两个电极靠在一起，由于没有弧光放电，双金属片冷却，两极分开，由于电感镇流器呈感性，当电路突然中断时，在灯两端会产生持续时间约1ms600V-1500V脉冲电压，其确切电压值取决于灯类型。

在放电状况下，灯两端电压及时下降，此时镇流器一方面对灯电流进行限制作用，另一方面使电源电压和灯工作电流之间产生55。-65。相位差，从而维持灯二次启动电压，使灯能更稳定工作。3.1.2(1)节能性比较电子镇流器a．用电子式镇流器时，高压钠灯工作频率为30-50KHZ；b．自身消耗功率：小；c：电网负荷和电网损耗：小。电感镇流器a．用老式电感式镇流器时，高压钠灯工作频率为50HZ；b．自身消耗功率：大；c：电网负荷和电网损耗：大。(2)对启辉条件规定电子镇流器a．温度：电子镇流器由于在启动时激发能量大，在-25℃b．电压：电子镇流器在电网电压为100V时能正常启辉。电感镇流器a．温度：电感式镇流器由于在启动时激发能量小，因此必要在10℃b．电压：电感式镇流器在电源电压不大于180V时不能启辉。(3)对灯管寿命影响电子镇流器a．启辉过程对灯管寿命影响：电子镇流器无论是在低温或低电压状况下，都是通过灯丝预热后一次启辉；b．电网电压波动对灯管寿命影响：电子镇隙能做到在135V—250V电网电压范畴内灯电流不变，使高压钠灯始终工作于最佳状态，从而大幅度地提高灯管使用寿命。电感镇流器a．启辉过程对灯管寿命影响：电感式镇流器往往要启辉好几次才干将高压钠灯点亮，而高压钠灯每启辉一次就要缩短二小时寿命；b．电网电压波动对灯管寿命影响：当电网电压偏低时，灯电流也随着减少。灯电流减少将导致灯丝加热局限性，灯丝电子粉溅射，导致灯管两端发黑和缩短灯管使用寿命。当电源电压偏高时，灯电流也随着上升，灯电流过大将导致电弧管过早衰竭而缩短灯管寿命。(4)对环境影响电子镇流器a．噪声：小；b．频闪：几乎无频闪；c．温升：电子镇流器表面最高温度普通都在50度左右；d．电磁波干扰：电子镇流器工作时产生电磁干扰较小。电感镇流器a．噪声：大；b．频闪：较慢；c．温升：电感镇流器自身损耗较大，导致了在工作时温度很高；d．电磁波干扰：电感镇流器工作时产生电磁干扰较大。四轮比较过后，可以看出电子镇流器在如下几方面明显优于电感镇流器：1)节能：电子镇流器自身功率损耗仅为电感镇流器40%左右，并且高压钠灯在30KHZ左右高频下，光效将提高20%，工作电流仅为电感40%左右，并且可以在低温、低压下启动和工作；2)无频闪：灯管在30KHZ左右工作时，发光稳定；3)无噪声：有助于在安静环境中工作；4)灯管寿命延长：无需启辉器，不被重复冲击，闪烁，不会使灯管过早发黑，一次启动，减少维修和更换启辉器和灯管工作量；5)功率因数高，减少了无功损耗，提高了供电设备容量有效运用率，减少线路损耗。

3.2总体电路设计与分析3.2.1电路流程图输入交流电输入交流电整流滤波后将高频电逆变2kV瞬时启动高压钠灯运用单片机控制来减小电压进行节能总电路流程图

3.2.2高压钠灯电子镇流器电路框图依照电子镇流器基本规定，本文简介高频电子镇流器重要涉及整流，滤波器、功率因数校正电路、功率因数校正控制及保护电路、点火电路、半桥逆变电路、半桥逆变控制电路等某些构成，滤波器起防止或减轻电磁干扰作用；功率因数校正变换器用以提高输入端功率因数及提供400VDC左右电压；半桥逆变电路则提供了高频交流电压，由于高强度气体放电灯需要工作于交流状态，防止极化；点火电路则在启动瞬间提供高压用于击穿气体；半桥逆变制及保护电路则为MOSFET提供脉冲及保护，使高压钠灯能正常工作。EMI滤波器EMI滤波器及整流电路功率因数校正电路半桥逆变电路高压点火电路单片机控制与保护电路电路高压钠灯3-2高压钠灯电子镇流器电路框图

第4章电子镇流器整流与功率因数校正控制4.1电子镇流器整流电路（1）整流电路工作原理设变压器，u2为其有效值。当u2为正半周期时，D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流由A点流出，方向如图所示。Uo=u2，D2和D4管承受反向电压为-u2。当U2为负半周期时，D2和D4管导通，D1和D3管截止，电流由B点流出，方向如图所示。Uo=-U2，D1和D3管承受反向电压为U2。由于D1,D3和D2，D4两对二极管交替导通，致使负载电阻Rl上在U2整个周期内均有电流流过，并且方向不变，输出电压Uo=||。如图所示为其电压和电流波形，实现了所有整流。图4-1单相桥式整流电路原理图(1)值Uo(2)负载电流平均值计算由于咱们取220V交流电压电网用二极管整流出来后二极管承受最大电压为=266V输出平均电压为198V。咱们选用1N4007型号整流二极管，其耐压值≥1000V。

4.2电子镇流器功率因数校正控制为了减少镇流器输入电流谐波失真，必要采用某些特殊办法，普通称之为功率因数校正(PFCPowerFactorCorrection)技术来提高它功率因数。大体说来，功率因数校正有两种方案：无源功率因数校正(PassivePFC)和有源功率因数校(ActivePFC)，咱们电路设计应用是有源功率因数校正，其校正可达到0.981。4.2.1有源功率因数校正基本原理可用下图所示简朴电路来阐明，由APFC控制MOS管VT1开通与关断，使输入电流变成一连串三角波，并且它幅度按输入电压正弦规律变化，因而可以大大提高电路功率因数。此电路由功率MOS开关管VT1、升压电感L、升压二极管VD、输出电容C。及APFC控制及APFC控制器IC所构成。电路详细工作状况如下：图4-2有源功率因数补偿电路原理图（1）开关管VT1导通在APFC控制器输出高电平(正方波)信号控制下使VT1导通时，开关管VT1导通，此时二极管因受输出直流电压Vo反偏而截止，整流后在电容C1上得到是一种单向正弦电压(电容C容量不能太大)，将在电感L中产生电流。当电感电流峰值增长到与该时刻输入电压大小相相应某一数值I时，APFC控制器便输出低电平开关信号，使开关管VT1截止，电流IL停止上升。（2）开关管VT1截止时由于电感电流IL不能突变，只能有本来数值线性下降。电感磁能释放出来，与输入电压相叠加，对电解电容器Co充电，电容上面电压显然笔输入电压高。因而这种电路称为升压式APFC电路。在开关管截止时，电感电流下降，下降到零时，她有输出控制信号，是开关管在一次导通，开始下一种开关周期。4.2.2功率因数校正办法概述功率因数校正可简朴地定义为有功功率与视在功率之比。即PF=其中有功功率是一种周期内电流和电压瞬时值乘积平均值，而视在功率是电流rms值与电压rms值乘积。如果电流和电压是正弦波并且同相，则功率因数是1.0。如果两者是正弦波但是不同相，则功率因数是相位角余弦。在电工基本课程中，功率因数往往就是如此定义，但是它仅合用于特定状况，即电流和电压都是纯正弦波。这种状况发生在负载由电阻、电容和电感元件构成，并且均为线性（不随电流和电压变化）条件下。由于输入电路因素，开关模式电源对于电网电源体现为非线性阻抗。输入电路普通由半波或全波整流器及其背面储能电容器构成，该电容器可以将电压维持在接近于输入正弦波峰值电压值处，直至下一种峰值到来时对电容再进行充电。在这种状况下，只在输入波形各峰值处从输入端吸取电流，并且电流脉冲必要包括足够能量，以便在下一种峰值到来之前能维持负载电压。这一过程通过在短时间内将大量电荷注入电容，然后由电容器缓慢地向负载放电来实现，之后再重复这一周期。电流脉冲为周期10%到20%是十分常用，这意味着脉冲电流应为平均电流5到10倍。4.3功率因数校正控制及保护电路分析该图重要由ICL6562、电感T1、功率管Q1、色环电阻R9、整流二极管D1、大电容C7等周边电路构成，构成BoostPFC电路。L65621脚为误差放大器反相输入端，用来检测大电容C7上电压(400V)，通过和IC内部2.5V基准比较后，产生一种误差信号，送乘法器(L6562内部集成)输入端。乘法器另一种输入(L65623脚)是经整流交流线路电压采样，即乘法器输出信号是一种经全波整流正弦波。乘法器输出是一种参照电压，作为电流感测比较器(L6562内部集成)同相输入端输入信号，R9上电流采样作为电流感测比较器反相输入端。电流感测比较器输出参加控制Q1开关。当Q1导通时，D1截止，此时电感电流线性增长。一旦电流感测比较器反相输入端上电流感测信号达到同相端上参照电平，比较器则变化状态，使Q1关断，而D1导通，这时电感器中储能释放，电感电流线性减小，直到减小到零。感测器T1辅助绕组用作高敏捷度传感器，当电感电流达到零，Q1立即导通，新开关周期开始，电感电流再次从零开始线性增长。各开关周期中峰值电感电流包络波事实上是参照电压电平，它正比于交流输入电压。由于平均输入电流正比于输入电压，呈正弦波且与输入电压趋于同相位。从而实现了功率因数校正。图4-3LL6562采用8引脚DIP和SO封装，L6562内部乘法器带有THD最低化专门电路，能有效控制AC输入电流交越失真和误差放大器输出纹波失真，从而提供高功率因数和非常低THDL6562其他特点如下：具备10.3～22V宽电源电压范畴；具备低于70t~A启动电流和低于4mA工作电流，并且具有截止功能，因而特别合用于遥控开／关控制，并且能满足“蓝天使”、“能源之星”和“Energy”等原则；借助于电压误差放大器和-4-1％内部精密电压参照，可控制PFCDC输出电压。有过电压保护功能，能安全解决启动和负载断开时产生过电压；在电流感测脚内嵌RC低通滤波电路，可减少外部元件数量和PCB面积；带有源电流／灌电流为一600／800mA推挽式输出级，并带有欠压锁定(UVID)下拉和15V电压钳位，可驱动功率MOSFET或IGBT，从而可使变换器输出功率高达300W图4-4图4-5符号引脚参数数值单位Vcc8IC电源电压（Icc=20mA）自动限制VIGD7输出峰值电流±0.8A1~4模仿输入和输出-0.3to8VIZCD5零电流检测器最大电流-50（source）10（sink）MaPtot功耗Tamb=50℃(SO-8)10.65WTj交界处工作温度范畴-40to150°CTstg存储温度-55to150°C表2

第5章电子镇流器逆变简介5.1电子镇流器高频逆变高频逆变是高压钠灯电子镇流器重要构成某些，普通采用半桥逆变电路和全桥逆变电路。半桥逆变电路输出电压是全桥一半，在同样输出功率条件下，半桥功率管电流比全桥大一倍，但少用两个功率管，考虑到高压钠灯正常工作电压，半桥电路能完全满足其需求，且前者成本比后者高，故选取半桥高频逆变电路。L6574可以直接驱动半桥电路两个MOS管，从而大大简化了外围电路。运用使能引脚8、9可以以便地实现电子镇流器保护和再启动功能。通过内部运放5、6、7等引脚，L6574可以实现闭环控制，其方框图所示，7脚接基准电压，6脚检测灯电流，当6脚电压高于一定值时，5脚输出为低电平，二极管D1导通，流出4脚Rign电流加大，图中电容C充电速度加快，即半桥驱动电路频率上升；反之，当6脚电压低于时，7脚输出高电平，D1截止，流出4脚Rign电流减小，图4.2中C7(3脚)充电速度减慢，频率下降，从而以便地对逆变频率进行调制，可有效防止声谐振发生。通过调节，大小还可以以便地实现镇流器调光。图5-15.2高压点火电路分析刚开机时，L6574以最大频率工作，也就是给灯管预热，此时灯管尚未点亮。在L6574频率减小过程中，当其频率等于输出电感和C19串联谐振谐振频率时，才会在电容C19、两端触发高压，从而把灯管点亮。咱们算出预热到灯电路点火这段时间，为，咱们取预热时间为9分钟，算出预热到灯电路点火这段时间为1分钟。设预热频率为35KHZ，点火频率30HZ

5.3恒功率控制分析恒功率某些是由半桥变换电流采样，即通过主板上R25电压，与L65747脚接R10电压进行比较获得。如果半桥变换电流采样大L65747脚电压，就会在L65745脚输出低电平，也就相称于给R19并联一种68K电阻，即R19实际阻值减小，L6574开关频率就上升，但输出电感不变，因此输出功率减小。则半桥变换电流采样也就又变小，这时L65745脚输出是高电平，R19又恢复到了62k，开关频率又变回本来正常工作频率，实现恒功率输出。图5-2LL6574采用SO16N和PID16封装其内部涉及压控振荡器(VCO)、运算放大器、带有保护功能比较器、控制逻辑电路、高品位与低端驱动器、电源及自举驱动电路等。L6574高品位和低端驱动器输出对外接MOSFET或IGBT提供适当栅极驱动信号。高品位浮置电源电压达600V以上,灌入/输出电流为450/250mA,在1nF容性负载下,开关上升/下降时间为80/40ns,在工作温度范畴内,dV/dt=±50V/ns,具备优良抗噪扰特性。L6574运用获得专利集成自举二极管,与外部自举电容提供自举电压驱动高品位DMOS,并运用高压DMOS,获得与低端外接功率MOSFET同步。接于CPRE脚电容用固定电流充电,为灯管设定预热时间(tPRE=kPRE·CPRE)。在tPRE期间,输出开关频率为fPRE。当tPRE结束后,CPRE电容先放电后用不同电流充电,以设定第二个时间间隔tSH,通tSH=0.1tPRE。在tSH期间,频率从fPRE下降至fING,完毕灯点火功能。在日光灯正常点燃时,调节L6574振荡频率可以实现闭环控制。为此,运算放大器输出可以加在RING脚。VCO输入可调节灯光输出。两个门限电压为0.6VCMOS比较器完毕过电压和灯脱落等保护功能。其输入端窄脉冲(Ε200ns)能被辨认。L6574导通门限电压为10V,关断门限电压是8V,VS被钳位于15.6V。当EN1输入高电平时,L6574进入关闭状态。当EN2输入高电平时,重新开始预热程序。图5-3L6574引脚图

序号符号功能1CPRE预热定期电容，设定预热和频率偏移时间。在预热Tpre期间，Cpre充电至3.5V；在频率偏移（Tsh=0.1Tpre），充电电流取决于Rpre值。在稳态下，该脚电压是5V2RPRE该脚与地之间接一电阻，设定最高振荡频率Fpre，拟定Fpre与最低振荡频率Fing之间差值。该脚电压固定在2V3CF与Ppre和Ping一起，设定Fpre和Fing。常态下，该脚电压呈三角波4RING该脚与地之间接电阻，设定最低振荡频率Fing值。该脚电压固定于2V5OPOUT运算放大器输出，履行闭环反馈6OPIN-运营放大器反相输入7OPIN+运营放大器同相输入8EN1使器件进入闭锁状态，为日光灯万一浮现脱落这样故障专门设计9EN2在第一次点火之后，如灯管不能击穿，使灯在启动10GND地11LVG低端驱动器输出，通过一限流电阻与MOSFET或IGBT栅极相接12Vs电源电压，该脚必要接滤波电容器，在内部被钳位于15.6V13N.C空脚14OUT高品位驱动器浮置基准，必要与高品位MOSFET或IGBT源极相接15HVG高品位驱动输出，通过限流电阻与高品位MOSFET或IGBT栅极相接16VBOOT自举电源电压。该脚与Vs脚之间连接自举电容。采用专利技术省略外接自举二极管。通过高压DMOS与低端功率MOSFET同步驱动表3

第6章MOSFET驱动设计MOSFET开关过程其输出脉冲电流峰值10～50A范畴，频率20～100KHZ范畴持续可调。其中，DC/AC变换采用全招拓扑，通过变化其工作频率来实现对输出脉冲电流频率调节。由于最高输出脉冲电流频率为100KHZ，因而选用MOSEFET作为主功率开关器件，并采用移动相PWM控制方式实现零电压开关，以减小高频开关损耗。MOSFET属于电压控制型号器件，其输入阻抗高，所需静态驱动率很小，,并且尚有开关速度快、工作频率高特点.此外,电力MOSFET热稳定性优于GTR,但是电力MOSFET电流容量小,耐压低,普通只合用于功率不超过10Kw电力电子装置中。6.1OSFET管开通与关断在开通与关断过程中漏源电压Uds，漏源电流Io，删源电压Ucs和栅极充电电荷Qs变化曲线。MOSFET开通与关断可分为四个某些：开通延迟阶段（关断延迟阶段）逐渐开通阶段（逐渐关断阶段）密勒平台产生阶段完全导通阶段（完全关断阶段）图6-1MOSFET开通与关断过程MOSFET驱动电路应满足如下规定：(1)具备足够快开关速度，最大工作频率可达100kHz。为此，驱动脉冲应具备足够陡上升和下降速度，即驱动脉冲自身延迟要小。开通时，可以提供足够大瞬时峰值电流，使得开通延迟和密勒平台时间足够短；关断时，能为栅极电荷提供低阻放电回路，从而提高MOSFET关断速度。(2)由于栅极驱动电压是相对于MOSFET管源极而言，而在桥式电路中，同一桥臂上管和下管源极电位是不同，即不同MOSFET驱动信号基准点是不同。同步，为了避免功率变换电路对控制电路产生干扰，驱动电路必要实现功率变换电路与控制电路电气隔离。(3)为防止MOSFET误导通，在MOSFET关断时，应提供一定负偏电压，以提高其抗干扰能力。(4)为保证MOSFET可靠开通，应使驱动电压高于MOSFET开起电压，普通取10～15V。咱们在驱动电路中采用是IRF840MOSFET管驱动电路6.2RF840MOSFET管简介IRF840MOSFET电力场效应晶体管在导通时只有一种极性载流子(多数载流子)参加导电，是单极型晶体管。电力场效应晶体管是用栅极电压来控制漏极电流，因而它一种明显特点是驱动电路简朴，驱动功率小。其第二个明显特点是开关速度快，工作频率高，电力MOSFET工作频率在下降时间重要由输入回路时间常数决定。MOSFET开关速度和其输入电容充放电有很大关系。使用者虽然无法减少Cin值，但可以减少栅极驱动回路信号源内阻Rs值，从而减小栅极回路充放电时间常数，加快开关速度。IRF840为单极型器件，没有少数载流子存储效应，输入阻抗高，因而开关速度可以提高，驱动功率小，电路简朴。但是，功率MOSFET极间电容较大，因而工作速度和驱动源内阻抗关于。咱们采用500V，8AMOSFET管子图6-2IRF840实物与引脚图

第7章谐振某些设计串联谐振由隔离变压器、调频调压电源、勉励变压器、电抗器和电容分压器构成。其电容与电抗器构成串联谐振连接方式；调频功率输出经勉励变压器耦合给串联谐振回路，提供串联谐振勉励功率。7.1串联谐振定义串联谐振在具备电阻R、电感L和电容C元件交流电路中，电路两端电压与其中电流位相普通是不同。如果咱们调节电路元件（L或C）参数或电源频率，可以使它们位相相似，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。在谐振状态下，电路总阻抗达到极值或近似达到极值。在电阻、电感及电容所构成串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，电路中电压U与电流I相位相似，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振当电路发生串联谐振时，电路阻抗Z=√R2+XC-XL2=R,电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。7.2LC谐振回路性能及特点图为一LC串联谐振电路，其中R表达线圈L损耗电阻。该电路交流阻抗为Z=R+j（），当回路发生谐振时，=0，故回路谐振频率为：

f0=

该电路谐振时特点是，回路阻抗最小且Z0＝R；信号电压一定期，回路电流最大且I0＝；电感或电容两端电压最大，且是信号电压Q倍。Q定义为：Q＝。Q叫回路品质因数。图7-1LC串联谐振电路图

图7-2镇流器LC串联谐振电路图工作过程启动前高压钠灯自身相称于开路状态，上电后上电后使电源串联电感与所串联总电容在电源工作频率下发生谐振，这是一种电压谐振，会在串联电容两端产生很高电压(将谐振电压设计得高于灯启动电压)。串联电容cp。当谐振高压重要分量出当前CP两端，同步也出当前与CP并联高压钠灯两端，只要此电压高于高压钠灯最小启动值就可以点亮高压钠灯。点亮后灯端并联电容CP被灯电弧短路，由于灯电弧阻抗远远低于灯开路时阻抗，使串联谐振条件被打破，电路由谐振状态开始向新交流稳定状态过渡，依托串联电感L.限流作用使高压钠灯工作点得以稳定。一方面咱们取工作电压为280V

第8章单片机控制电路及程序编写8.1单片机简介单片机是指一种集成在一块芯片上完整计算机系统。尽管它大某些功能集成在一块小芯片上，但是它具备一种完整计算机所需要大某些部件：CPU、内存、内部和外部总线系统，当前大某些还会具备外存。同步集成诸如通讯接口、定期器，实时时钟等外围设备。而当前最强大单片机系统甚至可以将声音、图像、网络、复杂输入输出系统集成在一块芯片上。8.289V51RD2简介它重要特点是包具有64KB非易失性Flash程序存储器和1024字节数据RAM存储器。前者支持并行和串行在系统编程(ISP)，属低EMI方式(ALE禁能)；具备4个8位I／O端口，3个高电流P1端口(每个I／O端口电流为16mA)，可兼容TTL和CMOS逻辑电平。该微控制器性价比高，可简化整个系统电路，减少系统成本，通过串行接口通讯方式既可完毕系统升级，也可实现远程控制系统。8.3X1227S8I简介X1227S8I是一款带有时钟、日历、CPU监控电路和两路查询报警实时时钟(RTC)，它采用低成本32.768kHz晶体作为输入，可精密到秒、分钟、小时、日期、星期、月、来显示时间，并能自动调节闰年至2096年。X1227S8I还提供一种备用电源输入引脚(VBACK)，该引脚可使器件采用不可充电电池作为备用电源。X1227S8I具备一种4K位EEPROM阵列，可保存系统配备参数，并具备安全、保密性。该存储器在主电源和备用电源全都失效时不受影响。此外，X1227S8I还具备2.7～5.5V单电源；其工作温度范畴为-40℃～+85图8-1单片机定期控制电路8.4系统设计根据由于气体放电灯消耗功率取决于输入电压，依照高压钠灯工作特性随电源电压变化规律，当工作电压上升至额定电压106％时，钠灯功耗将上升至额定功率115％；当工作电压上升至额定电压110％时，钠灯功耗将上升至额定功率130％。咱们额定功率为250W钠灯，当电源电压上升至额定电压108％时，灯泡功耗将上至310W，这将导致用电量大幅度上升。由于设计道路亮度时已考虑了正常亮度需要，因此不应以减少亮度来节约电能消耗，但考虑到后半夜车辆人流大为减少，此时供电电压因用电负荷减少而升高，此时采用减少供电电压，而恰当减少光源光通量也是可行。假设后半夜供电电压升高10％，此时再减少供电电压为额定电压90％来运营，则光通量减少为额定值70％，而消耗功率可减少55％。咱们取L6574芯片上四脚接下68K电阻为采样端，将单片机定为高峰用电时期和后半夜时期（用电大幅度减少时候）通过单片机控制9013三极管输出信号脉冲调节68K电阻电阻值大小然后发送到L6574芯片上来调节电压大小。9013是一种放大三极管，它属于NPN管子，集电极-发射极电压最小值25V集电极-基电压最小值45V射极-基极电压最小值5V集电极电流0.5A耗散功率0.625W结温150特怔频率最小150MHZ它作用是将L6574芯片发出电压通过9013发射极传送电压值到单片机上由单片机控制电压值。图8-29013三极管引脚图路灯照明节能基本原则应以保证不减少场合视觉规定为原则，在保证亮度原则和照明质量前提下，根据路灯电压与功率非线性关系，力求减少照明系统中能量损失，最有效地运用电能。系统采用降压调功节电，即运用时控自动投切及跟压调功等技术，自动跟踪电网电压，自动调节照明功率，实现对灯具自动、精确地开关及电压和照度输出智能化模糊调节。智能化地调节路灯实际供电电源，使输出电压相对稳定，保证灯具输入功率与实际照度规定达到最佳匹配，从而实现了高效节电，使其节电率达15％～38％，且延长了灯具使用寿命。例如；每晚23点后进入节能模式始终到第二天早上6：30路灯熄灭前，通过单片机控制L6574实现钠灯降压10%，而功率则减少了30%，且发光量并无多大变化，如株洲市所有采用该型智能钠灯，每只灯每天节能电量为：（250w×0.3）×7.5h=0.5625（kw）设全市该型路灯共5万个，则全年使用该型钠灯至少可节电:0.5625×50000×365=2044000KW如推广到全国其节能效应则更明显，如此可见研究节能型电子镇流器意义十分重要。8.5单片机程序编写咱们一方面采用X1227S8I型号芯片进行定期。将高峰用电时间设定为夜灯时间（定为19点）