高性价比HID电子镇流器研发

十几年前，应一位朋友的请求，我开始研发HID电子镇流器，当时我对HID的灯特性一无所知，当我用普通荧光灯电子镇流器轻而易举地把一个HID灯点亮时，好像成功就在不远的将来。当灯功率接近额定功率时，灯一闪一闪的，发生了声频共振，当时我根本就不知道是声频共振……，此后就开始了一个漫长的研发过程……。由于HID电子镇流器研发并不是我的正式工作内容，基本上只能在业余时间干，断断续续一直进行了6年，“断”是因为遇到了难题，“续”是因为想到了一个新的思路。我的目标是高性价比，当时HID电子镇流器专用IC非常少，价格奇高，IC的功能又规定了电路拓扑，整机成本就很高，不可能是高性价比的电子镇流器。只能另寻出路。

经过无数次冥思苦想，无数次失败，终于在2000年前后，高性价比HID电子镇流器取得成功。为了给“电源网第二届原创帖大赛”增色添彩，现将此研发成果公开发布。

L级250瓦高压钠灯电子镇流器的主要元器件：

MOSFET：IRFP450 3只

IC：MC34262，TL494，LM324 各一片

主要电感元件：EC35（变压器或电感） 3只； EE16（变压器） 2只

6A整流桥 1只；

MUR460 1只。

电解电容：220UF/250V 2只。

L级250瓦高压钠灯电子镇流器主要技术指标：

输入电压：AC220V±20%

功率因数：≥0.99

效率：＞91%

灯电流波峰系数：约1.4

灯电压：100V±20V

输出功率：恒功率，实测（灯电压90－110V）输出功率波动＜5%

灯功率（流明100%）：约225W－230W

保护：灯短路，灯开路，过热。

由于测试条件限制，以上数据仅供参考。

本设计仅仅做了几只样品，未投产。

该250瓦高压钠灯电子镇流器通过了最严酷的破坏性高温试验：高温烘箱125℃，连续工作6小时。电子镇流器从烘箱中拿出来时，接线端子烤变形了，电解电容的外皮烤裂了。

为了大家能看清楚，原理图分为7张。

我将先提出一些问题，再逐步讲解其中的设计思路。

本设计思路也适用于金卤灯。

图1：L级250瓦高压钠灯电子镇流器框图

图2：输入滤波整流电路

图3：PFC

图4：辅助电源

图5：逆变主电路

图6：控制电路

图7：MOS管驱动电路

图8：温度保护，运放供电（9V），电压基准电路

上传PROTEL99的原理图

NA250-2011

本帖题目虽然是HID的电子镇流器，其涉及的技术思路和设计技巧对研发其他产品也可能有帮助，也可拓展思路。

先来说说电路功能。

1. PFC部分采用常见的峰值电流型，工作在DCM和CCM临界状态，这种类型的PFC（输入AC220V时）效率可达97.5％以上。

2. 辅助电源：由主变压器T2辅助绕组提供，TL494、LM324和M34262都由它供电。由于TL494的启动电流太大，图4的电路主要是低功耗启动电路。

3. 逆变主电路的T2是自藕式降压变压器，变比是20 : 13。T3是电流互感器，做输出电流取样（用D10*6*5铁氧体磁环），匝比是1T : 30T。L3是输出主电感，标号AC5接HID灯，灯的另一端接主电解电容（220U/250V）的中点，即标号+200。L3的辅助绕组是点火绕组，匝比约7 : 1。Z2为350V点火放电管。点火成功，有灯电流后，Q2导通，封锁点火。

4. 改变U2（TL494）的6脚电压，可改变振荡频率。图6控制电路的运放U3A产生频率约200赫兹的振荡，在C31上得到三角波电压，经U3D增强驱动能量，控制U2第6脚电压，周期性改变U2的振荡频率，也就是周期性改变灯的工作频率，可以有效克服HID的声频共振问题。

5. 图5电流取样信号（标号IIN）送至图6的U3B（LM324），经反相并放大，控制U2第6脚电压，当输出电流偏大时提高TL494的频率，此时输出电感L3等效阻抗变大，控制了输出电流的上升，起到了限流作用，当灯短路或灯启动时（灯电压约20V）限制了最大输出电流。U2（TL494）发驱动波形，其内置误差放大器不用，不调脉宽。

6. 图8，U3C（LM324）用于过热保护，当镇流器过热时，拉低U2第6脚电压，提高输出频率，降低输出电流，降低灯功率，灯不熄灭。

7. 图7是MOS管的隔离驱动电路，驱动可以不需要辅助电源，驱动效果与正规的图腾柱式效果完全相同。

现在提几个问题，有的问题也是本设计的技术创新之处：

1. 图3：PFC电路中，接MC34262的5脚电阻为15K（R6），为什么？通常推荐值为22K，阻值改小有什么好处？

2. 本设计中，对灯功率并没有恒功率控制电路，是如何实现不同灯电压时灯功率基本不变的？

3. 本设计思路也适用于金卤灯，如果直接套用，不一定能够有效克服声频共振问题，需要作什么调整才行？

4. 为什么U2（TL494）只发驱动波形？为什么其内置误差放大器不用，为什么不用调脉宽来控制电流？

5. 图7是价格低廉性能优良的，无辅助电源的，变压器隔离型图腾柱式驱动电路，已经应用在多种电源产品中，应用的限制条件是占空比不能太大。该驱动电路MOS管关断时栅电压为-5V，如果把稳压管短路，就无负压输出，在本设计中是否可行？会有什么问题？