电子镇流器设计原理（2）

2．2 UCC2305控制器

UCC2305集成了控制和驱动HIDL所有的功能需要，它适用于金属卤素灯（如汽车大灯、放映机灯等）、高压汞灯和高压钠灯等高强度放电灯控制器的驱动和控制。它包含一个完全的电流模式脉宽调制器、一个灯功率调节器、灯温补偿器和所有故障保护。

UCC2305的内部结构和功能如图3所示。其单端驱动脚19（PWMOUT）可驱动正激式、反激式、升压式、降压式等不同类型的电路。主输出脚9（QOUT）和脚15（QOUT）采用大电流推拉电路，可以驱动半桥和全桥电路。桥路输出采用低频交流，UCC2305内置分频器将单端驱动的频率（一般取100kHz）除以512，得到195Hz的低频，因此消除了声共振。声共振是HIDL在高频电源供电时出现的放电电弧不稳的现象，其机理是灯管内压力波的脉动从管内壁反射回来，如果与高频电流的脉动成分相位相同，则形成驻波，产生声共振，轻则灯光抖动，重则烧毁灯管和镇流器。图3 图4给出了采用UCC2305作为控制芯片的250WHPSL电子镇流器的原理图。由于HIDL的阻抗非线性（其阻抗特性见图5），在灯未点亮之前处于高阻，一旦外加高压触发点亮以后灯就导通，其两端电压迅速降低，灯电流增大，呈现负阻特性。如果还以平常的电压加于灯上，灯将烧毁。而HIDL在刚启动的冷态和长时间工作的热态的阻抗又有很大差别，因此，HIDL控制器必须是一个电流模式控制下的恒功率输出。在本方案中，单端采用了降压式Buck电路，将PFC输出的400V电压，在恒电流下降至HPSL所需的工作电压。由于是高端驱动，所以需将PWM信号电平移位，采用IR2117或者TLP250等IC均能实现。电流取样采用电流互感器T1，因为开关频率较高，因此只需很小的磁芯，初次级匝比为1：100。电流信号经D10整流后送到UCC2305的脚23（ISENSE端）。在UCC2305中HIDL功率的调节是计算灯电流和电压，指令适当的输入电流保持灯功率的恒定。而灯的电压由分压比为120：1的分压电阻R36与R37得到，送到芯片的脚11（VOUT－SENSE）；灯的电流由取样电阻R18得到，这个信号送到芯片的脚5（LOADISENSE）。UCC2305的电流模式PWM类似于工业标准的UC3842和UCC3802电路，使用高增益开环放大器，LOADISENSE信号直接送入该放大器，放大器放大了预期灯电流和实际灯电流之差，并在反馈误差放大器脚LPOWER产生一个粗略地比例于灯功率的输出信号。开环放大器驱动一个高速PWM比较器，这个比较器将控制器的输入电流，即脚23的ISENSE信号跟开环放大器的输出电流比较，用这个信号设置占空比。因此，控制器的输出调节在恒定的功率，以使灯光的强度相对恒定。

S3、L2和C14的确定在文献[3]有详细的计算，对于一个250W的HPSL，S3采用IRFP840、L2选用EE30铁氧体磁芯,电感量1.5mH，C14为100μF、400V的电解电容。

控制器的输出采用全桥逆变器。逆变器工作在195Hz的低频，灯的平均电压为零。桥路的驱动由脚QOUT和QOUT输出，它们均以50％的占空比工作，相差180°。采用IR2110驱动高端和低端的MOSFET管。这样的方法成本较贵，也可以低端直接驱动，高端采用一个高压晶体管、一个上拉电阻以及正确的相位。灯在正常点燃时，需要变换灯的极性，但当灯还未点亮时交流电压将干扰启动。UCC2305有一个“NOTON”的逻辑输出，当灯还未点亮时为高电平，点亮后为低电平。将该输出连到脚DIVPAUSE，点灯时使低频逆变停止，直至灯彻底点亮。图4 UCC2305的供电来自于一只6.8V的稳压管D8，它可以防止供电过电压及有可能出现的反向供电。6.8V电压接到VCC端，但器件工作的许多功能供电须来自于连接到脚BOOST的近似于10V的电压。将脚PUMPOUT当作一个交流信号和将外部的二极管当作开关器件，通过电压倍压器，在脚BOOST可得到这个10V供电，满足包括MOSFET驱动等在内的其它所有功能需要。用阻抗大于10kΩ的分压器从脚VCC接到脚BAT，对芯片具有可靠的保护。

UCC2305控制器PWM振荡器由脚ISET和脚OSC接地的电阻和电容决定振荡频率fOSC=2/R28C20。对于100kHz，R28应为100kΩ、C20应为200pF。UCC2305中所有电路均工作在R28所设置的偏置电流下，最佳工作状态时应在75～150kΩ之间。

UCC2305内部含有复杂的电路来预测灯温、补偿灯温，当灯处于冷态时，给灯较高的功率，当灯温升高时减少功率到一般的水平。这样可以满足象汽车大灯等需要开启时就很快达到满亮度的要求。这个功能的实现是在开灯时，通过检测连接于脚SLOPEC和脚WARMUPC上的电容CS和CW上的充电电压，预测灯温，关灯时，这两个电容以一个可控制的速度放电，放电电流通过UCC2305内的电流源所设定。控制这些电容放电的能量来自于连接到BYPASS的一个电容C22存储的能量。所需电容的值可以假定一个最大5μA的BYPASS电流、60s的放电时间以及5V最大可允许的下跌电压，估算，即C=IΔt/ΔV=5μA60s/5V=60μF。CS及CW必须是精密薄膜电容，与灯的“时间－温度”关系相匹配。

从冷灯峰值电流到热灯峰值电流的额定值，通过脚ADJ的电压控制，从脚ADJ到地连接一个电阻来设置这个电压。冷灯的短路电流到热灯的短路电流的值，也被这个电阻设置。 脚VOUTSENSE的电压比例于灯的电压，UCC2305检测脚VOUTSENSE的电压，将它与内部83mV的低门槛电压和2V的高门槛电压进行比较，如果电压不在这个范围，说明灯还未点燃或者开路或者短路，IC将用接近250nA的电流拉升接在脚FLTC和地之间的电容C19的电压。如果故障的时间足够长，使C19的电压超过5V，表明有灾害性故障，并关断IC，直至从脚BOOST撤除供电。如果故障在C19达到5V之前查明，电容即被放电直至0V，进入正常工作状态。放电电流50nA，放电时间比充电时间长5倍。正常工作的灯电压在60～110V之间，短路时在10V，启动时最高限制在600V。

2．3 启动电路

普通荧光灯电子镇流器的LC谐振电路虽然也能使HIDL启动，但并不满足HIDL的需要。HPSL的启动需要3～4kV的触发电压，使电弧管击穿，并提供足够的能量，使辉光放电尽快转化为弧光放电。对于HPSL启动器，有很多电路都有专利保护，虽然电路不算复杂，但在电路设计和元器件的选取上，都有一些技巧。一般的启动电路，在文献[4]中有详述。

3 结语

通过对高压钠灯电子镇流器多种电路的研究，发现使用UCC2305作为HIDL控制器具有电路可靠、结构简单、性价比较好等优点。UCC2305控制器不但能完成从触发点灯到灯稳定的电流模式恒功率调节，还具有完善的短路、开路、弧光失常、灯点不亮等全部保护功能，还能对灯温进行预测和补偿、输出功率可调、可以直接驱动MOSFET功率管，并且能够工作在－40～105℃宽温度范围，适合恶劣环境。采用UCC2305制作的高压钠灯电子镇流器，具有真正进入实际应用的价值。用电子镇流器替代传统电感式镇流器，不但可以节省大量的电能，还能实现高功率因数，减少电网污染，实现绿色照明。转载中国电子镇流器网