基于DSP的HID灯恒功率控制研究

发布时间：2020-09-16 17:42

　　 高强度气体放电灯(High intensity discharge lamp,简称HID灯)由于其高光效、照明效果优异、寿命长等优点被广泛应用于路灯、舞台照明、广场照明等场合,受到市场的肯定。但是HID灯在使用过程中会呈现出负阻特性,电压会随着电流的增加下降,出现功率偏离标称功率的现象;HID灯在启动过程中,当功率超过额定值时,放电灯出现的正阻特性会导致HID灯的温升急剧增加,严重缩短HID灯的使用寿命。为了减小运行条件变化对HID灯的运行品质和寿命的影响,研究HID灯在使用过程中的恒功率运行有重要的实际意义。论文首先对数字式电子镇流器和传统模拟电子镇流器进行了对比,阐述了模拟电子镇流器和数字式电子镇流器的优缺点;对数字式电子镇流器进行理论分析、主电路设计、元器件参数计算和选型。其次,建立了电子镇流器全桥逆变电路的等效模型,设计了PID控制环路;并利用Saber软件搭建了仿真电路,分别对开环和闭环两种情况进行仿真验证,结果表明主电路和控制环路设计参数合理,能够满足系统输入电压变化情况下的恒功率要求。最后,基于DSP芯片TMS320F28335编写了控制程序,配置中断和EPWM模块,编写了AD采样子程序,通信子程序,保护子程序,PID中断子程序;搭建了实验电路,对输入电压突增和突降等各种工况下的输出电压波形进行测试和分析,结果表明当输入电压在一定范围内波动时,电路均能调整到额定功率点附近运行,实现了数字式电子镇流器的恒功率控制。
【学位单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM923
【部分图文】：

第二章 HID 灯结构及调光方式2.1 HID 灯的发展与结构特点在 20 世纪八十年代中期，HID 灯被发现色温高，光通量大，易于发现行人和障碍物，率先被飞利浦公司研发应用在汽车照明系统中，与钨丝灯工作过程不同的是 HID 灯是利用灯管两端的电压击穿气体使其发生电离发光放电，其产生的光照强度高，人类视觉感官很舒适，与自然光非常接近。HID 灯属于气体放电灯的一种，需要很高的电压启动才能使其工作，灯管内的填充物质的主要为金属蒸汽，比如高压汞灯，其填充的是钠蒸汽，同理还有高压钠灯，氙气灯等[25]。

ID 灯的工作特性ID 灯放电电弧是气体持续电离来维持的，前面已经提到 HID 灯在使用的部气体放电的等效电阻是变小的，会导致其实际功率偏离标称功率，意味电压不变的情况下，电流会变大。同时由于其启动点火到正常弧光放电之，具体的放电过程在此不再祥述， HID 灯启动的工作过程如图 2-2。填充气体种类 汞蒸气 钠蒸气、汞蒸气、氙气 碘化钠、碘化铊、碘功率范围 10W~10kW 35~1500W 10W~1MW效（流明/瓦） 40~60 80~140 60~120显色指数 20~40 30~80 60~95颜色 淡蓝、绿色 黄、金白色 白色寿命（小时） 3000~6000 >10000 6000~15000触发电压 几百伏 几千伏 几十千伏要应用场合工业、仓库、街道、泛光照明道路、汽车照明及舞台照明、植物照明广场、商场、体育建泛光及投光照明

电容存在的作用是为了改善电路的功率因数，但是缺点也很明显，其体积过大，结构不精简，功率因数不高一直被人所诟病。正是由于电感镇流器的缺点，才有了后来的电子镇流器，在电子镇流器的应用下，HID 的发展进入了突飞猛进的地步，应用出现了多样化，功率调节也慢慢成为了研究的热点。2.3 电子镇流器为了克服电感式镇流器的缺点，实现绿色照明，智慧照明等特点，以飞利浦为代表的各大照明公司纷纷研制新一代电子镇流器以替代电感镇流器，电子镇流技术的研究，主要是为了延长灯管使用寿命、最大限度发挥 HID 灯优势，提高照明质量、减少谐波产生，不对电网产生污染；同时在功率调节方面有很大的优势，输出功率容易改变，在舞台灯等方面备受欢迎。目前主流的电子镇流器从拓扑结构上主要分为三级式和两级式的电子镇流器。2.3.1 三级式电子镇流器典型的三级式电子镇流器的拓扑结构如图 2-3 所示：

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本文编号：2820163