HID电子镇流器的远程控制与调光控制

高菊玲

(江苏农林职业技术学院机电工程系，江苏句容 212400)

随着社会的不断进步和发展，世界各国日益关注节能问题。节能降耗，减少污染，循环利用，可持续发展成为世界各国政府的共同目标;低碳、环保、节能成为社会的主要发展趋势。高强度气体放电灯(High Intensity Discharge Lamp)，简称HID灯，是新一代节能电光源，具有诸多优点，如高光通量，高光效，长寿命，放电管小，等等，在绿色照明工程中扮演着非常重要的角色。但由于其特殊的负阻抗特性，为了保证光源稳定工作，使用时必须添加镇流器件［1－2］。

长期以来，HID都是使用电感镇流器。电感镇流器具有以下优点［3－4］:简单，可靠，加工制作比较方便，成本不高，等。但是电感镇流器功耗大，功率因数低，体积大，质量大。后来，发展到使用电子镇流器。电子镇流器发光效率高，功耗低，并且质量小，还可以多盏灯共有1个镇流器等。但模拟电子镇流器存在很多问题，如有相当数量的电子元器件，保证高可靠性、高功率因数及良好的电磁兼容效果的难度相当大，而且成本较高。

随着微电子技术和计算机技术的不断发展，特别是近几年来高性能、低成本数字信号处理器(DSP)的广泛应用，使电子镇流器的数字控制成为可能［5－7］。具有智能控制功能的数字化电子镇流器不仅可以简化硬件电路设计，还为满足现代高质量的照明要求提供了可能，其相关研究已成为当今镇流器领域的研究热点。本文以美国微芯公司的dsPIC30F2020电源专用DSP为控制核心，设计了金卤灯电子镇流器的数字化远程控制及调光控制方案。

1 控制系统总体设计框架

图1为数字控制电子镇流器硬件总体框架。本设计选用Microchip公司的dsPIC30F2020作为系统主控芯片，主要用来实现电子镇流器的远程启停、调光控制和故障保护。

dsPIC30F2020具备分辨率为1 ns的高速脉宽调制器(PWM)和7种工作模式，包括标准、互补、推挽和可变相位工作模式，可实现低延迟时间和高分辨率控制，还具备每秒200万次采样的10位模数(A/D)转换器。10位A/D转换器有多达12个的输入通道和高达2 MSPS的采样率。先进的采样性能可以对4个采样/保持通道中的每个通道单独进行触发，并进行精确、唯一的定时或同步采样。

dsPIC30F2020具有12 kB的闪存和4个PWM发生器。该系列的所有器件都可在3.0～5.5 V电压范围内工作。

本设计中采用dsPIC30F2020的I/O口实现金卤灯电子镇流器的远程启停、调光，并利用4路PWM口实现全桥逆变电路功率开关管的四路驱动，采用SFLT1故障输入引脚实现过压、欠压和过流的故障保护，一旦中断信号到来，SFLT1接受低电平信号，软件进入故障保护中断子程序。

图1 数字控制电子镇流器硬件总体框架

2 硬件电路设计

2.1 远程启停电路设计

图2为远程启停电路。当T1的基极为高电平时，T1饱和导通，集电极为低电平，KM线圈通电，常开触点S1闭合，金卤灯电子镇流器正常启动工作。当T1的基极为低电平时，T1截止，KM线圈断电，常开触点S1断开，整个主功率回路不能构成通路，金卤灯电子镇流器处于停止状态。只要通过dsPIC30F2020发出使RB0这个I/O口置高电平的指令，就可以实现金卤灯电子镇流器的远程启停。

D2主要起到当继电器不工作时的反向续流和抑制浪涌电流的作用，选用1N4148即可。

图2 远程启停电路

2.2 调光电路设计

本设计中的调光为三级式调光方式，分别通过dsPIC30F2020的RB1，RB2控制外部电阻的接入，以调节BUCK电路的电流反馈达到调节功率输出的目的，如图3所示。调光分为3档:

1)R4，R5同时不接入。

2)R4，R5其中一个电阻接入。

3)R4，R5同时接入。

图3 调光电路

2.2.1 第一级调光

当dsPIC30F2020发出指令让RB1，RB2都为高电平时，光耦U1，U2不导通，R4，R5不能并入UC3843的电流检测回路，此时，UC3843的输出占空比最小，金卤灯发光亮度最低，为第一级调光。

2.2.2 第二级调光

当dsPIC30F2020发出指令让RB1，RB2其中之一为高电平时，光耦U1，U2中一个导通，一个不导通，R4，R5中的一个接入UC3843的电流检测回路，与电流采样R1并联，因为并联后阻值减小，所以检测到BUCK电路中电流增加，金卤灯的亮度比第一级有所增加，为第二级调光。

2.2.3 第三级调光

当dsPIC30F2020发出指令让RB1，RB2都为低电平时，光耦 U1，U2都导通，R4，R5都接入 UC3843 的电流检测回路，与R1并联，比第二级的并联阻值还小，此时UC3843的输出占空比最大，所以BUCK电路中电流比第二级中的要多，这时，金卤灯输出额定功率最大，亮度最高，为第三级调光。

启停电路选用引脚RB0作为输出I/O口控制继电器的吸合动作。分别选用引脚RB1和RB2作为输出I/O口控制外部2个辅助采样电阻的接入，以此来调节输出端电流达到调光目的。通过设置高速PWM产生模块低频方波信号驱动全桥电路开关管动作。过压、欠压及过流保护信号通过15脚SFLT1输入。

3 软件设计

3.1 远程启停子程序设计

远程启停硬件电路通过接收外部串行通信接口的指令信号实现启停功能。当接收到开机信号时，dsPIC30F2020的RB0为高电平，执行系统启动过程。当接收到关机信号时，dspPIC30F2020的RB0为低电平，执行系统停止过程。程序流程如图4所示。

图4 启停子程序流程图

3.2 调光子程序设计

调光电路通过接收外部串行通信接口的指令信号实现调光功能。当接收到强光指令时，dsp-PIC30F2020的RB1，RB2均为低电平，金卤灯按额定功率正常发光。当接收到中等强度光指令时，dspPIC30F2020的RB1为高电平，RB2为低电平，或RB1为低电平，RB2为高电平，金卤灯按额定功率的1/2发光。当接收到弱光指令时，dsp-PIC30F2020的RB1和RB2均为高电平，金卤灯按额定功率的1/3发光。程序流程如图5所示。

图5 调光子程序流程图

4 结论

本文以金卤灯电子镇流器为例，设计的基于以美国微芯公司的dsPIC30F2020电源专用DSP为控制核心的数字控制系统，能实现HID电子镇流器的远程启停和调光的数字控制。

［1］刘晨阳.气体放电灯电子镇流器关键技术的研究［D］.杭州:浙江大学电气工程学院，2005:6－8.

［2］FLESCH P，NEIGER M.Numerical investigation of time dependent electrode plasma interaction in commercial HID-lamps［J］.IEEE Transactions on Plasma Science，2005(33):508－509.

［3］毛兴武，祝大卫.电子镇流器原理与制作［M］.北京:人民邮电出版社，1999:263－269.

［4］杨国仁.HID电子镇流器及其saber仿真［D］.杭州:浙江大学电气工程学院，2006:8－11.

［5］卓书芳.金卤灯电子镇流器数字控制技术研究［D］.福州:福州大学电气工程与自动化学院，2005:28－30.

［6］郭金明.70W金卤灯电子镇流器研制［D］.南京:东南大学电气工程学院，2007:15－17.

［7］陈铭.数字控制的金卤灯用电子镇流器［D］.杭州:浙江大学电气工程学院，2005:25－26.