1 引言
近年来，随着国家绿色照明工程的发展，作为新一代照明光源，金属卤化物灯(MHL)等高强度气体放电灯以其发光效率高、功率大、寿命长等优点，在大面积照明和室外照明等场合有着很好的应用。作为绿色照明光源，与之配套的电子镇流器必须满足输入功率因数高，对电网谐波污染小等要求，本文设计的两级式低频方波电子镇流器能有效的实现高输入功率因数及避免金卤灯发生声谐振。
同时，金卤灯需要单独的高压脉冲启动电路才能正常工作。因此金卤灯启动电路的设计尤为重要，本文提出了一种新型的启动电路，结构简单，点火效果好，试验结果验证了其工作的可靠性。
2 电路拓扑及工作原理
2.1 PFC级电路原理图
如图1所示。PFC电路采用IR公司基于电流连续模式的控制芯片IR1150S。电路采用Boost电路，电感L工作在CCM状态，因此降低了电感峰值电流。
同时由于IR1150S采用先进的单周控制技术，因此不再需要对输入电压采样以及复杂的模拟乘法器电路，芯片采用电压，电流双环控制，电流环能快速跟踪输入电流的变化，电压环则控制输出电压的稳定。二个控制环路结合的结果，使AC输入平均电流与AC输入电压成正比，并且呈正弦波形，与输入电压保持同相位，从而让输入功率因数近似为1。
IR1150S采用单周控制技术。其工作原理如下[1-3]，若控制电路的控制策略满足了输入电流与输入电压成比例，整个变换器可以等效为一个电阻Re，则有：ig=Vg /Re，对于Boost变换器有：Vg=Vo(1-D)，ig Rs=(1-D)Vo Rs /Re。
定义VoRs /Re=Vm，则有：

构造控制方程组
                    (1)
式(1)即为OCC(One-Cycle Control)控制方程组，通过电路实现V1(t)和V2(t)的比较即可确定占空比D。
2.2 DC-DC变换及逆变电路
(1)功率控制电路结构
如图2所示电路，本文设计的金卤灯电子镇流器将DC-DC级和低频逆变级相结合形成一级，从而和前端PFC级形成两级式结构[5-7]。DC-DC级采用UC3844芯片控制，开关管S1工作在高频状态，实现对输出电压的调节，同时金卤灯的稳态恒功率控制也在这一级进行。开关管S2，S3工作在低频状态，为金卤灯提供低频方波，有效的避免声谐振的发生。通过在Flyback变换器的副边增加一只绕组，和开关管S2，S3结合形成半桥结构为金卤灯提供低频方波电流，和传统的三级式电子镇流器电路相比，节约了逆变级的两个开关管，降低了电路成本，同时通过纯模拟电路即可实现对金卤灯的近似恒功率控制。
(2)近似恒功率控制策略
金卤灯在工作过程中负载特性变化很大，且随着金卤灯寿命的变化，灯阻也不断变化，为延长金卤灯的使用寿命，保证金卤灯在光色、色温方面的稳定性，本文采用近似恒功率的控制方法[9， 10]。如图2。
当S2导通，S3截止时，a点电压为Va-Vb=2|Vlamp|，c点为Vc-Vd=|Ilamp|Rsense，这样便可以得到灯电压，电流采样值。同时Ve=(R2/R1)|Ilamp|Rsense=KI|Ilamp|，Vf=2(R6/R5)|Vlamp|=Kv|Vlamp|。
假设，m=R10 /R9，n=R12 /R11，则有：
                     (2)
由上式可以得到灯功率的表达式：

                  (3)
由式(3)可以得到如图4所示曲线。从图3(a)上可以看到，当金卤灯电压从V1到V2，灯功率的变化范围不大，从而实现了金卤灯的近似恒功率控制。图3(b)为金卤灯两端电压和电流的关系，从图上可以看出，该电路同时还具有限压和限流的功能。
3 新型启动电路及其工作原理
通常金卤灯电子镇流器都采用脉冲式启动电路[8]，其中图4(a)所示的串联型脉冲启动电路尤为常见，该电路的优点是通过调节R，C的值，对触发脉冲的宽度可以调节，点火效果好，但是因为脉冲变压器副边串入了灯回路，所以会对逆变级开关管换向产生影响，同时为了防止高压脉冲对逆变桥开关管造成损害，电容C2必须选择合适值。
本文提出了一种新型的并联型脉冲启动电路，如图4(b)所示，灯启动前，A，B两点之间有一个低频的方波，幅值约250V-400V左右，通过L、Ls、C1、C2回路充电，当电容C2上的电压幅值达到双向开关Sidac的击穿电压时，Sidac导通，C2上的电压全部加到脉冲变压器的原边Lp上，通过铁芯耦合，Ls上就可以得到几千伏的电压，由于C1上的电压不能突变，因此这几千伏的电压都加到灯上，使灯启动。
当灯启动后，变压器副边绕组不会串入灯回路，减小了电路的损耗，同时启动电路停止工作，对灯的正常工作不会有影响。
4 试验结果
根据以上分析，设计了一台70W金卤灯电子镇流器，额定灯电压Vo=85V。电路参数为fs=100kHz，fs1=90kHz，L=150μH，C7=330μF。其中S，S1采用IRFPF50，S2，S3采用IRF840。
图5所示为输入电压Vin和输入电流Iin的试验波形，可以看到输入电流正弦性好，纹波小，功率因数近似为1。图6为灯两端电压和电流波形，灯两端得到200Hz的低频方波。
图7，图8分别为Boost电感电流波形和Flyback变压器原边电流波形，可以看到Boost电感电流波形包络线为正弦半波。
5 结语
本文所设计的两级式金卤灯电子镇流器PFC级采用先进的单周控制芯片IR1150S，该芯片基于电流CCM模式，降低了电感峰值电流，同时不需要传统的乘法器电路对输入电压采样，简化了电路和减少了PCB板的制作面积。将DC-DC级和低频逆变级相结合，比传统的三级式电子镇流器结构节约了两只开关管，降低了电路成本，采用低频方波有效的避免了金卤灯声谐振的产生。另外本文还提出了一种新型的金卤灯启动电路，该电路结构简单，点火效果好，易于实现，试验结果验证了其工作的有效性。

参考文献
[1] 陈延明，杨兴龙，万忠东．基于单周控制的有源功率因数校正  电路设计．电力电子技术．2006，40(4)：89—91．
[2] 王凡，王志强．基于IR1150的单周期控制PFC的原理与设计．电源技术应用．2005，8(11)：37—41．