摘要：  本文將对HID灯高效节能电子镇流器本架构与典型(HID)控制器在电子镇流器上的应用及HID氙气灯核心部件-新型安定器基本特征等问题作分析说明。

关键字：  镇流器，电磁兼容，电源镇流器，电磁兼容，电源

0 前言：新技术的呈现
如今荧光灯镇流器设计正在向全电子化照明系统转化，日益成熟的电子镇流器技术现在能以更低的系统成本提供更好的性能。与传统的电磁式镇流器相比，电子镇流器具有重量更轻、效率更高的特点，并且提高功率因素以及具有更佳的功率控制一致性。但是，一直以来因为其更高的复杂性而难以设计。而控制集成电路便是最新一代电子镇流器控制集成电路的代表。它们能够弥补磁性镇流器不足。其优点包括：无闪烁照明与无可闻噪声及容易校正功率噪声。与之对比，电子镇流器将低频60Hz转成髙频，因此它将电灯泡的闪烁大大降低，以之于感受不刭。另外， 髙频产生更少的热，其效率也更高。
如今新款氙气灯(HID-High Intensity DischargeLamp)控制器（芯片）实现了完整的功能状态，可以实现灯的触发、频率控制和灯的正常运行，克服了设计挑战中的关键技术，从而获得了日常应用中电子镇流器的性能优势。值此以其氙气灯(HID)控制器在电子镇流器上的应用为例作分析说明。这是因为HID电子镇流器，可广泛应用于照明领域，该技术的研发符合国家发改委发布的《节能中长期专项规划》中的“节能重点领域和重点工程”的要求，并与国家重点建设的“绿色照明工程”相配套。
1 HID灯高效节能电子镇流器本架构介绍
HID 灯电子镇流器的工作原理。图1为HID灯高效节能电子镇流器架构示意图。
从图1所知，HID灯高效节能电子镇流器架构由滤波电路与浪涌吸收、桥式整流与有源功率因数校正PFC、高频变换电路、恒功率闭环控制及启动电路等组成。
其滤波电路可减少电磁干扰(EMI)，以满足电磁兼容性标准要求，保证镇流器工作可靠。而浪涌吸收是可抑制从电网串入的高压浪涌脉冲，能够消除雷电波入侵，保护镇流器和灯泡免受损坏。有了有源功率因数校正PFC，则可有效的抑制输入电源电流的波形失真，并能将系统的功率因数提高到0.99和使灯负载电流波峰系数小于1.4，从而可以保证灯管电压和灯电流稳定及延长灯负载的使用寿命。
尤其当采用APFC电源控制技术和先进的IC芯片时，一方面使得电源的功率因数高达0.97以上；另一方面使得高频发生器始终以高频恒电压的方式点灯。当输入的电源电压在一定范围内波动时，提供给灯的功率保持不变，其发光亮度不变，灯的电光转换无脉动，在同等光照的条件下，提高了效率和舒适度，延长了灯管的寿命。图2(a)和图2(b)为使用APFC校正前后的波形所示。
高频变换电路是一个DC-AC的电源变换器，其功能是产生几十千赫兹的高频信号驱动负载。恒功率闭环控制可有效的控制灯负载工作在设定的功率上，不受负载变化的影响和其它扰动的影响，这一点对延长灯的使用寿命特别重要，没有恒功率闭环控制功能的电子镇流器根本没有实用价值。之于启动电路是一种运用自适应技术设计高压触发电路，它能在140V电压、零下40℃时正常启动，具有启动电路热灯再启动保护功能以减少光衰延长灯泡使用寿命。
2 典型(HID)控制器在电子镇流器上的应用
值此以IRS2573D控制器为例，对其在电子镇流器上的应用作分析说明。
IRS2573D技术特征
IRS2573D是全集成全保护的600V氙气灯(HID)控制器，能驱动所有类型的氙气灯(HID)。它包括点火时间控制，恒定灯功率控制，可编程全桥运行频率，可编程过压和欠压保护以及可编程过流保护。IRS2573D以600V IC结合了高侧、双模式降压控制器和全桥驱动器。该器件新颖的降压电路能够在灯预热过程中实现连续导通模式控制，以及稳态运行下的临界导通模式。有关的全桥驱动器包含了所有高侧和低侧栅极驱动器输出，以及高侧供电电源的集成自举MOSFET。尤其是IRS2573DS提供了高度的灵活性和可编程性。这种新器件还集成了状态机来控制不同工作模式（包括触发、预热、运行和故障模式）下电的运行，并采用乘法器电路来准确测量和控制灯的功率。
IRS2573D控制器（或称单芯片HID系统）是完全集成的专用HID-IC解决方案。
主要特性：在单芯片中集成降压+全桥+车灯控制功能；真正的车灯电源稳压功能；集成完整的故障保护电路；可编程故障和触发计时器；车灯模式状态机。其主要参数见表1所示。
优点：单芯片中集成了大量HID系统专门技术；标准HID电路拓扑；可以针对所有的灯类型和电源进行调整；设计时间短。
此外，IRS2573DS还提供全面的故障检测和故障计时电路来检测开路、短路、触发失败、预热失败和灯泡报废等故障状况，还有灯触发器和定时器。采用IRS2573D实现的HID控制方案通过保留标准三态镇流拓扑结构，同时实现更小的尺寸和更高的效率，从而使设计风险最小。这种解决方案还具有简单的可扩展性，可以利用相同的基本电路来为一系列的电子镇流器提供一个平台，涵盖各种灯类型和功率大小。
IRS2573D功能方框图以及典型应用电路
图3为IRS2573D HID控制器作为氙气灯的电子镇流器应用方框图。从图3可知由IRS2573D与电磁干扰(EMI)滤波器、整流器、功率因素校正器、升压器及全桥驱动器組成。
HID电子镇流器优势与应用范围
HID电子镇流器优势为：高效率，节能照明系统效率>92%；250W时功率因数为≧0.97，400W时功率因数为≧0.98；谐波失真度低，THD值<10%；延长灯管的使用寿命，灯工作频率为100~400Hz低频方波，不仅可延长灯管寿命，同时避免音频共振，而且不会产生色漂移；尺寸小、重量轻，仅为传统铁芯电感镇流器重量的50%；低噪音，符合美国UL935 CLASS A等级；省能源，比传统铁芯电感镇流器节省20%~60%的电力消耗：最高寿命18000小时。
低频技术使用下的HID电子节能镇流器系列产品，使得我们成为HID光源最可信赖的节能专家，是“绿色环保”型高新技术产品。它是针对 HID照明系统专门设计的一种智能型节能系统。客户可根据实际使用的需求进行光线照度的调节，使用它有明显的省电节能效果，降低供电线路造价，灯光稳定，电源适应范围宽，多项保护功能，安全可靠，使灯泡的使用寿命得以更好的延长等优势，是电感镇流器的理想升级换代产品，是一种非常经济实用的配套设施。
与传统电感式镇流器相比，节电30%以上；对电网输电损耗减少达80%；对供电系统的容量(VA)需求减轻60%以上；由于通过有源功率因数校正技术控制电流波形为纯正弦波，对电网的污染程度减至最低，进线总电压畸变度小于 3% 。
值得提出的是安装使用方便，相比于电感式无需外加触发器和补偿电容。安装方式对比见图4(a)和图4(b)。
应用范围
在此要说明的是电子镇流器又称为数字节能集成控制器，它适用于HID气体放电灯具（高压钠灯、低压钠灯、金属卤素灯、高压汞灯等）的驱动控制，广泛应用于港口、码头、高速公路、隧道照明、道路照明、建筑照明、灯光球场、城市照明、仓库等大面积照明的场所。
3 关于新型安定器基本架构
HID氙气灯由安定器和灯泡构成，安定器是氙气灯产品的核心部件，氙气灯的性能与安定器密切相关。随着HID安定器技术不断成熟，新的数字化控制方式也在冲击着这个行业。通常安定器在开灯时会达到23，000V的电压，启动时将有电磁干扰(EMI)产生，这会对车内复杂的电子系统造成严重干扰。新型数字式智能安定器在电路上采取了许多抗干扰措施，例如变频工作模式、良好的布线等，从而在有效降低系统成本的同时，显著降低了EMI。图5为HID新型安定器基本架构示意图。
该方案采用高性能的MCU实现HID控制功能，该器件实现了整套的控制算法，包括DC/DC，DC/AC，保护功能等。整个方案由MCU、驱动及功率元件构成，结构非常简单，且所有元件都经过优化设计，因而具有良好的性价比。高集成度使元件的数量和面积得到减少，大量采用贴装元件实现了良好的散热设计和超薄设计。良好的供电拓扑结构和元件参数则使方案能够支持宽工作电压。
值此仅以IRPLHID2 HID安定器为70W功率灯特点为例作说明。那末有何特点吶？
它配备IRS2573 HID镇流器控制IC，能驱动器1×70W功率HID灯，其输入电压范围为：185-265伏交流，高功率因数，低总谐波失真，控制点火，低频方波驱动灯功率和电流控制开路和无灯保护短路，灯不热身保护，灯结束时的自动关机
4 HID氙气灯在气汽车上的应用
值此以采用全数字控制方式的汽车HID氙气灯方案为例作介绍。
过去汽车车灯多采用普通卤素灯泡，这种车灯的瓦数和亮度不够、色温过低、灯色偏黄，而且寿命较短，故障率偏高。日前，HID氙气灯正在汽车车灯领域兴起，与传统卤素灯相比，HID氙气灯具有节能、亮度高、寿命长、安全可靠、色温与太阳光类似等优点。
例如基于Silicon Labs MCU的单芯片氙气灯全数字智能安定器解决方案。该方案采用全数字控制，符合目前数字化的发展潮流。单芯片的控制技术可使出厂调试的工作量大大减少。此外，采用了多项新技术来提高HID安定器的性能，包括丰富的故障检测、高性能的环路响应、展频特性等。而MCU采用了为C8051F33X微控制器。
5 结语-应用微控制器芯片为核心构建的新型电子照明镇流器是一种新潮。
上述仅是以HID灯高效节能电子镇流器技术与应用为例作为重点说明。特别需要指出，当今，照明系统是节能潜力最大领域的产品之一，它包含了需采用电子镇流器替代磁性镇流器可以将照明系统的功耗降低25％。而其中应用微控制器芯片为核心构建的新型电子照明镇流器是一种新潮。为此例举如下：
为提高照明系统的能源效率、降低系统复杂度和成本，应用MC68HC908LB8微控制器芯片（8位）为核心构建的数控电子照明镇流器（见图6所示）是比较理想的解决方案。由于MC68Hc908LB8嵌入了PFC控制电