當(dāng)今全球能源緊缺的環(huán)境下，節(jié)約能源已成為大勢(shì)所趨，同時(shí)國(guó)家也大力倡導(dǎo)節(jié)能減排，建設(shè)資源節(jié)約型，環(huán)境友好型社會(huì)，這給高壓鈉燈節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器的發(fā)展帶來了巨大的歷史機(jī)遇。目前世界各國(guó)道路照明光源都是以高壓鈉燈為最主要光源，用電量占全部道路照明電量的80%以上。大功率LED在道路照明上的應(yīng)用雖然已從試驗(yàn)階段向應(yīng)用推廣階段發(fā)展，但高壓鈉燈80%以上的使用率不可能在近階段內(nèi)被同類產(chǎn)品替代而退出歷史舞臺(tái)，其歷史使命還將長(zhǎng)期延續(xù)，繼續(xù)穩(wěn)固占據(jù)道路照明光源主導(dǎo)地位。所以如何達(dá)到對(duì)高壓鈉燈的有效節(jié)電是道路照明節(jié)能的重點(diǎn)，政府節(jié)能工作中把政府機(jī)構(gòu)本身和公共行政事業(yè)單位的節(jié)能作為工作的首要任務(wù)，用電量大、浪費(fèi)電嚴(yán)重的路燈照明顯然成為政府節(jié)能減排工作的重中之重。路燈節(jié)能降耗有很大的潛力，選擇適合的路燈照明節(jié)能技術(shù)，將帶來可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。高壓鈉燈的高光效，均勻度、破霧性、顯色性都是其他光源所不能比擬的。但是因?yàn)殡娋W(wǎng)電壓變化的特點(diǎn)和道路照明的時(shí)間段特性，造成高壓鈉燈的光效及電能的浪費(fèi)和并導(dǎo)致燈具使用壽命縮短，因此也增加了龐大的維護(hù)費(fèi)用。如何揚(yáng)長(zhǎng)避短，將高壓鈉燈這種優(yōu)良的道路照明光源的效益最大化，達(dá)到節(jié)能、減少運(yùn)行費(fèi)用、提高亮燈率、降低維護(hù)量，做到安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、節(jié)能環(huán)保、維護(hù)方便、美化環(huán)境的綜合效果是本節(jié)能產(chǎn)品的改造項(xiàng)目確保達(dá)到的目標(biāo)。
問題的提出
高壓鈉燈（HPSL）是一種性能優(yōu)異的高強(qiáng)度氣體放電燈（HIDL），使用時(shí)發(fā)出金白色光，其優(yōu)點(diǎn)是光效高達(dá)140 lm/W、壽命長(zhǎng)達(dá)32,000h、光色好，所以廣泛應(yīng)用于道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)、碼頭、船塢、車站、廣場(chǎng)、街道交匯處、工礦企業(yè)、公園、庭院照明及植物栽培。與所有的氣體放電電光源一樣，高壓鈉燈呈負(fù)V－I特性，需要鎮(zhèn)流器來抑制燈電流，而且啟動(dòng)時(shí)需要5～20kV的氣體擊穿電壓。傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器體積大，功率因數(shù)低，而且對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)的適應(yīng)能力不強(qiáng)，所以，研制高頻電子鎮(zhèn)流器以取代電感鎮(zhèn)流器是大勢(shì)所趨?，F(xiàn)已研制的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器大都采用高頻電子鎮(zhèn)流器，在高頻狀態(tài)下，高壓鈉燈容易熄弧，并存在聲共振問題。為避免聲共振，現(xiàn)已研制的250W高壓鈉燈節(jié)能型電子鎮(zhèn)流器采用了頻率抖動(dòng)技術(shù)，使高壓鈉燈的電流工作頻率時(shí)刻圍繞中心頻率上下變化。啟動(dòng)部分采用LC串聯(lián)諧振電路產(chǎn)生高壓，簡(jiǎn)單可靠。在路燈照明設(shè)計(jì)中，根據(jù)時(shí)間段特性，增加定時(shí)器，在半夜某時(shí)將路燈功率降低，達(dá)到節(jié)能。
主回路設(shè)計(jì)
高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器主電路采用有源功率因數(shù)校正(APFC)和DC/AC逆變兩級(jí)組合方式，具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，解決了電網(wǎng)的諧波污染問題，使電子鎮(zhèn)流器更加綠色環(huán)保。有源功率因數(shù)校正電路，工作在DCM模式，諧波電流小，開關(guān)管電壓電流應(yīng)力小。DC/AC逆變部分通常采用半橋逆變或全橋逆變電路。半橋的輸出電壓是全橋的一半，在同樣輸出功率的條件下，所用功率管電流比全橋大一倍，在功率管電流相等的情況下，全橋電路的輸出功率是半橋的2倍，但多用2只功率管?？紤]到250W高壓鈉燈二次觸發(fā)電壓在150～190V，且APFC輸出電壓為400V，所以，半橋電路輸出的電壓完全能夠滿足二次觸發(fā)的需要，而且半橋電路與全橋電路功率管的電壓應(yīng)力相同，但前者成本比后者低，半橋電路完全滿足其需求。不對(duì)稱半橋（AHB）相對(duì)于對(duì)稱半橋，少用了兩個(gè)電容，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器主電路如圖1所示?？梢钥闯?，電子鎮(zhèn)流器實(shí)際上是一個(gè)典型的AC/DC/AC變換電路。
由于HPSL的阻抗非線性，在燈未點(diǎn)亮之前處于高阻，一旦外加高壓觸發(fā)點(diǎn)亮以后燈就導(dǎo)通，其兩端電壓迅速降低，燈電流增大，呈現(xiàn)負(fù)阻特性。如果還以平常的電壓加于燈上，燈將燒毀。而HPSL在剛啟動(dòng)的冷態(tài)和長(zhǎng)時(shí)間工作的熱態(tài)的阻抗又有很大差別，因此，HPSL控制器必須是一個(gè)電流模式控制下的恒功率輸出。在本方案中，采用了不對(duì)稱半橋電路，將APFC輸出的400V電壓，在恒電流下降至HPSL所需的工作電壓。其工作過程為電感L2和Ca首先達(dá)到串聯(lián)諧振，頻率為200kHz，產(chǎn)生5kV高壓，使高壓鈉燈點(diǎn)火，點(diǎn)火后高壓鈉燈導(dǎo)通，Ca不起作用，Ca是一個(gè)小容量的高壓電容，由于隔直電容Cb>>Ca，Cb和電感不會(huì)諧振，起到了鎮(zhèn)流作用，這時(shí)頻率以35kHz為中心上下波動(dòng)2kHz范圍，1分鐘后高壓鈉燈達(dá)到恒定功率正常運(yùn)行。不對(duì)稱半橋輸出方波，經(jīng)Cb和L2鎮(zhèn)流后變?yōu)楦哳l交流電。
