逆变部分是电子镇流器的核心部分,所以对电子镇流器控制方法的研究主要是针对逆变电路的控制。在控制方法的研究中,如何消除灯的声共振是关键问题。
按照目前消除声共振的方式可以把电子镇流器的控制方法分为3种,即:高频信号的低频调制、变频调制和变幅值调制以及白噪声调制方法。
9.3.2.1 高频信号的低频调制
传统的电子镇流器控制方式仅用高频信号来控制灯端电流,但是实验和理论均证明这种控制方式无法解决声共振问题,达到电弧稳定。于是人们便想到可以把低频信号和高频信号叠加在一起,运用调制原理,这样既可以保证加在灯端的信号避开声共振的频带,解决声共振的问题,还可以避免在低频情况下变压器的体积和重量过大。电子镇流器的设计者们希望能够实现如图9-27所示的控制信号,其中高频信号为20~40kHz,而其包络线为几十到几百赫兹的低频信号,既可以是图中的方波也可以是正弦波信号。图9-28所示为全桥型的电子镇流器逆变部分的拓扑结构。VF1和VF4构成一组桥臂,VF2和VF3构成一组桥臂。可以让上面的两个功率管VF1和VF3采用高频控制,下面的两个功率管VF2和VF4采用低频控制,从而实现高低频的叠加。通过改变低频包络线的幅值可以达到控制输出功率的目的。
图9-27 低频调制方法的控制信号
图9-28 全桥拓扑结构
9.3.2.2 变频和变幅值调制
所谓变频调制,是控制灯端电流围绕着一个中心频率上下不停变化,这样即使这个中心频率周围存在某个声共振频率,因为灯端电流不在这个频率上停留,使得幅值达不到产生声共振所需能量要求,也就避开了声共振。变幅值调制是在高频信号上加上一个低频正弦波包络线,使灯端电流频率不变,而幅值不断变化,从而达到消除声共振的目的。这两种调制方法,都是基于图9-29所示的原理。
首先讨论变频调制的方法。在没加低频调制信号以前,先要选择一个中心频率,这个中心频率由直流给定信号决定。在一个没有声共振现象的区域,比如22~28kHz之间,然后选择一个调制的频率范围,一般为±2.5~±5kHz。在选好的中心频率给定信号上叠加确定好频率的低频调制信号,这个调制信号的幅值决定了变频的范围,周期决定了频率变化的快慢。这样灯端电流就会围绕着这个中心频率实时的变化。这里调制的幅度与速度都可以通过改变低频调制信号的幅值和频率来改变。图9-30为变频控制时灯电流波形变化示意图,图中ΔT为周期变化范围。因为频率不是固定在一点上,所以就不会在固定的频率上形成驻波而产生声共振。
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图9-29 变频和变幅值调制的控制回路框图
对于固定频率调制幅值的方法与调节频率的方法类似,首先要在高于18kHz的一个没有声共振的频带内选择电子镇流器的工作频率,然后确定低频调制信号的频率和幅值,通过插入的调制信号来改变高频信号的占空比,这样电流信号的幅值包络就随着占空比的改变实时地变化,图9-31所示。因为引起声共振的因素不仅仅是频率,当在声共振的频率范围内,信号的幅值不足以引起声共振,也能保证电弧的稳定。这种幅值调制的方法正是将高频信号的幅值削减,而将一部分能量转化为低频信号叠加在一起。这样既能保证加在HID灯上总的信号幅值足够的大,同时又能抑制高频信号的幅值,避免声共振。
图9-30 变频控制的电流波形
图9-31 变幅值控制的电流波形
9.3.2.3 白噪声调制
还有一种频率调制方法是白噪声调制,如图9-32所示,在灯运行的过程中,电压和电流信号就被随机调制。应用这种方法最重要的就是要选定一个合适的中心振荡频率fo,如果选择的不合适,当加入白噪声后,可能引起弧的不稳定现象更加严重。另外还要选择合适的噪声带宽,如果噪声带宽太小,则调制的效果不明显,如果噪声带宽的范围很大,不但不能解决声共振问题,反而可能使电弧的抖动更加严重。
图9-32 白噪声调制的控制回路框图
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