刘康 蒋健 于建鹏 孟之一 余振中 田小敏
金陵科技学院, 江苏 南京 211169
摘要：本文介绍了金卤灯电子镇流器中Buck降压电路的基本工作原理，提出了一种基于UC3843芯片的Buck电路，并进行了PSpice仿真验证，仿真结果和实验测试相吻合，说明该仿真研究的有效性。
关键词：金卤灯；Buck电路；PSpice仿真
1.金卤灯电子镇流器
金卤灯是一种在金属卤化物混合蒸气中产生电弧放电发光的放电灯，具有寿命长、显色性能好、发光效率高等特点，广泛应用于车站、机场、大桥、商场、体育场馆及城市亮化工程等照明场合。金卤灯在稳态工作时呈现出负阻特性，不能直接接入市电，正常工作必须配备电子镇流器。三级低频方波的金卤灯电子镇流器的设计方案比较成熟，且可靠性高，主要包括以下几个部分：有源功率因数校正APFC电路、BUCK降压电路、全桥逆变电路、点火电路等等，如图1所示。
本文设计的是70W金卤灯电子镇流器：1、第一级是功率因数校正电路，目的是将整个电路的功率因数提高到接近于1，减小对交流电网的谐波污染，同时把民用电（50HZ、220V交流电）转化成400V直流电；2、第二级是Buck降压电路，主要功能是将功率因数校正电路输出的400V直流电压降压到本文中的85V直流电压，同时Buck电路的另外一个功能是实现对灯的恒功率控制；3、第三级是全桥逆变电路，由于金卤灯需要工作在低频方波状态下，因此Buck电路输出的直流电压需经过DC/AC逆变电路才能使灯正常工作；此外，为使金卤灯正常启动，要求电子镇流器能提供一个幅值3kV以上的高压脉冲，该装置称为点火电路。本文主要研究基于UC3843芯片的70 W金卤灯电子镇流器中Buck电路的PSpice仿真。
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2.改进型Buck电路的设计
Buck电路是一种输出电压Vo小于或者等于输入电压VIN的直流/直流降压变换器，它是由全控型开关管T和续流二极管D，以及电感L、电容C构成的低通滤波电路组成，拓扑结构如图2(a)所示。通过给开关管T施加一个周期性的驱动信号来实现导通、关断控制，设开关管T的导通时间为Ton，在这期间二极管D处于截止状态，电感电流线性增加。设开关管T的关断时间为Toff，在这期间二极管D处于续流状态，电感电流线性减小。Buck变换器有两种可能的工作模式：电感电流连续模式和电感电流断续模式。电感电流连续模式是指电感电流在整个开关周期Ts中都存在的一种工作状态，而电感电流断续模式是指在开关管关断期间的后期一段时间内电感电流已经降为零的一种状态。处于这两种工作模式的临界点称为电感电流临界连续状态，这时电感电流在开关管关断期Toff结束时，刚好下降到零。LC低通滤波器的功能就是使开关管T输出电压的直流分量可以通过，而抑制谐波分量通过，最终电容C上的输出电压Vo是该直流分量再附加微小的纹波电压。图2(a)中MOS管的栅源极位于高电位侧,PWM信号不能直接驱动MOS管, 必须通过隔离电路实现对MOS管的驱动, 隔离电路可以采用光耦或者变压器的隔离方法，但是这将增加系统的元件数量和成本，并降低系统可靠性。因此，本设计中我们采用图2(b)中改进型的Buck电路，此时MOS管处于低电位侧，PWM信号可以直接驱动MOS管，由于电路图2(a)（b）中的拓扑关系没变, 电路中的相关参数计算表达式不变。
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3.仿真结果与结论
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本文提出了一种基于UC3843芯片的改进型Buck电路，该设计方案简单可靠。针对于70W金卤灯我们计算了Buck电路的相关参数，并采用PSpice软件进行仿真验证，仿真波形结果与电路设计目标非常相近，说明了本次设计的有效性。
参考文献
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