高压钠灯电子镇流器关键部分建模及优化设计

摘要

节能减排已经成为一个全球性的话题，其中绿色照明正引起了越来越多的关注。高强度气体放电灯光效较高、显色性较好、发光集中，是一种绿色照明光源，它的应用范围越来越广，而与之配套的电子镇流器的性能是影响放电灯效果的关键因素。目前关于金属卤化物灯及其镇流器的研究已经较多，但是针对高压钠灯及其镇流器的研究及设计相对较少，而钠灯又广泛应用于道路、机场的室外大型照明场合，国外已经有利用高压钠灯模拟太阳光进行大棚照明培育植物的应用。
　　 本文首先介绍了课题的研究背景，包括高强度气体放电灯的分类和应用，其中对高压钠灯的结构和特点做了详细的介绍。同时对与高强度气体放电灯配套的电子镇流器的国内外研究现状进行了概述，包括了目前研究的几大难点和热点，由此引出本文的研究内容。
　　 关于气体放电灯的建模一直是研究的难点之一，作为一种比较特殊的负载，气体放电灯不仅具有一般电气负载的普遍特性，还有非线性特性，建立合理的模型对这个特殊的负载进行描述对电路设计工作者有很大的帮助，它能够使设计者更有针对性的进行设计。本文的第二章将对高压钠灯的模型进行研究与分析，包括钠灯的稳态模型和启动模型，并且基于经典的Francis方程提出了一种全新的数学模型，新型模型更好地描述了灯管内电子浓度与灯电导的关系。仿真和实验波形证明此模型较好的反映了高压钠灯的特性，是实用的、可靠的。
　　 高压钠灯电子镇流器整机拓扑种类很多，但是各种拓扑中逆变电路总是核心的部分，是决定电子镇流器性能好坏的关键部分。本文第三章对高压钠灯电子镇流器的逆变电路进行研究与分析，建立逆变级谐振电路数学模型，结合高压钠灯模型进行仿真。第五小节给出了GE400V/600W高压钠灯电子镇流器逆变电路设计实例，验证了设计的正确性。
　　 功率电子产品中，电磁干扰是一大不可避免的难题。电子镇流器中采用了电力电子的开关技术，在高频时电流变化率很大，会产生很强的电磁噪声信号，对电网造成污染，所以如何减小电磁干扰、优化性能是电子镇流器能够广泛推广和产品化的关键问题。基于此，在本文第四章中对大功率高压钠灯电子镇流器进行了EMC分析，介绍了电子镇流器EMI滤波器的设计步骤。利用线性阻抗稳定网络测得电子镇流器的噪声，然后据此设计滤波器的参数，并给出了一个设计例子，包括理论分析、参数选择、实验波形，验证了此EMI滤波器的实用性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1课题背景

1.2高强度气体放电灯

1.2.1气体放电灯的分类

1.2.2高压钠灯的结构及特点

1.2.3气体放电理论

1.2.4气体放电灯建模研究

1.3电子镇流器的研究概述

1.3.1国内电子镇流器研究现状

1.3.2国外电子镇流器研究现状

1.3.3电子镇流器的启动研究

1.3.4电子镇流器的调光研究

1.3.5电子镇流器中磁元件的研究

1.4本课题的意义及主要工作

第二章高压钠灯的建模研究

2.1引言

2.2高压钠灯稳态模型

2.2.1气体放电灯经典模型

2.2.2高压钠灯新型模型及其仿真

2.3高压钠灯启动过程的建模

2.3.1高压钠灯的启动过程

2.3.2高强度气体放电灯建模方法

2.3.3高压钠灯的启动模型及其仿真

2.4小结

第三章电子镇流器逆变电路研究

3.1引言

3.2逆变电路拓扑及其控制

3.2.1常用逆变电路概述

3.2.2本课题采用的逆变电路

3.2.3逆变电路的控制

3.3逆变级谐振电路建模

3.4逆变级灯启动电路

3.4.1谐振启动电路

3.4.2附加启动电路

3.4.3启动电路设计总结

3.5 GE 400V／600W高压钠灯电子镇流器逆变电路设计

3.5.1启动电路设计

3.5.2谐振回路设计

3.5.3控制电路设计

3.5.4 ZVS附加回路设计

3.6小结

第四章电子镇流器的优化设计

4.1电子镇流器的电磁干扰概述

4.1.1电子镇流器的传导干扰

4.1.2电子镇流器的辐射干扰

4.2 400V／600W电子镇流器EMC分析

4.2.1 PFC级电磁干扰分析

4.2.2逆变级电磁干扰分析

4.2.3接地系统和PCB布线

4.3电子镇流器EMI滤波器的设计

4.3.1谐波的产生

4.3.2 EMI滤波器的设计

4.3.3 EMI滤波器实验波形

4.3.4开关回路元件对电路EMI的影响

4.4小节

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢