本文介绍一种新型金卤灯用电子镇流器：在现有 EMC 电路、全桥整流电路、Boost 升压及有源功率因数校正（APFC）电路、DC/AC 逆变电路基础上，增加频率控制电路，使 DC/AC 逆变电路按高频 f1 与低频 f2 两种频率工作。在高频 f1 状态，利用 LC 谐振及环形铁心变压器升压将金卤灯点亮，随后转入低频 f2 状态工作，消除声共振现象；工作在 f2 状态时灯电流增加，此时利用环形铁心变压器次级绕组的大阻抗限流，使灯稳定工作。当电源电压自 85～250 V 变动（50 Hz/60 Hz）时，金卤灯功率变化仅约 1.5%，线路输入功率因数保持在 0.98 以上；当工作频率自 50 Hz 升至 300～350 Hz，环形铁心变压器的体积重量约缩小到原来的一半。

引言：气体放电灯（日光灯、高压钠灯、高压汞灯、金属卤化物灯等）传统上采用电感式镇流器与灯管串接接入电网，另单独采用启辉器或触发器产生所需高压（超前顶峰式镇流器无需触发器）点亮灯管，点亮后利用电感镇流器自身阻抗控制灯管电流。这种电感镇流器一般以硅钢片堆叠作铁心、缠绕漆包线制作，工作频率 50/60 Hz，相对体积大、笨重、功耗大、效率低。电子节能灯的电子镇流器通过 AC/DC/AC 变换，把 50/60 Hz 市电变直流、再经逆变器变成几十 kHz 的交流，用铁氧体磁芯取代硅钢片，实现轻量化、功耗降低、光效提高。但高强度气体放电（HID）灯（尤其是金卤灯）工作频率升至 800 Hz 以上时，灯电弧容易产生声共振，表现为电弧扭曲、摆动不稳、灯光闪烁，严重时损坏电弧管。

一、新型金卤灯镇流器的提出：在开关电源技术基础上开发的金卤灯电子镇流器按两个频率工作：高频 f1 产生高频高压点亮金卤灯，灯点亮并稳定（约数秒）后自动转换到低频 f2 状态，既点亮灯又使其稳定工作、无声共振。电路（图 1）在 EMC 滤波、全桥整流、Boost 升压 APFC、DC/AC 逆变基础上增加频率控制电路与金卤灯点亮及镇流电路。以 IC2（IR2153）为中心的可编程频率变换与驱动 DC/AC 电路，通过改变与 IC2 的 2、3、4 脚相连的电阻 R13 与电容 C8 参数改变工作频率。为自动改变 IC2 工作频率 f，系统增加可自动改变 R13 阻值或 C8 容量的控制电路，由继电器 JA、电阻 R9～R12、电解电容 C6 及 CBB 型电容 C8A（或电阻 R13A）和 NPN 晶体管 S2 组成。金卤灯点亮和镇流电路由电感 L3、电容 C14、升压变压器 T2（初级绕组 N1、次级绕组 N2）、电解电容 C15、C16 组成；L3 用锰锌铁氧体作磁芯，C14 为 CBB 型高耐压电容，升压变压器 T2 采用硅钢带卷绕成的环形铁心。为保证 IC2 正常工作，另从前级 Boost 升压变压器 T1 次级绕组引出供电支路（经快恢复二极管 D10、电阻 R16、电解电容 C7 接到 IC2 的 1 脚 VCC）。

二、系统工作原理：市电（50/60 Hz、90～250 V）经 EMC 滤波、桥式整流滤波、Boost 有源功率因数校正升压，得到约 385 V 直流，供后级可编程频率变换与 DC/AC 电路、频率控制电路及放电灯点亮镇流电路工作。同时从升压变压器 T1 次级绕组 N2 输出约 16 V，经 D10 整流、R16 降压后加到 IC2 的 1 脚（VCC）使其激活。385 V 接通的瞬间，电解电容 C6 导通电流使 NPN 管 S2 导通、继电器 JA 激磁、常闭触点跳开，使 C8A 与 C8 断开，此时 IC2 输出频率由 R13、C8 决定，为 f1，MOSFET S3、S4 按 f1 工作。调整 L3 电感、C14 电容及 T2 初级绕组电感，使其与 f1 谐振，产生的谐振高压经升压变压器升至足够高，点亮金卤灯。灯稳定点亮后（约 2～3 s，时间由 C6 与 R9 控制），C6 充满电停止流通、S2 关断、继电器 JA 去激磁、常闭触点恢复，把 C8A 并接在 C8 上、增大可编程电容容量，振荡频率自 f1 降为 f2，适当选配 R13、C8、C8A 值可使 f2 低至 300 Hz 左右；若仍有声共振，可加大 C8A 使 f2 更低。转 f2 后金卤灯稳定工作、无声共振。频率从高频 f1 转低频 f2 时灯功率增加，此时用变压器 T2 次级 N2 绕组阻抗限流，使灯工作在稳定功率状态；频率转换完成后，包括继电器在内的频率控制电路进入“休息”状态。f2 在 300～400 Hz 之间时，对 35 W、50 W、70 W、100 W、150 W、250 W 金卤灯基本消除声共振。电阻 Rv 可接入以降低工作频率使灯功率（亮度）增加；Rv 可采用光敏电阻或其它可变电阻实现自动调光，也可用普通可变电阻手动调光。图 1 电路适用 35～400 W 金卤灯与 50～400 W 高压钠灯，不同功率仅需改变相关元件规格与磁芯、环形铁心规格，基本拓扑无需变化。

三、硅钢环形铁心变压器：高频 f1 一般确定在约 60 kHz。由 L3、C14 及 T2 初级 N1 组成谐振电路，自然频率接近 60 kHz 时，T2 初级 N1 上出现较大高频电压，经次级 N2 升压达到足以点亮金卤灯的高频高压。f1 确定在 60 kHz 左右的原因：在此频率下金卤灯电弧内电极间会产生容性位移电流、促使灯在较低电压下点亮；且谐振电感、电容及初级绕组电感可取较小值。灯点亮后转低频 f2（300～400 Hz），限流电感需要较大阻抗：150 W 金卤灯需 45～50 mH 电感，采用非晶铁心价格太贵、铁氧体磁芯体积价格偏高，故选用 0.35 mm 硅钢环形铁心作升压变压器。卷绕铁心的整个磁回路都顺硅钢片晶粒取向，磁滞损耗明显下降，磁感应强度上升，同截面下比叠片铁心绕组匝数少、节省铜材、降低铜损耗；环形铁心作变压器自身功耗仅为叠片铁心的 56%～60%。在 50 Hz 下自损耗（含铜阻）约 7 W、330 Hz 下约 11.4 W，符合节能型电感镇流器标准。把工作频率控制在约 300 Hz，既避免声共振，又可采用 0.35 mm 环形铁心作升压变压器，降低成本；环形变压器结构紧凑、安装灵活，与 PCB 组装可实现一体化，35～175 W 金卤灯可像白炽灯一样悬挂。

四、结语：本电子镇流器特点包括：(1) 采用 MC34262/33262 作 Boost 升压-APFC 控制芯片，输入电压 85～250 V 时输出保持在 DC 385 V 左右，功率因数 0.98～0.999、灯功率变化 ±1.5%；(2) 采用硅钢带卷绕铁心作升压变压器，同功率下 300～400 Hz 工作时体积约仅为 50 Hz 状态的一半，并有效避免声共振；(3) 采用高频 LC 谐振与变压器升压，降低点火电压、避免电弧管早期发黑、延长灯管寿命并保持可靠点火；(4) 与欧洲金卤灯电感镇流器相比省去功率因数补偿电容与专用电子触发器，便于安装；(5) 系统结构简单、技术难度不大，电子镇流器成本与同功率电感镇流器相当。当然，本电子镇流器仍存在功能缺陷与不足，有待进一步改进。