1前言
高压钠灯属于绿色节能照明产品，已被全国大中城市道路照明广泛采用，在全国城市亮化工程中已收到较好的节能效果。但是它不能单独工作，必须和镇流器配套才能可靠点亮和稳定工作。由于电子镇流器相对于传统的镇流器具有许多独特的优点，比如，功率因数高，体积小，重量轻，节省原材料，成本低，使灯具有更高的发光效率等，因此，人们正在积极研制高性能、低价格的电子镇流器。高压钠灯电子镇流器通常由前级的功率因数校正（PFC）变换器和后级的高频逆变点亮电路组成，其原理框图如图1所示。本文主要介绍250W高压钠灯电子镇流器DC/AC变换器的原理和参数设计，为设计高压钠灯电子镇流器提供参考。
2高压钠灯电子镇流器DC/AC变换器电路及其工作过程分析
2.1主电路原理
250W高压钠灯电子镇流器DC/AC变换器原理电路如图2所示。400V的直流电压经半桥式高频逆变后，输出一高频方波。而起弧点亮电路、镇流电路和灯一起组成了该高频电压源的负载电路。图2中C1、C2是容量相等的两个电解电容，a点对地电压为Uin/2。S1、S2是两个带反并联二极管D1、D2的MOS管，负载电路由电容Cs、电感Ls组成的镇流电路与灯（稳态电阻为R）串联组成。Cp是一个小容量的高压电容，并联在灯的两端，它的作用是在启动时获得很高的电压（对于250W高压钠灯一般需要高于2400V的瞬时电压，才能保证灯的可靠点亮），点亮后，它在电路中的作用可以略去。Cs起着隔离直流分量的作用。S1、S2在周期为T的方波ug1和ug2控制下，将直流电压Uin变换成峰峰值为Uin，周期为T的高频方波电压，并由a、b两端输出给负载电路，将此方波电压做频谱分析，有
可见，逆变电路的输出电压是由幅值为2Uin/π、周期为T的基波和一些奇次谐波所组成。在这里Uin=400V，如果只考虑基波分量，则逆变电路输出高频有效值最大为：
2.2负载电路的分析
高压钠灯电子镇流器的负载电路要完成两个功能，第一是谐振点亮阶段产生谐振高压，第二是稳态限流阶段保证电路稳定工作。
1）谐振启动阶段
为使250W高压钠灯进入电弧放电状态所需要的点亮瞬时电压的峰峰值一般为2400V以上（同一功率级别的高压钠灯略微有些不同），而稳态电压的有效值只有80～100V，因此为了实现可靠点亮，可以由一个LC串联谐振电路来构成点亮电路。如图3（a）所示的是谐振点亮等效电路，R代表回路的损耗电阻。在点亮阶段，可认为灯内阻无穷大，利用式（1）电路方程为：
利用三角函数的正交性比较系数，解得
式（7）和式（8）提供了实现高点亮电压的方法。如果选择合适的Cp值和Ls值，就可以使电路与方波电压中的某一次谐波发生谐振，同时尽量降低回路的损耗R。然而回路电流反比于n，因此既要获得比较高的谐振电压，又要求回路的谐振电流比较小，应该根据上述两个要求选取合适的n。
2）稳态限流阶段
灯稳定工作以后，Cp在电路中的作用可以忽略不记。于是得到如图3（b）所示的稳态等效电路。对于给定的灯，灯的稳态内阻R和灯管电压Ul是一定的，为了确定电路元件Ls和Cc的参数，根据图3（b）有
式中：ω=2π/T是基波圆频率；
ν=Ul/Uin，Uin是基波有效值。
式（9）表明，对给定的灯，镇流电路的总电抗是确定的。根据以上给出的一些公式，就可以确定电路中的参数值。
2.3控制电路
控制电路原理图如图4所示。图中采用的核心控制芯片是TL494，以推挽方式输出两路相位相差180°的脉冲，由于TL494脉冲信号的驱动功率不够大，所以要对其进行功率放大，然后采用高频变压器将驱动信号与主电路隔离，再经过稳压管稳压限幅之后，用来驱动MOS管。
在推挽方式下，TL494的脉冲输出频率与外围电阻电容之间的关系是f=1.1/2RC。
3主要元器件参数和实验波形
在主电路中，S1和S2选用IRP450；C1和C2选用220μF，250V的电解电容；Cs选用0.1μF，Ls选用1.8mH，Cp选用470pF。
在控制电路中，TL494的振荡频率是由外部元件R0和C0所决定的。这里R0选用10kΩ的可调电阻，C0选用10nF，输出脉冲频率在20～60kHz之间变化，驱动电路中的三极管V1、V3选用PN2222A，V2、V4选用PN2907A，二极管D1、D2采用快速管IN4148，稳压管D3、D4、D5、D6稳压值为15V。
图5（a）是Uin=30V时灯两端的电压波形，选用的谐振次数n=3；图5（b）是灯稳定工作后灯两端电压的波形。
4结语
本文讨论了高压钠灯电子镇流器DC/AC变换器的工作原理，分析了负载电路在灯点亮前后的工作情况，实验基本达到预期的效果，而且控制电路实现起来较容易。但是仍有一些不足的地方，如稳定工作后灯端电压不够高，因此还要对电路和参数不断加以优化。
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