新型脈沖氙燈起輝預燃電源的研制

圖1 脈沖氙燈工作原理示意圖

3 預燃電源的設計

預燃電源由脈沖氙燈的高壓觸發和預燃電流維持兩部分組成，如圖1所示。傳統預燃電路的U1 和U2 通常通過工頻升壓變壓器升壓和二極管整流得到，這種電路主要存在以下缺點：工頻升壓變壓器體積大、笨重；限流電阻R1上消耗的功率較多，一般在100W~300W之間；必須有高壓觸發電路；輸出脈沖氙燈的預燃電流不可調[5]。

新型起輝預燃電源系統框圖如圖2所示，該電源由高頻推挽變換器、高頻變壓器、高壓啟輝電路、控制保護電路以及預燃檢測電路構成，具有變換效率高，輸出電流紋波小等特點。交流220V輸入電壓通過變壓器隔離，整流濾波后作為推挽變換器的輸入，推挽變換器將輸入電壓變換成高頻交流脈沖電壓，通過高頻變壓器完成電壓匹配和高頻隔離功能，然后再由輸出整流濾波環節輸出預燃電壓，同時高壓起輝電路升壓輸出高壓起輝電壓，省掉了體積龐大且笨重的工頻輸出變壓器，降低了音頻噪聲[6]。控制保護電路由UC3825器件及外圍電路組成，根據主電路反饋的電流信號，為開關器件提供PWM驅動信號。預燃檢測電路將檢測到的電流信號和基準電源比較輸出預燃成功信號，并同時關閉高壓起輝。

圖2 起輝預燃電源系統框圖

研究表明，脈沖氙燈在高頻工作時呈電阻特性。點亮之前，其等效電阻很大，相當于負載開路。此時，控制芯片UC3825輸出最大占空比的PWM驅動信號，推挽變換器輸出高壓起輝電壓使脈沖氙燈內的氣體電離導通；起輝后，高壓起輝電路停止工作，其等效電阻急劇減少，相當于負載短路。此時，控制芯片UC3825檢測主電路的電流峰值調節輸出PWM的占空比，系統進入閉環控制，推挽變換器輸出脈沖氙燈預燃工作時的維持電流；此后，脈沖氙燈的等效電阻逐漸達到穩態并保持恒定。

3.1 起輝預燃主電路

新型預燃電源的主電路如圖3所示。功率開關器件Q1、Q2組成推挽變換器；高頻變壓器T1組成升壓環節，如圖3(a)所示；電感L2、電容C6和電感L3、L4構成的高頻耦合升壓互感器組成高壓起輝環節，如圖3(b)所示；二極管D3~D6組成輸入輸出整流濾波環節。

交流220V電壓經過變壓器隔離整流濾波后為125V，作為推挽變換器輸入的直流電壓。推挽變換器選用功率MOSFET器件IRF460。電容C1、電阻R1和二極管D1構成尖峰吸收電路，在器件瞬間關斷時，吸收開關器件及線路上的尖峰電壓，減少功率MOS管關斷時的電壓應力，C1=0.01μF，R1=3.6kΩ，二極管D1耐壓大于500V，選擇UF4007。

(a)

(b)
圖3 起輝預燃電路：(a) 預燃主電路；(b) 起輝主電路