电路仿真验证

4.1.3 仿真结论：

仿真结果显示，输出电压为400V，纹波电压为4%，输入侧功率因数为0.97，各项指标均满足设计要求，验证了电路设计的有效性。

4.2 低频方波电路仿真

4.2.1 低频方波电路控制原理

低频方波电路的主要功能是实现灯电压的低频方波逆变和灯电流的恒流控制。其主电路拓扑结构和控制原理如图4.7所示。采集灯电流信号

iLamp后，与电流参考信号比较得到电流误差信号，电流误差信号经PI调节后与高频锯齿波(100kHz)比较从而得到开关管的PWM信号，其中开关管S1和S2需低频切换导通，其导通切换频率为400Hz。由此实现灯电压的低频方波逆变，且灯电流保持恒定。

iLamp

非门400Hz切换+--PI调节Iref+图4.7低频方波逆变电路恒流控制原理图

4.2.2 低频方波逆变电路仿真结果

利用MATLAB/simulink搭建了仿真电路，仿真目标为控制灯电流与电压均为频率为400Hz的低频方波，且灯电流恒定为1A.

仿真电路参数如下：电容C1?C2?47uF，电感L=200uH，电容C=0.66uF。仿真结果如下：

图4.8 低频方波电路灯电压及灯电流仿真波形

图4.8为电路仿真结果，由波形可知，灯电压及灯电流均为低频方波，其频率为400Hz,且灯电流在每个低频周期内均为1A，与设计一致，验证了恒流控制的有效性。

但由仿真波形可以看出，在每次灯电流换向时，均存在电流过冲，电流换向时的电流波形如图4.9所示。究其原因，是在电流换向时，开关管的占空比太大，导致电流换向速度过快，从而产生了电流过冲。一种减小电流过冲的简单且有效地方法是在电流换向时减小开关管的占空比，从而实现电流平稳过渡。

图4.9 电流换向时的电流过冲波形

图4.10是在换向时减小占空比所得到的电流换向波形，与图4.9比较可以看出，通过在换向时减小占空比能有效降低电流过冲，实现电流换向时的平滑过渡。

图4.10 减小占空比后的电流换向波形

4.3 点火电路仿真结果

未验证点火电路的设计合理性，通过MATLAB/Simulink搭建了仿真电路。由于灯在未启动前，其阻抗可看作无穷大，因此在验证点火电路的可行性时，将灯回路用一个大电阻代替，其中仿真时变压器匝数比设置为1:100,输入DC电压为400V，仿真结果如下：

图4.11 点火电路所产生的点火脉冲波形

图4.11是点火电路所产生点火脉冲的电压波形，由仿真结果可以看出，点火电压在40000伏左右，满足金卤灯启动电压要求，验证了电路设计的合理性。

本章针对第三章所设计的电子镇流器搭建了仿真电路。仿真结果显示：

? 功率因数校正电路设计合理，校正后输入侧功率因数为0.97，输出电压为400V，满足设计要求。

? 低频方波电路能实现灯的低频方波驱动和灯电流恒流控制。对于逆变时灯电流在换向时所存在的电流过冲问题提出了一种解决方案，仿真结果显示，该方案能有效解决电流过冲问题。

③通过点火电路能产生一个40000伏的脉冲电压，符合金卤灯的启动要求。

5 实物电路设计及实验结果

为进一步验证电路设计的可行性，本文设计了实际电路并对电路在不同工作条件下的性能作了测量。

5.1 功率因数校正电路的实物设计

5.1.1 电路总体方案设计

功率因数校正要求： 输入电压110~220V； 输入频率50/60Hz； 输出功率150W； 输电电压400V； 功率因数>0.9;

根据设计要求，功率因数校正（PFC）主电路拓扑结构采用常用的Boost升压电路，由于功率等级较小（150W），控制模式采用临界传导（CRM）模式，控制芯片采用ST公司L6562芯片。

图5.1 为L6562芯片内部原理图，其中MULT为乘法器输入脚，通过将输入电压采样作为MULT的输入，它与输出电压误差信号的乘积作为电流信号的参考信号，从而实现电感电流能始终跟踪电压，实现功率因数校正。图中ZCD脚为零电流检测引脚，采用CRM工作模式时，电感电流降为零后需开通开关管，电路在ZCD检测到零电流信号后便开通开关管。CS引脚为电感电流采样引脚，通过CS脚采样电感电流信号并与电感电流参考信号比较，从而控制MOSFET的开断，实现功率因数校正。

图5.1 L6562芯片原理图