交流電220V經二極管整流,雖然輸入電壓是正弦的,但輸入電流卻嚴重畸變,效率很低,大量使用會給電網造成嚴重危害,同時輸入電流諧波生成的噪聲也會影響電路運行。APFC能使電路輸入功率因數提高到0.95以上,使輸入電流基本為正弦波,諧波含量大大減少。功率因數校正電路采用L6562A實現,結構簡單,PF值高、THD值低, 工作于變頻控制方式,最小開關頻率25kHz,BOOST升壓電感工作在臨界電流模式。耦合升壓電感L1副邊有兩個作用,一是給芯片供電,二是作為電流過零的檢測信號。此芯片采用電壓電流雙閉環控制,內環使用電流斷續不定頻率模式控制。電壓檢測信號(腳1)和同步信號(腳3)相乘作為電流給定,R1為電流檢測電阻。輸出電壓控制在400V,如圖2所示,整流橋、儲能電感L1、功率開關器件S1、升壓二極管D1、輸出濾波電容和電流取樣電阻R1組成了APFC主電路。
由于HPSL的阻抗非線性,在燈未點亮之前處于高阻,一旦外加高壓觸發點亮以后燈就導通,其兩端電壓迅速降低,燈電流增大,呈現負阻特性。如果還以平常的電壓加于燈上,燈將燒毀。而HPSL在剛啟動的冷態和長時間工作的熱態的阻抗又有很大差別,因此,HPSL控制器必須是一個電流模式控制下的恒功率輸出。在本方案中,采用了不對稱半橋電路,將APFC輸出的400V電壓,在恒電流下降至HPSL所需的工作電壓。其工作過程為電感L2和Ca首先達到串聯諧振,頻率為200kHz,產生5kV高壓,使高壓鈉燈點火,點火后高壓鈉燈導通,Ca不起作用,Ca是一個小容量的高壓電容,由于隔直電容Cb>>Ca,Cb和電感不會諧振,起到了鎮流作用,這時頻率以35kHz為中心上下波動2kHz范圍,1分鐘后高壓鈉燈達到恒定功率正常運行。不對稱半橋輸出方波,經Cb和L2鎮流后變為高頻交流電。

圖2 前級功率因數校正電路原理圖
后級DC/AC逆變電路采用電壓型PWM控制器KA3525A控制不對稱半橋,它包括兩個互補控制的功率管MOSFET,S1、S2是兩個帶反并聯二極管D1、D2的MOS管,負載電路由電容Cb、電感L2組成的鎮流電路與燈(穩態電阻為R)串聯組成。如圖3所示。該芯片簡單可靠,且使用方便靈活,通過適當外接電路,不僅能夠實現變頻控制,還可以完成輸入軟啟動、過載限流、過壓保護、死區調節等多種功能。其工作原理為將觸發脈沖變壓器T1輸出的兩路互補的PWM驅動脈沖送至開關管S2、S3的柵極,控制兩只功率管交替工作,占空比固定。KA3525A內的振蕩器外接時標電容CT,通過電阻Rd提供放電通路。改變RT的數值則可以改變Cd的放電時間,同時可以改變死區時間。而CT的充電電流則由RT規定的電流源決定,KA3525A的腳8起到輸入軟啟動作用。KA3525A的振蕩頻率f=1/[CT×(0.7RT+Rd)]。由于HPSL的阻抗非線性,在燈未點亮之前處于高阻,一旦外加高壓觸發點亮以后燈就導通,其兩端電壓迅速降低,燈電流增大,呈現負阻特性。如果還以平常的電壓加于燈上,燈將燒毀。而HPSL在剛啟動的冷態和長時間工作的熱態的阻抗又有很大差別,因此,HPSL控制器必須是一個電流模式控制下的恒功率輸出。在本方案中,采用了不對稱半橋電路,將APFC輸出的400V電壓,在恒電流下降至HPSL所需的工作電壓。其工作過程為電感L2和Ca首先達到串聯諧振,頻率為200kHz,產生5kV高壓,使高壓鈉燈點火,點火后高壓鈉燈導通,Ca不起作用,Ca是一個小容量的高壓電容,由于隔直電容Cb>>Ca,Cb和電感不會諧振,起到了鎮流作用,這時頻率以35kHz為中心上下波動2kHz范圍,1分鐘后高壓鈉燈達到恒定功率正常運行。不對稱半橋輸出方波,經Cb和L2鎮流后變為高頻交流電。

圖3 后級不對稱半橋電路原理圖
輔助電源由內置MOSFET的TOP221組成的單端反激式電源構成,輸出電壓+15V給控制芯片供電,如圖4所示。
圖4 輔助電源原理圖