3.3 輸出濾波器

　　變壓器副端整流橋的最高電壓為1000V。二極管耐壓應(yīng)大于1000V，選擇36MB160A。整流電路中的電容一般采用電解電容，起到平滑濾波，減少直流電壓中的交流成分。如果選擇的濾波電容太小，濾波后的直流電壓脈動會較大，為了得到所要求的輸出電壓，需要較大的占空比調(diào)節(jié)范圍和過高的閉環(huán)增益，濾波后的直流電壓最小值也比較小，要求高頻變壓器原副邊匝比變大，并使開關(guān)管中的電流增加，輸出整流二極管的反向電壓增加；如果選擇的濾波電容太大，充電電流脈沖寬度變窄，幅值增大，導(dǎo)致EMI增加。由于高頻變壓器的輸出電壓紋波頻率較高，可以選擇較小的濾波電容值。電阻R3和電容C3串聯(lián)構(gòu)成吸收電路，電感L1和電容C4起濾波作用。經(jīng)計算，R3=4.7kΩ/2W，C3 =1000pF/3kV，C4=0.01μF/3kV，L1 =2mH。

　　3.4 高壓起輝電路

　　脈沖氙燈通過高壓起輝電路提供的高壓擊穿氣體，使氙燈內(nèi)氣體擊穿。常閉觸點繼電器S閉合時，穩(wěn)壓管D10被短路，電容C6充電至600V，充電完畢后繼電器S斷開，穩(wěn)壓管D10給電容C5 充電，直至雙向觸發(fā)管D11導(dǎo)通，從而可控硅VT1導(dǎo)通，電容C6和耦合電感L3發(fā)生串聯(lián)諧振，使耦合電感L4兩端產(chǎn)生高的起輝電壓，脈沖氙燈內(nèi)氣體被擊穿。

　　D10的穩(wěn)壓值為50V。雙向觸發(fā)二極管D11的觸發(fā)電壓為35V。電阻R7=510Ω和R8=4.7kΩ串聯(lián)分壓。R5起分壓作用。電阻R9限制電容C6的充電電流。C6的耐壓值應(yīng)大于1kV，取C6=1μF/1200V。電阻R6=3.6kΩ、R10=22MΩ為電容的放電電阻。L2為限流電感，取值1μH。L3=48μH，L4=6.5mH。二極管D12、D13提供諧振回路。

　　3.5 控制電路設(shè)計

　　控制芯片UC3825的集成度很高，電路設(shè)計主要針對外圍電路參數(shù)進行。外圍電路包括電壓誤差比較補償網(wǎng)絡(luò)、振蕩輸入、限流保護、輸出尖峰電壓吸收電路。UC3825采用峰值電流控制模式，電壓誤差反饋作為電流峰值的給定，與采樣電流進行比較，生成PWM驅(qū)動信號。

　　控制電路如圖4所示。此電路按照最大輸出占空比設(shè)計，因此，芯片的同相輸入端2通過限流電阻R11連接參考電壓輸出引腳16，反相輸入端1則連接地。引腳5的時基電阻R14和引腳6的時基電容C12決定輸出信號的頻率f和最大占空比DMAX。輸出引腳11和14分別輸出有死區(qū)時間互補的PWM驅(qū)動信號。限流電阻R17=R18=100Ω，電阻R19=1kΩ，穩(wěn)壓二極管D18為18V，構(gòu)成尖峰電壓吸收電路。

圖4 控制電路

　　(1) 振蕩參數(shù)選擇

　　UC3825的振蕩器是鋸齒波形，由RT管腳連接的電阻值和CT管腳連接的電容值確定的電流大小決定輸出鋸齒波的上升沿時間。鋸齒波的下降沿時間決定輸出死區(qū)時間[7]。最大輸出占空比DMAX由R14的值確定，根據(jù)PWM的輸出頻率f=50kHz和最大占空比DMAX=0.92來計算C12的值。由公式計算得：

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　　(2) 限流保護設(shè)計

　　限流保護信號采樣于主回路功率開關(guān)器件Q1、Q2上的瞬時電流，穩(wěn)壓二極管D20為3.6V，采樣電阻R21=0.5Ω/2W上的電壓對電容C16和C17充電。當(dāng)充電電壓大于內(nèi)部限流電壓1V時，芯片UC3825降低PWM脈沖的占空比限制主回路的電流峰值；當(dāng)充電電壓大于內(nèi)部保護電壓1.2V時，芯片UC3825關(guān)斷PWM脈沖輸出，器件自鎖。限流電阻R16=1kΩ，C16=1000pF，C17=330pF。

　　3.6 預(yù)燃檢測電路

　　圍繞電壓比較器LM311構(gòu)成的檢測電路如圖5所示。預(yù)燃之前，預(yù)燃反饋電壓uf近于0 V；預(yù)燃之后，預(yù)燃反饋電壓uf大于0.2V?；鶞?zhǔn)參考電壓uref為5.1V，通過電阻R23和R24的分壓得到0.2V，取R23=24kΩ，R24 = 1kΩ。電阻R22=47kΩ與電容C19=1μF構(gòu)成低通濾波器。電容C20濾除因布線和器件放置等原因引起的干擾。

圖5 預(yù)燃檢測電路

　　電壓比較器的輸出端接入上拉電阻R26=10kΩ，當(dāng)電壓uf小于電壓0.2V，脈沖氙燈未預(yù)燃，比較器輸出為低電平，同時常閉繼電器S斷開；當(dāng)電壓uf大于電壓0.2V，預(yù)燃成功，比較器輸出為高電平，同時繼電器S閉合。R27=4.7kΩ起限流作用，電容C21=0.1μF為電源濾波電容。

　　4 試驗結(jié)果及分析

　　4.1 起輝階段試驗結(jié)果及分析

　　功率開關(guān)器件Q1、Q2的驅(qū)動波形如圖6(a)所示。通電后，脈沖氙燈的等效電阻很大，相當(dāng)于負(fù)載開路，電路處于未工作狀態(tài)，變壓器的副端功率為零。原端電流很小，約0.1A?？刂菩酒琔C3825輸出最大占空比的有死區(qū)時間的互補PWM驅(qū)動信號。此時，高頻變壓器的原端電壓很高，如圖6(b)所示。電感L3兩端的諧振電壓波形如圖6(c)所示，第一個脈沖電壓大于600V。晶閘管VT1導(dǎo)通后，充電電容C6和耦合電感L3發(fā)生串聯(lián)諧振，諧振電壓突然加到電感L3兩端，直至電能消耗完畢。此時，脈沖氙燈內(nèi)的氣體電離導(dǎo)通。

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圖6 起輝階段試驗波形：(a) 功率開關(guān)器件的驅(qū)動波形；(b) 變壓器原端電壓波形；(c) 電感L3兩端諧振電壓波形。

　　4.2 預(yù)燃階段試驗結(jié)果及分析

　　起輝完成后，脈沖氙燈導(dǎo)通，高壓啟輝電路停止工作。其等效電阻急劇減少，相當(dāng)于負(fù)載短路，控制芯片UC3825調(diào)節(jié)輸出PWM驅(qū)動信號，系統(tǒng)進入了閉環(huán)控制，如圖7(a)所示。變壓器原端電壓下降，如圖7(b)所示。推挽變換器輸出預(yù)燃電壓維持脈沖氙燈工作時的維持電流。此后，燈的等效電阻逐漸達(dá)到穩(wěn)態(tài)并保持恒定。起輝預(yù)燃后的實物圖如圖8所示，四路并聯(lián)的脈沖氙燈同時工作。

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圖7 預(yù)燃階段試驗波形：(a) 開關(guān)器件的驅(qū)動波形；(b) 變壓器原端電壓波形

圖8 脈沖氙燈預(yù)燃實物圖

　　5 結(jié)論

　　本文為滿足道路檢測車上的脈沖氙燈工作的需要，設(shè)計并研制了一種新型脈沖氙燈起輝預(yù)燃電源。根據(jù)脈沖氙燈起輝預(yù)燃時氣體放電的特點，采用UC3825控制芯片控制的推挽變換器和高頻變壓器構(gòu)成預(yù)燃電路以及利用串聯(lián)諧振原理實現(xiàn)高壓起輝。對于我們采用的Ф7×120mm四個并聯(lián)脈沖氙燈，單個脈沖氙燈預(yù)燃電流穩(wěn)定在100mA，脈沖氙燈兩端的預(yù)燃電壓在250V。該電源具有結(jié)構(gòu)簡單、輸出穩(wěn)定、體積小、重量輕、效率高。試驗結(jié)果表明，該電源工作可靠，運行穩(wěn)定，具有很強的實用價值。