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研究生: 蔣克弘
Chiang, Co-Hung
論文名稱: 雙級複金屬燈電子式安定器之研製
Study and Implementation of a Two-Stage Electronic Ballast for Metal Halide Lamp
指導教授: 梁從主
Liang, Tsorng-Juu
共同指導教授: 李嘉猷
Lee, Jia-You
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 電機工程學系
Department of Electrical Engineering
論文出版年: 2010
畢業學年度: 98
語文別: 中文
論文頁數: 64
中文關鍵詞: 高功率因數複金屬燈頻率調變
外文關鍵詞: high power factor, metal halide lamp, frequency modulation
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  • 本碩論主要研製「雙級複金屬燈電子式安定器」,此電子式安定器由昇壓型功率因數修正電路、串聯諧振並聯負載半橋變流器、頻率調變控制電路與微控制器PIC12F675所組成,並使用頻率調變技術之高頻弦波電流驅動複金屬燈管以避免音頻共振現象。燈管功率之控制則偵測直流鏈功率以確保燈管功率在設計範圍之內。文中首先介紹複金屬燈之動作原理與特性,說明三級式電子式安定器之電路架構,並描述本文使用之兩級式電子式安定器與頻率調變分析。最後依據所推導電路之參數實際製作一可操作於90至264 Vac通用輸入電壓之400 W複金屬燈電子式安定器。實驗結果顯示其具有良好之定功率能力,電路之最高效率為94.8 %,且功率因數值可達到0.99。

    A two-stage electronic ballast for 400-W metal halide lamp with frequency modulation control is presented in this thesis. This electronic ballast consists of a boost PFC stage, SRPL half bridge inverter stage, frequency modulation control circuit and constant power control circuit with digital microcontroller PIC12F675. The boost PFC circuit is operated in continuous conduction mode to achieve high power factor. The series resonant parallel loaded half bridge inverter drives the HID lamp with a high frequency sinusoidal wave current by frequency modulation to avoid acoustic resonance. Finally, a laboratory prototype of 400 W electronic ballast for metal halide lamp with 90~264 Vac universal input voltage is implemented. The measured results show that the proposed ballast can drive HID lamps with constant power. The power factor is 0.99 and the maximum efficiency of the ballast is 94.8%.

    目 錄 摘 要 I Abstract II 誌 謝 III 目 錄 IV 表 目 錄 VII 圖 目 錄 VIII 第一章 緒論 1 1-1 前言 1 1-2 研究背景 1 1-3 論文大綱 5 第二章 複金屬燈特性與電子式安定器 6 2-1 複金屬燈簡介 6 2-1-1 複金屬燈發光原理 7 2-1-2 複金屬燈的點火特性 8 2-1-3 複金屬燈的功率控制 9 2-1-4 音頻共振 10 2-2 展頻技術簡介 12 2-2-1 頻率調變分析 14 2-2-2 展頻技術的重疊現象 19 2-2-3 音頻共振與能量頻譜 20 2-3 三級架構電子式安定器 21 2-3-1 功率因數修正電路 22 2-3-2 直流-直流轉換器 24 2-3-3 諧振式直流-交流轉換器 27 第三章 數位式展頻雙級電子式安定器 29 3-1 昇壓型功率因數校正控制電路 30 3-2 半橋變流器 31 3-3 頻率調變控制電路 33 3-4 頻率調變與音頻共振 35 3-5 數位定功率控制電路 39 3-6控制器介紹 41 第四章 設計考量與實驗結果分析 44 4-1 系統規格 44 4-2 功率因數修正電路之參數設計 46 4-3 半橋變流器之參數設計 48 4-4 實驗結果分析 50 5-1 結論 60 5-2 未來展望 61 參考文獻 62 表 目 錄 表2.1 調變技術一覽表 13 表3.1 NCP1654 IC 腳位功能描述 41 表3.2 SG3525 IC 腳位功能描述 42 表3.3 NCP5181 IC 腳位功能描述 43 表4.1 燈管規格表 44 表4.2 系統之電氣規格表 45 表4.3 系統之元件參數表 49 圖 目 錄 圖1.1 三級式電子式安定器架構圖 4 圖1.2 雙級式電子式安定器架構圖 4 圖2.1 複金屬燈構造圖 6 圖2.2 複金屬燈之能量分配圖 7 圖2.3 定頻與調頻之波形與其能量頻譜圖 12 圖2.4 振幅調變、頻率調變波形圖 13 圖2.5 中心頻率與頻率偏移量圖 15 圖2.6 Bessel函數圖 16 圖2.7 調變頻率對能量頻譜圖 17 圖2.8 調變指數對能量頻譜圖 18 圖2.9 旁波帶之重疊現象圖 19 圖2.10 音頻共振之邊界曲線 20 圖2.11 三級架構之電子式安定器電路圖 21 圖2.12 橋式交流-直流整流電路圖與波形圖 22 圖2.13 昇壓式功率因數校正電路圖 23 圖2.14 平均電流控制模式波形圖 24 圖2.15 降壓式直流-直流轉換器電路圖 24 圖2.16 類比加法型定功率控制方塊圖 25 圖2.17 加法型定功率燈管電壓與燈管功率關係圖 26 圖2.18 數位控制器之定功率控制方塊圖 26 圖2.19 全橋直流-交流轉換器電路圖 27 圖2.20 諧振式半橋直流-交流轉換器電路圖 28 圖3.1 雙級式電子式安定器電路圖 29 圖3.2 連續導通模式昇壓型功率因數校正控制電路圖 30 圖3.3 串聯諧振並聯負載半橋變流器 31 圖3.4 基本波近似法波形圖 31 圖3.5 類比式頻率調變電路圖 33 圖3.6 半橋變流器驅動電路圖 34 圖3.7 直流鏈電壓漣波與諧振槽操作頻率之關係圖 35 圖3.8 含有低頻漣波之燈管電壓波形圖 36 圖3.9 含有低頻漣波之燈管功率波形圖 36 圖3.10 電壓漣波與理想電壓增益之關係圖 37 圖3.11 諧振槽電壓增益與頻率之關係圖 37 圖3.12 調變頻率之燈管功率波形圖 38 圖3.13 控制電路方塊圖 40 圖4.1 輸入電壓90 Vac時輸出瓦數480 W之電壓與電流波形 51 圖4.2 輸入電壓264 Vac時輸出瓦數480 W之電壓與電流波形 51 圖4.3 功率因數級於輸入電壓90~264 Vac時之功率因數 52 圖4.4 功率因數級於輸入電壓90~264 Vac時之總諧波失真 52 圖4.5 功率因數級輸入電壓90~264 Vac時輸出瓦數480 W之效率 52 圖4.6 直流鏈漣波調變信號Vm與震盪器補償電壓Vset波形圖 53 圖4.7 定頻與變頻控制之調變信號Vm與燈管電壓VLamp比較圖 54 圖4.8 燈管電壓VLamp波形展開圖 55 圖4.9 定頻與變頻控制之燈管電壓與燈管電流比較圖 55 圖4.10 定頻與變頻控制之燈管電流與其頻譜圖 56 圖4.11系統於輸入電壓90~264 Vac時之效率曲線圖 ...............................57 圖4.12 燈管與燈具圖 58 圖4.13 燈管弧光圖(PHILIPS HPI-T PLUS 400W) 59 圖4.14 實體電路圖 59

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    下載圖示 校內:2020-01-01公開
    校外:2020-01-01公開
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