0 引言

    爆閃燈結(jié)構(gòu)簡單,，能夠在短時間內(nèi)發(fā)出強光，具有很好的警示作用,，因此廣泛應(yīng)用于特種車輛（工程車,、警車、消防車等）,、道路交通,、航空指示、工業(yè)生產(chǎn)等場合,，最大限度避免了各種事故的發(fā)生^[1],。

    傳統(tǒng)的交流爆閃燈采用的是電容降壓的方式，給儲能電容充電到300～350 V后再對頻閃管放電,，這種方式結(jié)構(gòu)簡單,、工作穩(wěn)定，但功率因數(shù)很低,，且只能在210～230 V很小的電壓范圍內(nèi)工作,。因為無穩(wěn)壓功能，頻閃亮度隨輸入電壓改變,，而且當(dāng)使用在110 V時變更為倍壓整流方式,，需要更換降壓電容，因此使用不便,，產(chǎn)品種類繁多且管理不便^[2],。

    因此設(shè)計了一種基于SEPIC變換器的爆閃燈，這種爆閃燈可在交流40～260 V寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作,，由于采用APFC方式工作,，因此具有近似為1的功率因數(shù)。同時利用MK7A23單片機進(jìn)行控制，因此整體電路簡單,，可以穩(wěn)定可靠地工作,，并且可替代交流48 V、110 V,、220 V產(chǎn)品,，大大提高產(chǎn)品的使用范圍，減少管理維護(hù)成本,。

1 交流爆閃燈工作原理及存在的問題

1.1 爆閃燈工作原理

    圖1為電容降壓式爆閃燈的簡化電路，220 V交流電壓通過C₁降壓,、限流后經(jīng)過橋式整流變換成脈沖直流,，給儲能電容C₂充電，充電的最大值為交流電峰值,。當(dāng)儲能電容C₂充電到一定值后,，觸發(fā)脈沖發(fā)生器輸出一個脈沖，此時頻閃管被觸發(fā),，HV和LV兩端呈現(xiàn)出很低的阻抗,，瞬間把C₂的能量釋放出來，因此發(fā)出強烈的閃光,。

    圖2為頻閃工作波形圖,，經(jīng)過交流電N個正弦波充電后，C₂的電壓逐漸升高(最大為交流電的峰值),，此時觸發(fā)一次閃光一次,，由于釋放的時間較短且頻閃管有較小的阻抗，因此釋放后U_O不是0 V而殘留一部分電壓U_L,。

1.2 爆閃燈對充電電路的特性要求

    圖2中可知頻閃時HV和LV兩端呈現(xiàn)出很低的阻抗,，如果沒有限流措施則頻閃管會被長時間“點亮”，從而引起很大的電流,，最后會導(dǎo)致頻閃管被燒壞,，也會對電源造成危險。因此為了防止過流,，充電電路必須具有限流功能,，圖1中C₁起到限流作用。

　　如果設(shè)計充電電壓為300 V的爆閃燈時,，當(dāng)輸入電壓212 V以下時充電電路具有升壓功能,，當(dāng)輸入電壓212 V以上時充電電路應(yīng)具有降壓功能。所以為了滿足上述要求采用SEPIC變換器^[3],。

    SEPIC變換器具有升壓,、降壓能力，且輸入和輸出之間有電容起到隔離直流作用，輸入端的交流電壓整流后變成直流電壓,，因此無法傳送到輸出端,，從而滿足上述要求。

1.3 電容降壓方式存在的問題

    圖1所示的電容降壓方式,，電路中輸入電壓的改變對C₂的充電功率的影響很大,。這種電路的平均充電功率由式(1)決定。

    由式(1)得到圖3所示的平均充電功率仿真曲線,，可見隨著充電電壓增加充電功率逐漸變大,，當(dāng)充電到輸入電壓U_i峰值的0.5倍時充電功率最大，充電到峰值時充電功率為0,。同時可以看出當(dāng)輸入電壓變化時,，充電功率變化較大。因此這種電路存在如下缺點：

    (1)只能在210～230 V很小的電壓范圍內(nèi)工作,，且無穩(wěn)壓功能,，頻閃亮度隨輸入電壓改變；

    (2)功率因數(shù)很低,，約為0.5左右,；

    (3)為了適應(yīng)210～230 V電壓變化量，降壓電容需使用較大容量,，通常使用3.3 μF/400 V,；

    (4)充電功率受到電源工作頻率50/60 Hz的影響。

2 基于SEPIC變換器寬電壓爆閃燈

2.1 基于SEPIC變換器的爆閃燈的特點

    為了解決上述問題,，設(shè)計了一種基于 SEPIC變換器的爆閃燈,，可在交流40～260 V寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定工作，具有穩(wěn)定充電電壓的能力并且充電功率與電源工作頻率無關(guān)的特性,。采用APFC方式工作,，因此具有近似為1的功率因數(shù)^[4]。同時利用微功耗單片機MK7A23進(jìn)行控制,，因此整體電路簡單,、工作穩(wěn)定，可替代交流48 V,、110 V,、220 V等多種產(chǎn)品。

2.2 基于SEPIC變換器的爆閃燈整體電路

    整體電路如圖4所示,。主要包括由NCP1200組成的SEPIC變換器部分,，MK7A23單片機檢測及控制部分。SEPIC變換器工作時對C₃進(jìn)行充電,，R₁,、R₃為分壓電阻,，對C₃的電壓分壓后通過PB1提供給單片機，當(dāng)C₃的電壓達(dá)到單片機PB1的門限值時,，PB0變成低電平則NCP1200的CS的門限值為0,，此時無脈沖輸出C₃不再充電。由于存在C₂因此輸出端U_O與C₁端直流隔離,，因此頻閃時不會發(fā)生過流現(xiàn)象,。

    S2為2位DIP模式開關(guān)可提供4種頻閃模式，因此可以通過調(diào)節(jié)S2進(jìn)行不同模式的選擇,。MK7A23單片機具有較強的抗干擾能力,，內(nèi)含RC振蕩器，WDT及復(fù)位電路,，有ADC和PWM發(fā)生器,，MK7A23P是帶15位A/D的RISC高性能8位微控制器，它內(nèi)含2×16 bit的OTP形式ROM程序存儲器,、128×8 bit的RAM、5個定時器以及計數(shù)器,、多個I/O口,、4路比較器和2路PWM輸出^[5]。一個指令周期由2個系統(tǒng)時鐘組成,，因此運行速度很快,，有4種復(fù)位形式，雙時鐘模式,，有內(nèi)部RC振蕩器,、WTD有8腳和14腳等多種封裝，I/O口在輸入狀態(tài)下,，可置為上拉電阻模式^[6],。由于MK7A23單片機工作電流很小(0.5 mA以下)，因此工作電壓直接把300 V左右高壓通過R4降壓后提供,。

2.3 基于SEPIC變換器的充電電路設(shè)計

    NCP1200具有從HV端獲取芯片工作電壓V_CC的能力,，無需外部提供工作電壓，可提供工作頻率為40 kHz,、60 kHz,、100 kHz且無需外部設(shè)置^[7]。

    圖4中電感的峰值電流是跟蹤NCP1200的FB端的輸入波形,，如果輸入正弦波則電源輸入端的電流近似為正弦波,。因此單片機輸出圖5所示的PWM波形后經(jīng)過電阻以及電容濾波后得到正弦波，提供給FB端,。

    圖4中當(dāng)Q₁導(dǎo)通時電感L₁和L₂的電流經(jīng)過R₂產(chǎn)生壓降U_R,，當(dāng)U_R超過CS端的門限值時(最大為1 V)Q₁截止,，L₁中儲存的能量釋放給C₂、C₃,，L₂中儲存的能量釋放給C₃,。每次充電C₃電壓逐漸升高，經(jīng)過N次重復(fù)充電后,，最終達(dá)到額定的電壓值,。

2.4 電流取樣電阻R2的設(shè)定

    一般頻閃燈要求每次頻閃后，在規(guī)定時間T_S內(nèi)（通常為0.7～1.5 s左右）對C₃=100 μF/100 V電容充電達(dá)到額定值,。電容C₃中儲存能量由式(2)決定,。

3 實驗結(jié)果及分析

    圖6～圖8為交流輸入電壓分別為48 V、100 V,、260 V時,，充電電壓UO與工作電流之間的波形。圖9～圖11為輸入交流電壓時電流的波形,。

    由圖6～圖8可知在功率保持不變的情況下,，隨著交流電壓的不斷提高，電流逐漸減小,，充電電壓始終穩(wěn)定在300 V左右,。由圖9～圖11可知在交流電壓40 V～260 V范圍內(nèi)改變時，電流與輸入電壓同相,，且導(dǎo)通角較寬,，充電電壓在0.7 s內(nèi)達(dá)到額定值，功率因數(shù)為0.985,。

4 結(jié)論

    利用SEPIC 變換器設(shè)計的高亮度爆閃式特種信號燈,，電路結(jié)構(gòu)簡單，充電功率不受電源工作頻率及輸入電壓大小的影響,，因此可以在交流40 V～260 V寬電壓范圍內(nèi)穩(wěn)定地工作,。采用單片NCP1200同時完成電路的升壓、降壓及APFC方式整流,，因此功率因數(shù)近似為1,。檢測控制部分采用MK7A23單片機，抗干擾能力強,，功耗較少,，大大提高產(chǎn)品的使用范圍，減少管理維護(hù)成本,。

參考文獻(xiàn)

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