开关式氙灯电源在电影放映系统中的应用.doc

开关式氙灯电源在电影放映系统中的应用
哈尔滨哈影电影机械有限公司 王润玫

摘要:
本文对开关式氙灯电源在电影放映系统中的应用进行了简要的分析，阐明了氙灯电源使用中必须达到的技术指标，分析了开关式氙灯电源的工作原理，并对使用中出现的问题给出了排解的方法，为更好地使用氙灯电源，提高放映系统的性能奠定了良好的基础。
关健词: 氙灯 直流转换器 电流质量指标 稳流精度指标
1概述
氙灯是利用本身的正负两个电极，在特定条件下进行极间放电，利用电弧所发出的弧光进行发光的近似点光源。外界条件不同，弧光波长也不同，光谱、光强也不一样。氙灯的光谱（可见光谱）非常接近自然光，其还原性，色温等光学指标都是点光源的佼佼者。因此，绝大多数国家的放映系统都有采用氙灯做为光源。
氙灯对其供电电源具有严格的要求：氙灯必须与专用的直流电源及触发器配套使用，直流电源的波纹系数不得大于7%，点燃时工作电流应在规定范围内，否则会影响氙灯的寿命。
2氙灯电源的技术要求
.2.1电流质量指标
电流质量指标主要是指供给氙灯的直流电流的平整程度，用S表示，定义为氙灯电源输出直流电流的最低次频率谐波分量幅值与直流分量平均值之比，标准规定为：
S=[（直流电流最大值-直流电流最小值）/2×直流电流平均值]×100%≤3%
或S=[（直流电流最大值-直流电流最小值）/直流电流平均值]×100%≤7
.2.2稳流精度指标
指氙灯电源输出电流的稳定性。其稳定指标指当电网发生变化时或由氙灯的阻值发生变化时，氙灯电源的输出电流不受其影响的程度及调节时间的多少。电流变化越小越好，调整时间越短越好。
标准规定为当氙灯负载条件下，网侧电压在额定值的范围内变化10%时，氙灯电源输出直流电流稳定精度不大于1%，计算公式如下：
直流电流稳定精度=[（输出直流电流实测值-输出直流电流额定值）/输出直流电流额定值]×100%
.2.3氙灯电源工作电流调节范围
放映机放映电影时一般都是两台放映机交替工作。要求两台放映机的光强及光学性能应尽可能一致。由于氙灯制造工艺的误差，氙灯发出的光谱、光强不同，两台放映机的光学系统也不同，这些都会影响到放映的效果。另外氙灯使用一段时间后，发光效率会降低。为了两台放映机的一致性，所以需要用调节氙灯电源的输出电流来弥补此不一致性。一般规定是70%~100%。
2.4空载电压
小于1000W以下的氙灯空载电压大于50伏特，大于1000W到3000W的氙灯空载电压大于65伏特，大于3000W到5000W的氙灯空载电压大于80伏特。氙灯点燃前的点火电压都高于点燃后的工作电压的这一要求，目的是为了氙灯在点燃瞬间——即引弧时能积蓄较大的能量，完成克服灯极材料的溢出功而引弧燃灯。
3 电影放映系统开关式氙灯电源
3.1、开关式电源的分类
开关电源的核心是电力电子变压器。电力电子变压器是应用电力电子器件将一种电能转换成另一种或多种形式电能的装置，按转换电能的种类，可分为四种类型：（1）直流—直流变换器，它是将一种直流电能转换成另一种或多种直流电能的变换器，是直流开关电源的主要部件（2）逆变器，是将直流电能转换成交流电的电能变换器，是交流开关电源和不间断电源UPS的主要部件。（3）整流器，是将交流电转换为直流电的电能变换器（4）交--交变频器，是将一种频率的交流电直接变换为另一种恒定频率或可变频率的交流电。
3.2 直流变换器的分类
直流变换器按输入和输出之间是否有电气隔离可分为两类：不隔离直流转换器和有隔离直流变换器。不隔离直流变换器有降压式和升压式，一般电视机采用降压式的较多。有隔离的直流变换器有按所用有源功率器件数量分单管和多管变换器，单管的有正激式和反激式两种，双管的有半桥和推挽变换器，多管的有全桥变换器等。
3.3 开关式电源变压器体积小的原理
AP=Ae×AQ=
AP—是变压器的标称功率。
Bm—是最大磁感应强度，硅钢片是10000G，铁氧体材料是2000G，超微晶材料是4000G。 η—是变压器的效率，一般取0.85。
f—是变压器的频率，工频变压器50HZ，开关电源20000HZ。
KC—铁芯填充系统。 Km—窗口填充系数。
比较：工频硅钢片和铁磁材料比较，磁感应强度的比值是5，而频率则反比为400倍。可见，由于频率的不同，开关电源变压器要比工频变压器的体积小80倍。
N= f--频率Hz A—铁芯柱有效截面积cm2。
V--额定一次侧电压（V）。
由此可见，由于频率增加，变压器的圈数也相应减少。
3.4全桥逆变开关式电源的基本工作原理
此电源采用的是全桥逆变方式变换器。

图一
图一为逆变器的基本原理图,由IGBT逆变管（Q1、Q2、Q3、Q4），变压器、整流二极管（DR1、DR2），滤波电抗器（L）组成。
基本工作原理叙述如下：在图1的标号为21和23处施加一直流电，上正下负。其中IGBT管子Q1Q4为一组（简称第一组），Q2Q3为另一组（简称第二组）。当第一组管子导通时（第二组管子截止），电流通路为21→Q1→A→变压器上端头→变压器→变压器下端头→Q4→10→23。我们称为变压器正向导通。当第二组管子导通时（第一组管子截止），电流通路为21→Q2→B→变压器下端头→变压器→变压器上端头→Q3→23。这时我们称变压器为反向导通。当我们有规律性地控制第一、二组IGBT管子的导通与截止，变压器就会按其规律性正反向通电。由于其正反向通电的频率是人为控制的，现阶段一般把其频率控制在20000HZ左右，也就是说变压器的原绕组通以20000Hz的交流电，由于变压器结构特性，其负绕组感应出相应的感应电压。把此电压整流滤波后就可以供给负载使用了。
3.5 KFF-150/35开关式电源电路图
3.5.1.主电路图部分
三相电源通过三相空气开关、交流滤波器和交流接触器到三相整流桥进行整流。此整流直流电压500多伏施加在逆变器上进行逆变。逆变后变压器输出的交流电压再经低压整流后，输出端即可得到所需负载电压。这里需要提示一下交流接触器的用法，一般情况下都是利用交流接触器的三个主触点接通或断开三相交流电，而本机采用的是只用主触点控制三相交流电的两

图二
相，即在交流接触器未吸合时，只要合上主开关，三相整流器就有整流输出，整流电流小，此时的负载可设置为开路状态，当三相交流接触器吸合后，电路才置为负载状态。这样使用的优点是减小对各电器元件的应力冲击。
3.5.2脉冲控制部分
控制部分的核心是如何控制逆变器的逆变脉冲宽度。逆变脉冲的宽度直接决定输出电压的多少，脉冲宽度宽则输出电压高，反之则输出电压低。KFF-150/35开关电源采用的脉宽调制器是1525集成电路，如图三。

图三
在集成电路的11号（输出A）脚和14号（输出B）脚分别输出宽度相等、相位相差1800的脉冲，人为的把其中每一路脉冲又分为两路，即变成四路，把其中相同的两脉冲信号分别去控制主电路的IGBT Q1、Q4，剩余的两个相同的脉冲信号分别去控制主电路的IGBT Q2、Q3。这样由于两组信号的交替输出，Q1、Q4、Q2、Q3就两两交替导通，在变压器的原端就通有正负相等、宽度相等的方波交流电，从而产生逆变。
3.5.3反馈控制电路
输出电流的大小是靠逆变器的脉冲宽度决定的，而输出电流的稳定性则是反馈电路决定的。反馈电路中一次测量仪表的精度是决定输出稳定性的关键。测量精度越高，稳定性越好，反之则越差。输出电流精度直接和反馈系统的时间常数有关，时间越短，精度越高，反之则差。
4 电源的注意事项及故障排除方法
氙灯电源属于电力电子器件所组成的电子设备。运输安装都应当轻拿轻放，防止剧烈振动。安装时注意平稳、牢固，注意通风、干燥、同时周围不能存在导电尘埃。为了安全、不要在机器运行期间用手接触电源，以防触电。
氙灯电源输出两根较粗的直流电源铜线，一根红色（或有+标志）铜线为电源输出正极线，一根黑色（或有-标志）铜线为电源输出负极线。正极线接入灯箱的氙灯正极，负极线接入灯箱内触发器的磁塔输入端，磁塔输出端接氙灯的负极。当一切准备好后，整流器电源通电，空载电压通过输出线接到氙灯的两端，为点燃氙灯做好了准备，此时触发器瞬间触发，磁塔产生高频高压加载到氙灯两端，引燃氙灯。此时触发器的磁塔输入端和整流器的负极线相联，是低电平；磁塔的输出端接氙灯的负极，是高电平。对磁塔两端的高频高压电，整流器的正负极线是短路状态，所以磁塔的高频高压顺利接到氙灯两端。这里注意，这是在灯箱理想状态下点燃氙灯的，一般情况下，由于氙灯负极线到磁塔的输出端是铜软绞线，长短不一致，如果它和灯箱距离较近，就会对灯箱外壳放电，当整流器电源是内置式时，即整流器的外壳和灯箱是用螺丝联接到一起的，就是对整流器外壳放电，此时磁塔产生高频高压电顺势施加在整流器外壳和输出大线及有关电器件两端，如此高的电压，很有可能损坏整流器。具统计，大部分内置式整流器的元件的损坏和此有关外置式整流器可不考虑此项要求，但有可能不易引燃氙灯。
氙灯电源出现的一些故障，大都集中在不易引燃氙灯，损坏元件，不能调流等。
4.1．整流器输出空载电压低（小于80V）。大部分都是三相电源缺相所致。如果电源缺相，整流器是两相电源供电，整流出电压平均值低，这时也可能引燃氙灯，但调流不行，不稳定。这时应用万用表检查三相电源，三相电保险以及各接点螺丝。
4.2．开关电源输出空载电压低。除了以上原因外，辅助电压电路整流二极管损坏。开关电源的辅助电压电路是用一辅助绕组整流实现的。二极管损害表现为崩裂，只有更换。
4.3．不易引燃氙灯。首先观察灯箱是否有旁路现象，应把其放为首要位置进行；触发器间隙是否合适或时间长产生积碳；整流器是否损坏，这里主要看其空载电压是否够用。
5 结语
本文所述开关式氙灯电源具有较高的功率因数，控制灵敏，比起传统的磁饱和电抗器控制式的整流电源具有更好的电气性能，更小的体积重量，可节省一定量的材料资源和电力资源。温度对其影响很小，加之速度跟随能力强，反应快等特点，是传统电源无法相比的，也是放映系统进一步提高放映性能的最好选择。