積分求解閃光燈電阻功率
2012-04-12 00:00:00張君達(dá)
現(xiàn)代電子技術(shù) 2012年5期
摘 要：工業(yè)閃光燈大量應(yīng)用于智能交通工程，直接由交流220 V供電，為達(dá)到寬場(chǎng)景、高亮度，需要使用較大電解電容，充電過(guò)程中限流電阻消耗功率較大，合適的電阻功率選取對(duì)于閃光燈可靠性和壽命有著決定性影響。由于輸入信號(hào)是正弦波，半波充電過(guò)程非恒流或恒壓，電阻功率計(jì)算比較復(fù)雜。通過(guò)積分方法，求得了閃光燈充電限流電阻的最大功率和最大電流，并得到了實(shí)物測(cè)量驗(yàn)證，產(chǎn)品可靠性得到了很好保證。
關(guān)鍵詞：電阻功率； 積分； 閃光燈； 正弦波
中圖分類號(hào)：
TN602-34; TM933.3+5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
文章編號(hào)：1004-373X(2012)05
-0173
-02
Integral solving the flash lamp resistor power
ZHANG Jun-da
(School of Information Electrical Engineering， City College， Zhejiang University， Hangzhou 310015， China)
Abstract：
Industrial flash lamp is widely used in intelligent traffic system and driven by 220V AC power， bigger capacity is needed for wide scene and high brightness， great energy is exhausted on the resistor in charging period， proper resistor rated power is deterministic for the reliability and lifetime. Because the input power is sine wave， neither the voltage nor the current is fixed， resistor power calculation is complicated. The maximum power and current of flash lamp charge resistor is solved by integral method， and is verified by real object test， the product reliability is assured well.
Keywords： resistor power; integral; flash lamp; sine wave
收稿日期：2011-10-21
0 引 言
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，我國(guó)汽車化進(jìn)程不斷加快，到2010年底，全國(guó)已建成通車的公路總里程達(dá)到398.4萬(wàn)公里，2011年6月底，全國(guó)機(jī)動(dòng)車總保有量達(dá)2.17億輛。在帶給人們交通便利和活動(dòng)空間擴(kuò)展的同時(shí)，交通事故和道路擁堵也越來(lái)越嚴(yán)重?？诒O(jiān)控和違章處罰已經(jīng)成為道路交通管理的重要組成部分。工業(yè)閃光燈是抓拍系統(tǒng)的重要設(shè)備之一［1］，可靠性和壽命直接影響道路監(jiān)控質(zhì)量。而影響閃光燈可靠性的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是充電限流電阻功率的選取。
1 電路和公式
對(duì)于一架工業(yè)閃光燈，除了閃光指數(shù)以外［2］，兩個(gè)非常重要的參數(shù)就是它的最小重復(fù)閃光間隔和平均使用頻率，這兩個(gè)參數(shù)與RC充電電路有很大關(guān)系［3］。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)定普通道路最小行車間隔2 s，高峰期平均行車間隔1.5 s，故取充電限流電阻為195 Ω，1.5 s內(nèi)可以將電容電壓充至峰值電壓的86.4%，可以實(shí)現(xiàn)再次閃光。
本文著重研究電容充電時(shí)電阻上的功率和流經(jīng)的最大電流，以便確定實(shí)際產(chǎn)品中電阻功率和保險(xiǎn)絲的取值。研究分為理論計(jì)算和實(shí)物測(cè)量驗(yàn)證兩部分。圖1所示為閃光燈充電電路(觸發(fā)控制電路忽略)，J1插座為220 V交流電壓輸入。F1為保險(xiǎn)絲，R1，R2為限流電阻，通過(guò)D1、D2對(duì)電容C2，C3充電，交流正半周通過(guò)D2對(duì)C3充電，交流負(fù)半周通過(guò)D1對(duì)C1充電，C2，C3串聯(lián)倍壓后輸出到氙氣閃光管［4］?？紤]到電阻散熱和系統(tǒng)可靠性，充電限流電阻采取R1、R2并聯(lián)的方式，插座J2與閃光管相連。由R3，R4和4N35光耦組成實(shí)驗(yàn)取樣電路。C3上的電壓通過(guò)R3產(chǎn)生光耦發(fā)光管電流I(xiàn)in=(Uc-1.2)/R3，光耦輸出電流I(xiàn)out=CTR*I(xiàn)in(其中CTR為光耦電流傳輸比)，在R4上形成相應(yīng)電壓Uout=I(xiàn)out*R4，相對(duì)于Uc(峰值311 V)，光耦發(fā)光管壓降1.2 V造成的非線性影響可以忽略不計(jì)。因此，Uout≈CTR*Uc*R4/R3，與電容電壓成線性關(guān)系，可由示波器測(cè)量出R4兩端反映的C3半波充電的充電波形。
由于C2，C3是對(duì)稱關(guān)系，故只分析C3充電過(guò)程，每個(gè)交流輸入的正半周對(duì)C3(公式中簡(jiǎn)寫為C)充電。從原理圖1，分析電容充電過(guò)程：
電容充電時(shí)的零狀態(tài)響應(yīng)表達(dá)式為［5］：
根據(jù)電路分析知識(shí)，電容充電電路為非因果系統(tǒng)，電容當(dāng)下時(shí)刻電壓由當(dāng)下時(shí)刻充電電壓和電容之前時(shí)刻電壓共同決定，其本質(zhì)就是對(duì)du的積分［7］。
2 計(jì)算和驗(yàn)證
為實(shí)現(xiàn)計(jì)算方便、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，特編寫一段C語(yǔ)言程序?qū)Τ潆婋娐返膸讉€(gè)參數(shù)進(jìn)行積分計(jì)算［8］，程序?qū)⒚總€(gè)半波充電周期(10 ms)均分為1 000份(即10 μs)對(duì)電容電壓進(jìn)行積分運(yùn)算，程序代碼如下［9］:
#include
#include
#include ″conio.h″
void main()
{
float Um=311，Uc=0，t=0，dt=0.00001，du=0，R，C，E=0，dw=0，Imax=0，I=0;
float countcycle=0，w=314，s=0 ;
int cycle;
printf(″Please input Resistor(ohm)，Capacitor(uF)，Cycles:″);
scanf(″%f，%f，%d″，R，C，cycle);
C=C*0.000001;
getchar();
while(1)
{
if(countcycle { if((Um*sin(w*t))>=(0.9999*Uc)) { t+=dt; du=(Um*sin(w*t)-Uc)/(R*C)*dt; Uc+=du; I=du/dt*C; s=Uc/Um; dw=I*I*R*dt; E+=dw; if(I>Imax) Imax=I; } else { t=asin(Uc/Um)/w; countcycle++; } } else { printf(″Ratio=%6.5f\\\Energy=%6.2f\\\Imax=%6.2f\\\″，s，E，Imax); break; } } getchar(); } 該程序運(yùn)行時(shí)，輸入限流電阻阻值、充電電容容量和充電周期數(shù)(每周期20 ms)，即可得到電容終值電壓百分比(相對(duì)于充電電壓峰值)、并且記錄電阻上消耗的能量及通過(guò)的最大電流。由于正負(fù)半周電阻上有對(duì)稱電流，故軟件輸出計(jì)算的平均功率需要加倍。 當(dāng)電阻為195 Ω，電容為680 μF時(shí)可以得到表1數(shù)據(jù)。 按照實(shí)際路口交通繁忙時(shí)閃光燈平均間隔2 s計(jì)算，每個(gè)電阻功率應(yīng)為12.9 W，考慮到電阻功率余量，實(shí)際使用兩個(gè)390 Ω/50 W電阻并聯(lián)和2 A的保險(xiǎn)絲。 另外，對(duì)上述參數(shù)元器件組成的閃光燈充電電路進(jìn)行實(shí)物測(cè)量，從示波器得到波形［10］，如圖2所示。 (下轉(zhuǎn)第178頁(yè))
