高強度放電燈電子鎮流器的製作方法
2023-07-10 03:51:41
專利名稱：高強度放電燈電子鎮流器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於照明電子領域，特別涉及一種高強度放電燈(包括高壓鈉燈、金屬滷化物燈等)電子鎮流器。
背景技術：
高強度放電(HID-High Intensity Discharge)燈,例如高壓鈉燈(HPSL)、金屬
滷化物燈等，因具有極好的光效(80 1401m/W)和合適的光波長，而被廣泛用於戶外照明，如廣場、道路、碼頭等。但是，傳統的電感式鎮流器存在功率因數低和自身損耗大的缺點。大量低功率因數電器的使用，會對電網造成諧波汙染，不但增加了供發電設備的負荷，使供發電設施得不到充分利用，而且嚴重影響其它用電設備的正常運行。綠色照明事業在世界範圍的蓬勃發展，推進了電子鎮流器的廣泛使用。電子鎮流器不但可以做到很高的功率因數(接近1)，具有顯著的節能效果，而且還能在很寬的電壓範圍內點燈工作，很好地解決了電感式鎮流器的缺點。由於HID燈的功率相對於螢光燈大得多，用量也極大，所以HID燈電子鎮流器的開發應用，具有更加深遠的意義。用於小功率金屬滷化物燈的電子鎮流器為了避免聲共振現象的發生繼而損壞光源，通常選用低頻方波驅動，驅動頻率為IOOHz 400Hz。HID燈電子鎮流器因使用場所和其本身的特性，要求較為嚴格。它的基本要求是I)具有較高的功率因數(彡O. 99)；2)適應溫度範圍一20 50°C，且防雨雪；3)輸出到燈的功率必須恆定；4)為防電極極化，燈的電流必須是交流，而且須防聲共振；5)必須有2. 5 4kV的點燈觸發電壓，燈點亮後高壓須消除，不影響燈的正常工作；6)較高的功率(一般人行道為75W，道路為250W，廣場為400W，最高達1000W)；7)對各種故障(燈短路、燈開路或無燈、弧光不正常、燈過壓、燈過流以及電路本身的故障)的識別及保護功能完善。由圖I所示的現有技術的高強度放電燈電子鎮流器的輸出波形可以看出，現有技術的高強度放電燈電子鎮流器在點火時的啟動電壓為在400V方波的邊沿上抖出3kV以上的高壓，從而擊穿電極，使燈點亮。然而，採用這種點火方式的電子鎮流器存在以下問題I、由於BUCK降壓電路的輸出電壓一般在320V 400V的範圍內，所以全橋諧振電路一般選用500V耐壓的MOS管，而全橋諧振電路是工作在低頻，所以全橋諧振電路的損耗幾乎是由MOS管的導通功耗決定，從而導致整體效率偏低，一般為O. 88 O. 9 ;2、電子鎮流器從開始工作就一直輸出低頻方波，光源在點亮後的一段時間裡面，光源輸出不穩，帶來明顯的閃爍現象；3、因為採用升壓變壓器和諧振電容組成串聯諧振線路，使得穩定工作以後電壓換向時仍然會在邊沿上產生震蕩，從而產生噪音；[0017]4、高壓產生電路由L、C充放電輔助以升壓變壓器來完成，增加很多器件，帶來鎮流器成本增加。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種高強度放電燈電子鎮流器，以防止高強度放電燈的光源在點亮後的一段時間內因光源輸出不穩而導致的明顯的閃爍現象。為實現上述目的，本實用新型提供了一種高強度放電燈電子鎮流器，包括用於對交流輸入進行濾波的EMI濾波器、用於對濾波後的交流電的功率因數進行校正並產生穩定的直流電的PFC功率因數校正電路、用於進行降壓、恆流控制和恆功率控制的BUCK降壓電路、用於將所述BUCK降壓電路輸出的直流電轉換為交流電的全橋諧振電路、及用於控制所述BUCK降壓電路的BUCK控制器和用於控制所述全橋諧振電路的全橋控制器；所述EMI濾波器、PFC功率因數校正電路、BUCK降壓電路和全橋諧振電路順序連接，所述BUCK控制器與所述BUCK降壓電路連接，所述全橋控制器與所述全橋諧振電路連接；所述BUCK控制器配置為點火時控制所述BUCK降壓電路輸出150V直流電，在所述高強度放電燈達到額定功率前控制所述BUCK降壓電路輸出恆定電流，並在所述高強度放電燈達到額定功率後控制所述BUCK降壓電路輸出恆定功率；所述全橋控制器配置為點火時控制所述全橋諧振電路對所述150V直流電進行LC諧振產生用於點亮所述高強度放電燈的高頻正弦波電壓，在所述高強度放電燈被點亮後的一定時間內控制所述全橋諧振電路輸出高頻正弦波電壓，並在所述高強度放電燈正常工作時控制所述全橋諧振電路輸出低頻方波電壓。作為優選，還包括第一反饋電路、PFC控制器、第二反饋電路和第三反饋電路，所述PFC功率因數校正電路的輸出順序經過所述第一反饋電路和PFC控制器後反饋至所述PFC功率因數校正電路，所述BUCK降壓電路的輸出順序經過所述第二反饋電路和BUCK控制器後反饋至所述BUCK降壓電路，所述全橋諧振電路的輸出順序經過所述第三反饋電路和全橋控制器後反饋至所述全橋諧振電路。作為進一步地優選，所述全橋諧振電路包括NM0S管Q7、Q8、Q9和Q5，以及電感T4和電容C5和C4 ;其中，Q7和Q9的漏極連接所述BUCK降壓電路的輸出端，Q7的源極連接Q8的漏極，Q9的源極連接Q5的漏極，Q8和Q5的源極接地；T4、C5和C4串聯在Q7的源極和Q9的源極之間；Q7的柵極經電阻TR23接收驅動信號輸入，Q8的柵極經電阻TR24接收驅動信號輸入，Q9的柵極經電阻TR25接收驅動信號輸入，Q5的柵極經電阻TR26接收驅動信號輸入，Q7的源極和Q9的源極分別接收檢測信號輸入，Q7的柵極和源極之間串聯電阻TR28，Q8的柵極和源極之間串聯電阻TR29，Q9的柵極和源極之間串聯電阻TR32，Q5的柵極和源極之間串聯電阻TR33，T4與C5之間的連接點和Q9的源極為所述全橋諧振電路的輸出端。與現有技術相比，本實用新型具有以下有益效果I、由於點火時本實用新型的電子鎮流器的BUCK降壓電路輸出的電壓控制在150V，因此全橋諧振電路的NMOS管可以選擇200V耐壓，而NMOS管的導通電阻和NMOS管的耐壓有很大關聯，因此全橋諧振電路的功耗可以大幅度降低，能夠帶來整機2 3%的效率提高，使得整機效率達到92% 95% ；2、由於本實用新型的電子鎮流器在光源點亮時和其後一段的工作時間內，鎮流器輸出高頻正弦波電壓，使得光源輸出非常穩定，沒有任何閃爍現象出現，給用戶帶來非常舒適的使用體驗；3、高頻正弦波電壓由全橋諧振電路諧振產生，不需要額外增加的L，C器件，精簡了電路並降低了成本；4、由於去掉了升壓變壓器等結構，電子鎮流器在正常工作時不會在輸出電壓的換向邊沿上產生抖動，所以不會產生噪音。
圖I為現有技術的高強度放電燈電子鎮流器的輸出波形圖；圖2為本實用新型的高強度放電燈電子鎮流器的結構框圖；圖3為本實用新型的高強度放電燈電子鎮流器的BUCK降壓電路的電路圖；圖4為本實用新型的高強度放電燈電子鎮流器的全橋諧振電路的電路圖；圖5為本實用新型的高強度放電燈電子鎮流器的全橋諧振電路在點火時的啟動電壓波形圖；圖6為本實用新型的高強度放電燈電子鎮流器的全橋諧振電路在正常工作時的電壓波形。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細說明。如圖2所示，本實施例的高強度放電燈電子鎮流器包括用於對交流輸入(例如220V交流電)進行濾波的EMI濾波器1，電源線是幹擾傳入設備和傳出設備的主要途徑，通過電源線，電網的幹擾會傳入設備，幹擾設備的正常工作，同樣設備產生的幹擾也可能通過電源線傳到電網上，幹擾其他設備的正常工作，因此本實施例中在設備的電源進線處加入EMI濾波器I ;用於對濾波後的交流電的功率因數進行校正並產生穩定的直流電的PFC功率因數校正電路2，其主要用於改善功率因數並產生一穩定的直流母線電壓，傳統的PFC功率因數校正電路2的輸出為400V的直流電壓；用於進行降壓、恆流控制和恆功率控制的BUCK降壓電路3，BUCK降壓電路3的電路結構如圖3所示，在本實施例中，BUCK降壓電路3採用下BUCK結構，即MOS管不在總線電壓線上，而在下邊，這樣的好處是驅動部分的VCC可以和總線電壓共地，需要單獨隔離電源供電；BUCK降壓電路3的工作原理是當啟動時，BUCK降壓電路3的控制IC採集BUCK電壓信號，控制BUCK降壓電路3的輸出電壓為150V ;當啟動結束，HID燈5預熱一段時間後，後邊的全橋諧振電路4進入低頻工作狀態，此時控制IC採樣功率檢測信號，進入恆功率控制；及用於將所述BUCK降壓電路3輸出的直流電轉換為交流電的全橋諧振電路4，如圖4所示，在本實施例中，作為優選實施方式，所述全橋諧振電路4包括NM0S管Q7、Q8、Q9和Q5,以及電感T4和電容C5和C4 ;其中，Q7和Q9的漏極連接所述BUCK降壓電路3的輸出端，Q7的源極連接Q8的漏極，Q9的源極連接Q5的漏極，Q8和Q5的源極接地；T4、C5和C4串聯在Q7的源極和Q9的源極之間；Q7的柵極經電阻TR23接收驅動信號輸入，Q8的柵極經電阻TR24接收驅動信號輸入，Q9的柵極經電阻TR25接收驅動信號輸入，Q5的柵極經電阻TR26接收驅動信號輸入，Q7的源極和Q9的源極分別接收檢測信號輸入，Q7的柵極和源極之間串聯電阻TR28，Q8的柵極和源極之間串聯電阻TR29，Q9的柵極和源極之間串聯電阻TR32，Q5的柵極和源極之間串聯電阻TR33，T4與C5之間的連接點和Q9的源極為所述全橋諧振電路4的輸出端；及用於控制所述BUCK降壓電路3的BUCK控制器31和用於控制所述全橋諧振電路4的全橋控制器41。所述EMI濾波器I、PFC功率因數校正電路2、BUCK降壓電路3和全橋諧振電路4順序連接，所述BUCK控制器31與所述BUCK降壓電路3連接，所述全橋控制器41與所述全橋諧振電路4連接；其中，所述BUCK控制器31配置為點火時控制所述BUCK降壓電路3輸出150V直流電，在HID燈5達到額定功率前控制所述BUCK降壓電路3輸出恆定電流，並在HID燈5達到額定功率後控制所述BUCK降壓電路3輸出恆定功率；所述全橋控制器41配置為點火時控制所述全橋諧振電路4對所述150V直流電進行LC諧振產生用於點亮HID燈5的高頻正弦波電壓，在HID燈5被點亮後的一定時間內控制所述全橋諧振電路4輸出高頻正弦波電壓，並在HID燈5正常工作時控制所述全橋諧振電路4輸出低頻方波電壓。點火時，所述BUCK降壓電路輸出150V直流電，所述全橋諧振電路4對所述150V直流電進行LC諧振產生高頻正弦波電壓以點亮HID燈5 ；HID燈5被點亮後，所述全橋諧振電路4在一定時間內繼續輸出高頻正弦波電壓；最後，所述全橋諧振電路4的輸出由高頻正弦波電壓轉換為低頻方波電壓。在本實施例中，作為優選實施方式，還包括第一反饋電路、PFC控制器21、第二反饋電路、和第三反饋電路，所述PFC功率因數校正電路2的輸出順序經過所述第一反饋電路和PFC控制器21後反饋至所述PFC功率因數校正電路2，所述BUCK降壓電路3的輸出順序經過所述第二反饋電路和BUCK控制器31後反饋至所述BUCK降壓電路3，所述全橋諧振電路4的輸出順序經過所述第三反饋電路和全橋控制器41後反饋至所述全橋諧振電路4。由於點火時本實施例的電子鎮流器的BUCK降壓電路3輸出的電壓控制在150V，因此全橋諧振電路4的NMOS管可以選擇200V耐壓，而NMOS管的導通電阻和NMOS管的耐壓有很大關聯，因此全橋諧振電路4的功耗可以大幅度降低，能夠帶來整機2 3%的效率提高，使得整機效率達到92% 95%。為了改善因為BUCK降壓電路3輸出的電壓的降低而帶來的啟動困難問題，本實施例的電子鎮流器中，全橋諧振電路4採用全橋諧振方式，150V直流電壓經LC諧振產生高頻高壓去點亮光源，點火電壓波形如圖5所示。這種點火方式同時解決了 OCV要求和額外高壓產生電路的問題，減少了元器件使用數量，提高了效率和可靠性。光源點亮後，電子鎮流器繼續使用高頻正弦波去驅動光源，等到燈管電壓達到一定值後，再切換到低頻方波工作，這樣可以完全消除低頻方波啟動所帶來的初期光輸出不穩定導致的閃爍現象；同時因為去掉了升壓變壓器等結構，電子鎮流器在正常工作時不會在輸出電壓的換向邊沿上產生抖動，所以不會產生噪音。電子鎮流器在HID燈5正常工作時輸出的電壓波形如圖6所示。本實施例的電子鎮流器的全橋諧振電路4的工作狀態可以包括以下三個階段I、啟動時，全橋諧振電路4輸出高頻交流電壓，頻率從IOOkHz向下掃到25kHz，由T4和C5、C4產生三次諧振，在HID燈5兩端產生3KV的高壓，擊穿HID燈5的電極，點亮HID燈5,點火電壓波形如圖5所示；2、當點亮HID燈5以後，全橋仍然以25kHz的頻率繼續工作，HID燈5工作在恆流階段，HID燈5功率在不斷上升；3、當HID燈5經過恆流升功率階段，HID燈5功率穩定上升，這時全橋諧振電路4進入低頻方波工作狀態，全橋輸出IOOHz的方波，頻率很低，由於聲共振的頻率一般在30Hz 50kHz之間，所以HID燈5不會產生聲共振現象，也不會閃爍，HID燈5能穩定的工作，正常工作電壓波形如圖6所示。以上實施例僅為本實用新型的示例性實施例，不用於限制本實用新型，本實用新型的保護範圍由權利要求書限定。本領域技術人員可以在本實用新型的實質和保護範圍內，對本實用新型做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應視為落在本實用新型的保護範圍內。
權利要求1.一種高強度放電燈電子鎮流器，包括用於對交流輸入進行濾波的EMI濾波器、用於對濾波後的交流電的功率因數進行校正並產生穩定的直流電的PFC功率因數校正電路、用於進行降壓、恆流控制和恆功率控制的BUCK降壓電路、用於將所述BUCK降壓電路輸出的直流電轉換為交流電的全橋諧振電路、及用於控制所述BUCK降壓電路的BUCK控制器和用於控制所述全橋諧振電路的全橋控制器；所述EMI濾波器、PFC功率因數校正電路、BUCK降壓電路和全橋諧振電路順序連接，所述BUCK控制器與所述BUCK降壓電路連接，所述全橋控制器與所述全橋諧振電路連接；其特徵在於，所述BUCK控制器配置為點火時控制所述BUCK降壓電路輸出150V直流電，在所述高強度放電燈達到額定功率前控制所述BUCK降壓電路輸出恆定電流，並在所述高強度放電燈達到額定功率後控制所述BUCK降壓電路輸出恆定功率；所述全橋控制器配置為點火時控制所述全橋諧振電路對所述150V直流電進行LC諧振產生用於點亮所述高強度放電燈的高頻正弦波電壓，在所述高強度放電燈被點亮後的一定時間內控制所述全橋諧振電路輸出高頻正弦波電壓，並在所述高強度放電燈正常工作時控制所述全橋諧振電路輸出低頻方波電壓。
2.根據權利要求I所述的高強度放電燈電子鎮流器，其特徵在於，還包括第一反饋電路、PFC控制器、第二反饋電路和第三反饋電路，所述PFC功率因數校正電路的輸出順序經過所述第一反饋電路和PFC控制器後反饋至所述PFC功率因數校正電路，所述BUCK降壓電路的輸出順序經過所述第二反饋電路和BUCK控制器後反饋至所述BUCK降壓電路，所述全橋諧振電路的輸出順序經過所述第三反饋電路和全橋控制器後反饋至所述全橋諧振電路。
3.根據權利要求I或2所述的高強度放電燈電子鎮流器，其特徵在於，所述全橋諧振電路包括NM0S管Q7、Q8、Q9和Q5，以及電感T4和電容C5和C4 ;其中，Q7和Q9的漏極連接所述BUCK降壓電路的輸出端，Q7的源極連接Q8的漏極，Q9的源極連接Q5的漏極，Q8和Q5的源極接地；T4、C5和C4串聯在Q7的源極和Q9的源極之間；Q7的柵極經電阻TR23接收驅動信號輸入，Q8的柵極經電阻TR24接收驅動信號輸入，Q9的柵極經電阻TR25接收驅動信號輸入，Q5的柵極經電阻TR26接收驅動信號輸入，Q7的源極和Q9的源極分別接收檢測信號輸入，Q7的柵極和源極之間串聯電阻TR28，Q8的柵極和源極之間串聯電阻TR29，Q9的柵極和源極之間串聯電阻TR32，Q5的柵極和源極之間串聯電阻TR33，T4與C5之間的連接點和Q9的源極為所述全橋諧振電路的輸出端。
專利摘要本實用新型公開了一種高強度放電燈電子鎮流器，包括EMI濾波器、PFC功率因數校正電路、BUCK降壓電路、用於將BUCK降壓電路輸出的直流電轉換為交流電的全橋諧振電路、及BUCK控制器和全橋控制器；其中，全橋控制器配置為點火時控制全橋諧振電路對150V直流電進行LC諧振產生高頻正弦波電壓，在高強度放電燈被點亮後的一定時間內控制全橋諧振電路輸出高頻正弦波電壓，在高強度放電燈正常工作時控制全橋諧振電路輸出低頻方波電壓。由於本實用新型的電子鎮流器在光源點亮和其後一段的工作時間內，電子鎮流器輸出高頻正弦波電壓，使得光源輸出非常穩定，沒有任何閃爍現象出現，給用戶帶來非常舒適的使用體驗。
文檔編號H05B41/288GK202750319SQ20122041189
公開日2013年2月20日 申請日期2012年8月17日 優先權日2012年8月17日
發明者吳增魁 申請人:孝感銳泰照明電器有限公司