一種hid燈聲共振抑制方法及鎮流器的製造方法
2023-05-21 09:45:41 2
一種hid燈聲共振抑制方法及鎮流器的製造方法
【專利摘要】本發明提供一種HID燈聲共振抑制方法，該方法通過檢測是否產生了聲共振，當產生了聲共振時，改變鎮流器提供的調頻電流頻率，以達到抑制聲共振的目的，該鎮流器，包括消聲共振模塊。本發明的有益效果是，由於增加了消聲共振模塊，最大可能地抑制了聲音共振，保證了放電電弧的最佳穩定性。這些特性使產品對每種類型的燈管和不同功率都能實現穩定運行。
【專利說明】一種HID燈聲共振抑制方法及鎮流器
【技術領域】
[0001]本發明涉及HID燈的鎮流器領域，特別涉及一種消除HID燈聲共振的方法的HID燈聲共振擬制方法及具體實現了該方法的鎮流器。
【背景技術】
[0002]高強度氣體放電燈(HID)在達到穩定的弧光放電時，共放電的特徵區域放電正柱區是一段典型的高氣壓等溫等離子體。在放電燈管內，氣體原子濃度很高，電子的自由程很少，電子與氣體原子之間發生彈性碰撞的頻率很高，調製電場的能量很容易通過電子傳遞給氣體原子，從而引起與外加調製電場同頻率的氣體壓力波。可能引起放電管內放電氣體的壓力波形成駐波，即發生聲諧振。頻率範圍非常寬，其中包含了電子鎮流器通常使用的工作頻率。
[0003]HID在調頻工作下具有聲共振(聲諧振)現象，使得調頻電子鎮流器的應用受到了影響。所謂聲共振現象是指HID類在調頻電流驅動時，表現出的放電電弧不穩定性。當HID燈工作在5?700KHz頻率範圍時，很多頻段會出現明顯的光輸出波動並伴以電流、電壓起伏、電弧彎曲、搖晃。當頻率降低到最低不穩定頻率時電弧可能熄滅、甚至導致電弧管炸裂。
[0004]聲共振現象表現為放電電弧的不穩定、電弧彎曲、搖晃，嚴重時會出現斷電弧，甚至便電弧管爆裂，產生共振的因素有很多，比如放電管的形狀、尺寸、管中氣體壓力、溫度、燈的使用壽命等，而且對於不同廠家，不同批號的燈，聲共振頻率範圍也不相同，更重要的是，隨著燈的使用壽命的延長，聲共振點也會有所改變，因此解決聲共振有很大難度。
[0005]在小功率的放電燈中，由於燈管尺寸小諧振頻率很高，使用低頻方波的驅動方式能有效解決聲共振問題。在紫外線固化行業，由於固化的面積大、能量密度要求高，燈管的功率都在幾千瓦到幾十千瓦之間。燈管尺寸理所當然的變得很大，共振頻率隨之下降。在進入實用的電子鎮流器工作頻率段時，仍然會發生聲共振現象，造成紫外線輸出的輻射量下降的問題，同時不穩定的聲共振電流造成鎮流器的損壞。
[0006]目前，檢測聲共振的方法有很多，其中有一種是通過檢測發生聲共振時類的電流的方法，該方法所提出的聲共振檢測方法理論依據基於聲共振發生時燈電流會發生變化。通過實驗觀察，HID燈在調頻工作發生聲共振時，其燈電流主要包括3種頻率成份:一是鎮流器提供的調頻電流頻率；二是紋波頻率；三是聲共振引起的電流。檢測電路將前兩種電流濾去，留下聲共振電流，將其放大，就可以說明HID燈是否牌聲共振狀態。與其它檢測方法一樣，該方法也非常複雜，實用性不強。
【發明內容】
[0007]本發明的目的是針對上述缺陷，提供一種HID燈聲共振抑制方法及鎮流器。
[0008]本發明的技術方案是:一種HID燈聲共振抑制方法，該方法通過檢測是否產生了聲共振，當產生了聲共振時，改變鎮流器提供的調頻電流頻率，以達到抑制聲共振的目的，包括以下步驟，[0009]步驟A、進行燈管電流同相檢測的步驟，該步驟中同時檢測鎮流器輸出線流出電流和流入電流；
[0010]步驟B、判斷同時檢測的鎮流器輸出線流出電流和流入電流是否同相相等的步驟，如果流出電流和流入電流同相相等，鎖定當前鎮流器提供的調頻電流頻率，結束；否則轉向步驟C ;
[0011]步驟C、在低頻範圍內線性改變鎮流器提供的調頻電流頻率，轉向步驟A。
[0012]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法中:所述的步驟B中包括如下步驟:
[0013]步驟BOl、流出電流和流入電流同相相減生成差值的步驟；
[0014]步驟B02、對所述的差值進行放大的步驟；
[0015]步驟B03、對放大後的差值進行整形的步驟，該步驟中對放大後的差值進行高低判斷產生高低電平的邏輯脈衝信號；
[0016]步驟B04、對所述的脈衝信號的脈寬進行檢測，當脈寬超過設定閾值時，判定流出電流和流入電流同相不相等。
[0017]本發明還提供一種實施上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，包括消聲共振模塊，所述的消聲共振模塊包括信號檢測模塊和輸出頻率控制模塊；
[0018]所述的信號檢測模塊包括檢測鎮流器輸出線流出和流入電流的燈電流同相檢測模塊；對所述的燈電流同相檢測模塊進行放大的信號放大模塊；對信號放大模塊的輸出進行高低電平二值化形成脈寬信號的波形整形模塊；
[0019]所述的輸出頻率控制模塊包括時鐘產生模塊，對波形整形模塊輸出的脈寬信號進行判斷判定是否有聲共振的電平識別模塊；以時鐘產生模塊的信號為基礎根據電平識別模塊識別的信號，在低頻範圍內線性改輸出頻率的壓控頻率產生模塊。
[0020]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:所述的燈電流同相檢測模塊包括電流傳感器模塊，所述的電流傳感器模塊的原邊和副邊分別穿過所述的鎮流器的兩根輸出線，所述的電流傳感器模塊的輸出端通過電流/電壓轉換電路輸出表示鎮流器輸出線流出和流入電流之間的差異的電壓信號。
[0021]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:所述的電流/電壓轉換電路包括電阻R4、電阻R5和電容C9，所述的電阻R4、電阻R5和電容C9並聯組成關聯電路，所述的關聯電路一端地另一端接所述的電流傳感器模塊的輸出端。
[0022]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:所述的信號放大模塊包括運算放大器IC4，所述的運算放大器IC4的輸入信號為所述的燈電流同相檢測模塊輸出的鎮流器輸出線流出和流入電流之間的差異的電壓信號，所述的運算放大器IC4的輸入信號從所述的運算放大器IC4的第2腳和第3腳輸入，從第6腳輸出。
[0023]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:在運算放大器IC4的第2腳和第3腳輸入端還設置有保護電路，所述的保護電路包括相互反接的二極體D3和二極體D4，所述的二極體D3的陽極和二極體D4的陰極接入輸入信號與運算放大器IC4的第3腳之間；所述的二極體D3的陰極和二極體D4的陽極接入地與運算放大器IC4的第2腳之間。
[0024]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:在所述的保護電路與運算放大器IC4的輸入信號、保護電路與地之間還分別設置有限流電阻R9和限流電阻R8，所述的運算放大器IC4的放大輸出端還設置有濾波電路，所述的濾波電路包括濾波電阻R3和濾波電容C7，所述的運算放大器IC4的放大輸出端通過濾波電阻R3和濾波電容C7串連接地。
[0025]進一步的，上述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器中:所述的波形整形模塊包括施密特觸發器IC3，所述的被整形信號在輸入所述的施密特觸發器IC3之前還設置有信號限幅電路。
[0026]在採用了上述技術方案後，由於在電子鎮流器中增加了消聲共振模塊，可以通過尋找不同的工作頻率避開與燈管自身參數有關聲共振頻段。從而解決了紫外線固化燈管在低頻方工作情況下因聲共振導致電弧不穩定的技術問題。
[0027]本發明的有益效果是，由於增加了消聲共振模塊，最大可能地抑制了聲音共振，保證了放電電弧的最佳穩定性。這些特性使產品對每種類型的燈管和不同功率都能實現穩定運行。
[0028]以下將結合附圖和實施例，對本發明進行較為詳細的說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1是本發明實施例1方法流程圖。
[0030]圖2是本發明實施例1鎮流器結構方框圖。
[0031]圖3是本發明實施例1中使用的燈電流同相檢測模塊原理圖。
[0032]圖4是本發明實施例1中使用的信號放大模塊原理圖。
[0033]圖5是本發明實施例1中使用的波形整形模塊原理圖。
[0034]圖6是本發明實施例1中使用的主控模塊理圖。
【具體實施方式】
[0035]實施例1，如圖2所示，本實施例是一種帶有消聲共振功能的紫外線固化電子鎮流器，具有消聲共振模塊，該消聲共振模塊包括消聲共振模塊包括信號檢測模塊和輸出頻率控制模塊。信號檢測模塊包括燈管電流同相檢測模塊、信號放大模塊和波形整形模塊。燈管電流同相檢測模塊利用電流傳感器相位相反幅度相同，電感應方向相互抵消的原理，檢測電子鎮流器輸出線兩線流出流入電流，檢測整個工作時間實時的電流波形，發生聲共振時，流入流出電流將不相等。
[0036]檢測模塊輸出電流差值信號如圖3所示。
[0037]圖中，電流傳感器T的第1、3、2、4兩組引腳分別接入到振流器與HID燈之間，如圖所示的X4、X5接輸出到HID燈。本實施例中電流傳感器模塊TRl的型號是LA55-P。電流傳感器模塊TRl的輸出端是第7號引腳，5、6號引腳加入的是電源，本實施例採用的是15V電源。在電流傳感器模塊TRl的輸出端並聯的R4、R5、C9將電流傳感器檢測的電流變為電壓信號Vx。如圖3所示，本實施例中，HID燈電流從電流傳感器模塊I腳和3腳流入，從2腳和4腳流出到HID燈，由於1、3腳相位相同，從I腳流入，2腳流出，經HID燈返回到4腳再到3腳。HID燈正常工作時流入，流出相等，電流傳感器輸出O電流，HID聲共振時，1、2與
4、3腳電流不相等，兩線電流沒有完全抵消，電流傳感器輸出兩線電流沒有抵消的差值信號電流，電流在R4、R5、C9上形成電壓降輸出，輸出電壓幅度U=I X R。
[0038]信號放大模塊如圖4所示，將微小的差別信號放大，達到波形整形模塊邏輯信號幅度要求。本實施例中採用型號為0P07的運算放大器IC4，用於放大電流檢測模塊的微小信號，由檢測模塊輸出電流差值信號Vx從2、3腳輸入，放大後從6腳輸出Vxx，經R3、C7過濾幹擾信號。兩個二極體D3、D4的作用是防止輸入電壓太高，保護IC4不損壞。
[0039]波形整形模塊如圖5由施密特觸發器組成，施密特觸發器自身有對電平閾值的要求，閾值規定為1.4V-2.1V，區別高低電平。並且施密特觸發器可以把邊沿變化緩慢的周期信號變換為邊沿很陡的矩形信號Vxxx。便於後面電路準確識別信號。當信號放大模塊輸出的信號Vxx幅度大於2.1V時，波形整形模塊輸出高電平信號。幅度小於1.4V時，波形整形模塊輸出低電平信號。控制系統包括時鐘產生模塊，電平識別模塊和壓控頻率產生模塊。電平識別模塊根據邏輯電平寬度判斷是否發生了聲共振情況，同時過濾錯誤的幹擾窄脈衝信號。
[0040]如圖5所示，二極體Dl、D2用於限制信號放大模塊輸入的信號Vxx幅度。施密特觸發器IC3的型號是74HC14。電容C4、C5是去耦電容，消除幹擾信號。
[0041]電平識別模塊如圖6所示，它實時檢測波形整形模塊輸出的邏輯電平的時間寬度，當高電平輸出時間寬度大於IOms時，則認為燈泡產生了產共振。時鐘產生模塊用於產生基準的時鐘頻率，用於開始工作的輸出頻率。壓控頻率產生模塊以時鐘產生模塊的信號為基礎根據電平識別模塊識別的信號Vxxx，在低頻範圍內線性改變輸出頻率。時鐘產生模塊由4MHz晶振產生，通過計數器對4MHz時鐘計數，計數一次為0.25 μ s，產生250Hz信號要啟示錄8000次，2ms後輸出電平翻轉再計錄8000次輸出電平再次翻轉產生250Hz交變信號。當電平識別模塊檢測到發生了聲共振，壓控頻率產生模塊就將計錄次數改為計錄8001次，輸出頻率將改變為249.968Hz,當頻率改變後電平識別模塊仍然檢測發生了聲共振，壓控頻率產生模塊就將計錄次數改為8002次，輸出頻率將改為249.937Hz,以此類推，輸出頻率線性下降。當聲共振停止，進鎖定當前的工作頻率，用當前的頻率運行。實際應用中時鐘產生模塊輸出250Hz，低頻範圍在250Hz——50Hz之間。通過改變壓控頻率產生模塊時基信號，頻率線性改變速率〈0.05Hz，實現平穩的頻率過渡。
[0042]本部分完成判斷和產生控制信號，本實施例中採用處理器利用程序完成各項控制，電路圖中有單片機IC2，其型號為12C2052AD。單片機IC2的穩壓電源為由IC1、C1、ZD1、C2組成的5V供電穩壓電源，單片機型號為HT7550-1。單片機的時鐘電路由CL1、CIO、Cll與單片機IC2內部電路組成4MHz頻率產生電路，產生4MHz時鐘。經施密特觸發器IC3波形整形的脈衝信號，由單片機IC2的11腳輸入，由程序組成的電平識別模塊，壓控頻率產生模塊，對輸入信號進行識別，經調整後的250Hz交變信號從8、9腳輸出。
[0043]本實施例的控制過程通過檢測是否產生了聲共振，當產生了聲共振時，改變鎮流器提供的調頻電流頻率，以達到抑制聲共振的目的，包括以下步驟，
[0044]步驟A、進行燈管電流同相檢測的步驟，該步驟中同時檢測鎮流器輸出線流出電流和流入電流；
[0045]步驟B、判斷同時檢測的鎮流器輸出線流出電流和流入電流是否同相相等的步驟，如果流出電流和流入電流同相相等，鎖定當前鎮流器提供的調頻電流頻率，結束；否則轉向步驟C ;
[0046]該步驟B包括:
[0047]步驟B01、流出電流和流入電流同相相減生成差值的步驟；[0048]步驟B02、對所述的差值進行放大的步驟；
[0049]步驟B03、對放大後的差值進行整形的步驟，該步驟中對放大後的差值進行高低判斷產生高低電平的邏輯脈衝信號；
[0050]步驟B04、對所述的脈衝信號的脈寬進行檢測，當脈寬超過設定閾值時，判定流出電流和流入電流同相不相等。
[0051]步驟C、在低頻範圍內線性改變鎮流器提供的調頻電流頻率，轉向步驟A。
【權利要求】
1.一種HID燈聲共振抑制方法，該方法通過檢測是否產生了聲共振，當產生了聲共振時，改變鎮流器提供的調頻電流頻率，以達到抑制聲共振的目的，其特徵在於:包括以下步驟， 步驟A、進行燈管電流同相檢測的步驟，該步驟中同時檢測鎮流器輸出線流出電流和流入電流； 步驟B、判斷同時檢測的鎮流器輸出線流出電流和流入電流是否同相相等的步驟，如果流出電流和流入電流同相相等，鎖定當前鎮流器提供的調頻電流頻率，結束；否則轉向步驟C； 步驟C、在低頻範圍內線性改變鎮流器提供的調頻電流頻率，轉向步驟A。
2.根據權利要求1所述的HID燈聲共振抑制方法，其特徵在於:所述的步驟B中包括如下步驟: 步驟BOl、流出電流和流入電流同相相減生成差值的步驟； 步驟B02、對所述的差值進行放大的步驟； 步驟B03、對放大後的差值進行整形的步驟，該步驟中對放大後的差值進行高低判斷產生高低電平的邏輯脈衝信號； 步驟B04、對所述的脈衝信號的脈寬進行檢測，當脈寬超過設定閾值時，判定流出電流和流入電流同相不相等。
3.一種實施權利要求1所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:包括消聲共振模塊，所述的消聲共振模塊包括信號檢測模塊和輸出頻率控制模塊； 所述的信號檢測模塊包括檢測鎮流器輸出線流出和流入電流的燈電流同相檢測模塊；對所述的燈電流同相檢測模塊進行放大的信號放大模塊；對信號放大模塊的輸出進行高低電平二值化形成脈寬信號的波形整形模塊； 所述的輸出頻率控制模塊包括時鐘產生模塊，對波形整形模塊輸出的脈寬信號進行判斷判定是否有聲共振的電平識別模塊；以時鐘產生模塊的信號為基礎根據電平識別模塊識別的信號，在低頻範圍內線性改輸出頻率的壓控頻率產生模塊。
4.根據權利要求3所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:所述的燈電流同相檢測模塊包括電流傳感器模塊(TR1)，所述的電流傳感器模塊(TRl)的原邊和副邊分別穿過所述的鎮流器的兩根輸出線，所述的電流傳感器模塊(TRl)的輸出端通過電流/電壓轉換電路輸出表示鎮流器輸出線流出和流入電流之間的差異的電壓信號。
5.根據權利要求4所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:所述的電流/電壓轉換電路包括電阻R4、電阻R5和電容C9，所述的電阻R4、電阻R5和電容C9並聯組成關聯電路，所述的關聯電路一端地另一端接所述的電流傳感器模塊(TRl)的輸出端。
6.根據權利要求3所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:所述的信號放大模塊包括運算放大器IC4，所述的運算放大器IC4的輸入信號為所述的燈電流同相檢測模塊輸出的鎮流器輸出線流出和流入電流之間的差異的電壓信號，所述的運算放大器IC4的輸入信號從所述的運算放大器IC4的第2腳和第3腳輸入,從第6腳輸出。
7.根據權利要求6所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:在運算放大器IC4的第2腳和第3腳輸入端還設置有保護電路，所述的保護電路包括相互反接的二極體D3和二極體D4，所述的二極體D3的陽極和二極體D4的陰極接入輸入信號與運算放大器IC4的第3腳之間；所述的二極體D3的陰極和二極體D4的陽極接入地與運算放大器IC4的第2腳之間。
8.根據權利要求7所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:在所述的保護電路與運算放大器IC4的輸入信號、保護電路與地之間還分別設置有限流電阻R9和限流電阻R8，所述的運算放大器IC4的放大輸出端還設置有濾波電路，所述的濾波電路包括濾波電阻R3和濾波電容C7，所述的運算放大器IC4的放大輸出端通過濾波電阻R3和濾波電容C7串連接地。
9.根據權利要求3所述的HID燈聲共振抑制方法的鎮流器，其特徵在於:所述的波形整形模塊包括施密特觸發器IC3，所述的被整形信號在輸入所述的施密特觸發器IC3之前還設置有信號 限幅電路。
【文檔編號】H05B41/288GK103458594SQ201310393467
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年9月3日 優先權日:2013年9月3日
【發明者】蔡世學, 蔣中為 申請人:深圳市電王科技有限公司