雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器的製作方法

2023-07-10 08:57:41

專利名稱：雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及控制放電燈用高頻電子鎮流器，特別是指一種設有雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器。
背景技術：
控制放電燈用高頻電子鎮流器比起電感式的已被市場認可，特別是節能效果明顯。由於電子鎮流器由半導體元件構成，採用大電容器濾波，並且工作於高頻頻段，再加上放電燈是一個負電阻器件，難免出現線路功率因數降低，輸入電流波形畸變增大，燈電流波峰比又與線路功率因數是一對難解的矛盾，當放電燈出現異常狀態時最容易損壞半導體元件，所有這些都使一般專業技術人員感到棘手。如目前市場上流行的逐流式和雙泵式電子鎮流器，雖然可靠性高，但其輸入電流畸變要達到IEC929或GB/T15144標準中的L類要求是困難的，而且波峰比大都超過1.7的規定，導致放電燈兩端提前發黑。
為此，美國MOTO ROLA公司專門設計一種有源濾波電路的電子鎮流器，選用了集成電路MC 34262，MOS管，升壓脈衝變壓器和大容量濾波電容器等。這類產品雖然解決了高功率因數與低波峰比這一對矛盾，但付出的代價是電路複雜，造價高，缺乏市場競爭力。
比較接近本發明的背景技術是專利號為0080016，荷蘭皇家菲利浦電子有限公司申請的《有功率因數校正功能的燈用電子鎮流器》發明專利，所設計的一種低頻至高頻的功率轉換器是這樣描述的它包括直流電源電路，半橋逆變器、負載電路和高頻電容，其特徵在於負載電路用來傳輸第一高頻電流，它連接在所述輸出節點和所述直流測端子之一之間，高頻電容用來為第二高頻電流提供通路，所述高頻電容連接在所述交流側端子之一和沿著所述負載電路有所述高頻電壓的位置之間，使得所述高頻電容在所述高頻電壓每一個周期的第一部分期間從所述交流側端子接收能量，而在所述高頻電壓每一個周期的不同部分期間所述高頻電容把能量傳輸給所述蓄能電容。從上述權項1的描述中不難看出點燃放電燈用高頻能量都在每個周期第一部分期間從交流電源中接收，高頻能量每個周期的不同部分流過高頻電容把能量傳輸給所述直流電源相關聯的蓄能電容。由於這種蓄能電容器是一種介質損耗大的電解電容器構成，這種環境下工作發熱是顯而易見的，個別的導致炸裂；再說燈的高頻電流也同時通過高頻電容竄入交流電源，要實現電磁兼容，濾波器的設計必須相當講究，材料成本相應上升。該說明書附圖7是其線電流的模擬曲線，雖然THD僅為4.7％，但其正弦電流的中段夾帶高次諧波含量是不小的，這說明有相當大的高頻電流竄入電網。

發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術中的缺點，提供一種電磁兼容性好，具有異常狀態保護，低成本，設有雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器。
本發明包括濾波電路、整流電路、逆變電路、輸出電路外接放電燈，所述的輸出電路與逆變電路之間依次設有取樣電路和異常保護電路，其特徵在於所述的整流電路與逆流電路之間設有第一校正電路，其中兩模塊F1、F2串聯，其上端接整流電路的正電源，下端接負電源，中間接點與所述放電燈的接線端子B極相連接，整流電路的正電源還串接隔離二極體和高頻扼流電感器，兩者之間的接點接有電容器C7的正極，其負極接整流電路的負電源，所述的逆變電路與放電燈之間還接有第二校正電路，它由模塊F3構成，一端接在逆變電路的正電源上，另一端接在放電燈的接線端子B點，所述的放電燈的兩個接線端子A、B上並聯降低波峰電路，它由電容器C14構成。
本發明設有雙重的功率因數第一校正電路和第二校正電路，並配合降低波峰電路，使功率因數提高到0.97-0.99，輸入電流畸變降至10％左右，而放電燈的電流波峰比同時降至1.5以下。濾波電路、取樣電路和異常保護電路的加入，使本發明的電磁兼容性好，符合國內外有關技術標準的要求，當電源電壓升高，放電燈開路或損壞時，自動進入保護狀態，直到故障排除恢復正常工作，可靠性優良，可與帶有源濾波電路的電子鎮流器相媲美，但是本發明結構簡單，價格低廉是明顯的。


圖1為本發明的電原理框圖；圖2為本發明的電源理圖；圖3為本發明輸入端電壓電流波形。
具體實施例方式
參見附圖1和附圖2。本發明是一種設有雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器，包括濾波電路1、整流電路2、逆變電路4、輸出電路6外接放電燈7，所述的輸出電路6與逆變電路4之間依次設有取樣電路9和異常保護電路10，所述的整流電路2與逆變電路4之間設有第一校正電路3，其中兩模塊F1、F2串聯，其上端接整流電路2的正電源，下端接負電源，中間接點與所述放電燈7的接線端子B極相連接，整流電路2的正電源還串接隔離二極體D5和高頻扼流電感器L2，兩者之間的接點接有電容器C7的正極，其負極接整流電路2的負電源，所述的逆變電路4與放電燈7之間還接有第二校正電路5，它由模塊F3構成，一端接在逆變電路4的正電源上，另一端接放電燈7的接線端子B點，所述的放電燈7的兩個接線端子A、B上並聯降低波峰電路8，它由電容器C14構成。所述的模塊F1和F2是由一個電容器與一個二極體反向並聯而成，二極體的負極向上，接高電位，其正極向下，接低電位，所述的模塊F3是一個電容器構成。另一種實施方式中，模塊F1、F2中反向並聯的二極體可以取消，這時少量高頻能量無法反饋至電源，功率因數校正的作用也有所減小，效果不如前一個實施方式。
所述的放電燈7的兩個接線端子A′、B′上接有放電燈預熱電路，依次串聯電容器C15、壓敏電阻器RV2和熱敏電阻器RT。所述的取樣電路9由兩電阻器R10、R11串聯構成，中間接點接二級管D12的正極，其負極接濾波電容器C16，當放電燈7出現異常狀態時，電容器C16上取得信號電壓迅速增大。所述的異常保護電路10接有可控矽SCR，其陽極通過電阻器R1接電感L2的正電源輸出端，陰極接整流電路2的負電源，其控制極通過限流電阻器R2接雙向觸發二極體D11，二極體D6的負極接可控矽SCR的陽極，其正極接二極體D10，異常保護電路10還設有三極體Q3，其集電極接在所述的逆變電路4的開關管Q2的基極上，發射極接整流電路2的負電源，基極通過限流電阻器R8接雙向觸發二極體D11，雙向觸發二極體D11的另一端與二極體D12的負極相連接。所述的逆變電路4中的觸發電阻器R9一端接在所述的放電燈7的接線端子B′上，另一端通過雙向觸發二極體D10連接到所述的開關管Q2的基極。所述的濾波電路1由差模電感器L0和共模電感器L1串聯而成，從輸入到輸出依次並聯有電容器C0、C1、C2和C3串聯、C4，壓敏電阻器RV1與電容C0相併聯。
一般地說，所述濾波電路1的L相輸入端串聯保險絲F，C2和C3串聯的中間接點接地。所述的逆變電路4是一個半橋式振蕩器，它由開關管Q1和Q2串聯而成，基極迴路接有脈衝變壓器T1，三個繞組的同名端按常規接法，中間繞組的輸出端接輸出電路6，它是一個鎮流電感器L3，L3的另一端與所述的放電燈7的接線端子A相連。電阻器R4、R5分別串聯在開關管Q1、Q2的發射極迴路中，穩定其工作狀態。電阻器R6、R7串接在Q1、Q2的基極迴路中，起限流作用。電容器C11、C12分別並聯在Q1、Q2的基射極，起消振作用。電阻器R3、電容器C10和二極體D8分別與Q1的集電極與發射極迴路相併聯，作相位補償。觸發電容器C9的上端接在D10與R9的接點上，下端接整流電路2的負電源。濾波電容器C8並聯在所述逆變電路4的正負電源供給端。
本發明的電子鎮流器是這樣工作的。
通電後，濾波電路1將半橋式振蕩器工作時產生的差模共模信號衰減至FCC的B級標準規定值，同時也把外電網的幹擾脈衝衰減到最低限度，保證其安全工作。整流電路2由二極體D1、D2、D3、D4按橋式聯接，它輸出的是脈動直流電，經D5隔離後由C7濾波成平滑的直流電，使逆變電路能平穩地工作。逆變電路4是電子鎮流器中大量採用的成熟線路，它輸出的是方波電壓，經L3鎮流供給放電燈7的電流接近三角波，含有豐富的高次諧波，通過C14的積分作用，降低了波峰比，在電容器C7的配合下，其波峰比最佳可調到1.5以下。提高功率因數，降低電源電流畸變主要是第一校正電路3和第二校正電路5的相輔相成。流經放電燈7的高頻電流極大部分通過第一校正電路3中的F1、F2，由於D5的隔離和L2的扼流，放電燈7的工作電流極大部分從整流電路2的電源端直接提取，使二級管D1-D4的導通角增大，有效降低電源電流的畸變。如圖3所示，其輸入電壓、電流基本同相。第二校正電路5中的F3與C14、L3串聯後接在逆變電路4輸出端，構成振蕩迴路，設計F3內的電容器容量，可使本發明功率因數達到0.99。
電阻器R9通過放電燈7的陰極提供觸發電流，當燈開路或陰極斷絲時，觸發二級管D10得不到足夠電能使其工作，逆變電路4也隨之不工作而得到保護。當放電燈7出現異常狀態時，如前所述，電容器C16上的電位上升至觸發管D11的閾值，它輸出一個異常保護信號脈衝，分別通過R2使三極體Q3導通，開關管Q2強迫被關斷。同時通過R8觸發可控矽SCR也導通，觸發電容器C9上的電荷經過二極體D6被箝位至零，觸發二極體D10被鎖定無法正常工作，整個電子鎮流器耗電量小於0.3WV。只要故障不排除，始終進入保護狀態，當燈管的異常狀態消除後，重新開機，本發明的電子鎮流器才啟動工作。
本發明所述的連接在放電燈7的A′-B′兩個接線端子上的電容器C15、RV2和RT是一個預熱啟動電路。開機時，由於降低波峰電路8中的電容器C14容量小，當F3和L3的串聯迴路產生諧振時，與之並聯的放電燈7兩端產生1KV左右高壓，壓敏電阻器RV2立即被擊穿，高頻電流大量通過B-B′→C15→RV2→RT→A′-A，這樣，放電燈7的兩個陰極被加熱。經過1-2S後，熱敏電阻器RT到達75℃以上，瞬間開路，預熱終止，放電燈7的兩個陰極間電壓跳躍到啟輝電壓，放電燈7由輝光放電至弧光放電，兩端電壓又降至正常管電壓，壓敏電阻RV2恢復常態，熱敏電阻器RT不再被加熱，也減少陰極電流負擔，等效於電感式鎮流器中的雙金屬片式啟輝器。實驗表明，本發明的燈管壽命平均延長一倍以上，還具有節能效果，平均少耗電1W左右。
綜上所述，諸多實施方式是對本發明方案予以說明的，對於本領域技術人員能夠在本發明的精神和範圍內作些修改，例如雙極型三極體改為場效應管，模塊F1、F2可以是快恢復二極體構成。所有這些的結構上稍有變化，仍將不會脫離本發明的範圍。因此，權利要求書的意圖應包括屬於本發明構思範圍內的所有改進及等同替代。
權利要求
1.設有雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器，包括濾波電路(1)、整流電路(2)、逆變電路(4)、輸出電路(6)外接放電燈(7)，所述的輸出電路(6)與逆變電路(4)之間依次設有取樣電路(9)和異常保護電路(10)，其特徵在於所述的整流電路(2)與逆流電路(4)之間設有第一校正電路(3)，其中兩模塊(F1、F2)串聯，其上端接整流電路(2)的正電源，下端接負電源，中間接點與所述放電燈(7)的接線端子B極相連接，整流電路(2)的正電源還串接隔離二極體(D5)和高頻扼流電感器(L2)，兩者之間的接點接有電容器(C7)的正極，其負極接整流電路(2)的負電源，所述的逆變電路(4)與放電燈(7)之間還接有第二校正電路(5)，它由模塊(F3)構成，一端接在逆變電路(4)的正電源上，另一端接在放電燈(7)的接線端子(B)點，所述的放電燈(7)的兩個接線端子(A、B)上並聯降低波峰電路(8)，它由電容器(C14)構成。
2.根據權利要求1所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的模塊(F1)和(F2)是由一個電容器與一個二極體反向並聯而成，二極體的負極向上，接高電位，其正極向下，接低電位，所述的模塊(F3)是一個電容器構成。
3.根據權利要求1所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的放電燈(7)的兩個接線端子(A′、B′)上接有放電燈預熱電路，依次串聯電容器(C15)、壓敏電阻器(RV2)和熱敏電阻器(RT)。
4.根據權利要求1所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的取樣電路(9)由兩電阻器(R10、R11)串聯構成，中間接點接二級管(D12)的正極，其負極接濾波電容器(C16)，當放電燈(7)出現異常狀態時，電容器(C16)上取得信號電壓迅速增大。
5.根據權利要求1、2、3所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的異常保護電路(10)接有可控矽(SCR)，其陽極通過電阻器(R1)接電感(L2)的正電源輸出端，陰極接整流電路(2)的負電源，其控制極通過限流電阻器(R2)接雙向觸發二極體(D11)，二極體(D6)的負極接可控矽(SCR)的陽極，其正極接二極體D10，異常保護電路(10)還設有三極體(Q3)，其集電極接在所述的逆變電路(4)的開關管(Q2)的基極上，發射極接整流電路(2)的負電源，基極通過限流電阻器(R8)接雙向觸發二極體(D11)，雙向觸發二極體(D11)的另一端與二極體(D12)的負極相連接。
6.根據權利要求1、2、3所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的逆變電路(4)中的觸發電阻器(R9)一端接在所述的放電燈(7)的接線端子(B』)上，另一端通過雙向觸發二極體(D10)連接到所述的開關管(Q2)的基極。
7.根據權利要求1所述的電子鎮流器，其特徵在於所述的濾波電路(1)由差模電感器(L0)和共模電感器(L1)串聯而成，從輸入到輸出依次並聯有電容器(C0、C1、C2和C3串聯、C4)，壓敏電阻器(RV1)與電容器(C0)相併聯。
全文摘要
設有雙重功率因數校正的低波峰比電子鎮流器，包括濾波、整流、逆變、輸出、燈預熱啟動、取樣和保護電路，其特徵在於還設有功率因數第一校正電路和第二校正電路，放電燈的兩端設有降低波峰比電路。它的功率因數高達0.99，電源電流波形畸變10％左右，燈電流波峰比最佳可到1.5，預熱啟動，當燈出現異常狀態時自動保護。本發明工作可靠，電磁兼容性好，節能，結構簡單，製造成本低，廣泛用於氣體放電燈的鎮流。
文檔編號H05B41/24GK1571616SQ200410038820
公開日2005年1月26日 申請日期2004年4月30日 優先權日2004年4月30日
發明者周雲正 申請人:周雲正