無電解電容hid燈電子鎮流器的控制方法
2023-05-27 13:39:51 1
專利名稱：無電解電容hid燈電子鎮流器的控制方法
技術領域：
本發明涉及開關電源領域，特別涉及一種專為HID燈匹配的無電解電容的 電子鎮流器的控制方法。
背景技術：
電光源經歷了第一代通電鎢絲髮熱至白熾高溫放光的白熾燈泡時代；第二 代是光效比較白熾燈泡高數倍的螢光燈(包括直管螢光燈和節能燈)時代；第 三代是控光性好且光效很高的點光源高強度氣體放電燈(HID燈)時代；第四 代是發光二極體(LED燈)時代。
白熾燈泡由於光效低，已經為當代節能減排大潮所淘汰。世界己進入高光 效節能的綠色照明時代，其中，HID燈由於技術成熟，單燈功率遠遠超過螢光 燈和半導體發光二極體(LED燈)所以，年產量數以億計大批量工業化生產。 但HID燈不能夠像白熾燈泡那樣直接聯接電源點亮，必須要經過與HID燈適配 的HID燈鎮流器(電感鎮流器或者電子鎮流器)才能連接電源點亮HID燈，近 年由於銅和鐵材料升價，給HID燈電子鎮流器發展提供了市場空間，從各方面 比較而言，HID燈電感鎮流器在耗電能、耗銅、耗鐵、體積、重量、異常保護、 IT數控方面，遠遠比不上HID燈電子鎮流器；電感鎮流器對交流電頻率敏感， 更不能用於直流電源，而電子鎮流器可以用於直流電源，對交流電頻率及電壓適應範圍很寬，這都是電感鎮流器比不上的。
但是，HID燈電感鎮流器的可靠性超過HID燈電子鎮流器。 據"木桶理論"分析HID燈電子鎮流器的可靠性，取決於其中可靠性最 差的零件——電解電容——電解電容的不可靠性來源於其內部的電解質，除了 客觀上可能存在電解質化學汙染之外；電解質的沸點溫度制約了電解電容的工 作溫度(一般民品85'C，工業品105。C，特殊用途125'C)，電解質對電容極板 的電化學作用，使其壽命較短(一般小於0.3萬小時，特殊定製昂貴優質的也 難突破l萬小時)，所有電解電容頂端刻有K字形凹紋，就是允許一旦電解電容 爆炸時從K字形部位爆開，因為電解電容溫度上升到電解質沸點時，如同高壓 鍋蓋的排氣閥噴氣相似，電解質沸騰蒸氣必然衝破K字凹紋部位，可見，電解 電容生產製造者，對於電解電容可能爆炸的不可靠性，也是清楚的。要提升HID 燈電子鎮流器的可靠性，首先必須根本上取消這些可能爆炸的電解電容。
HID燈工作時，是由高氣壓玻璃密封燈泡內短電弧放電而發出弧光，據電弧 理論及實測證實，HID燈動態特性是負電阻特性，為了使HID燈穩定工作，必 須維持HID燈電弧穩定，為此要求HID燈電子鎮流器電路直流母線電壓穩定且 紋波很小。
發明內容
本發明的目的是提供一種無電解電容HID燈電子鎮流器的控制方法。 本發明以如下技術方案，解決上述無電解電容HID燈電子鎮流器的技術問
題
採用單片機軟體方法，產生多相高頻方波脈衝群，用多組不同相位的高頻 方波脈衝，分別控制多相位電力電子開關的"通"和"斷"，實現多相高頻APFC(有源功率因數補償)方法，來實現用有源微分電能來抑平直流母線紋波的有 源方法，來替代傳統用無源電解電容貯存電荷抑平直流母線紋波的方法。
電解電容是一個固定電容量，貯存電荷有限，其抑平直流母線紋波的功能是
有限的；而用多組不同相位變脈寬的有源微分電能，來抑平直流母線紋波的能 力是可大可小機動靈活可控的；用數碼方法控制多相APFC(有源功率因數補償) 的方法，可以不用電解電容，而能夠實現與有電解電容相似或更優良的紋波系 數。
當電源電壓波動下浮時，直流母線電壓下浮，看作谷值紋波增大時，自動 負反饋數碼系統迅即增加APFC的相數，增大脈寬，提高頻率，即用增加有源微 分電能，來填平下陷的谷值紋波。
反之，當電源電壓波動上浮時，直流母線電壓上浮，看作峰值紋波增大時， 自動負反饋數碼系統迅即減少APFC的相數，縮小脈寬，降低頻率，即用減少有 源微分電能，來削平上漲的峰值紋波。
對於小功率或成本要求嚴格時，不一定用多組高頻多相APFC (有源功率因 數補償)方法，還可以用低成本的單相高頻APFC，再增加複合移相九十度電角 度的輔助APFC，即合成人為"雙拍APFC"實現移峰填谷有源電力電子技術方法 來抑平紋波，也是取代傳統電解電容貯能的方法。
本發明採用了高頻整流，特別是多組多相高頻APFC (有源功率因數補償) 方法，或者附加輔助以主頻移相位九十度電角度的APFC移峰填谷電力電子學有 源方法，即增加或減小有源微分電能的方法，來取代傳統電解電容貯能的無源 方法，實現無電解電容HID燈電子鎮流器的目標。
本發明的有益效果是，採用本技術方案的HID燈電子鎮流器的可靠性大幅度提升，並且總體性價比超越傳統有電解電容的HID燈電哮鎮流器。
圖1無電解電容HID燈電子鎮流器的控制方法示意圖。 圖2為無電解電容HID燈電子鎮流器拓撲原理圖。
具體實施方式
結合圖1說明本發明的實施方式如下
從電解電容在傳統有電解電容HID燈電子鎮流器之中的功能看，電解電容 是主要的作用，是把電力高峰值+Au。的電荷，貯存於電解電容之中，稱為"充
電"。然後，在電力下陷低谷值-Au。時釋放出電荷，稱為"放電"；電解電容用
"充電"來吸收峰值紋波，又用"放電"來填谷值紋波，起著平滑直流母線電
壓U0紋波的作用。
一般無源等效，是用沒有電解質的長壽命電容一微法，來取代有電解質的 短壽命電解電容一微法，這種等電容替代方法，是實現無電解電容最基本的但 是消極的策略之一，治標不治本，帶來成本增加，體積增大，實用性差。
本發明提供更積極的方法是用數碼技術，產生多相高頻脈衝群，每相控
制一路電力電子的"開"或"關"，進行APFC (有源功率因數補償)的實質， 是獲得足夠多的高頻有源微分電能，來調控HID燈電子鎮流器直流母線的紋波， 或者，用單相高頻波形移相九十度電角度移峰填谷輔助APFC的電力電子學有源 方法，來取代電解電容，實現根本不用可靠性最差的電解電容，從根本上解決 傳統電子鎮流器器可靠性差的問題，是提升可靠性的積極方法。
本發明基於電力電子學的方式，提供不用電解電容的高可靠性、耐高溫、 壽命長達數萬小時的電子鎮流器，實現與HID燈泡本身壽命匹配，或更長壽命的HID燈電子鎮流器控制方法。
本發明採用的具體措施為
(1) 根據HID燈功率、燈電壓、燈電流，用數碼方法，而非傳統摸擬方法， 設計與HID燈泡穩定工作所需要的穩壓直流母線，為恆定燈電流的數控手段創 造基礎條件。
(2) 用單片機軟體方法而非傳統摸擬方法，產生多相高頻方波脈衝群。
(3) 用多組不同相位高頻方波脈衝，分別控制多相電力電子開關的"ON" (通)和"OFF"(斷)，實現多相APFC (有源功率因數補償)的有源方法，來
抑平紋波，而不是用非電解電容一微法，等量替代電解電容一微法的消極的無 源等電容替代方法，因為非電解電容的電容量是固定的，該電容來抑平直流母 線紋波的能力是有限的，且不可控的。
(4) 當電源電壓波動使直流母線-Au。下浮時，上述APFC (有源功率因數 補償)的數碼控制系統，迅即增加高頻APFC的相數、增加脈寬、提高頻率，即 用增加有源微分電能來填平-Au。的谷值紋波。
(5) 當電源電壓波動使直流母線+Au。上浮時，上述APFC (有源功率因數 補償)的數碼控制系統，迅即減少高頻APFC的相數、縮小脈寬、降低頻率，即 用減少有源微分電能來削平+Au。的峰值紋波。
結合圖2說明本發明的實施方式如下
以單片機智能數碼控制為核心，用軟體的方法，而非傳統摸擬方法，產生 三相(或更多相)的高頻矩形脈衝；這些高頻矩形脈衝的相數O、脈衝寬度D，、 頻率f、均受控於輸入電源電壓UIN、電子鎮流器直流母線電壓Uo、燈電流Io， 鎮流器溫度rc，以及各種異常保護和各種時控、群控等功能控制，通過數碼控制軟體，實現滿足HID燈電弧恆流工作為主導的恆功率控制。
當輸出燈電流1。太大，燈功率超上限時，單片機智能數碼控制指令壓縮脈 衝寬度，或減少APFC的相數，直到HID燈電流和燈功率下降回歸額定值，然後 維持電力電子開關工作參數不變，實現HID燈恆流恆功率輸出。
當輸出燈電流1。太小，燈功率超下限時，單片機智能數碼控制指令擴展脈 衝寬度，或增加APFC的相數，直到HID燈電流和燈功率上升回歸額定值，之後 維持電力電子開關工作參數不變，實現HID燈恆流恆功率工作。
當環境溫度上升超過某上限時，單片機智能數碼控制指令開動冷風冷卻； 當環境溫度下降到某下限時，單片機智能數碼控制指令開動熱風升溫；目的是 使HID燈電子鎮流器在允許溫度範圍內工作。
當需要夜間分時段降低照明功率，以節約照明用電時，也由單片機實現智 能化時段控制節約用電。
當需要照明實現"有人或有車開來才足夠功率照明，無人或無車通過時降 低照明功率節約電能"，也由傳感器偵知有人或有車，傳遞指令通過單片機實現 智能化管理HID燈功率。
當需要照明系統群控時，由系統主令控制單片機，實現整個照明網絡的智 能化群控。
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權利要求
1、一種無電解電容HID燈電子鎮流器的控制方法，由高頻方波脈衝控制電力電子開關的「通」和「斷」，進行高頻有源功率因數補償，來抑平直流母線紋波，高頻有源功率因數補償的步驟為，當電源電壓波動下浮谷值紋波增大時，增加APFC的相數，增大脈寬，提高頻率，填平下陷的谷值紋波；當電源電壓波動上浮峰值紋波增大時，減少APFC的相數，縮小脈寬，降低頻率，削平上漲的峰值紋波，所述控制方法為採用多相高頻方波脈衝分別控制多相電力電子開關，進行多相高頻有源功率因數補償。
2、 如權利要求1所述的無電解電容HID燈電子鎮流器的控制方法，採用單相高頻方波脈衝控制單相電力電子開關，進行單相高頻有源功率因數補償，並 同時以複合移相九十度電角度的為輔助的另一單相有源功率因素補償聯合輸出 來抑平直流母線紋波。
全文摘要
本發明提供一種HID燈匹配的無電解電容的電子鎮流器的控制方法，本技術方案採用單片機軟體，產生多相高頻方波脈衝群，用多組不同相位的高頻方波脈衝，分別控制多相位電力電子開關的「通」和「斷」，實現多相高頻APFC(有源功率因數補償)方法，來實現用有源微分電能來抑平直流母線紋波的有源方法，來替代傳統用無源電解電容貯存電荷抑平直流母線紋波的方法。採用本技術方案的HID燈電子鎮流器的可靠性大幅度提升，總體性價比超越傳統有電解電容的HID燈電感鎮流器。
文檔編號H05B41/26GK101309538SQ20081007361
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月13日 優先權日2008年6月13日
發明者王桂光, 王桂風, 同 甘 申請人:深圳唐微科技發展有限公司