兩級全橋模式低頻方波驅動的hid燈電子鎮流器的製作方法

2024-03-25 13:53:05

專利名稱：兩級全橋模式低頻方波驅動的hid燈電子鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器。
背景技術：
高強度氣體放電燈(HID)是一種新型的節能電光源，它具有發光效率高、 色溫好、壽命長等優點，在機場、道路、碼頭、體育場館等室內外照明場合有 著越來越廣泛的應用。高強度氣體放電燈包括汞燈、高壓鈉燈和金屬滷化物燈 等。金滷燈是一種由金屬蒸汽和金屬滷化物分解物的混合物放電而發光的氣體 放電燈，由於其光效高，顯色性好等優點越來越受到人們的青睞。由於金滷燈 固有的負阻特性和特殊的啟動要求，必須和與之相匹配的鎮流器共同使用。電 子鎮流器與傳統的電感式鎮流器相比具有很多優點，諸如電子鎮流器自身能耗 通常情況下僅幾瓦，因此HID燈工作效率高，可節約大量的電能；其次，具有 很高的功率因數，電子鎮流器功率因數很容易做到0.95以上，有效地提高了供 電系統和電網的利用率；再則，重量輕、燈無閃爍和噪聲，電子鎮流器一般工 作在20kHz以上的高頻，它沒有鐵心電感所特有的嗡嗡聲，由於工作頻率高， 只需用體積小，重量輕的鐵氧磁芯做電感，佔用較小的空間。但是HID燈的一 個固有缺點是當它工作在高頻時，會產生其特有的聲諧振現象。為了使金卣燈 不出現聲諧振現象，電子鎮流器一般工作在低頻狀態。如圖5所示，傳統的低 頻方波電子鎮流器包括三級結構BOOST升壓功率因數校正電路、BUCK降壓電 路和DC-AC全橋/半橋逆變電路。這種電路結構較為複雜，生產成本較為昂貴。 為了簡化電路，降低成本，現有技術中公開了一種電子鎮流器，它是把功率因 數校正電路和降壓電路合併成一級。這種電路結構可以減小鎮流器的體積，降低了成本，但是影響了功率因數校正電路的工作效果，增加了功率開關器件的
電壓應力。

發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種不會影響功率因數校正電路的工作效
果的兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案該兩級全橋模式低頻方
波驅動的HID燈電子鎮流器包括整流濾波電路、APFC升壓電路、開關逆變電路 和點火電路，所述整流濾波電路與APFC升壓電路連接，所述APFC升壓電路與 開關逆變電路連接，所述開關逆變電路的兩個輸出端與點火電路的兩個輸入端
對應連接，所述開關逆變電路任意一個輸出端與點火電路的輸入端之間設有n
型LC濾波電路，所述的HID燈電子鎮流器還包括具有調頻和P麗調製功能的恆 功率控制電路，所述恆功率控制電路包括輸入電壓採樣電路、微處理器、HID燈 電流電壓採樣電路，所述輸入電壓採樣電路與整流濾波電路連接，所述輸入電 壓採樣電路、HID燈電流電壓採樣電路、APFC升壓電路和開關逆變電路都與微 處理器連接。恆功率控制電路採用全數字控制方式，由微處理器輸出開關逆變
電路的高頻驅動信號，並使開關逆變電路輸出較低頻率的驅動信號，經n型LC
濾波電路解調，得到低頻方波驅動信號。這樣就能通過調整高頻驅動信號的頻 率和佔空比，達到恆功率控制的目的。該結構的恆功率控制電路具有結構簡單、 性能穩定、能達到較高的控制精度，它使得電子鎮流器的電路結構更加簡單， 節約了成本，提高系統運行的可靠性。恆功率控制電路除了實現恆功率控制的 目的外還能通過實時採集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等 異常狀態進行檢測並做相應的處理。
作為本發明的優選，所述的HID燈電子鎮流器還包括輔助電源電路，所述微處理器和開關逆變電路都與輔助電源電路連接。輔助電源電路的功能與APFC
升壓電路一樣都可以為開關逆變電路和恆功率控制電路提供電源，只是輔助電
源電路體積更小、結構更簡單，它供電響應速度快，能為HID燈電子鎮流器在 正常工作前起到預熱的作用。
作為本發明的優選，所述的HID燈電子鎮流器的APFC是基於微處理器，以 軟體方式實現的APFC。
本發明採用上述技術方案兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流 器通過將BUCK降壓電路和開關逆變電路合併成一級並以相對應的調頻和PWM調 制相結合的控制方法實現了恆功率控制的目的，更重要的是該結構不會影響功 率因數校正電路的工作效果。本發明還結合了全數字控制方式，將恆功率控制 過程由微處理器負責，這樣可以方便的實現通過調整高頻驅動信號的頻率和佔 空比，達到恆功率控制的目的。該恆功率控制電路除了實現恆功率控制的目的 外還能通過實時採集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等異常 狀態進行檢測並做相應的處理。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發明做進一步具體說明。 圖1為本發明兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器的結構框
圖2為本發明兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器的結構示意
圖3為本發明兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器的結構圖； 圖4為本發明兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器的有源功率 因數校正電路結構示意圖；圖5為現有技術的三級模式HID電子鎮流器電路結構示意圖6為發明兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器的開關逆變電
路的驅動信號波形圖。
具體實施例方式
如圖1、 2、 3所示，兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器由整 流濾波電路l、 APFC升壓電路2、開關逆變電路3、點火電路5、恆功率控制電 路6、輔助電源電路7組成。整流濾波電路1包括EMI濾波電路和全橋整流電路， EMI濾波電路與全橋整流電路連接。APFC升壓電路2即BOOST升壓功率因數校 正電路，它與全橋整流電路連接。開關逆變電路3包括全橋驅動電路和DC-AC 全橋逆變電路，全橋驅動電路與DC-AC全橋逆變電路連接，全橋驅動電路還與 APFC升壓電路2連接。DC-AC全橋逆變電路的一個輸出端上設有n型LC濾波電 路4，該n型LC濾波電路4包括一個電感和兩個電容，電感的一端和其中一個 電容的一端都連接在DC-AC全橋逆變電路的一個輸出端上，電感的另一端和另 一個電容的一端與點火電路5的輸入端連接，點火電路5的另一端與DC-AC全 橋逆變電路的另一個輸出端連接，兩個電容的另外一端都接地。恆功率控制電 路6包括輸入電壓採樣電路、具有APFC控制功能的微處理器、HID燈電流電壓 採樣電路，輸入電壓採樣電路與全橋整流電路連接；輸入電壓採樣電路、HID燈 電流電壓採樣電路、APFC升壓電路2和全橋驅動電路都與微處理器連接。微處 理器和全橋驅動電路還都與輔助電源電路連接，輔助電源電路通過截取APFC升 壓電路2上較高的輸出電壓，轉化處理後輸送給微處理器和全橋驅動電路，起 到預熱的作用。
如圖4所示，為本發明所述的一種兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電 子鎮流器的有源功率因數校正電路結構示意圖，該電路沒有採用專用的APFC集成電路晶片，而是完全基於微處理器來實現。總體而言，是一種升壓輸出的，
臨界導電模式(CRM)的有源功率因數校正實現方式。如圖4所示，當功率開關管 VT導通時，二極體VD截止，電流流過主電感L1，同時主電感L1儲存能量，此 時負載電流靠輸出電容C來維持；當功率開關管VT斷開時，二極體VD導通， 主電感Ll儲存的能量為負載供電。微處理器通過模數轉換ADC通道實時採集輸 入電壓4和輸出電壓4'，同時通過模擬比較ACMP通道檢測當功率開關管VT導 通時，流過VT管，也即流過主電感L1的電流^，當C^'"^ (^為常數)時， 微處理器輸出控制信號，關斷功率開關管VT。如圖中所示，輔助電感L2和主電 感L1耦合，並把感應信號輸入給微處理器，當微處理器檢測到流過主電感的電 流、i為零吋，輸出驅動信號，使功率開關管VT導通。如此，流過PFC升壓電感 Ll的電流是一種三角波，其峰值的包絡線(也即輸入電流的平均值)是和輸入 電壓的正弦波同相的正弦波，也就實現了輸入電流的正弦化，並和輸入電壓保 持同相，大大提高了系統的功率因數。本發明所述的HID用電子鎮流器的有源 功率因數校正完全依靠微處理器的模數轉換器ADC、模擬比較器ACMP和脈寬調 制器P麗模塊等豐富的微處理器外設資源，以及強大的運算處理能力來實現， 使得電子鎮流器的電路結構更加簡潔，節約了成本，提高了系統運行的可靠性。 工作時，EMI濾波電路接入市電，經過電磁幹擾濾波後輸送給全橋整流電路， 同過全橋整流電路輸出直流電。該直流電再經APFC升壓電路2調整升壓輸出較 高的直流母線電壓，該電壓一方面輸送給DC-AC全橋逆變電路，另一方面提供 給輔助電源電路7。輔助電源電路7輸出電流使開關逆變電路3正常工作前先預 熱-，同時也為全橋驅動電路、恆功率控制電路6供電。由於全橋驅動電路受控 與微處理器，因此DC-AC全橋逆變電路的工作頻率就可以通過微處理器來控制。 如圖4、 6所示，依靠強大的數據處理能力，微處理器可以對DC-AC全橋逆變電路的開關管脈衝驅動信號的頻率和佔空比根據實際需要做出靈活方便的調整， 從而達到調整全橋逆變電路的工作頻率和PWM調製的目的，實現電子鎮流器的
全數位化控制。由微處理器輸出65 75kHz的全橋功率開關管高頻驅動信號， 並以160Hz的低頻在全橋的兩個斜對邊之間切換，經n型LC濾波電路4解調， 得到160Hz的低頻方波HID燈管驅動信號，使HID燈工作在160Hz的低頻，這 樣可以有效地避免聲諧振的發生。通過調整高頻驅動信號的頻率和佔空比，達 到恆功率控制的目的。由於兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器將 BUCK降壓電路和開關逆變電路3合併成一級並以相對應的調頻和P麗調製相結 合的控制方法實現了恆功率控制的目的，更重要的是該結構不會影響功率因數 校正電路的工作效果。該電路結構將傳統的BUCK降壓電路和DC-AC全橋逆變電 路合併成一級，相應的恆功率控制方法也由傳統單純的調頻或者P麗調製方式， 轉變為調頻和PWM調製相結合的恆功率控制方式。
權利要求
1、兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器，它包括整流濾波電路(1)、APFC升壓電路(2)、開關逆變電路(3)和點火電路(5)，所述整流濾波電路(1)與APFC升壓電路(2)連接，所述APFC升壓電路(2)與開關逆變電路(3)連接，所述開關逆變電路(3)的兩個輸出端與點火電路(5)的兩個輸入端對應連接，其特徵在於所述開關逆變電路(3)任意一個輸出端與點火電路(5)的輸入端之間設有∏型LC濾波電路(4)，所述的HID燈電子鎮流器還包括具有調頻和PWM調製功能的恆功率控制電路(6)，所述恆功率控制電路(6)包括輸入電壓採樣電路、微處理器、HID燈電流電壓採樣電路，所述輸入電壓採樣電路與整流濾波電路(1)連接，所述輸入電壓採樣電路、HID燈電流電壓採樣電路、APFC升壓電路(2)和開關逆變電路(3)都與微處理器連接。
2、 根據權利要求1所述兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器， 其特徵在於所述的HID燈電子鎮流器還包括輔助電源電路(7)，所述微處理器 和開關逆變電路(3)都與輔助電源電路(7)連接。
3、 根據權利要求1所述兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器， 其特徵在於所述的HID燈電子鎮流器的APFC是基於微處理器，以軟體方式實 現的APFC。
全文摘要
本發明公開了一種兩級全橋模式低頻方波驅動的HID燈電子鎮流器，它通過將BUCK降壓電路和開關逆變電路合併成一級並以相對應的調頻和PWM調製相結合的控制方法實現了恆功率控制的目的，更重要的是該結構不會影響功率因數校正電路的工作效果。本發明還結合了全數字控制方式，將恆功率控制過程由微處理器負責，這樣可以方便的實現通過調整高頻驅動信號的頻率和佔空比，達到恆功率控制的目的。該恆功率控制電路除了實現恆功率控制的目的外還能通過實時採集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等異常狀態進行檢測並做相應的處理。
文檔編號H05B41/36GK101527997SQ200910097828
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月20日 優先權日2009年4月20日
發明者吳光榮, 唐耀宗, 章劍雄 申請人:中國電子科技集團公司第五十二研究所