螢光燈異常狀態保護檢測電路的製作方法

2023-12-02 16:56:31

專利名稱：螢光燈異常狀態保護檢測電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種照明用螢光燈電子鎮流器，特別涉及一種燈異常狀態保護的檢測電路。
背景技術：
交流供電的螢光燈的電子鎮流器的基本組成示於圖1。交流電源10經電磁幹擾抑制電路20以抑制鎮流器對供電電網的高頻電磁幹擾，經整流器30將交流電壓轉變成直流電壓，功率因素校正電路40用於減少輸入電流的諧波失真，在半橋或推挽等不同架構的逆變器50中，將直流電壓轉換成高頻交流電壓，通過串聯諧振或並聯諧振的輸出電路60驅動螢光燈負載90。為了確保鎮流器在燈負載出現各種異常狀態時保護鎮流器自身不受損壞或不引發安全事故，需要有異常狀態保護檢測電路70檢出控制信號，通過保護控制電路80使逆變器50在出現鎮流器燈負載開路(未接燈管，或管腳接觸不良，或燈絲斷開)、短路、燈不激活、燈壽終等異常情況時停止工作或限額輸出。鎮流器輸出電路中諧振電感和諧振電容相串聯的串聯諧振電子鎮流器，在螢光燈的兩個電極去激活的異常狀態，即燈絲完好但均不能被激活點亮時，諧振電流將會迅速增大，導致逆變器開關管電流隨之上升，如果不加限制，就可能損壞開關管而導致鎮流器失效。一種典型的串聯諧振電子鎮流器燈不激活異常狀態保護檢測電路如圖2所示，取樣變壓器TL是在諧振電感上增加了一個次級繞組π2，其初級繞組nl是串聯諧振電感的組成部分。在異常檢測電路70中，從取樣變壓器TL的次級繞組n2獲得的取樣信號由二極體 Dl進行半波整流，在濾波電容器Cl上得到的整流直流電壓經電阻Rl和R2分壓後獲得適當電平的控制信號Uc，通過保護控制電路80作用到鎮流器逆變器50，在出現燈不激活的異常狀態時，使逆變器電路停振或降低輸出功率，從而實現燈不激活異常狀態的保護。 控制信號Uc的起控電平由取樣變壓器TL的初級繞組nl和次級繞組π2之比以及分壓電阻Rl和R2的分壓比共同確定，而改變圖2中整流二極體Dl的方向，可以得到正、負不同極性的異常狀態控制信號Uc。在燈正常工作狀態下，濾波電容器Cl上的取樣電壓經分壓電阻Rl和R2分壓後的控制信號電平不足啟動保護功能；在燈管啟動時，儘管取樣變壓器TL的次級繞組n2上也會感應較高的電壓，但在幾十毫秒的短暫的啟動瞬間，濾波電容器Cl上來不及建立起足夠的電壓，因而保護控制電路80也不會啟動而影響鎮流器逆變器50的正常工作。只有當燈不激活狀態出現時，在諧振電路電流IO增大到使逆變器開關管Ql和Q2中的電流到達允許的最大電流限值之前，取樣變壓器TL次級繞組 η2上的取樣電壓經整流、濾波、分壓後得到的控制信號Uc的電平便啟動保護控制電路動作，使逆變器電路停振或降低輸出功率。控制信號的動作電平一般設定在諧振電流超過正常工作電流一倍左右時保護電路啟動。在燈壽命終了時，燈電極之一的發射能力降低，導致兩端陰極發射不對稱的燈壽終狀態又稱整流效應。在管徑為16 mm的T5等細管徑螢光燈發展起來之後，鎮流器必須對燈壽終的局部整流效應的異常狀態實施保護，以確保在燈壽終時不會因一端過度發熱使燈頭熔融而引發安全事故。在燈出現局部整流效應時，是燈在高頻的某個半周期因某一陰極發射能力下降，導致瞬間燈電流下降，致使串聯諧振電感和電容兩端的電壓會在該半周期內明顯升高，並且，這種電壓升高將持續在整個燈的點燃期間中，而該陰極電子發射不足必然引起溫度的升高。而串聯諧振電路電流的增大並不明顯，因此，對於燈壽終的局部整流效應異常狀態的檢測，一般不採用電流取樣而改用電壓取樣的方式。當燈管產生局部整流效應時，保護控制電路使電子鎮流器逆變器進入低諧振或停振狀態，從而不僅保護了電子鎮流器本身，同時也使燈的陰極發射能力降低的一端免受附加的過高的加熱功率而引發安全隱患，從而保證電子鎮流器能全面符合標準的要求。由於在燈發生各種異常狀態時，在不同的鎮流器電路架構中，其表現形式不盡相同；即使在同一電路架構中，也呈現不同的特性。如上所述，對於串聯諧振的鎮流器，在燈不激活異常狀態時，表現為諧振電路電流的急速增大；而在燈局部鎮流效應時，則串聯諧振電感和電容兩端的電壓呈某個半周不對稱增大。因此，鎮流器通常都會採用兩套保護電路分別對燈不激活和燈壽終的局部整流效應異常狀態實施保護，從而增加了設備和成本。
發明內容本實用新型所要解決的技術問題是採用一套燈異常保護檢測電路實現「燈不激活」和「燈壽終局部整流效應」兩種異常狀態的保護。本實用新型的技術方案是這樣實現的包括取樣變壓器，二極體整流器，濾波電容器和電阻分壓器電路，其特徵在於在串聯諧振驅動螢光燈負載電路中，取樣變壓器初級繞組與串聯諧振電容串接後，與螢光燈並接，取樣變壓器次級繞組與整流電路連接，整流器輸出送至保護控制電路。所述整流電路採用倍壓整流輸出；或橋式整流輸出；或全波整流輸出，經分壓電阻分壓後送至保護控制電路。所述整流輸出的電壓，藉助整流二極體的連接方向，控制輸出電壓的極性為正或為負。本實用新型的優點是，通過將燈異常狀態取樣電路置於與串聯諧振電路的與燈管並聯的諧振電容器通路中，並對取樣信號進行倍壓整流(或橋式整流，全波整流)來獲取控制信號的辦法，只用一套電路就能兼具「燈不激活」和「燈壽終局部整流效應」兩種異常狀態的保護，電路元器件減少，提高了鎮流器的可靠性，也降低了成本。

圖1為常用的螢光燈電子鎮流器方框圖；圖2為常用的串聯諧振電子鎮流器燈不激活異常狀態保護電路圖；圖3串聯諧振電路電流矢量示意圖；圖4為本實用新型的保護檢測電路圖(取樣信號倍壓整流，負控制電壓輸出)；圖5為本實用新型的另一實施例圖(取樣信號倍壓整流，正控制電壓輸出)；圖6為本實用新型的另一實施例圖(取樣信號橋式整流，負控制電壓輸出)；圖7為本實用新型的另一實施例圖(取樣信號橋式整流，正控制電壓輸出)；圖8為本實用新型的另一實施例圖(取樣信號全波整流，負控制電壓輸出)；
4[0019]圖9為本實用新型的另一實施例圖(取樣信號全波整流，正控制電壓輸出)[0020]圖中標號說明[0021]10—交流電源；TL一諧振電感取樣變壓器；[0022]20—電磁幹擾抑制電路；TI一取樣變壓器；[0023]30—整流器；L一諧振電感；[0024]40—功率因素校正電路；CO—諧振電容；[0025]50—逆變器；Lamp—螢光燈；[0026]60—輸出電路；nl—取樣變壓器初級；[0027]70—異常狀態保護檢測電路；n2—取樣變壓器次級；[0028]80—保護控制電路；Rl, R2—分壓電阻；[0029]90—螢光燈負載；Dl, D2, D3, D4—整流二極體；[0030]+Vdc—直流電壓；Cl，C2—濾波電容器；[0031]Gnd—地；Ql，Q2—半橋逆變器開關管；[0032]Uc—控制電壓；IO—諧振電路電流；[0033]Ic一諧振電容電流；IL 一燈電流。
具體實施方式
在燈管壽終的局部整流效應時，燈在高頻的某個半周呈輝光放電狀態，燈電流在一個方向因電極發射能力降低而減小，燈電壓則在該方向上增加。在串聯諧振的鎮流器電路中，諧振電容CO與燈Lamp是並聯連接的，在燈不激活的異常狀態時，沒有燈電流IL 流過燈管Lamp，諧振電感電流IO與諧振電容電流Ic相等；在燈壽終的局部整流效應時，流過諧振電感的諧振電流IO是燈電流IL和諧振電容電流Ic的矢量和，燈電流IL 比諧振電容電流Ic滯後90度，如圖3所示。在燈壽終的局部整流效應時，燈電流IL 比正常狀態有所減小，從圖3的矢量圖可以看出，燈從正常狀態變為局部整流效應的異常狀態時，諧振電感電流IO的變化量(102 - 101)將小於諧振電容電流Ic的變化量(Ic2 -id).鑑於在局部整流效應時諧振電感中電流的增大沒有諧振電容中電流的增大明顯， 為了有效地提取等異常狀態的信息，在圖4到圖9的本實用新型的鎮流器燈異常狀態保護檢測電路中，將取樣信號從諧振電感移到了與諧振電容器CO串聯的取樣變壓器Tl 中取出，取樣變壓器Tl的初級繞組nl與諧振電容器CO串聯後與燈Lamp並聯。由於在燈壽終的局部整流效應時的電壓和電流波形是非對稱的。常規的電流取樣採用半波整流無法檢測到確定的異常狀態控制電壓。本實用新型採用倍壓電路(圖4和圖 5)，或橋式整流(圖6和圖7)，或全波整流(圖8和圖9)對異常狀態的取樣信號進行整流以檢測獲取保護控制電壓Uc。下面以圖4為例作進一步說明。在出現燈不激活異常狀態時，流過取樣變壓器Tl初級繞組nl的電流Ic就是通過串聯諧振電路的電流10，在鎮流器半橋逆變電路開始工作後，由於沒有燈管電阻並聯在諧振電容CO兩端，諧振電流將迅速增大，設置在當異常狀態電流達到接近正常狀態電流的一倍左右時，在取樣變壓器Tl次級的取樣電壓由二極體Dl和D2和電容器Cl和C2組成的倍壓整流電路，在濾波電容器Cl上的電壓經電阻Rl和R2分壓後得到的控制電壓Uc剛好使保護控制電路80工作，從而使半橋逆變器50停振或降低輸出功率，實現燈不激活異常狀態的保護。在發生燈壽終的局部整流效應的異常狀態時，流過諧振電容CO或取樣變壓器 Tl初級繞組nl的電流因燈兩端電壓的不對稱特性也具有正、負半周不對稱的特性，並在只有一個電極具有發射電子能力的全整流態的極限狀態，可能達到正常狀態時電流值的接近一倍的大小。按標準，鎮流器應確保在燈局部整流效應使燈陰極電路中增加的功率損耗小於由燈管管徑確定的限值(如對於T5和T4燈管，該最大功耗限值分別為7.5W和 5W)。也就是說，取樣信號應在燈局部整流效應達到全整流態之前的符合上述標準規定的狀態下啟動保護功能而使逆變器電路停止工作。調整取樣變壓器初級繞組nl和次級繞組 n2的匝數比以及分壓電阻Rl和R2的分壓比，可以實現異常狀態保護檢測電路輸出的控制電壓Uc在所要求的局部整流效應狀態點上啟動保護電路的動作。由於燈不激活異常狀態的取樣電流總是大於燈局部整流效應時的取樣電流，因此，只要局部整流效應的異常狀態下能啟動保護功能，就一定能在出現燈不激活的異常狀態時啟動保護功能。與圖4採用倍壓整流一樣，圖6和圖7中採用的橋式整流電路，或圖8和圖 9中採用的全波整流電路也都能檢出正、負半周不對稱的電壓信號的峰峰值，克服了半波整流不能甄別正負半周非對稱電壓的缺點。通過同時改變整流二極體D1，D2，或D1，D2，D3，和D4的方向，可以獲得需要的控制電壓Uc的極性，圖4，圖6和圖8得到的是負極性的控制電壓-Uc，圖5，圖7和圖9得到的是正極性的控制信號+Uc。這樣，用一套燈異常狀態保護檢測電路同時實現對燈不激活和燈局部整流效應兩種異常狀態的保護。
以下結合附圖4，圖5，圖6，圖7，圖8和圖9對本實用新型作進一步的描述。 圖4是取樣信號倍壓整流，輸出負控制電壓-Uc;圖5是取樣信號倍壓整流，輸出正控制電壓+Uc;圖6是取樣信號橋式整流，輸出負控制電壓-Uc;圖7是取樣信號橋式整流， 輸出正控制電壓+Uc ；圖8是取樣信號全波整流，輸出負控制電壓 -Uc ；圖9是取樣信號全波整流，輸出正控制電壓+Uc。串聯諧振電路的諧振電感L的一端接半橋逆變器開關管Ql和Q2的中點，諧振電感L的另一端與燈Lamp的一個陰極以及諧振電容CO的一端接在一起。諧振電容CO 的另一端串聯連接取樣變壓器Tl的初級繞組nl後與燈Lamp的另一個陰極即地電位相接。按圖4，取樣變壓器次級繞組n2的一端接地&id，另一端接濾波電容C2的一端，濾波電容C2的另一端與整流二極體Dl的負極和整流二極體D2的正極連接在一起。 整流二極體D2的負極接接地整流二極體Dl的正極接濾波電容Cl的一端，濾波電容Cl的另一端接地&id。串聯連接的分壓電阻Rl和R2並聯在濾波電容Cl的兩端。 分壓電阻Rl和R2的公共接點輸出的控制電壓-Uc送到保護控制電路80，在燈異常狀態時啟動保護控制電路80使半橋逆變器50停振或降額輸出。同時改變圖4中整流二極體Dl和D2的極性方向，即為圖5的取樣信號倍壓整流，輸出正控制電壓+Uc。按圖6，取樣變壓器次級繞組n2的兩端分別與橋式整流二極體Dl負極和D2 正極的公共端以及橋式整流二極體D3負極和D4正極的公共端相連接。橋式整流二極體 Dl和D3的正極與濾波電容Cl，分壓電阻的一端連接在一起，橋式整流二極體D2和 D4的負極，濾波電容Cl的另一端，分壓電阻R2的一端接地&id。分壓電阻Rl和R2的公共接點輸出的控制電壓-Uc送到保護控制電路80，在燈異常狀態時啟動保護控制電路80使半橋逆變器50停振或降額輸出。同時改變圖6中橋式整流二極體D1，D2，D3和D4的極性方向，即為圖7的取樣信號橋式整流，輸出正控制電壓+Uc。按圖8，取樣變壓器次級繞組n2的兩端分別與整流二極體Dl和D2的負極相連接，取樣變壓器次級繞組η2的中心抽頭接地&id。整流二極體Dl和D2的正極與濾波電容Cl，分壓電阻的一端連接在一起，濾波電容Cl的另一端，分壓電阻R2的一端接地&id。分壓電阻Rl和R2的公共接點輸出的控制電壓-Uc送到保護控制電路80，在燈異常狀態時啟動保護控制電路80使半橋逆變器50停振或降額輸出。同時改變圖8中橋式整流二極體Dl和D2的極性方向，即為圖9的取樣信號全波整流，輸出正控制電壓+Uc。根據不同的取樣信號整流方式，選取取樣變壓器初、次級繞組的匝數比nl/n2以及分壓電阻Rl和R2的分壓比，使得在燈壽終的局部整流效應異常狀態到達規定的程度 (對於T5和T4燈管，局部整流效應使燈的陰極發射能力降低的一端的附加功耗分別小於 7.5W和5W)時，由燈異常保護檢測電路輸出的控制電壓Uc的幅度達到保護控制電路80 的起控點。控制電壓Uc的極性也由保護控制電路80的要求確定。
權利要求1.一種螢光燈異常狀態保護檢測電路，包括取樣變壓器，二極體整流器，濾波電容器和電阻分壓器電路，其特徵在於在串聯諧振驅動螢光燈負載電路中，取樣變壓器初級繞組與串聯諧振電容串接後，與螢光燈並接，取樣變壓器次級繞組與整流電路連接，整流器輸出送至保護控制電路。
2.按權利要求1所述的螢光燈異常狀態保護檢測電路，其特徵在於所述整流電路採用倍壓整流輸出；或橋式整流輸出；或全波整流輸出，經分壓電阻分壓後送至保護控制電路。
3.按權利要求2所述的螢光燈異常狀態保護檢測電路，其特徵在於所述整流輸出的電壓，藉助整流二極體的連接方向，控制輸出電壓的極性為正或為負。
專利摘要本實用新型公開了一種氣體放電燈電子鎮流器的燈異常狀態保護檢測電路，通過將燈異常狀態取樣電路置於與串聯諧振電路的與螢光燈並聯的諧振電容器通路中，並對取樣信號進行倍壓整流，或橋式整流，或全波整流，電阻分壓來獲取控制信號的辦法，使用一套電路就能兼具「燈不激活」和「燈壽終局部整流效應」兩種異常狀態的保護。控制信號的極性可根據保護控制電路的要求通過改變整流二極體的連接方向進行變更。優點是，節省了電路設備，節省了成本。
文檔編號H05B41/298GK202206638SQ20112028256
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月5日 優先權日2011年8月5日
發明者許江濤, 謝冰 申請人:上海阿卡得電子有限公司