一種高壓氣體放電燈的鎮流器的製作方法

2023-11-06 23:50:17

專利名稱：一種高壓氣體放電燈的鎮流器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種鎮流器，特別是涉及一種高壓氣體放電燈的鎮流器。
背景技術：
現有技術中的電子鎮流器的輸出具有低頻恆功率和高頻恆電流兩種形式，其 中，低頻恆功率存在效率不高的缺點，其效率大約在90%左右；而高頻恆電流方式則對 燈的要求較高，需要燈的電壓工作穩定。此外，現有技術中的電子鎮流器只能夠驅動一 只燈管，且在短路、開路時會消耗較多能量。基於節約能源與環境保護的世界潮流，新光源產品與現有光源的改良不斷地 推陳出新，尤其是包括螢光燈、金屬滷化物燈及高壓鈉燈等高壓放電燈(HID，High intensity Discharge)，在發光效率及照明品質均有長足的進步，其採用以電力電子技術所 研發的光源用電子鎮流器，從而顯著地降低照明系統功率消耗並且提高發光效率，更改 善了低頻率引起的光源閃爍而提高照明品質。目前，室外用HID高壓氣體放電燈仍以電感鎮流器為主。HID燈是一個物理 特性的負載，它的很多複雜的物理特性跟燈芯的材料、尺寸等有著非線性的關係，因而 HID燈是一個非線性的負載。雖然HID燈的電子鎮流器的設計思想源於螢光燈的電子鎮 流器，但是用普通螢光燈電子鎮流器去燃點同樣功率的HID燈電子鎮流器並不合適。因此，根據HID燈的特點，對其電子鎮流器技術提出以下幾項具體要求
A.能夠有效的控制燈功率的輸出。目前國產螢光燈交流電子鎮流器大多數在40W 以下，最大的輸出功率不過80W。而HID燈的功率往往達數百瓦，有的高壓鈉HPS燈 達1000W，為了減小電子鎮流器的體積，提高效率和減小成本，HID燈電子鎮流器工作 在高頻狀態下，這就對電子鎮流器中的開關電晶體提出了非常高的要求；另外，HID燈 具有非線性負載複雜的物理特性，很好的控制燈的輸出使HID燈發揮最好的作用是HID 燈電子鎮流器的核心問題。B.能夠提供足夠高的觸發啟動電壓。HPS燈的觸發啟動電壓往往達3 4kV， 比螢光燈高3 5倍。本領域產生3kV以上的觸發啟動電壓並不困難，但是要求這一觸 發啟動電壓必須匹配HID燈的啟動特性，使HID燈可靠的啟動，並且要求在啟動過程中 不得對燈和電子鎮流器中的器件造成損害。C.能消除「聲共振」現象。HID燈工作在高頻電源供電的情況下，會出現放 電電弧不穩定的現象，輕則使燈光抖動，重則燒毀燈管；而電弧不穩往往引起息弧，隨 電壓升高電流急劇增大，最終會導致電子鎮流器和HID燈雙雙損壞。這種「聲共振」現 象在金滷燈(Mental Halide Lamp, MH)燈中表現最為明顯，是MH燈電子鎮流器的核心 問題之一。在HPS燈中也有聲共振現象，但是並不明顯，採取適當的措施可以避免。D.在HID燈出現故障或燒毀時，電子鎮流器不應損壞。像HPS燈常年用作室 外照明，在露天的場合，冬天低至零下40度，夏天高至零上40度得情況屢見不鮮，HID燈往往要連續燃點10個小時左右。為此要求其電子鎮流器有完善的保護功能，同時還要 求供電突然中斷又立即恢復時能正常工作。E.鑑於HID燈功率比較大，要求電子鎮流器對輸入電流諧波、射頻幹擾和電 磁輻射具有完善的保護功能。

發明內容
本發明的目的是提供一種能有效控制燈功率、能夠提供足夠高的觸發啟動電 壓、能消除「聲共振」現象、在HID燈出現故障或燒毀時能自動保護的鎮流器。為解決上述技術問題，本發明採取以下技術方案一種高壓氣體放電燈的鎮流 器，包括諧振電路、全橋電路、全橋驅動控制電路和中心控制器；所述高壓氣體放電燈 連接在所述諧振電路上，所述諧振電路與全橋電路電連接，所述全橋驅動控制電路在所 述中心控制器的控制下驅動所述全橋電路；所述鎮流器還包括一用於對所述全橋電路的 輸出電流進行採樣的採樣電路，所述採樣電路將全橋電路的輸出電流採樣輸出至所述中 心控制器，當採樣電路的採樣值大於第一預設值或小於第二預設值時，所述中心控制器 停止所述全橋電路的輸出。本實用新型的有益效果是，使得大規模推廣大功率電子鎮流器有了技術和質量 上的保證。(1)電子鎮流器壽命長、能耗小的特點，有利於節省電能，為我國的節 能減排事業的低碳事業做出貢獻；(2)採用電子鎮流器驅動的高壓鈉燈顯色性好，無 頻閃，可持續提供優異的道路照明，夜間行車眼睛不易疲勞，從而減少交通事故的發生 率；(3)使用電子鎮流器不會對電網產生幹擾，屬綠色環保節能產品；(4)電子鎮 流器替換電感式鎮流器後，可大幅度節省銅、鋼等有色金屬的消耗量，有效減少金屬汙
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圖1是本發明功能模塊圖。圖2是諧振電路的電路原理圖。圖3是全橋電路及全橋驅動控制電路的原理圖。圖4是PFC電路的原理圖。圖5是幅度設定電路的原理圖。圖6是基準頻率設定電路的原理圖。圖7是低頻信號發生電路的原理圖。
具體實施例方式圖1示出了發明的電路結構圖。如圖1所示，本發明中的鎮流器包括諧振電 路、全橋電路、全橋驅動控制電路、PFC (即功率因素控制)電路、內部電源電路、電 磁兼容電路、整流電路和中心控制器。圖2示出了所述諧振電路的電路原理圖。如圖2所示，所述諧振電路的兩個並 聯的電感L6、L7與多個串聯的電容C32,C33,C34,C35，所述電感L6,L7的一端與所述多個串聯的電容的一端電連接；所述電感L6,L7的另一端、所述多個串聯的電容的另一端 構成所述諧振電路的輸入端，所述輸入端與所述全橋電路及全橋驅動控制電路的輸出端 電連接；高壓氣體放電燈被電連接在所述電感L6,L7的另一端與所述多個串聯的電容之 中的一個電容C35的一端。圖3示出了全橋電路及全橋驅動控制電路的原理。如圖3所示，所述全橋電路 及全橋驅動控制電路中的全橋中的每個臂都是由一個MOS管Q3,Q4,Q5,Q6和一個二極體 D12,D13,D14,D15分別對應地並聯而成的，其中，每兩個相鄰的MOS管(S卩Q4和A6、 或Q3和Q5)的柵極都由一個半橋控制器(即對應於U5和U6)來控制；全橋的輸出端 VI,V2與所述諧振電路的輸入端電連接。如圖3所示，所述每個半橋控制器U5,U6都與所述中心控制器之間分別通過控制 信號和使能信號相連接，所述控制信號由所述中心控制器發出PWM信號，所述半橋控制 器接收到所述PWM信號後根據所述PWM信號控制與所述半橋控制器相應對的半橋的開 關。所述使能信號用於控制所述兩個半橋控制器的啟動與停止，從而能夠使所述兩個半 橋控制器交替的工作，即使所述全橋中的兩個半橋交替工作。如圖3所示，本發明中的鎮流器還包括採樣電路，所述採樣電路對所述一橋電 路輸出的電流進行採樣，所述採樣電路包括電阻R14、RB40、RB31、RB25以及二極體 D25,其中所述電阻R14與所述全橋電路電連接以產生一採樣信號，所述採集信號經過所 述電阻RB40後與所述電阻RB31的一端以及所述二極體D25的正極電連接，所述二極體 D25的另一端與所述電阻RB25的一端串聯，所述電阻RB31的另一端與所述電阻RB25 的另一端電連接到所述中心控制器，以便所述中心控制器對所述全橋電路的輸出電流進 行採樣。如圖3所示，所述全橋電路還具有輸入端V+，其向所述全橋電路提供輸入電源。圖4示出了 PFC電路的原理。所述PFC電路包括FPC控制器U2、MOS管G1 和G2 ；所述MOS管G1和G2的漏極分別經過一個二極體D11.1和D11.2而並聯地設置； 所述二極體D11.1和D11.2相連接的一端、所述MOS管G1和G2的源極分別接鎮流器的 輸入電源Ui的兩端，同時所述二極體D11.1和D11.2相連接的一端、所述MOS管G1和 G2的源極也作為穩壓輸出端Vout ；所述M0S管G1和G2的柵極分別與所述PFC控制 器U2的控制端電連接，所述穩壓輸出端Vout的電壓信號經過反饋電路Rj被反饋至所述 PFC控制器U2，因此所述PFC控制器U2可以根據所述反饋的穩壓輸出端Vout的電壓信 號來控制所述M0S管G1和G2的開關，以使所述穩壓輸出端Vout的電壓保持穩定；優 選地，在所述穩壓輸出端上還設置有去耦電容C18和C19。所述穩壓輸出端Vout提供的 電壓被輸出至所述全橋電路的輸入端V+，以向所述全橋電路的供電電壓保持穩定，這樣 通過所述中心控制器U4對所述全橋電路的輸出電流進行控制，就能實現對高壓氣體放電 燈的功率大小的控制，同時也起到控制功率因素的作用。優選地，所述穩壓輸出端Vout 提供的電壓是+400V。優選地，本發明中的鎮流器還具有幅度設定電路、基準頻率設定電路和低頻信 號發生電路，分別如圖5-7所示。圖5示出了所述的幅度設定電路。所述幅度設定電路包括調節電位器RT1，經所述調節電位器RT1分壓後得到的電壓與一參考電壓Vr經過一比較器U3A後造成信號 Asetting,所述信號Asetting被輸出至所述中心控制器，所述中心控制器U4根據所述信號 Asetting的大小來確定所述半橋電路的輸出電流的大小，當所述半橋電路的輸出電路大於 所述信號Asetting所對應的設定值時，所述中心控制器認為高壓氣體放電燈發生短路故 障，從而通過所述使能信號向所述半橋控制器U5,U6發出停止信號，從而使所述全橋電 路的輸出為零，以達到短路保護的作用。圖6示出了所述基準頻率設定電路的原理。所述基準頻率設定電路包括分壓電 路，所述分壓電路的輸出電壓可由電位器RT2進行調節，其輸出電壓為Fsetting信號，所 述Fsetting信號被輸出給所述中心控制器U4。所述中心控制器U4根據其收到到的所述 Fsetting信號的來控制所述中心控制器U4向所述半橋控制器U5,U6輸出的PWM信號的基
準頻率。圖7示出了所述低頻信號發生電路，即振蕩電路的原理。高強度氣體放電燈聲 共振現象是固有特性，電子鎮流器必須有效克服聲共振現象。所述低頻信號發生電路包 括比較器U3B以及設置在所述比較器U3B的輸入端的振蕩電路，所述比較器U3B的輸 出反饋至其正向輸入端，其反向輸出端輸出的信號構成所述低頻信號發生電路的輸出信 號，所述信號為LFsetting信號。所述LFsetting信號被輸出至所述中心控制器，所述中 心控制器將所述LFsetting信號與其接收到的所述Fsetting信號調製，從而使所述PWM信 號以所述Fsetting信號為基準，同時在LFsetting信號的作用下發生波動，即使所述PWM 信號以一高頻的Fsetting信號為基準，同時在一低頻的LFsetting信號的作用下發生波動， 從而避免高壓氣體放電燈的聲共振現象，讓鎮流器能夠保持長期正常工作。優選地，所 述LFsetting信號為200-300赫茲。本發明採用將高頻信號與低頻信號相調製的技術來消 除聲共振，能保證電子鎮流器功率開關器件工作在諧振狀態，提高鎮流器效率，抑制聲 振效果良好，此外，由於該過程採用中心控制器U4進行控制，高頻與低頻的調製很容易 實現。現有技術中採用低頻方波技術方式或極高頻驅動方式來消除聲共振，需要單獨設 計低頻調製信號電路，從而使整個電路結構複雜，此種工作方式會增加功率開關器件損 耗，使鎮流器效率降低。啟動時，所述中心控制器U4通過控制其向所述半橋控制器輸出的PWM信號來 控制全橋電路的輸出，從而控制啟動電壓由逐漸向高變化，當啟動電壓達到高壓氣體放 電燈的啟輝電壓時，點亮所述高壓氣體放電燈。由此可避免在高壓氣體放電燈啟動時出 現過電壓現象而引起燈電極濺射，從而提高了高壓氣體放電燈的使用壽命。本發明中的鎮流器改變了傳統恆功率取樣方式，將光源的功率取樣方式轉換成 取PFC輸出的直流功率，採用PFC電路輸出穩定的電壓，從而減少了控制系統幹擾，簡 化取樣電路的結構，真實實現了光源的恆功率控制。在電網電壓100 260變化時，光 源的功率變化小於10W (1000W鎮流器)。此外，採用幅度設定電路、基準頻率設定 電路中的電位器RT1和RT2能夠方便進行功率調節容易。同時，現有技術中的鎮流器採 取控制輸出電流(即光源的輸入電流)方式來實現恆功率控制，此種控制方式對於由於 光源的電壓變化而引起的功率變化無能為力，也不能克服由於光源的電壓分散性帶來的 功率分散性，特別是對於光源處於老化階段對其功率不能進行有效的控制。優選地，所述鎮流器還具有亮度設定裝置，優選地，所述亮度設定裝置可以是遠程亮度設定裝置，從而使市政照明有了遠程控制功能，從而可以按照時間調整照明的 亮度，使得市政照明可以達到基本的數字城市的功能，達到節能的目的。
由於採用中心控制器U4對全橋電路的輸出電流進行採樣，當輸出電流大於所述 幅度設定電路設定的值時，認為發生短路故障，從而停止所述全橋電路的輸出，達到短 路保護的作用；當輸出電流路小於預定的值時，認為發生斷路故障，從而停止所述全橋 電路的輸出，達到斷路保護的作用。從而使得本發明中的鎮流器與現有技術相比具有更 加簡單的電路，不需要單獨的高壓脈衝啟動電路，也不需要無單獨短路、斷路故障狀態 檢測電路，進一步，由於元器件減少，從而大大提高了產品的可靠性。
權利要求
1.一種高壓氣體放電燈的鎮流器，包括諧振電路、全橋電路、全橋驅動控制電路和 中心控制器；所述高壓氣體放電燈連接在所述諧振電路上，所述諧振電路與全橋電路電連接，所 述全橋驅動控制電路在所述中心控制器的控制下驅動所述全橋電路；所述鎮流器還包括一用於對所述全橋電路的輸出電流進行採樣的採樣電路，所述採 樣電路將全橋電路的輸出電流採樣輸出至所述中心控制器，當採樣電路的採樣值大於第 一預設值或小於第二預設值時，所述中心控制器停止所述全橋電路的輸出。
2.如權利要求1所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還包括功率因素控制電 路，所述功率因素控制電路向所述全橋電路提供穩定的直流電壓。
3.如權利要求2所述的鎮流器，其特徵在於所述全橋驅動控制電路包括用於控制 所述全橋電路的第一和第二半橋控制器，所述第一和第二半橋控制器與所述中心控制器 之間分別通過控制信號和使能信號相連接，從而能夠使所述全橋電路中的兩個半橋之間 交替工作。
4.如權利要求3所述的鎮流器，其特徵在於所述控制信號是PWM信號。
5.如權利要求1-4任一項所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還包括用於設定 所述第一預設值的幅度設定電路。
6.如權利要求5所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還包括基準頻率設定電 路，其用於控制所述中心控制器向所述第一、第二半橋控制器輸出的所述PWM信號的基 準頻率。
7.如權利要求6所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還包括振蕩信號發生電 路，其用於向所述中心控制器提供一個與所述基準頻率設定電路所輸出的信號相調製的 振蕩信號，以避免聲共振現象。
8.如權利要求1-4,6-7任一項所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還具有亮度設定裝置。
9.如權利要求8所述的鎮流器，其特徵在於所述亮度設定裝置是遠程亮度設定裝置。
10.如權利要求9所述的鎮流器，其特徵在於所述鎮流器還包括電磁兼容電路和/ 或整流電路。
全文摘要
本發明涉及一種高壓氣體放電燈的鎮流器，包括諧振電路、全橋電路、全橋驅動控制電路和中心控制器；所述高壓氣體放電燈連接在所述諧振電路上，所述諧振電路與全橋電路電連接，所述全橋驅動控制電路在所述中心控制器的控制下驅動所述全橋電路；所述鎮流器還包括一用於對所述全橋電路的輸出電流進行採樣的採樣電路，所述採樣電路將全橋電路的輸出電流採樣輸出至所述中心控制器，當採樣電路的採樣值大於第一預設值或小於第二預設值時，所述中心控制器停止所述全橋電路的輸出。本發明中的鎮流器能有效控制燈功率、能夠提供足夠高的觸發啟動電壓、能消除「聲共振」現象、在HID燈出現故障或燒毀時不損壞鎮流器。
文檔編號H05B41/288GK102026457SQ20101050376
公開日2011年4月20日 申請日期2010年10月12日 優先權日2010年10月12日
發明者龔達錦 申請人:蘇州睿昕汽車配件有限公司