一種高強度氣體放電燈電子鎮流器的製作方法
2023-11-10 03:00:47 2
專利名稱：一種高強度氣體放電燈電子鎮流器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子鎮流器，具體說是關於高壓鈉燈、金屬滷化物燈等高強度氣體放電燈的電子鎮流器。
背景技術：
近年來，高強度氣體放電燈由於其高發光效率、長壽命得到了越來越廣泛的應用。傳統的電感式鎮流器體積大且笨重，高頻電子鎮流器的應用滿足了鎮流器小型化的要求。但是，高強度氣體放電燈在高頻運行下(一般為幾十kHz到幾百kHz)具有的聲諧振現象使得高頻電子鎮流器的應用受到了限制。聲諧振發生時會引起燈電弧不穩，使得光輸出不穩、閃爍、滾動，嚴重影響照明效果，這種現象在小功率高強度氣體放電燈電子鎮流器中尤其嚴重。克服聲諧振的方法一般基於如下原則①驅動高強度氣體放電燈的頻率落在聲諧振頻率之外；②驅動高強度氣體燈的高頻能量低於聲諧振發生的閥值能量。基於以上兩點，克服聲諧振的方法可以歸納為①選頻運行，使高強度氣體放電燈運行在無聲諧振的頻率窗口；②頻率調製法；③超高頻點燈法；④低頻方波點燈法；⑤高頻方波點燈法。
採用低頻方波點燈法，輸入到燈上的能量為一恆定值，即沒有周期性的變化的能量，因此是一種可靠的、易行的克服聲諧振的方法，已被業界廣泛接受。
傳統的三級低頻方波電路由功率因數校正級、直流直流變換級和產生低頻方波的低頻逆變級組成，該電路雖然可以有效的克服聲諧振現象的發生，但由於電路有三級組成，存在著結構複雜、元器件多、成本高等缺點。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種單級的組合式高強度氣體放電燈電子鎮流器，該鎮流器中顯著簡化了電路結構，並減少了開關的數目。
本設計方案為一種高強度氣體放電燈電子鎮流器，包括組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)，給燈(L)提供高壓脈衝信號的點火電路(4)，它還包括電壓電流檢測電路(5)，恆功率控制電路(6)，高頻開關管驅動電路(7)和低頻驅動信號發生器(8)。組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)包含一個高頻開關管(S1)，兩個低頻開關管(S2)和(S3)，有兩個副邊繞組的變壓器(T)，兩個副邊繞組相連接中間有一個公共點，在變壓器的副邊可以形成兩個電流迴路，燈接在兩個電流迴路的公共支路上，其中每一個副邊迴路串入一個開關管，並使兩個開關管在一百到一千赫茲的低頻狀態下交替導通，佔空比各佔50％。該電子鎮流器的輸出功率是通過調節所述高頻開關管(S1)的佔空比來控制的。組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)包含連接到電壓電流檢測電路(5)的電壓電流檢測點。電壓電流檢測電路(5)與所述電壓電流檢測點相連接，經過運放(A1)、(A2)和與運放(A1)、(A2)相連的電阻元件後，在運放(A1)、(A2)的輸出端分別得到燈電壓電流檢測信號。所述的恆功率控制電路(6)與所述燈電壓電流檢測信號相連接，該恆功率控制電路(6)包括一個比例放大器、一個比例積分調節器和一個比較器；電壓電流檢測信號經過電阻與比例放大器相連，該比例放大器的輸出經過一個電阻和比例積分調節器的一端相連，比例積分調節器的輸出與比較器的正端相連，在比較器的輸出端得到高頻開關管的驅動脈衝信號。所述低頻驅動信號發生器(8)包括晶片NE555、反相器N和與NE555相連的組容元件。
本設計的高強度氣體放電燈電子鎮流器包括電磁幹擾濾波器、整流橋、組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路、點火電路，還包括電壓電流檢測電路、恆功率控制電路、驅動電路和低頻驅動信號發生器。從低頻方波電路得到的電壓檢測信號和電流檢測信號輸入到恆功率控制電路，產生出脈寬一定的開關驅動信號，然後通過驅動電路控制單級功率因數校正電路的高頻開關管的佔空比，來控制輸入到燈上的功率恆定。
本設計採用組合式的單級電路達到功率因數校正的目的同時又得到了驅動高強度氣體放電燈的低頻方波信號。
上述組合式的單級電路採用了單級功率因數校正的技術，其中單級功率校正電路的變壓器副邊繞有兩個繞組，兩個副邊繞組相連接中間有一個公共點，這樣在變壓器的副邊可以形成兩個電流迴路，燈接在兩個電流迴路的公共支路上，其中每一個副邊迴路串入一個開關管，並使兩個開關管在100～1000赫茲低頻狀態下交替導通，佔空比各佔50％，這樣兩個副邊電流迴路交替工作，在燈上可以得到一低頻方波信號。
本設計將單級功率因數校正電路和驅動燈的低頻方波電路組合在一起，這種電路布置適合於驅動功率小於200W的高強度氣體放電燈。其中單級功率因數校正電路輸入端的電感工作在電流斷續導電模式，這樣在頻率固定佔空比一定的情況下不需要任何反饋控制就可以使輸入交流電流波形自然地跟隨輸入交流電壓波形的變化而變化，從而達到功率因數校正的目的。
本設計的高強度氣體放電燈電子鎮流器，具有較高的功率因數，能有效地減小對電網的諧波汙染，同時採用了恆功率控制，使得電子鎮流器的輸出功率不會隨著燈的特性的變化而變化，保證了燈的輸出光效，增強了系統的穩定性。採用低頻方波信號驅動高強度氣體放電燈，運行時無聲諧振現象發生。並且採用一級組合式電路既實現了功率因數校正的目的又得到了驅動高強度氣體放電燈的低頻方波信號，與傳統的三級電路相比結構簡單、減少了元器件的數目、降低了成本。
圖1是高強度氣體放電燈電子鎮流器的電路結構圖；圖2是組合式單級功率因數校正及低頻方波產生電路的一種電路實例；圖3是低頻開關管驅動信號時序圖；圖4是低頻驅動信號發生器的一種具體電路實例；圖5是開關管S2導通、S3關斷時的等效電路圖；圖6是開關管S2關斷、S3導通時的等效電路圖；圖7是電壓、電流檢測電路的一種具體電路實例；圖8是恆功率控制的一種具體電路實例。
具體實施方式
參照圖1，本設計的高強度氣體放電燈電子鎮流器包括電磁幹擾濾波電路1，整流橋2，組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路3，高強度氣體放電燈L，給燈L提供高壓脈衝信號的點火電路4，電壓、電流檢測電路5，恆功率控制電路6、高頻開關管驅動電路7和低頻驅動信號發生器8。從燈L檢測到的電壓、電流信號經電壓、電流檢測電路5後輸入到恆功率控制電路6，通過調製恆功率控制電路6輸出驅動信號的脈寬，使得輸出到燈L上的功率基本恆定。
圖2所示為組合式單級功率因數校正及低頻方波產生電路的一種電路實例。它包括電磁幹擾濾波器、整流橋Br，電感LB，電解電容CB，高頻開關管S1，兩個低頻開關管S2、S3，四個二極體D1、D2、D3、D4，具有兩個副邊繞組的變壓器T，兩個高頻電容C1、C2，點火變壓器副邊電感Lm，燈L和燈電流檢測電阻R1，R2。電感LB一端接整流橋Br的正極另一端接二極體D1和D2的陽極，二級管D1的陰極接電解電容CB的正極和變壓器T原邊的一端，二極體D2的陰極接變壓器T原邊的另一端和開關管S1的漏極，整流橋的負極和電解電容CB的負極以及開關管S1的源極接在一塊。變壓器T的副邊的上端接二極體D3的陽極，二極體D3的陰極接高頻電容C1的一端以及開關管S2的漏極，開關管S2的源極接檢流電阻R1的一端，檢流電阻R1的另一端和檢流電阻R2的一端以及燈L的一端連接在一起作為零電位參考點，燈L的另一端接帶有點火副邊的電感Lm的一端，點火電感Lm的另一端接高頻電容C1的另一端、C2的一端以及變壓器T副邊的中間一端，檢流電阻R2的另一端接開關管S3的漏極，開關管S3的源極接二極體D4的陽極，二極體D4的陰極接高頻電容C2的另一端以及變壓器副邊的下端。二極體D3的陰極和開關管S2的漏極的連接點A以及開關管S3和二極體D4的陽極的連接點B作為電壓信號檢測點，開關管S2的源極和檢流電阻R1的連接點C以及檢流電阻R2和開關管S3的漏極的連接點D作為電流信號檢測點，電壓信號檢測點A、B和電流信號檢測信點C、D得到的電信號輸入到電壓電流檢測電路5。
圖3所示為低頻開關管S2、S3的驅動信號時序圖，開關管S2、S3工作在低頻狀態下(一般為幾百赫茲)，並且兩個開關管互補導通，佔空比為50％，兩個開關管換流期間有一個很小的死區，以防止兩個開關管共通。該電路有兩種工作狀態1、開關管S2導通，S3關斷。此時，開關管S3、二極體D4、高頻電容C2、點火電感Lm、燈L和檢流電阻R2組成的迴路處於阻斷狀態。此時的工作電路可以簡化為圖5所示的電路，其中開關管S1工作在高頻開關狀態，此電路既是由升壓式直流直流變換器和反激式直流直流變換器組合而成的單級功率因數校正電路。在這種工作狀態下燈L上流過的電流方向是從右到左。
2、開關管S3導通，S2關斷。此時，二極體D3、開關管S2、檢流電阻R1、燈L、點火電感Lm和高頻電容C1組成的迴路處於阻斷狀態。此時工作電路可以簡化為圖6所示的電路，其中開關管S1工作在高頻開關狀態，此電路既是由升壓式直流直流變換器和反激式直流直流變換器組合而成的單級功率因數校正電路。在這種工作狀態下燈L上流過的電流方向是從左到右。綜上可見，燈L上得到的是一個低頻方波信號，不會發生聲諧振現象。
圖4所示為低頻驅動信號發生器的一種具體電路實例，它由晶片NE555和相應的組容元件以及反相器N組成。從晶片NE555的3腳輸出的低頻驅動信號可以直接驅動開關管S2，而3腳的輸出信號經過反相器N反相後可以用來驅動開關管S3。
圖7所示為電壓、電流檢測電路，它由運放A1，運放A2以及相應的電阻元件構成。其中A、B、C、D點分別和圖2中的A、B、C、D點相連。A點經電阻R5、R6分壓後接到運放A1的正端，B點經電阻R3接到運放的負端，然後通過電阻R4跨接到運放A1的輸出E點。C點經電阻R9、R10分壓後接到運放A2的正端，D點經電阻R7接到運放A2的負端，然後通過電阻R8跨接到運放A2的輸出F點。由於開關管S2關斷、S3導通時A點電位為燈電壓幅值的兩倍，B點電位為零；開關管S2導通、S3截至時B點電位為負的燈電壓幅值的兩倍，A點電位為零，因此A點電位減去B點電位即為燈電壓幅值的兩倍，所以可以通過對A點和B點電位進行採樣，然後輸入到運放A1，經過減法運算在E點得到燈電壓檢測信號。由於開關管S2導通或者開關管S3導通時，採樣電阻R1或者R2上流過的電流即為燈電流，所以可以通過對C點和D點電位進行採樣，然後輸入到運放A2，經過減法運算在F點可以得到燈電流檢測信號。
圖8所示為恆功率控制的電路圖，它由運放A3，運放A4，比較器P和相應的組容元件構成。其中E點和F點分別與圖6中的E點和F點相連。E點的電壓檢測信號經過電阻R11接到運放A3的正端，F點的電流檢測信號經過電阻R12接到運放A3的正端，運放A3的負端經過電阻R13接地經過電阻R14跨接到運放A3的輸出端，即電壓和電流檢測信號的加權和通過運放A3比例放大，然後經過電阻R15接到運放A4的負端，與運放A4正端的基準電壓Vref進行比較，經過由運放A4和跨接在運放A4負端與輸出端之間的電阻R16、電容C3組成的比例積分調節器後輸出一直流信號，該信號輸入到比較器P的正端與比較器P負端的鋸齒波進行比較，在比較器P的輸出端得到驅動脈衝信號。
權利要求1.一種高強度氣體放電燈電子鎮流器，包括組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)，給燈(L)提供高壓脈衝信號的點火電路(4)，其特徵在於它還包括電壓電流檢測電路(5)，恆功率控制電路(6)，高頻開關管驅動電路(7)和低頻驅動信號發生器(8)。
2.根據權利要求1所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於所述組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)包含一個高頻開關管(S1)，兩個低頻開關管(S2)和(S3)，有兩個副邊繞組的變壓器(T)，兩個副邊繞組相連接中間有一個公共點，在變壓器的副邊可以形成兩個電流迴路，燈接在兩個電流迴路的公共支路上，其中每一個副邊迴路串入一個開關管，並使兩個開關管在一百到一千赫茲的低頻狀態下交替導通，佔空比各佔50％。
3.根據權利要求1和2所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於該電子鎮流器的輸出功率是通過調節所述高頻開關管(S1)的佔空比來控制的。
4.根據權利要求1和2所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於所述組合式的單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路(3)包含連接到電壓電流檢測電路(5)的電壓電流檢測點。
5.根據權利要求1和4所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於所述電壓電流檢測電路(5)與所述電壓電流檢測點相連接，經過運放(A1)、(A2)和與運放(A1)、(A2)相連的電阻元件後，在運放(A1)、(A2)的輸出端分別得到燈電壓電流檢測信號。
6.根據權利要求1所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於所述的恆功率控制電路(6)與所述燈電壓電流檢測信號相連接，該恆功率控制電路(6)包括一個比例放大器、一個比例積分調節器和一個比較器；電壓電流檢測信號經過電阻與比例放大器相連，該比例放大器的輸出經過一個電阻和比例積分調節器的一端相連，比例積分調節器的輸出與比較器的正端相連，在比較器的輸出端得到高頻開關管的驅動脈衝信號。
7.根據權利要求1所述高強度氣體放電燈電子鎮流器，其特徵在於所述低頻驅動信號發生器(8)包括晶片NE555、反相器N和與NE555相連的組容元件。
專利摘要一種高強度氣體放電燈電子鎮流器，包括組合式單級功率因數校正及低頻方波信號產生電路、電壓電流檢測電路、恆功率控制電路。從低頻方波電路得到的電壓電流檢測信號輸入恆功率控制電路，產生脈寬一定的開關驅動信號，通過驅動電路控制單級功率因數校正電路高頻開關管的佔空比，控制輸入到燈上的功率恆定。在單級功率因數校正電路的變壓器副邊設置兩個副邊繞組，達到功率因數校正的目的，且又得到驅動氣體放電燈的低頻方波信號。
文檔編號H05B41/288GK2694703SQ20042002129
公開日2005年4月20日 申請日期2004年3月22日 優先權日2004年3月22日
發明者楊永兵, 錢照明 申請人:浙江大學