基于雙向buck功率因數(shù)校正和lcc高頻諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的單相單級(jí)hid高頻電子鎮(zhèn)流器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及HID燈等照明領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LCC高頻諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的單相單級(jí)HID高頻電子鎮(zhèn)流器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]HID燈由于顯色性好、亮度高、節(jié)能效果好、透光性好等優(yōu)點(diǎn)在照明領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用，但是為確保HID燈可靠工作，需要專(zhuān)用電子鎮(zhèn)流器。但是，直到目前為止，市場(chǎng)上技術(shù)成熟的電子鎮(zhèn)流器主要是兩級(jí)結(jié)構(gòu)和三級(jí)結(jié)構(gòu)電路形式，先把輸入的交流電變成直流電，再把直流電變換成交流電輸出。前級(jí)電路是功率因數(shù)校正電路，把輸入的交流電變成直流電，主要功能是實(shí)現(xiàn)輸入電源側(cè)高功率因數(shù)。后級(jí)電路是逆變電路，把直流電逆變成低頻或高頻交流電，輸出滿足HID燈照明所需要的交流電源。三級(jí)結(jié)構(gòu)電路形式，是在上述前后級(jí)電路之間再加一級(jí)直流電壓變換電路，實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電壓之間的匹配。由于多級(jí)電路結(jié)構(gòu)形式，造成電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率較低，并且為了實(shí)現(xiàn)輸入電源側(cè)高功率因數(shù)，增加的功率因數(shù)校正電路還會(huì)帶來(lái)FCC等電磁兼容問(wèn)題。
[0003]路秋生等在文獻(xiàn)《高頻交流電子鎮(zhèn)流技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用》、徐曄在文獻(xiàn)《新型HID燈電子鎮(zhèn)流器的研究》分別介紹了幾種單級(jí)電子鎮(zhèn)流器，各有優(yōu)缺點(diǎn)和用途，但是性能還不夠完善。徐曄在文獻(xiàn)《新型HID燈電子鎮(zhèn)流器的研究》還提出了一種基于交流斬波技術(shù)的新型單級(jí)電子鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器的功率開(kāi)關(guān)管工作在硬開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)損耗大，功率因數(shù)低，諧波大，輸出是低頻斷續(xù)方波或高頻斷續(xù)正弦波，存在輸入電源電流過(guò)零時(shí)HID燈再點(diǎn)火，也會(huì)帶來(lái)電磁兼容問(wèn)題，且其斬波輸出電壓有效值低，僅可以用于小功率低電壓的HPS，不能應(yīng)用到大功率高電壓的HPS，并且還需增加點(diǎn)火裝置。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004]有鑒于此，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LCC高頻諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的單相單級(jí)HID高頻電子鎮(zhèn)流器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，能直接進(jìn)行交交變頻，只用一級(jí)功率變換電路就可以直接把輸入的工頻交流電變換成高頻交流電，為HID燈照明提供適用的高頻交流電源，同時(shí)滿足HID燈自啟動(dòng)、輸入電源側(cè)高功率因數(shù)、整機(jī)高效率和滿足FCC等電磁兼容的要求。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LCC高頻諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)的單相單級(jí)HID高頻電子鎮(zhèn)流器，包括功率主電路和控制電路，所述功率主電路是一個(gè)雙向BUCK電路拓?fù)?，由LC濾波電路、雙向開(kāi)關(guān)電路與LCC諧振電路組成，所述LC濾波電路設(shè)置在輸入端，與輸入電源連接，所述雙向開(kāi)關(guān)電路的輸入端連接所述LC濾波電路，其輸出端連接所述LCC諧振電路，所述LCC諧振電路設(shè)置在輸出端，連接外部的HID燈具。
[0007]所述雙向開(kāi)關(guān)電路由四個(gè)高頻功率開(kāi)關(guān)管構(gòu)成，采用調(diào)頻控制方法和合適的控制邏輯，控制所述四個(gè)高頻功率開(kāi)關(guān)管適時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷，對(duì)輸入電源斬波，給輸出端LCC諧振電路供電，所述功率主電路以負(fù)載串聯(lián)準(zhǔn)諧振方式工作，使得功率開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)，降低了功率開(kāi)關(guān)管在開(kāi)關(guān)過(guò)程帶來(lái)的電磁干擾，降低了電路開(kāi)關(guān)損耗，提高整機(jī)效率。
[0008]所述輸出LCC諧振電路以準(zhǔn)諧振方式工作，輸出波形接近正弦波，頻率單一，易于滿足電磁兼容要求。
[0009]所述輸入端的LC濾波電路對(duì)后級(jí)電路的電流脈沖進(jìn)行濾波，濾波電感中的電流連續(xù)，且跟隨輸入電壓變化，實(shí)現(xiàn)輸入電源側(cè)功率因數(shù)接近于1。
[0010]所述功率主電路完成把電能從輸入電源的工頻市電變成HID燈等照明適用的高頻交流電。
[0011]所述控制電路包括輔助電源、同步電路、取樣電路、調(diào)理電路、單片機(jī)、PFM產(chǎn)生電路、邏輯電路與驅(qū)動(dòng)電路。
[0012]所述取樣電路的輸入端連接上述LCC諧振電路的輸出端，所述取樣電路的輸出端連接調(diào)理電路，所述調(diào)理電路再連接單片機(jī)，所述單片機(jī)的輸出端連接PFM產(chǎn)生電路的輸入端，PFM產(chǎn)生電路的輸出端連接邏輯電路，邏輯電路再連接驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路再與上述雙向開(kāi)關(guān)電路相連接。所述同步電路的輸入端連接上述LC濾波電路，其輸出端分別連接所述邏輯電路、PFM產(chǎn)生電路與單片機(jī)。
[0013]所述輔助電源在輸入LC濾波電路輸出端的濾波電容上取電，輸出電壓供控制電路其他各部分使用，進(jìn)一步減小輔助電源對(duì)輸入電源的影響。
[0014]所述同步電路完成對(duì)輸入電源正半周和負(fù)半周的判別，給出同步信號(hào)。所述同步電路輸出信號(hào)分別送到邏輯電路、PFM產(chǎn)生電路與單片機(jī)。
[0015]所述取樣電路的輸入端連接所述LCC諧振電路，其輸出端連接所述調(diào)理電路。燈電流用精密電阻取樣，燈電壓用電阻分壓器取樣。
[0016]所述單片機(jī)完成系統(tǒng)管理和控制功能，對(duì)燈電流、燈電壓的反饋信號(hào)采樣、數(shù)字PI調(diào)節(jié)、比較等，輸出PFM控制電壓和燈狀態(tài)信號(hào)。
[0017]所述PFM產(chǎn)生電路接收來(lái)自單片機(jī)的PFM控制電壓，受控產(chǎn)生、輸出PFM信號(hào)。
[0018]所述邏輯電路接受同步信號(hào)、PFM信號(hào)、燈狀態(tài)信號(hào)等，輸出四路驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。邏輯電路可以由組合邏輯電路構(gòu)成，或者是小規(guī)模邏輯電路構(gòu)成。
[0019]所述驅(qū)動(dòng)電路把邏輯電路輸出的四路驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)進(jìn)行隔離、功率放大，去控制四個(gè)高頻功率開(kāi)關(guān)管適時(shí)開(kāi)通或關(guān)斷。
[0020]本發(fā)明的工作流程包括四個(gè)工作階段:準(zhǔn)備階段、啟動(dòng)階段、預(yù)熱階段和照明階段。
[0021]準(zhǔn)備階段是鎮(zhèn)流器上電到輔助電源輸出電壓穩(wěn)定，輸出“準(zhǔn)備好”信號(hào)，協(xié)調(diào)各部分電路開(kāi)始工作。啟動(dòng)階段是LCC諧振電路受控工作在降頻掃頻模式，工作頻率從高頻向下逐步接近諧振頻率，燈電壓逐步升高，直到達(dá)到準(zhǔn)諧振狀態(tài)時(shí)燈電壓足夠高，足以使得燈兩電極間擊穿。接著進(jìn)入預(yù)熱階段，采用恒電流控制方式，燈溫度和亮度逐漸升高，燈電壓逐漸升高，燈功率逐漸升高，直到燈功率等于額定功率，進(jìn)入照明階段。在照明階段，采用恒功率控制方式，燈電壓等于額定電壓，燈功率等于額定功率，燈電流比預(yù)熱階段有所減小。
[0022]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案中，鎮(zhèn)流器上電后先是準(zhǔn)備階段，四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管都處于截止?fàn)顟B(tài)，輔助電源先工作，直到輔助電源輸出電壓穩(wěn)定時(shí)輸出“準(zhǔn)備好”信號(hào)，控制電路和開(kāi)關(guān)電路才開(kāi)始工作。
[0023]在HID啟動(dòng)期間，鎮(zhèn)流器降頻掃頻，工作頻率從高逐步接近LCC高頻諧振頻率，HID兩端電壓逐步升高，直到HID兩電極擊穿。為盡量降低諧振電感上的耐壓，與HID并聯(lián)電容要遠(yuǎn)小于串聯(lián)電容。
[0024]HID啟動(dòng)后進(jìn)入預(yù)熱階段，鎮(zhèn)流器先以工作電流等于額定電流的恒流控制方式調(diào)頻工作，此時(shí)燈電壓逐步升高，燈功率逐步提高，直到燈功率達(dá)到額定功率值時(shí)，鎮(zhèn)流器開(kāi)始以恒功率控制方式或準(zhǔn)恒流控制方式調(diào)頻照明，此時(shí)燈功率等于額定功率，燈電壓等于額定電壓值，燈電流略小于額定電流。
[0025]在HID壽命終了時(shí)，燈電壓會(huì)明顯高于額定電壓值，燈亮度會(huì)明顯降低，為保證燈照明亮度不變，可以適當(dāng)增大鎮(zhèn)流器輸出功率，延長(zhǎng)燈壽命。當(dāng)燈電壓高于極大值(大于額定電壓值)時(shí)，燈電極燒蝕嚴(yán)重，再增加輸出功率會(huì)使鎮(zhèn)流器可靠性降低，鎮(zhèn)流器停止工作。
[0026]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案中，沒(méi)有常規(guī)電子鎮(zhèn)流器使用的功率因數(shù)校正電路，降低了整流器復(fù)雜程度，提高了可靠性，降低了電磁兼容難度，易于滿足電磁兼容要求。
[0027]本發(fā)明所采取的技術(shù)方案中，功率主電路中沒(méi)有直流環(huán)節(jié)，沒(méi)有電解電容，可以提高鎮(zhèn)流器的