專利名稱：一種高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電子鎮(zhèn)流器，具體說是關(guān)于高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等高強(qiáng)度氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
近年來，高強(qiáng)度氣體放電燈由于其高發(fā)光效率、長壽命得到了越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器體積大且笨重，高頻電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用滿足了鎮(zhèn)流器小型化的要求。但是，高強(qiáng)度氣體放電燈在高頻運(yùn)行下(一般為幾十kHz到幾百kHz)具有的聲諧振現(xiàn)象使得高頻電子鎮(zhèn)流器的應(yīng)用受到了限制。聲諧振發(fā)生時(shí)會引起燈電弧不穩(wěn)，使得光輸出不穩(wěn)、閃爍、滾動，嚴(yán)重影響照明效果，這種現(xiàn)象在小功率高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器中尤其嚴(yán)重?？朔曋C振的方法一般基于如下原則①驅(qū)動高強(qiáng)度氣體放電燈的頻率落在聲諧振頻率之外；②驅(qū)動高強(qiáng)度氣體燈的高頻能量低于聲諧振發(fā)生的閥值能量?；谝陨蟽牲c(diǎn)，克服聲諧振的方法可以歸納為①選頻運(yùn)行，使高強(qiáng)度氣體放電燈運(yùn)行在無聲諧振的頻率窗口；②頻率調(diào)制法；③超高頻點(diǎn)燈法；④低頻方波點(diǎn)燈法；⑤高頻方波點(diǎn)燈法。
采用低頻方波點(diǎn)燈法，輸入到燈上的能量為一恒定值，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(yè)界廣泛接受。
傳統(tǒng)的三級低頻方波電路由功率因數(shù)校正級、直流直流變換級和產(chǎn)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(xiàn)象的發(fā)生，但由于電路有三級組成，存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、元器件多、成本高等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種單級的組合式高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器中顯著簡化了電路結(jié)構(gòu)，并減少了開關(guān)的數(shù)目。
本設(shè)計(jì)方案為一種高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，包括組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路(3)，給燈(L)提供高壓脈沖信號的點(diǎn)火電路(4)，它還包括電壓電流檢測電路(5)，恒功率控制電路(6)，高頻開關(guān)管驅(qū)動電路(7)和低頻驅(qū)動信號發(fā)生器(8)。組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路(3)包含一個(gè)高頻開關(guān)管(S1)，兩個(gè)低頻開關(guān)管(S2)和(S3)，有兩個(gè)副邊繞組的變壓器(T)，兩個(gè)副邊繞組相連接中間有一個(gè)公共點(diǎn)，在變壓器的副邊可以形成兩個(gè)電流回路，燈接在兩個(gè)電流回路的公共支路上，其中每一個(gè)副邊回路串入一個(gè)開關(guān)管，并使兩個(gè)開關(guān)管在一百到一千赫茲的低頻狀態(tài)下交替導(dǎo)通，占空比各占50％。該電子鎮(zhèn)流器的輸出功率是通過調(diào)節(jié)所述高頻開關(guān)管(S1)的占空比來控制的。組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)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(diǎn)。電壓電流檢測電路(5)與所述電壓電流檢測點(diǎn)相連接，經(jīng)過運(yùn)放(A1)、(A2)和與運(yùn)放(A1)、(A2)相連的電阻元件后，在運(yùn)放(A1)、(A2)的輸出端分別得到燈電壓電流檢測信號。所述的恒功率控制電路(6)與所述燈電壓電流檢測信號相連接，該恒功率控制電路(6)包括一個(gè)比例放大器、一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器和一個(gè)比較器；電壓電流檢測信號經(jīng)過電阻與比例放大器相連，該比例放大器的輸出經(jīng)過一個(gè)電阻和比例積分調(diào)節(jié)器的一端相連，比例積分調(diào)節(jié)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(guān)管的驅(qū)動脈沖信號。所述低頻驅(qū)動信號發(fā)生器(8)包括芯片NE555、反相器N和與NE555相連的組容元件。
本設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器包括電磁干擾濾波器、整流橋、組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路、點(diǎn)火電路，還包括電壓電流檢測電路、恒功率控制電路、驅(qū)動電路和低頻驅(qū)動信號發(fā)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恒功率控制電路，產(chǎn)生出脈寬一定的開關(guān)驅(qū)動信號，然后通過驅(qū)動電路控制單級功率因數(shù)校正電路的高頻開關(guān)管的占空比，來控制輸入到燈上的功率恒定。
本設(shè)計(jì)采用組合式的單級電路達(dá)到功率因數(shù)校正的目的同時(shí)又得到了驅(qū)動高強(qiáng)度氣體放電燈的低頻方波信號。
上述組合式的單級電路采用了單級功率因數(shù)校正的技術(shù)，其中單級功率校正電路的變壓器副邊繞有兩個(gè)繞組，兩個(gè)副邊繞組相連接中間有一個(gè)公共點(diǎn)，這樣在變壓器的副邊可以形成兩個(gè)電流回路，燈接在兩個(gè)電流回路的公共支路上，其中每一個(gè)副邊回路串入一個(gè)開關(guān)管，并使兩個(gè)開關(guān)管在100～1000赫茲低頻狀態(tài)下交替導(dǎo)通，占空比各占50％，這樣兩個(gè)副邊電流回路交替工作，在燈上可以得到一低頻方波信號。
本設(shè)計(jì)將單級功率因數(shù)校正電路和驅(qū)動燈的低頻方波電路組合在一起，這種電路布置適合于驅(qū)動功率小于200W的高強(qiáng)度氣體放電燈。其中單級功率因數(shù)校正電路輸入端的電感工作在電流斷續(xù)導(dǎo)電模式，這樣在頻率固定占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(dá)到功率因數(shù)校正的目的。
本設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，具有較高的功率因數(shù)，能有效地減小對電網(wǎng)的諧波污染，同時(shí)采用了恒功率控制，使得電子鎮(zhèn)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(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用低頻方波信號驅(qū)動高強(qiáng)度氣體放電燈，運(yùn)行時(shí)無聲諧振現(xiàn)象發(fā)生。并且采用一級組合式電路既實(shí)現(xiàn)了功率因數(shù)校正的目的又得到了驅(qū)動高強(qiáng)度氣體放電燈的低頻方波信號，與傳統(tǒng)的三級電路相比結(jié)構(gòu)簡單、減少了元器件的數(shù)目、降低了成本。


圖1是高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是組合式單級功率因數(shù)校正及低頻方波產(chǎn)生電路的一種電路實(shí)例；圖3是低頻開關(guān)管驅(qū)動信號時(shí)序圖；圖4是低頻驅(qū)動信號發(fā)生器的一種具體電路實(shí)例；圖5是開關(guān)管S2導(dǎo)通、S3關(guān)斷時(shí)的等效電路圖；圖6是開關(guān)管S2關(guān)斷、S3導(dǎo)通時(shí)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(shí)例；圖8是恒功率控制的一種具體電路實(shí)例。
具體實(shí)施方式
參照圖1，本設(shè)計(jì)的高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器包括電磁干擾濾波電路1，整流橋2，組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路3，高強(qiáng)度氣體放電燈L，給燈L提供高壓脈沖信號的點(diǎn)火電路4，電壓、電流檢測電路5，恒功率控制電路6、高頻開關(guān)管驅(qū)動電路7和低頻驅(qū)動信號發(fā)生器8。從燈L檢測到的電壓、電流信號經(jīng)電壓、電流檢測電路5后輸入到恒功率控制電路6，通過調(diào)制恒功率控制電路6輸出驅(qū)動信號的脈寬，使得輸出到燈L上的功率基本恒定。
圖2所示為組合式單級功率因數(shù)校正及低頻方波產(chǎn)生電路的一種電路實(shí)例。它包括電磁干擾濾波器、整流橋Br，電感LB，電解電容CB，高頻開關(guān)管S1，兩個(gè)低頻開關(guān)管S2、S3，四個(gè)二極管D1、D2、D3、D4，具有兩個(gè)副邊繞組的變壓器T，兩個(gè)高頻電容C1、C2，點(diǎn)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管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，二極管D2的陰極接變壓器T原邊的另一端和開關(guān)管S1的漏極，整流橋的負(fù)極和電解電容CB的負(fù)極以及開關(guān)管S1的源極接在一塊。變壓器T的副邊的上端接二極管D3的陽極，二極管D3的陰極接高頻電容C1的一端以及開關(guān)管S2的漏極，開關(guān)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(diǎn)，燈L的另一端接帶有點(diǎn)火副邊的電感Lm的一端，點(diǎn)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(guān)管S3的漏極，開關(guān)管S3的源極接二極管D4的陽極，二極管D4的陰極接高頻電容C2的另一端以及變壓器副邊的下端。二極管D3的陰極和開關(guān)管S2的漏極的連接點(diǎn)A以及開關(guān)管S3和二極管D4的陽極的連接點(diǎn)B作為電壓信號檢測點(diǎn)，開關(guān)管S2的源極和檢流電阻R1的連接點(diǎn)C以及檢流電阻R2和開關(guān)管S3的漏極的連接點(diǎn)D作為電流信號檢測點(diǎn)，電壓信號檢測點(diǎn)A、B和電流信號檢測信點(diǎn)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(guān)管S2、S3的驅(qū)動信號時(shí)序圖，開關(guān)管S2、S3工作在低頻狀態(tài)下(一般為幾百赫茲)，并且兩個(gè)開關(guān)管互補(bǔ)導(dǎo)通，占空比為50％，兩個(gè)開關(guān)管換流期間有一個(gè)很小的死區(qū)，以防止兩個(gè)開關(guān)管共通。該電路有兩種工作狀態(tài)1、開關(guān)管S2導(dǎo)通，S3關(guān)斷。此時(shí)，開關(guān)管S3、二極管D4、高頻電容C2、點(diǎn)火電感Lm、燈L和檢流電阻R2組成的回路處于阻斷狀態(tài)。此時(shí)的工作電路可以簡化為圖5所示的電路，其中開關(guān)管S1工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，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(shù)校正電路。在這種工作狀態(tài)下燈L上流過的電流方向是從右到左。
2、開關(guān)管S3導(dǎo)通，S2關(guān)斷。此時(shí)，二極管D3、開關(guān)管S2、檢流電阻R1、燈L、點(diǎn)火電感Lm和高頻電容C1組成的回路處于阻斷狀態(tài)。此時(shí)工作電路可以簡化為圖6所示的電路，其中開關(guān)管S1工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，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(shù)校正電路。在這種工作狀態(tài)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(gè)低頻方波信號，不會發(fā)生聲諧振現(xiàn)象。
圖4所示為低頻驅(qū)動信號發(fā)生器的一種具體電路實(shí)例，它由芯片NE555和相應(yīng)的組容元件以及反相器N組成。從芯片NE555的3腳輸出的低頻驅(qū)動信號可以直接驅(qū)動開關(guān)管S2，而3腳的輸出信號經(jīng)過反相器N反相后可以用來驅(qū)動開關(guān)管S3。
圖7所示為電壓、電流檢測電路，它由運(yùn)放A1，運(yùn)放A2以及相應(yīng)的電阻元件構(gòu)成。其中A、B、C、D點(diǎn)分別和圖2中的A、B、C、D點(diǎn)相連。A點(diǎn)經(jīng)電阻R5、R6分壓后接到運(yùn)放A1的正端，B點(diǎn)經(jīng)電阻R3接到運(yùn)放的負(fù)端，然后通過電阻R4跨接到運(yùn)放A1的輸出E點(diǎn)。C點(diǎn)經(jīng)電阻R9、R10分壓后接到運(yùn)放A2的正端，D點(diǎn)經(jīng)電阻R7接到運(yùn)放A2的負(fù)端，然后通過電阻R8跨接到運(yùn)放A2的輸出F點(diǎn)。由于開關(guān)管S2關(guān)斷、S3導(dǎo)通時(shí)A點(diǎn)電位為燈電壓幅值的兩倍，B點(diǎn)電位為零；開關(guān)管S2導(dǎo)通、S3截至?xí)rB點(diǎn)電位為負(fù)的燈電壓幅值的兩倍，A點(diǎn)電位為零，因此A點(diǎn)電位減去B點(diǎn)電位即為燈電壓幅值的兩倍，所以可以通過對A點(diǎn)和B點(diǎn)電位進(jìn)行采樣，然后輸入到運(yùn)放A1，經(jīng)過減法運(yùn)算在E點(diǎn)得到燈電壓檢測信號。由于開關(guān)管S2導(dǎo)通或者開關(guān)管S3導(dǎo)通時(shí)，采樣電阻R1或者R2上流過的電流即為燈電流，所以可以通過對C點(diǎn)和D點(diǎn)電位進(jìn)行采樣，然后輸入到運(yùn)放A2，經(jīng)過減法運(yùn)算在F點(diǎn)可以得到燈電流檢測信號。
圖8所示為恒功率控制的電路圖，它由運(yùn)放A3，運(yùn)放A4，比較器P和相應(yīng)的組容元件構(gòu)成。其中E點(diǎn)和F點(diǎn)分別與圖6中的E點(diǎn)和F點(diǎn)相連。E點(diǎn)的電壓檢測信號經(jīng)過電阻R11接到運(yùn)放A3的正端，F(xiàn)點(diǎn)的電流檢測信號經(jīng)過電阻R12接到運(yùn)放A3的正端，運(yùn)放A3的負(fù)端經(jīng)過電阻R13接地經(jīng)過電阻R14跨接到運(yùn)放A3的輸出端，即電壓和電流檢測信號的加權(quán)和通過運(yùn)放A3比例放大，然后經(jīng)過電阻R15接到運(yùn)放A4的負(fù)端，與運(yùn)放A4正端的基準(zhǔn)電壓Vref進(jìn)行比較，經(jīng)過由運(yùn)放A4和跨接在運(yùn)放A4負(fù)端與輸出端之間的電阻R16、電容C3組成的比例積分調(diào)節(jié)器后輸出一直流信號，該信號輸入到比較器P的正端與比較器P負(fù)端的鋸齒波進(jìn)行比較，在比較器P的輸出端得到驅(qū)動脈沖信號。
權(quán)利要求1.一種高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，包括組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路(3)，給燈(L)提供高壓脈沖信號的點(diǎn)火電路(4)，其特征在于它還包括電壓電流檢測電路(5)，恒功率控制電路(6)，高頻開關(guān)管驅(qū)動電路(7)和低頻驅(qū)動信號發(fā)生器(8)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路(3)包含一個(gè)高頻開關(guān)管(S1)，兩個(gè)低頻開關(guān)管(S2)和(S3)，有兩個(gè)副邊繞組的變壓器(T)，兩個(gè)副邊繞組相連接中間有一個(gè)公共點(diǎn)，在變壓器的副邊可以形成兩個(gè)電流回路，燈接在兩個(gè)電流回路的公共支路上，其中每一個(gè)副邊回路串入一個(gè)開關(guān)管，并使兩個(gè)開關(guān)管在一百到一千赫茲的低頻狀態(tài)下交替導(dǎo)通，占空比各占50％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于該電子鎮(zhèn)流器的輸出功率是通過調(diào)節(jié)所述高頻開關(guān)管(S1)的占空比來控制的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述組合式的單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)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(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述電壓電流檢測電路(5)與所述電壓電流檢測點(diǎn)相連接，經(jīng)過運(yùn)放(A1)、(A2)和與運(yùn)放(A1)、(A2)相連的電阻元件后，在運(yùn)放(A1)、(A2)的輸出端分別得到燈電壓電流檢測信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的恒功率控制電路(6)與所述燈電壓電流檢測信號相連接，該恒功率控制電路(6)包括一個(gè)比例放大器、一個(gè)比例積分調(diào)節(jié)器和一個(gè)比較器；電壓電流檢測信號經(jīng)過電阻與比例放大器相連，該比例放大器的輸出經(jīng)過一個(gè)電阻和比例積分調(diào)節(jié)器的一端相連，比例積分調(diào)節(jié)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(guān)管的驅(qū)動脈沖信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述低頻驅(qū)動信號發(fā)生器(8)包括芯片NE555、反相器N和與NE555相連的組容元件。
專利摘要一種高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，包括組合式單級功率因數(shù)校正及低頻方波信號產(chǎn)生電路、電壓電流檢測電路、恒功率控制電路。從低頻方波電路得到的電壓電流檢測信號輸入恒功率控制電路，產(chǎn)生脈寬一定的開關(guān)驅(qū)動信號，通過驅(qū)動電路控制單級功率因數(shù)校正電路高頻開關(guān)管的占空比，控制輸入到燈上的功率恒定。在單級功率因數(shù)校正電路的變壓器副邊設(shè)置兩個(gè)副邊繞組，達(dá)到功率因數(shù)校正的目的，且又得到驅(qū)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(yōu)先權(quán)日2004年3月22日
發(fā)明者楊永兵, 錢照明 申請人:浙江大學(xué)