一種應(yīng)用于光伏路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于光伏路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，以實現(xiàn)應(yīng)用在光伏路燈照明系統(tǒng)、適用于蓄電池供電，并且高效、低損耗、小體積。本發(fā)明采用采用高頻磁芯繞制鎮(zhèn)流電感，本發(fā)明的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器包括：高頻鎮(zhèn)流電感、高壓鈉燈啟輝電路、高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路。當(dāng)有高頻交流方波輸入高頻鎮(zhèn)流電感時，啟輝電路在直流方波作用下通過控制高頻鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)圈使高壓鈉燈啟輝；高壓鈉燈電流檢測信號形成電路通過串接在高壓鈉燈上的電流感應(yīng)器產(chǎn)生電流檢測信號來控制啟輝電路使其停止工作。啟輝電路內(nèi)設(shè)有防止所述直流方波瞬間過壓、擊穿保護(hù)電路。本發(fā)明一方面縮小了鎮(zhèn)流電感體積、減小其功耗，一方面也消除了噪音污染。
【專利說明】一種應(yīng)用于光伏路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，屬于光伏發(fā)電【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是應(yīng)用在采用高壓鈉燈作為光源的光伏路燈照明系統(tǒng)中。

【背景技術(shù)】
[0002]獨立的光伏照明系統(tǒng)已經(jīng)在偏遠(yuǎn)無電地區(qū)等場合得到逐漸應(yīng)用。但現(xiàn)有的獨立光伏照明系統(tǒng)普遍照明功率不高，不適用于功能性照明，例如交通照明等。高壓鈉燈屬于高壓氣體放電燈，是一種高效電光源。將高壓鈉燈應(yīng)用于獨立的光伏照明系統(tǒng)，可以顯著提高其照明效率，從而能組成光伏路燈照明系統(tǒng)。光伏照明系統(tǒng)一般采用蓄電池儲存電能，在夜間提供照明所需電力。在這種特定的工作條件下，如果采取先逆變升壓到220V、50Hz工頻交流電，再配合工頻鎮(zhèn)流器的高壓鈉燈供電方案，雖然各部分技術(shù)成熟，實施簡單，但多次變換導(dǎo)致效率損失很大，對提高光伏照明系統(tǒng)的整體效率，降低其綜合成本是十分不利的。
[0003]高壓鈉燈是高強度氣體放電燈。燈泡啟動后，電弧管兩端電極之間產(chǎn)生電弧，由于電弧的高溫作用使管內(nèi)的鈉汞齊受熱蒸發(fā)成為汞蒸氣和鈉蒸氣，陰極發(fā)射的電子在向陽極運動過程中，撞擊放電物質(zhì)的原子，使其獲得能量產(chǎn)生電離激發(fā)，然后由激發(fā)態(tài)回復(fù)到穩(wěn)定態(tài)；或由電離態(tài)變?yōu)榧ぐl(fā)態(tài)，再回到電離態(tài)，多余的能量以光輻射的形式釋放，便產(chǎn)生了光。
[0004]同其他氣體放電燈泡一樣，高壓鈉燈工作在弧光放電狀態(tài)，伏安特性曲線為負(fù)斜率，即燈泡電流上升，燈泡電壓下降。在恒定電源條件下，為了保證燈泡穩(wěn)定地工作，電路中必須串聯(lián)一具有正阻特性的電路元件來平衡這種負(fù)阻特性，穩(wěn)定工作電流，該元件稱為鎮(zhèn)流器或限流器。電阻器、電容器、電感器等均具有限流作用。目前與高壓鈉燈配套使用的鎮(zhèn)流器普遍為電感性鎮(zhèn)流器，其缺點是較笨重、價格偏高和功率損耗比較大。
[0005]另外，高壓鈉燈啟動時需要在電弧管兩端提供電壓達(dá)到3000V，脈寬達(dá)到Ius的高壓脈沖，將放電氣體擊穿導(dǎo)電。因此配合高壓鈉燈工作需要一個啟輝電路，在燈啟動前發(fā)出固定間隔的高壓脈沖；燈啟動點燃后，應(yīng)能立即停止脈沖，以免影響高壓鈉燈壽命。
[0006]根據(jù)高壓鈉燈的負(fù)載特性，在工頻50Hz、220V交流電壓下，高壓鈉燈的工作原理圖如圖1所示。
[0007]圖1所示的工頻高壓鈉燈供電電路中主要存在以下問題:
[0008](I)鎮(zhèn)流電感笨重，鐵損銅損較大，降低效率并導(dǎo)致發(fā)熱；
[0009](2)存在噪音污染；
[0010](3)啟輝高壓頻繁沖擊鎮(zhèn)流電感，影響其絕緣、壽命。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)用在光伏路燈照明系統(tǒng)、適用于蓄電池供電，高效、低損耗、小體積的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于光伏路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，包括:高頻鎮(zhèn)流電感、高壓鈉燈啟輝電路、高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的工作原理是:與高壓鈉燈配合工作，高壓鈉燈啟輝前，啟輝電路不斷發(fā)出高壓脈沖，直到將燈管內(nèi)氣體擊穿；高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路檢測到其工作電流后，啟輝電路立即停止工作，將電源工作頻率提高到超出音頻范圍，可以是25kHz以上，一方面縮小了鎮(zhèn)流電感體積、減小其功耗，一方面也消除了噪音污染。
[0013]本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下:
[0014]高頻鎮(zhèn)流電感(T1)，區(qū)別于一般的工頻電感，采用高頻磁芯繞制鎮(zhèn)流電感；原邊線圈(T11)的一端連接高頻交流方波的輸入端(a)，該高頻交流方波來自于本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的前級——50kHz逆變器的輸出端；該原邊線圈(T11)的另一端連接高壓鈉燈(H)。
[0015]高壓鈉燈啟輝電路，包括:
[0016]開關(guān)三極管(N)，該管的集電極與直流方波的輸入端(C)相連接，該管的發(fā)射極與直流方波的另一個輸入端(d)相連接；
[0017]高頻鎮(zhèn)流電感(T1)的感應(yīng)線圈(T12),該感應(yīng)線圈的兩端分別與直流方波的兩個輸入端相連接；
[0018]擊穿保護(hù)支路，含有可控硅(S)和擊穿二極管(D2)。
[0019]高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，包括:
[0020]電流感應(yīng)器(T2)，原邊線圈(T21)的兩端分別連接高頻交流方波的輸入端(b)、高壓鈉燈(H)的另一端(即沒有連接高頻鎮(zhèn)流電感的原邊線圈的一端)；
[0021]限流電阻(R3)，并接于電流感應(yīng)器(T2)的感應(yīng)線圈(T22)的兩端；
[0022]由整流二極管(D1)及電容(C2)形成的串接支路，該串接支路并接于電阻(R3)的兩端，整流二極管(D1)的負(fù)極與高壓鈉燈啟輝電路中三極管(N)的基極相連接，輸入電流檢測信號；電容(C2)的另一端連接直流方波的輸入端(d)。
[0023]進(jìn)一步，本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器還包括一個阻容串接支路，該阻容串接支路由電阻(R2)和電容(C1)串接而成，阻容串接支路的一端與直流方波的輸入端(c)相連接，阻容串接支路的另一端與高頻鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)線圈相連接，即該感應(yīng)線圈的一端依次經(jīng)過相互串接的電容(C1)、電阻(R2)后與直流方波的輸入端相連接。
[0024]進(jìn)一步，擊穿保護(hù)支路的可控硅⑶的正極與阻容串接支路的中點相連接，該可控硅(S)的負(fù)極與直流方波的輸入端(d)相連接；該可控硅(S)的控制極與擊穿二極管(D2)的正極相連接，該擊穿二極管(D2)的負(fù)極經(jīng)電容(C3)后與可控硅(S)的負(fù)極相連接。
[0025]進(jìn)一步，開關(guān)三極管(N)的集電極經(jīng)限流電阻(R1)，與直流方波的輸入端(C)相連接，發(fā)射極經(jīng)限流電阻(R3),與直流方波的另一個輸入端(d)相連接；
[0026]在本發(fā)明中，電阻R3的選取，要既能保證電阻上電壓有足夠幅值，又能使功耗盡量小，即可靠運行的前提下，越小越好。
[0027]通過以上改進(jìn)方法，與傳統(tǒng)的工頻鎮(zhèn)流器相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和積極效果:
[0028](I)適用于獨立的光伏照明系統(tǒng)，特別是采用蓄電池儲能的場合；
[0029](2)使用高頻電感代替?zhèn)鹘y(tǒng)工頻鎮(zhèn)流器中的工頻電感，并減少了電能變換環(huán)節(jié)，從而明顯提高了光伏路燈照明系統(tǒng)的整體效率；
[0030](3)電子鎮(zhèn)流器工作在高頻，從而消除了音頻噪音；
[0031](4)由于高頻電感較工頻電感體積重量大為減小，故本發(fā)明鎮(zhèn)流器裝置體積和重量大大減小。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1是工頻220V下高壓鈉燈供電電路圖。
[0033]圖2是應(yīng)用本發(fā)明鎮(zhèn)流器的高壓鈉燈供電電路圖。
[0034]圖3是本發(fā)明鎮(zhèn)流器電路示意圖。
[0035]圖4是高頻電子鎮(zhèn)流器啟輝脈沖實驗波形。
[0036]圖5是250W高壓鈉燈高頻電流實驗波形。
[0037]1、高壓鈉燈；2、啟輝器；3、工頻鎮(zhèn)流電感；4、電子鎮(zhèn)流器；5、50kHz逆變器；6、DC-DC變換器；7、鉛酸蓄電池。

【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0039]如圖2所示，本發(fā)明應(yīng)用在太陽能路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器以及配合供電電路包括:
[0040](I)直流升壓電路
[0041]采取全橋結(jié)構(gòu)的DC/DC升壓電路，寬范圍輸入，多節(jié)蓄電池串聯(lián)后電壓在24V到48V都能正常工作，穩(wěn)壓輸出220V直流。電壓反饋PWM脈寬調(diào)制功能由SG3525A控制芯片實現(xiàn)。兩路相差180度的PWM輸出經(jīng)驅(qū)動芯片IR2110后驅(qū)動全橋的4只功率MOSFET管IRFP260N。逆變得到的交流方波由高頻變壓器升壓后整流得到直流高壓。這部分電路的開關(guān)頻率為50kHz。
[0042](2)高頻逆變電路
[0043]220V直流經(jīng)過4只功率MOS管IRFP460N組成的全橋電路逆變后，得到高頻交流方波，作為電源供給高壓鈉燈高頻電子鎮(zhèn)流器工作。MOS管驅(qū)動信號由IR2155振蕩得到，開關(guān)頻率和死區(qū)時間分別可調(diào)。
[0044](3)電子鎮(zhèn)流器
[0045]電子鎮(zhèn)流器包括啟輝部分、高頻鎮(zhèn)流電感和高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，與高壓鈉燈配合工作。高壓鈉燈啟輝前，啟輝電路不斷發(fā)出高壓脈沖，直到將燈管內(nèi)氣體擊穿；高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路檢測到其工作電流后，啟輝電路立即停止工作。將工作頻率提高到25kHz以上，超出音頻范圍，一方面縮小了鎮(zhèn)流電感體積、減小其功耗，一方面也消除了噪音污染。
[0046]圖2中，蓄電池輸出通過全橋結(jié)構(gòu)的DC/DC電路升壓后，得到220V直流輸出；該升壓電路的控制由開關(guān)電源集成控制芯片SG3525A實現(xiàn)。當(dāng)蓄電池輸出電壓在一定范圍內(nèi)波動時，控制芯片通過調(diào)整全橋電路的驅(qū)動信號占空比對電壓波動進(jìn)行補償，從而能夠保持穩(wěn)定的電壓輸出；220V直流電壓再經(jīng)過高頻逆變電路逆變得到高頻交流方波，作為電源供給高壓鈉燈高頻電子鎮(zhèn)流器工作。
[0047]本發(fā)明鎮(zhèn)流器電路如圖3所示，高頻鎮(zhèn)流電感(T1)，原邊線圈(T11)的一端接高頻交流方波輸入端(a)，所述高頻交流方波來自所述電子鎮(zhèn)流器前級的50kHz逆變器的輸出端，該原邊線圈(T11)的另一端接高壓鈉燈(H)；
[0048]高壓鈉燈啟輝電路，含有:
[0049]開關(guān)三極管(N)，該管的集電極經(jīng)限流電阻(R1)接直流方波輸入端(C)，發(fā)射極經(jīng)限流電阻(R3)接直流方波另一個輸入端(d)，
[0050]高頻鎮(zhèn)流電感(T1)的感應(yīng)線圈(T12), —端依次經(jīng)過相互串接的電容(C1)、電阻(R2)后與所述直流方波輸入端(c)相連，而另一端接該直流方波的另一個輸入端(d)；
[0051]擊穿保護(hù)支路，含有可控硅(S)和擊穿二極管(D2)，所述可控硅(S)的正極接由所述電阻(R2)、電容(C1)串接構(gòu)成的阻容串接支路的中點，而負(fù)極接所述直流方波輸入端(d)，所述可控硅(S)的控制極接所述擊穿二極管(D2)的正極，而該擊穿二極管(D2)的負(fù)極經(jīng)電容(C3)后接所述可控硅(S)的負(fù)極；
[0052]高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，含有:
[0053]電流感應(yīng)器(T2)，原邊(T21)的兩端分別接高頻交流方波的輸入端(b)以及所述高壓鈉燈(H)的另一端；
[0054]電阻(R3)，并接于所述電流感應(yīng)器(T2)的感應(yīng)線圈(T22)的兩端；
[0055]由整流二極管(D1)及電容(C2)形成的串接支路，該支路并接于所述電阻(R3)的兩端，所述整流二極管(D1)的負(fù)極與所述高壓鈉燈啟輝電路中三極管(N)的基極相連，輸入電流檢測信號，所述電容(C2)的另一端接所述直流方波的輸入端(d)。
[0056]通過在鎮(zhèn)流電感TI耦合的線圈T12上加上固定時間間隔的直流脈沖，在T11繞組上感應(yīng)出3000V以上高壓，將燈啟輝(實驗波形如圖4)。燈點燃后，電流感應(yīng)器T2感應(yīng)高壓鈉燈電流，產(chǎn)生電流檢測信號，關(guān)斷啟輝放電電路，鎮(zhèn)流器輸出穩(wěn)定的電流(實驗波形如圖5所示)。鎮(zhèn)流電感采用高頻磁芯繞制。通過提高頻率，高壓鈉燈所需鎮(zhèn)流器的電感量也大大減小，從而減小了它的體積和損耗。
[0057]選取合適的R3值既能保證電阻上電壓有足夠幅值，使電流檢測信號可以可靠關(guān)斷啟輝電路，又能使功耗盡量小，避免線路板局部發(fā)熱并可提高整體效率。
[0058]本發(fā)明不限于上述實施例，一切采用等同替換或等效替換形成的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于光伏路燈照明系統(tǒng)中的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，包括:高頻鎮(zhèn)流電感、高壓鈉燈啟輝電路、高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，其中， 所述高頻鎮(zhèn)流電感是采用高頻磁芯繞制的鎮(zhèn)流電感，其原邊線圈的一端連接高頻交流方波的輸入端，另一端連接高壓鈉燈； 所述高壓鈉燈啟輝電路包括開關(guān)三極管、高頻鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)線圈、擊穿保護(hù)支路，所述開關(guān)三極管的集電極和發(fā)射極分別與直流方波的兩個輸入端相連接；所述高頻鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)線圈的兩端分別與直流方波的兩個輸入端相連接；所述擊穿保護(hù)支路包括可控硅和擊穿二極管； 所述高壓鈉燈的電流檢測信號的形成電路，包括電流感應(yīng)器、限流電阻、串接支路，所述電流感應(yīng)器的原邊線圈的兩端分別連接所述高頻交流方波的輸入端、高壓鈉燈；所述限流電阻并接于所述電流感應(yīng)器的感應(yīng)線圈的兩端；所述串接支路并接于所述限流電阻的兩端，由整流二極管及電容組成，所述整流二極管的負(fù)極與所述高壓鈉燈啟輝電路中開關(guān)三極管的基極相連接，所述電容的另一端連接所述直流方波的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于:還包括一個阻容串接支路，該阻容串接支路由電阻和電容串接而成，所述阻容串接支路的一端與所述直流方波的一個輸入端相連接，所述阻容串接支路的另一端與所述高頻鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)線圈相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于:所述擊穿保護(hù)支路中，所述可控硅的正極與所述阻容串接支路的中點相連接，所述可控硅的負(fù)極與所述直流方波的一個輸入端相連接；所述可控硅的控制極與所述擊穿二極管的正極相連接，所述擊穿二極管的負(fù)極與所述可控硅的負(fù)極相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于:所述開關(guān)三極管的集電極和發(fā)射極分別經(jīng)兩個限流電阻與直流方波的兩個輸入端相連接。
【文檔編號】H05B41/292GK104053292SQ201410294970
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月26日
【發(fā)明者】魯挺, 趙爭鳴, 袁立強, 孫曉瑛, 賀凡波, 楊晟, 鐘山 申請人:蘇州青云能源科技有限公司