專利名稱：?jiǎn)纹瑱C(jī)調(diào)控的hid電子鎮(zhèn)流器恒功率控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及道路照明電器技術(shù)領(lǐng)域中的電器產(chǎn)品，特別是高性能HID燈的 電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
高壓氣體放電燈(HID燈，包括高壓鈉燈)具有體積小、光譜好、發(fā)光效率高、 使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)良電光源性能，正在成為道路、車站、碼頭及其它公共場(chǎng)所照明的首 選光源。目前與其配套的絕大部分鎮(zhèn)流器都是性能不佳的大功率電感鎮(zhèn)流器，這種鎮(zhèn) 流器的恒功率效果不好，多消耗20%以上的有功功率；因功率因數(shù)低帶來(lái)的無(wú)功損耗 太大；HID燈的功率隨電源電壓波動(dòng),在電網(wǎng)電壓波動(dòng)大的地區(qū)，HID燈的壽命受到嚴(yán) 重影響:HID電子鎮(zhèn)流器必將取代電感式鎮(zhèn)流器，但由于HID燈復(fù)雜的啟動(dòng)過(guò)程和時(shí) 序控制要求，對(duì)不同啟動(dòng)和運(yùn)行階段的功率及穩(wěn)定性有一定要求，而傳統(tǒng)的HID電子 鎮(zhèn)流器大多采用單純硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制,尤其是其中的模擬控制電路會(huì)受到溫 度的影響而造成一定的功率漂移，加之凡采用硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制,產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò) 程中的調(diào)試都比較麻煩，要想準(zhǔn)確調(diào)試到額定輸出功率值比較困難，多數(shù)單純硬件電 路實(shí)現(xiàn)恒功率控制的HID電子鎮(zhèn)流器的額定輸出功率出現(xiàn)一定范圍內(nèi)的參差不齊，采 用硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制的HID電子鎮(zhèn)流器，其溫升變化對(duì)額定輸出功率值有一定 影響，其原因是實(shí)現(xiàn)恒功率控制環(huán)節(jié)的有關(guān)元件的值隨不同溫度有一定變化。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是針對(duì)電感鎮(zhèn)流器和采用單純硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制的 HID電子鎮(zhèn)流器的缺點(diǎn)，提出了一種具有單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制系 統(tǒng)，以改善其輸出特性，克服現(xiàn)有單純硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制的HID電子鎮(zhèn)流器模 擬控制電路因溫度的影響而造成的功率漂移問(wèn)題，改善了 HID電子鎮(zhèn)流器與HID燈的 不同工作階段的負(fù)載特性匹配問(wèn)題，同時(shí)也提高了 HID燈的使用壽命。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是該控制系統(tǒng)由采樣和控制兩部 分組成，其中，采樣部分包括:燈電壓采樣電路和燈電流采樣電路；控制部分包括單片機(jī)、PWM硬件電路和軟件控制，其特征在于，單片機(jī)的輸入端口 A/D1和A/D2分 別接收來(lái)自燈電壓采樣電路和燈電流采樣電路的模擬采樣信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信 號(hào)，運(yùn)算后經(jīng)單片機(jī)的PWM脈寬調(diào)制端口輸出調(diào)寬信號(hào)，該脈寬信號(hào)經(jīng)R6、 C2積 分后作為晶體管VT1的基極偏壓，控制VT1導(dǎo)通大小的變化。PWM控制器輸出端 口 0UT1和OUT2輸出脈沖信號(hào)推動(dòng)半橋電路工作，得到HID燈的即時(shí)功率。1. SG3525為P麗控制器，其工作頻率由CT引腳連接的Cl的值和RT引腳連接的 Rl、 R2、 R3的值及晶體管VT1的導(dǎo)通狀態(tài)決定。2.SG3525的輸出端(11、 14引腳)連接推動(dòng)變壓器的初級(jí)Nl，次級(jí)N2、 N3分 別連接半橋輸出管的柵極和源極，以推動(dòng)半橋電路工作。3. 半橋的輸出端L1與HID燈連接處，接有C4、 R9、 RIO、 D2、 C3、 Rll等組成的 燈電壓采樣電路，該燈電壓采樣信號(hào)直接送單片機(jī)的一個(gè)A/D輸入端A/D1。4. 在半橋輸出與HID燈連接通路中穿有由繞線的磁環(huán)構(gòu)成的燈電流傳感器L2, 該燈電流傳感器線圈輸出的高頻交流電壓經(jīng)整流濾波后作為燈電流采樣信號(hào)送單片 機(jī)的另一個(gè)A/D輸入端A/D2。5. 單片機(jī)的PW4輸出端輸出的調(diào)寬信號(hào)，經(jīng)積分電路后驅(qū)動(dòng)晶體管VT1,使其在 放大區(qū)內(nèi)工作。當(dāng)占空比減小時(shí)，晶體管VT1向截止方向發(fā)展，P麗控制器的頻率降 低，半橋輸出到HID燈的功率增加；反之，占空比增大時(shí)，晶體管VT1向飽和方向發(fā) 展，P麗控制器的頻率升高，半橋輸出到HID燈的功率減少。本實(shí)用新型所具有的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)電網(wǎng)電壓變化或燈電壓、電流變化引起輸出功率 改變時(shí)，通過(guò)系統(tǒng)的調(diào)控作用使其鎮(zhèn)流器輸出功率基本恒定，有效保證照明度的穩(wěn)定 性和減少對(duì)HID燈壽命的影響。 低壓?jiǎn)?dòng)性能優(yōu)良，保證照明不受電網(wǎng)波動(dòng)的影響。 超寬電壓適應(yīng)范圍150V 260V，特別適應(yīng)遠(yuǎn)距離如高速公路等供電場(chǎng)合。 提高可靠性。

圖l是本實(shí)用新型的控制電路原理圖。
具體實(shí)施方式
5結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
圖1中PWM控制器的工作頻率由CT引腳與地之間連接的Cl的值和RT引腳與 地之間連接的R1、 R2、 R3的值及晶體管VT1的導(dǎo)通狀態(tài)決定。其中，Rl、 R2串聯(lián)后 連接于RT引腳和地之間，同時(shí)R2上又并聯(lián)一個(gè)分支電路，該分支電路是R3、 Dl串 聯(lián)，Dl的負(fù)極和VT1的集電極連接，VT1的發(fā)射極接地。VT1導(dǎo)通狀態(tài)不同時(shí)，等于 分支電路的阻值在變化，從而引起和R2并聯(lián)后的總阻值變化。當(dāng)Cl的值固定時(shí)，Rl、 R2、 R3的值越大及晶體管VT1的導(dǎo)通狀態(tài)越趨于截止，工作頻率越低，反之相反。 P麗控制器的0UT1、 0UT2為輸出端。
單片機(jī)的A/D輸入端口為A/D1和A/D2，分別連接燈電壓采樣信號(hào)產(chǎn)生電路和 燈電流采樣信號(hào)產(chǎn)生電路。燈電壓采樣信號(hào)和燈電流采樣信號(hào)均是模擬信號(hào)，送入 A/D端口后由單片機(jī)在內(nèi)部轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并用于運(yùn)算；單片機(jī)的PWM為脈寬調(diào)制 輸出端口，該端口連接R6、 C2組成的積分電路，單片機(jī)PWM端口輸出的脈寬信號(hào) 經(jīng)R6、 C2積分后成為模擬電壓，此電壓作為三極管VT1的基極直流偏壓。當(dāng)PWM 輸出的脈沖寬度較小時(shí),經(jīng)R6、 C2積分后的模擬電壓的值也小，加在三極管VT1基 極的直流偏壓也小，反之相反。
半橋電路由有源端的大功率MOS管VT2、 VT3和無(wú)源端的電容器C5、 C6組 成。VT2的漏極直接與電源+400V連接，VT3的源極接地，VT2的源極和VT3漏極 的連接中點(diǎn)連接鎮(zhèn)流電感Ll的一端，Ll和高壓鈉燈串聯(lián)，高壓鈉燈的另一端連接 C5、 C6連接的的中點(diǎn)，C5的另一端接電源+400V， C6的另一端接地。HID燈為半 橋電路的負(fù)載。
半橋電路的驅(qū)動(dòng)PWM控制器是通過(guò)推動(dòng)變壓器Bl的耦合作用推動(dòng)半橋電路 工作的。推動(dòng)變壓器B1的初級(jí)N1直接與PWM控制器引腳0UT1、 OUT2連接，次 級(jí)N2連接VT2的柵極和源極；次級(jí)N3連接VT3的柵極和源極。
燈電壓采樣信號(hào)產(chǎn)生電路由C4、 R9、 RIO、 D2、 Rll、 C3組成。燈電壓取自L1 和HID燈一端的連接點(diǎn)，通過(guò)C4的耦合，又經(jīng)R9、 R10衰減后得到電平較低的交 變電壓信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)過(guò)D2整流，C3濾波成為直流的燈電壓采樣信號(hào)(模擬信 號(hào))并送單片機(jī)的A/D1輸入端。該信號(hào)的大小隨燈電壓大小的變化而變化。
燈電流采樣信號(hào)產(chǎn)生電路由電流傳感器、D3—D6組成的整流橋、R14、 R13、 C12、 R12組成。當(dāng)HID燈被點(diǎn)燃時(shí)，燈電流會(huì)使電流傳感器產(chǎn)生感應(yīng)的交變電壓輸出，此交變電壓經(jīng)整流橋整流，再經(jīng)R14、 R13、 R12、 C7的衰減濾波作用，變成直 流的燈電流采樣信號(hào)(模擬信號(hào))并送入單片機(jī)的A/D2輸入端。此燈電流采樣信 號(hào)的大小隨燈電流大小變化而變化。
1. 當(dāng)HID燈電子鎮(zhèn)流器工作后，單片機(jī)隨時(shí)對(duì)燈電壓和燈電流信號(hào)進(jìn)行采樣并計(jì) 算實(shí)際的輸出功率，并與預(yù)先設(shè)定的輸出功率值進(jìn)行比較。
2. 當(dāng)實(shí)際輸出功率小于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)P麗輸出的占空比減小，經(jīng)R6、 C2積分 后的直流電壓降低，晶體管VT1因基極偏壓降低而使集電極電流減小，此時(shí)因R3支路 的分流作用減小故等效于R2、 R3并聯(lián)電路的阻值增加，從而引起PWM控制器SG3525的 輸出頻率降低。當(dāng)半橋輸出的頻率降低時(shí)，電感L1的感抗XL隨之減小，HID燈獲得的 功率隨之增加；反之，當(dāng)實(shí)際輸出功率大于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)Pmi輸出的占空比增加， 經(jīng)R6、 C2積分后的直流電壓上升，晶體管VT1因基極偏壓上升而使集電極電流增大， 此時(shí)因R3支路的分流作用增加故等效于R2、 R3并聯(lián)電路的阻值減小，從而引起PWM控 制器SG3525的輸出頻率提高。當(dāng)半橋輸出的頻率提高時(shí)，電感L1的感抗XL隨之增大， HID燈獲得的功率隨之減小。通過(guò)上述調(diào)控過(guò)程，不斷修正輸出功率，使其達(dá)到動(dòng)態(tài) 平衡，從而維持穩(wěn)定的恒功率輸出。
權(quán)利要求1、一種由單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)由采樣和控制兩部分組成，其中采樣部分包括燈電壓采樣電路和燈電流采樣電路；控制部分包括單片機(jī)、PWM硬件電路和軟件控制，其特征在于，單片機(jī)的輸入端口A/D1和A/D2分別接收來(lái)自燈電壓采樣電路和燈電流采樣電路的模擬采樣信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，運(yùn)算后經(jīng)單片機(jī)的PWM脈寬調(diào)制端口輸出調(diào)寬信號(hào)，該脈寬信號(hào)經(jīng)R6、C2積分后作為晶體管VT1的基極偏壓，控制VT1導(dǎo)通大小的變化，PWM控制器輸出端口OUT1和OUT2輸出脈沖信號(hào)推動(dòng)半橋電路工作，得到HID燈的即時(shí)功率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制 系統(tǒng)，其特征在于，所述的單片機(jī)的A/D1、 A/D2輸入端口分別連接燈電 壓采樣信號(hào)產(chǎn)生電路和燈電流采樣信號(hào)產(chǎn)生電路。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率 控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的燈電壓采樣電路的燈電壓取自L1和HID 燈一端的連接點(diǎn)，通過(guò)C4的耦合，又經(jīng)R9、 R10衰減后得到電平較低 的交變電壓信號(hào)，此信號(hào)再經(jīng)過(guò)D2整流，C3濾波成為直流的燈電壓采 樣信號(hào)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制 系統(tǒng)，其特征在于，所述的燈電流采樣電路由電流傳感器、D3—D6組成 的整流橋、R14、 R13、 C12、 R12組成，通過(guò)穿于HID燈工作回路的電 流傳感器L2獲得表示燈電流的高頻交變電壓，再經(jīng)R14、 R13、 R12、 C7的衰減濾波作用，變成直流的燈電流采樣信號(hào)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制 系統(tǒng)，其特征在于，PWM控制器為SG3525型。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的單片機(jī)調(diào)控的HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制 系統(tǒng)，其特征在于，HID燈的寬電壓范圍為150V-260V。
專利摘要本實(shí)用新型涉及道路照明電器技術(shù)領(lǐng)域中一種高性能HID電子鎮(zhèn)流器恒功率控制技術(shù)，即利用單片機(jī)PWM控制實(shí)現(xiàn)燈的啟動(dòng)過(guò)程和穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的控制，使HID電子鎮(zhèn)流器與燈在不同階段的負(fù)載特性相配合，并且實(shí)現(xiàn)燈的異常狀態(tài)保護(hù)，與傳統(tǒng)的單純硬件電路實(shí)現(xiàn)恒功率控制的HID電子鎮(zhèn)流器的模擬控制相比，電路更簡(jiǎn)單，控制更靈活，控制手段更快捷，這種控制技術(shù)允許寬的輸入電壓，而具有單片機(jī)調(diào)控的HID燈電子鎮(zhèn)流器恒功率控制系統(tǒng)的輸出功率基本沒(méi)有變化，由此使HID燈的工作條件更穩(wěn)定，HID燈工作在恒功率條件下，有效的延長(zhǎng)了使用壽命，本實(shí)用新型控制電路完全可以取代性能較差的單純硬件控制電路HID電子鎮(zhèn)流器相關(guān)電路部分，由此更有利于用HID電子鎮(zhèn)流器取代大功率電感鎮(zhèn)流器。
文檔編號(hào)H05B41/282GK201153343SQ200720129240
公開(kāi)日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2007年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者李育森 申請(qǐng)人:北京市中盛飛朗科技發(fā)展有限公司