專利名稱：電子觸發(fā)器及hid燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電子觸發(fā)裝置，尤其涉及一種電子觸發(fā)器及HID燈。
背景技術(shù)：
HID (高強(qiáng)度氣體放電)燈是一種新型的高效率的電光源，具有較高的發(fā)光效率和接 近理想光源(如日光)的色溫，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車、工商業(yè)及影視舞臺(tái)照明等多種場(chǎng)合。
現(xiàn)有技術(shù)中，典型的HID燈啟動(dòng)時(shí)的伏安特性如圖1所示，在燈觸發(fā)后，燈電流下降， 端電壓上升，呈現(xiàn)負(fù)阻特性，需要在供電電網(wǎng)和燈之間接入一個(gè)電子鎮(zhèn)流器來限制燈啟動(dòng) 時(shí)的沖擊電流。
電子鎮(zhèn)流器的電路框圖如圖2所示，PFC電路為典型的Boost型功率因數(shù)校正電路，以 提高輸入端的功率因數(shù)；DC-DC變換器為Bnck型降壓電路，保證燈的平穩(wěn)啟動(dòng)以及為燈的穩(wěn) 態(tài)工作提供恒功率控制；DC-AC變換器為全橋逆變電路，為了抑制燈高頻工作時(shí)的聲諧振， 輸出一個(gè)低頻的交流方波功率信號(hào)來驅(qū)動(dòng)HID燈。
在HID燈啟動(dòng)時(shí)，需要用觸發(fā)器在燈兩端施加一個(gè)幅值很高的觸發(fā)電壓，使燈中填充 的氣體電離放電。
現(xiàn)有技術(shù)中的電感式觸發(fā)器的電路結(jié)構(gòu)如圖3所示，當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，交流信號(hào)加到第
一變壓器L的原邊，第一變壓器L的副邊對(duì)第六電容Ce快速充電，當(dāng)?shù)诹娙軨e的電壓達(dá)到
氣隙開關(guān)SG的擊穿電壓時(shí)，氣隙開關(guān)SG導(dǎo)通，第六電容Ce和第二變壓器T2的原邊組成串聯(lián)諧 振電路，由于諧振頻率很高，第五電容C5相當(dāng)于短路，第二變壓器T2的副邊產(chǎn)生的高壓全部 加在燈泡的兩個(gè)電極之間，使氣體電離放電，實(shí)現(xiàn)燈的觸發(fā)。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，觸發(fā)電路不 工作，電子鎮(zhèn)流器輸出一個(gè)低頻恒功率信號(hào)實(shí)現(xiàn)HID燈的穩(wěn)態(tài)工作。 上述現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)
由于第一變壓器L工作在低頻狀態(tài)，電感式觸發(fā)器的體積和重量較大，在對(duì)體積和重 量有特殊要求的中小功率等應(yīng)用場(chǎng)合，其龐大體積和重量限制電感式觸發(fā)器的應(yīng)用。此 外，當(dāng)開關(guān)S受到干擾多次動(dòng)作時(shí)，燈會(huì)出現(xiàn)多次觸發(fā)，這會(huì)加速燈的兩個(gè)電極的電離損 耗，減少了燈的工作壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種重量輕、體積小，且工作狀態(tài)穩(wěn)定的電子觸發(fā)器及HID燈。 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的
本發(fā)明的電子觸發(fā)器，包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器的原邊接收電 壓信號(hào)，所述第二變壓器的副邊輸出觸發(fā)電壓，所述第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容， 且所述第一變壓器的原邊與所述第一電容之間構(gòu)成諧振電路，所述諧振電路設(shè)有電子開 關(guān)，所述電子開關(guān)連接有芯片，所述芯片通過輸出高頻脈沖信號(hào)控制所述電子開關(guān)的開關(guān) 狀態(tài)。
本發(fā)明的HID燈，該HID燈連接有上述的電子觸發(fā)器。
由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明所述的電子觸發(fā)器及HID燈，由于電 子觸發(fā)器的第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容，并構(gòu)成諧振電路，諧振電路設(shè)有電子開 關(guān)，電子開關(guān)由芯片輸出的高頻脈沖信號(hào)控制開關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)觸發(fā)器觸發(fā)狀態(tài)的控 制。重量輕、體積小，且工作狀態(tài)穩(wěn)定。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的HID燈啟動(dòng)的伏安特性曲線示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的電子鎮(zhèn)流器的電氣原理圖； 圖3為現(xiàn)有技術(shù)中的電感式觸發(fā)器的電氣原理圖； 圖4為本發(fā)明的電子觸發(fā)器的電氣原理圖； 圖5為本發(fā)明的電子觸發(fā)器第一級(jí)等效電路原圖； 圖6為本發(fā)明的電子觸發(fā)器第二級(jí)等效電路原圖； 圖7為本發(fā)明的電子觸發(fā)器簡(jiǎn)化的第二級(jí)等效電路原圖8為本發(fā)明的電子觸發(fā)器第三級(jí)等效電路原圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的電子觸發(fā)器，其較佳的具體實(shí)施方式
如圖4所示，包括第一變壓器L、第二變
壓器L，第一變壓器L的原邊接收電壓信號(hào)并耦合到副邊；第一變壓器L的副邊將電壓信號(hào)
的能量逐級(jí)傳遞到第二變壓器T2的原邊，并有第二變壓器T2的副邊輸出觸發(fā)電壓。
具體第一變壓器L的原邊串聯(lián)有第一電容d，且第一變壓器L的原邊與第一電容d之間
構(gòu)成諧振電路，諧振電路設(shè)有電子開關(guān)Q，電子開關(guān)Q連接有芯片IP，芯片IP通過輸出高頻
脈沖信號(hào)控制電子開關(guān)Q的開關(guān)狀態(tài)。
芯片IP接收外部的低頻方波信號(hào)(如電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào))，并根據(jù)低頻方波信號(hào)的電壓高低決定輸出或停止輸出高頻脈沖信號(hào)，具體是當(dāng)?shù)皖l方波信號(hào)的電壓 高于設(shè)定的閾值時(shí)，芯片IP輸出高頻脈沖信號(hào)；當(dāng)?shù)皖l方波信號(hào)的電壓低于設(shè)定的閾值 時(shí)，芯片IP停止輸出高頻脈沖信號(hào)。
在應(yīng)用于HID燈的啟動(dòng)中，當(dāng)HID燈剛開始啟動(dòng)時(shí)，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào)電 壓較高，芯片IP輸出高頻脈沖信號(hào)，觸發(fā)器工作，輸出觸發(fā)電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)HID燈的啟動(dòng)；當(dāng) HID燈正常工作時(shí)，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào)電壓較低，芯片IP停止輸出高頻脈沖信 號(hào)，觸發(fā)器不工作，停止輸出觸發(fā)電壓。
外部的低頻方波信號(hào)首先可以通過整流電路整流后再輸入到芯片IP;還可以再通過穩(wěn) 壓管降壓電路降壓后輸入到芯片IP。
具體低頻方波信號(hào)通過整流電路后，輸出的正極和負(fù)極可以分別與第一變壓器L的原 邊與第一電容d之間構(gòu)成的諧振電路連接，其中正極與諧振電路之間設(shè)有限流電阻R。限流 電阻R的值大于化/d，式中Li為第一變壓器L原邊電感的值；d為第一電容d的值。
穩(wěn)壓管降壓電路包括兩個(gè)穩(wěn)壓二極管，兩個(gè)穩(wěn)壓二極管串聯(lián)之后連接于整流電路輸出 的正極和負(fù)極之間，兩個(gè)穩(wěn)壓二極管之間的連接點(diǎn)與芯片IP的輸入端連接，實(shí)現(xiàn)芯片IP輸 入電壓的穩(wěn)壓、降壓。
第一變壓器L的副邊與第二變壓器T2的原邊之間通過半波倍壓整流電路連接，具體半 波倍壓整流電路包括第三電容C3、第二電容C2、第一二極管D1、第二二極管D2。其中，第 三電容C3與第二變壓器T2的原邊連接形成諧振電路，并在該諧振電路上設(shè)有氣隙開關(guān)SG;第 一二極管D1與第三電容C3并聯(lián)；第二二極管D2連接于第一二極管D1與第三電容C3之間；第 二電容C2連接于第一二極管D1與第一變壓器T1的副邊之間。
第三電容C3的容值遠(yuǎn)大于第二電容C2的容值，可以大于或等于第二電容C2的容值的10倍。
本發(fā)明的HID燈，其較佳的具體實(shí)施方式
是，該HID燈連接有上述的電子觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn) 對(duì)HID燈的啟動(dòng)。
本發(fā)明HID燈用電子觸發(fā)器的工作原理是
當(dāng)燈未啟動(dòng)時(shí)，電子鎮(zhèn)流器中的DC-AC變換器相當(dāng)于空載，輸出一個(gè)300VRMS的低頻方 波交流電壓，該方波交流電壓經(jīng)過整流后的直流電壓VDC經(jīng)穩(wěn)壓管降壓后使芯片IC輸出一個(gè) 高頻驅(qū)動(dòng)脈沖信號(hào)控制電子開關(guān)Q，當(dāng)電子開關(guān)Q斷開時(shí)，直流電壓VDC經(jīng)限流電阻R，第一 變壓器L的原邊向第一電容d充電。第一電容d的初始電壓為零，相當(dāng)于短路；第一變壓器 L的原邊電感L的電流初值為VDC/R，由于限流電阻R (1K)比較大，遠(yuǎn)大于4L/d (L產(chǎn)20uH、 00.033u)，故電路為過阻尼振蕩，可以簡(jiǎn)化為電容充電電路；當(dāng)電子開關(guān)Q
5閉合時(shí)，第一變壓器T,的原邊和第一電容d構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，通過磁場(chǎng)耦合將能量傳遞到 第一變壓器L的副邊，由第一二極管D,、第二二極管D2、第二電容C2與第三電容C:,構(gòu)成了一
個(gè)半波倍壓整流電路，當(dāng)加在第三電容C3兩端的電壓達(dá)到氣隙開關(guān)SG的擊穿電壓時(shí)，氣隙 開關(guān)SG導(dǎo)通，第三電容C3和第二變壓器T2的原邊構(gòu)成串聯(lián)諧振回路，通過磁場(chǎng)耦合將能量傳 遞到第二變壓器T2的副邊來觸發(fā)HID燈。
當(dāng)燈啟動(dòng)后，進(jìn)入穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，燈兩端交流方波電壓很低(〈100VRMS)，經(jīng)整流并經(jīng) 穩(wěn)壓管降壓后使芯片IC停振，整個(gè)觸發(fā)器電路停止工作，由電子鎮(zhèn)流器給HID燈輸出一個(gè)低 頻交流方波功率信號(hào)。
下面對(duì)本發(fā)明的觸發(fā)器的理論分析及主要參數(shù)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行詳細(xì)的闡述 為分析簡(jiǎn)便，假設(shè)時(shí)間的起點(diǎn)設(shè)置為電子開關(guān)Q斷開的瞬間，第一級(jí)充電等效電路如 圖5所示，其中i 為輸入端限流電阻與第一變壓器Tl的原邊A的繞線電阻及第一電容G的
串聯(lián)等效電阻之和。整流后的直流電壓^通過^和^對(duì)G線性充電，q的端電壓u,呈指 數(shù)上升，電感^相當(dāng)于短路，輸出電壓W近似為零。在經(jīng)過時(shí)間^之后，
(0
u"^)二^;"(1—e wq)，其中t。為電子開關(guān)Q的斷開時(shí)間。
當(dāng)電子開關(guān)Q閉合時(shí)，第二級(jí)等效電路如圖6所示，其中《為第一變壓器T1的原邊A的 繞線電阻與第一電容^的串聯(lián)等效電阻及開關(guān)Q的導(dǎo)通電阻之和；^為變壓器T1的副邊^(qū) 的繞線電阻與第二電容q的串聯(lián)等效電阻之和。實(shí)際電路中，A〈lohm很小， A〉100ohm， A約等于幾十個(gè)uH， ^約等于幾十個(gè)mH， ^約等于幾十nF， ^約等于幾百 個(gè)pF， q約等于幾千個(gè)pF，所以第一變壓器L的原、副邊的兩個(gè)二階電路均滿足R2〈4L/C的 自由諧振條件，故當(dāng)開關(guān)Q由斷開變?yōu)殚]合狀態(tài)時(shí)，ei、 A及《和q、 ^及^構(gòu)成兩個(gè) 二階串聯(lián)自由諧振電路，電容G的端電壓初值為u^。)，由于q《ioq，故圖6所示的等 效電路可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化為圖7所示的等效電路。
如圖7所示的電路方程如式(1)所示
<formula>formula see original document page 6</formula>初值為<formula>formula see original document page 7</formula>當(dāng)滿足諧振條件(^q = AG)時(shí)，能量傳輸效率？ =1 ;
<formula>formula see original document page 7</formula>同時(shí)，當(dāng)耦合系數(shù)<formula>formula see original document page 7</formula>"時(shí)，輸出電壓"2")最大，
實(shí)際工程中，常采用n二l， k二0.6的耦合變壓器。
第三電容q上的最大輸出電壓<formula>formula see original document page 7</formula>第三級(jí)等效電路如圖8所示，其中A為第二變壓器T2的原邊^(qū)的繞線電阻及第三電容 q的串聯(lián)等效電阻及氣隙開關(guān)SG的導(dǎo)通電阻之和，第一變壓器T1的副邊^(qū)通過倍壓整流電 路向電容q充電，當(dāng)電容q的電壓達(dá)到氣隙開關(guān)SG的飽和擊穿電壓時(shí)，SG相當(dāng)于短路，電 容^、 ^及^構(gòu)成二階串聯(lián)諧振電路，C4為HID燈兩個(gè)電極之間的等效電容，電路方程如
式(2)所示:
<formula>formula see original document page 7</formula>式(2)
同以上分析類似，可以得到要使能量傳輸效率最大，第二變壓器T2的原副邊也需要 滿足諧振條件《3= 4即^3^=^4^，為達(dá)到最大輸出電壓，耦合系數(shù)k二0.6。
HID燈用觸發(fā)器制作工藝的好壞對(duì)整個(gè)電路性能的影響很大，在制作過程中，應(yīng)該合
理的確定各個(gè)參數(shù)值，使之能夠滿足燈的啟動(dòng)特性要求，同時(shí)又能最大限度的延長(zhǎng)燈的壽
命。根據(jù)仿真結(jié)果和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)本發(fā)明的HID燈用觸發(fā)器制作過程中，盡量做到
1) 電路布線時(shí)，盡量縮短各種引線長(zhǎng)度，以減小雜散電感和導(dǎo)線電阻的損耗，提高
輸出電壓；
2) 應(yīng)使電子開關(guān)Q的驅(qū)動(dòng)占空比盡量小(具體實(shí)施例的樣機(jī)中驅(qū)動(dòng)占空比設(shè)為1.3% ， 頻率14KHz)，使得第一電容d的端電壓m盡可能充到輸入電壓的最大值，另外，為減小線路損耗，電容Q和C:,應(yīng)選擇低ESR電阻的高頻電容，(樣機(jī)使用WIMA FKP系列聚丙乙烯膜 電容，tan厶^10'10—4@100i://z).
3) 倍壓整流部分中，為達(dá)到良好的倍壓效果，第三電容C3的容值應(yīng)遠(yuǎn)大于第二電容C2 的容值，(具體實(shí)施例的樣機(jī)中C3二1500P， C2=150P);
4) 為達(dá)到良好的升壓效果，應(yīng)采用有效的絕緣措施，如在第二變壓器T2的原副邊加絕 緣套管以及高壓輸出端子之間添加隔離槽防止高壓端放電，最后，整個(gè)裝置也應(yīng)用環(huán)氧絕 緣樹脂灌封以進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。
本發(fā)明的HID燈用電子觸發(fā)器模型，使第一變壓器L和第二變壓器T2工作在高頻狀態(tài)， 極大的降低了整個(gè)電路的重量和體積，同時(shí)可以根據(jù)燈的端電壓大小自動(dòng)觸發(fā)，不會(huì)造成 多次觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本發(fā)明中，還給出了HID燈用觸發(fā)器的分段電路模型及數(shù) 學(xué)分析，使得可以定量的研究其電氣特性。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果，均證明了本發(fā)明中理論的正 確性。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都 應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種電子觸發(fā)器，包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器的原邊接收電壓信號(hào)，所述第二變壓器的副邊輸出觸發(fā)電壓，其特征在于，所述第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容，且所述第一變壓器的原邊與所述第一電容之間構(gòu)成諧振電路，所述諧振電路設(shè)有電子開關(guān)，所述電子開關(guān)連接有芯片，所述芯片通過輸出高頻脈沖信號(hào)控制所述電子開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述的芯片接收外部的低頻方波 信號(hào)，并根據(jù)所述低頻方波信號(hào)的電壓高低決定輸出或停止輸出高頻脈沖信號(hào)，具體是當(dāng)所述低頻方波信號(hào)的電壓高于設(shè)定的閾值時(shí)，所述芯片輸出高頻脈沖信號(hào)； 當(dāng)所述低頻方波信號(hào)的電壓低于設(shè)定的閾值時(shí)，所述芯片停止輸出高頻脈沖信號(hào)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述低頻方波信號(hào)通過整流電路 輸入到所述芯片。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述低頻方波信號(hào)通過穩(wěn)壓管降 壓電路輸入到所述芯片。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述低頻方波信號(hào)通過整流電路 后，輸出的正極和負(fù)極分別與所述諧振電路連接，所述正極與所述諧振電路之間設(shè)有限流 電阻，所述限流電阻的值大于4LVd，式中L為所述第一變壓器原邊電感的值；d為所述第 一電容的值。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述穩(wěn)壓管降壓電路包括兩個(gè)穩(wěn) 壓二極管，所述兩個(gè)穩(wěn)壓二極管串聯(lián)之后連接于所述整流電路輸出的正極和負(fù)極之間，所 述兩個(gè)穩(wěn)壓二極管之間的連接點(diǎn)與所述芯片的輸入端連接。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述第一變壓器的副邊與所述第 二變壓器的原邊之間通過半波倍壓整流電路連接，所述半波倍壓整流電路包括第三電容， 所述第三電容與所述第二變壓器的原邊連接形成諧振電路，并在該諧振電路上設(shè)有氣隙開 關(guān)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述半波倍壓整流電路包括第二 電容、第一二極管、第二二極管，所述第一二極管與所述第三電容并聯(lián)；所述第二二極管 連接于所述第一二極管與所述第三電容之間；所述第二電容連接于所述第一二極管與所述 第一變壓器的副邊之間。
9、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子觸發(fā)器，其特征在于，所述第三電容的容值大于或等于 所述第二電容的容值的10倍。
10、 一種HID燈，其特征在于，該HID燈連接有權(quán)利要求1至9任一項(xiàng)所述的電子觸發(fā)器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電子觸發(fā)器及HID燈，電子觸發(fā)器包括第一變壓器、第二變壓器，第一變壓器的原邊與第一電容之間構(gòu)成諧振電路，諧振電路設(shè)有電子開關(guān)，電子開關(guān)連接有芯片。電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào)，依次通過整流電路、穩(wěn)壓管降壓電路輸入到芯片。當(dāng)HID燈剛開始啟動(dòng)時(shí)，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào)電壓較高，芯片輸出高頻脈沖信號(hào)，觸發(fā)器工作，實(shí)現(xiàn)對(duì)HID燈的啟動(dòng)；當(dāng)HID燈正常工作時(shí)，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號(hào)電壓較低，芯片IP停止輸出高頻脈沖信號(hào)，觸發(fā)器不工作。使第一變壓器和第二變壓器工作在高頻狀態(tài)，降低了整個(gè)電路的重量和體積，同時(shí)可以根據(jù)燈的端電壓大小自動(dòng)觸發(fā)，不會(huì)造成多次觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)H05B41/288GK101309540SQ20081011648
公開日2008年11月19日 申請(qǐng)日期2008年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月10日
發(fā)明者張衛(wèi)平, 強(qiáng) 程 申請(qǐng)人:北方工業(yè)大學(xué)