專(zhuān)利名稱(chēng)：高壓氣體燈的電子鎮(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，尤其涉及一種高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器。特別
適用于汽車(chē)用的氙氣燈。
背景技術(shù)：
汽車(chē)頭的燈光源，是汽車(chē)中一個(gè)比較重要的部件，關(guān)系到汽車(chē)夜間駕駛的安全性。 為此需要有良好的前照燈視覺(jué)。目前世界各國(guó)開(kāi)始用小功率金屬鹵化物燈代替常規(guī)的鹵鎢 燈作為汽車(chē)前照燈的光源。通過(guò)在燈中充入幾個(gè)大氣壓的高壓氙氣以滿(mǎn)足汽車(chē)前照燈發(fā)光 的要求。 現(xiàn)在，高壓氙氣燈的電子鎮(zhèn)流器還存在體積大，成本高，設(shè)計(jì)復(fù)雜等問(wèn)題?，F(xiàn)有的 電子鎮(zhèn)流器中，通常采用兩級(jí)結(jié)構(gòu)前級(jí)Flyback(反激)升壓電路，后級(jí)DC/AC全橋逆變電 路。前級(jí)Flyback升壓電路中因?yàn)榘?Flyback變壓器，因此電能變換效率比較低，而且 容易產(chǎn)生較大的EMI(電磁)干擾，影響汽車(chē)內(nèi)部其它的電子設(shè)備的正常工作，一定程度上 降低了駕駛安全性。后級(jí)DC/AC采用全橋逆變電路，缺點(diǎn)在于使用過(guò)多的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管，一 是降低了整套系統(tǒng)的電能變換效率，浪費(fèi)了有限的車(chē)載電源；二是增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，提 高了鎮(zhèn)流器的成本。并且，在先技術(shù)中，鎮(zhèn)流器中的DC/AC逆變電路的輸入端直接與DC/DC 變換器(變壓器)輸出電容的輸出端相連接，這樣DC/AC逆變電路上的電壓和電流完全來(lái) 自于DC/DC變換器，即燈的啟動(dòng)電壓和工作電壓完全通過(guò)DC/DC變換器提供，尤其在燈啟動(dòng) 時(shí)的電壓幾乎高于工作電壓的2倍，這對(duì)于DC/DC變換器的壽命和效率都有很大的影B向，同
時(shí)增加了鎮(zhèn)流器的耗電。 所以，開(kāi)發(fā)高效率、低成本的汽車(chē)頭燈的電子鎮(zhèn)流器具有巨大的研究意義和實(shí)際 使用價(jià)值，有著相當(dāng)好的應(yīng)用前景。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種具有全新電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電子鎮(zhèn)流器，能夠提高鎮(zhèn)
流器能量轉(zhuǎn)換效率，降低EMI干擾和制造成本。 本實(shí)用新型為達(dá)到上述的目的，所采取的技術(shù)方案是 提供一種高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，它包括與電源連接的直流升壓電路，逆變電 路，連接于負(fù)載上的電壓采樣電路和電流采樣電路，與電壓采樣電路和電流采樣電路輸出 端相連接的控制驅(qū)動(dòng)電路以及升壓點(diǎn)火電路。 所述直流升壓電路、逆變電路、升壓點(diǎn)火電路依次級(jí)聯(lián)連接； 所述升壓點(diǎn)火電路包含升壓?jiǎn)卧M，它的輸出端連接于負(fù)載； 所述逆變電路包括一將直流輸入轉(zhuǎn)換成方波輸出的推挽電路以及一將方波選頻 輸出正弦波的串聯(lián)諧振電路，所述推挽電路與串聯(lián)諧振電路依次級(jí)聯(lián)，該逆變電路的輸出 端連接于負(fù)載； 所述控制驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)與直流升壓電路和逆變電路連接，控制直流升壓電路和逆
3變電路的工作狀態(tài)。 本實(shí)用新型的電子鎮(zhèn)流器具有顯著的效益。 參如上述本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)，所述具有全新電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包括依次
(串行)級(jí)聯(lián)連接的直流升壓電路、逆變電路和升壓點(diǎn)火電路。即所述拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的具體含義 就是從電源(如蓄電池)算作拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸入端，負(fù)載(如HID燈泡)算作拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的輸出 端，則從電源(蓄電池)到負(fù)載(HID燈泡)中間的這部分就稱(chēng)為新型電子鎮(zhèn)流器的拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)。所述直流升壓電路、逆變電路和升壓點(diǎn)火電路是電子鎮(zhèn)流器中的關(guān)鍵部件。本實(shí)用新 型正是對(duì)于這關(guān)鍵部件分別進(jìn)行了改進(jìn)。尤其對(duì)于逆變電路，采用了依次級(jí)聯(lián)連接的推挽 電路與串聯(lián)諧振電路，它構(gòu)成了一種全新結(jié)構(gòu)的推挽式逆變電路來(lái)代替現(xiàn)有鎮(zhèn)流器中普遍 采用的效率較低的全橋逆變電路。所述串聯(lián)諧振電路的輸出端連接于負(fù)載，為負(fù)載提供穩(wěn) 態(tài)工作電流；同時(shí)串聯(lián)諧振電路的輸出端與升壓點(diǎn)火電路連接為該升壓點(diǎn)火電路提供輸入 電壓；所述的升壓點(diǎn)火電路包含升壓?jiǎn)卧M，產(chǎn)生的高壓點(diǎn)火信號(hào)(通過(guò)變壓器)被耦合進(jìn) 入負(fù)載，在負(fù)載啟動(dòng)的時(shí)候，為負(fù)載啟動(dòng)提供高電壓，而在負(fù)載穩(wěn)態(tài)工作的時(shí)候，升壓點(diǎn)火 電路停止工作；所述的電壓采樣電路、電流采樣電路同時(shí)與負(fù)載以及控制驅(qū)動(dòng)電路相連接， 控制驅(qū)動(dòng)電路又與直流升壓電路以及推挽電路相連接?？刂乞?qū)動(dòng)電路根據(jù)電壓采樣電路獲 得的負(fù)載的電壓采樣以及根據(jù)電流采樣電路獲得的負(fù)載的電流采樣，控制直流升壓電路和 逆變電路的工作狀態(tài)具體地說(shuō)，是控制直流升壓電路的(可控開(kāi)關(guān)器件)開(kāi)通和關(guān)斷，用 來(lái)控制從電源向直流升壓電路的輸入功率保持恒定，從而最終使末端的負(fù)載工作在恒功率 狀態(tài)；同時(shí)，直流升壓電路的輸入端與電源相連接，電源的電能被部分地儲(chǔ)備在直流升壓電 路的輸出端(電容中)，能減少?gòu)碾娫粗苯虞敵龅碾娏鳌Ｒ驗(yàn)楸緦?shí)用新型將推挽電路和諧振 電路結(jié)合在一起為全新的逆變電路結(jié)構(gòu)，代替現(xiàn)有的電子鎮(zhèn)流器中的DC/AC全橋逆變線(xiàn)路 的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了 (該逆變電路中可控半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管)軟開(kāi)通和軟關(guān)斷。明顯提高了電能變 換效率，降低了EMI(電磁)干擾，從而提高了駕駛的安全系數(shù)，大大降低了成本。現(xiàn)在業(yè)界 常規(guī)的汽車(chē)頭燈使用的電子鎮(zhèn)流器的電能變換效率為80% 。本實(shí)用新型的電子鎮(zhèn)流器的轉(zhuǎn) 換效率，在額定工作點(diǎn)可達(dá)到88% ，在全工作范圍內(nèi)可達(dá)到85%以上。 參如上述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，為了克服現(xiàn)有鎮(zhèn)流器中逆變電路的低效率、高輻射 的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型為鎮(zhèn)流器構(gòu)造了一種具有全新結(jié)構(gòu)的逆變電路。如上述，它包括"推挽 電路"和"串聯(lián)諧振電路"兩者級(jí)聯(lián)而成。這種級(jí)聯(lián)形成的推挽式逆變電路，是本實(shí)用新型 的一個(gè)重要技術(shù)特征。前級(jí)推挽電路將直流變換成方波，同時(shí)兼有升壓的作用，后級(jí)串聯(lián)諧 振電路將方波選頻得到正弦波，兩級(jí)之間通過(guò)電磁耦合方式傳遞電信號(hào)；其推挽電路能在 "0"電位時(shí)開(kāi)通，即推挽電路具有零電壓開(kāi)關(guān)的特性，實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)功能。本實(shí)用新型的推 挽式逆變電路應(yīng)用廣泛，它并不局限于鎮(zhèn)流器的使用，也可以用于其他種類(lèi)的電氣裝置中 的逆變電路。 參如上述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，所述直流升壓電路由控制驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)反饋的電
壓、電流信號(hào)控制其開(kāi)通和關(guān)斷可有效的控制直流升壓電路向后級(jí)電路輸出恒定功率，其 輸入端與電源相連接，明顯地減小了從電源(蓄電池)直接輸出的電流，起到了保護(hù)電源 (蓄電池)的作用，延長(zhǎng)了車(chē)載蓄電池的使用壽命。 參如上述本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)，所述升壓點(diǎn)火電路包括升壓?jiǎn)卧M，即它是多級(jí)升
壓的結(jié)構(gòu)。因此它降低了當(dāng)負(fù)載啟動(dòng)時(shí)需要相關(guān)電路(在先技術(shù)中)處于高電壓的暫態(tài)工作，如要求相關(guān)器件的耐壓值等。從而降低了成本，提高了整個(gè)電子鎮(zhèn)流器的可靠性。
圖1為現(xiàn)有電子鎮(zhèn)流器技術(shù)中的反激+逆變?nèi)珮蚴诫娮渔?zhèn)流器結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)示意圖3為本實(shí)用新型的電子鎮(zhèn)流器由電源至負(fù)載之間拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示
意圖4為高壓點(diǎn)火電路中升壓?jiǎn)卧M一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5為高壓點(diǎn)火電路中升壓?jiǎn)卧M另一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖6為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式1的等效電路圖
圖7為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式2的等效電路圖 圖8為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式3的等效電路圖 圖9為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式4的等效電路圖 圖10為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式5的等效電路
圖11為本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器中推挽電路一實(shí)施例的工作模式6的等效電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征。 如圖2所示，本實(shí)用新型的電子鎮(zhèn)流器包括與電源1連接的直流升壓電路21，逆 變電路22，連接于負(fù)載3上的電壓采樣電路4和電流采樣電路5 ，與電壓采樣電路4和電流 采樣電路5輸出端相連接的控制驅(qū)動(dòng)電路6以及連接于逆變電路22和負(fù)載3之間的升壓 點(diǎn)火電路。 所述直流升壓電路21、逆變電路22、升壓點(diǎn)火電路23依次級(jí)聯(lián)連接； 所述升壓點(diǎn)火電路23包含升壓?jiǎn)卧M231 (如圖3、4、5所示)； 所述逆變電路22包括一將直流輸入轉(zhuǎn)換成方波輸出的推挽電路221以及一將方
波選頻輸出正弦波的串聯(lián)諧振電路222，所述推挽電路221與串聯(lián)諧振電路222依次級(jí)聯(lián)構(gòu)
成了推挽式逆變電路。該逆變電路22的輸出端也連接于負(fù)載3 ; 所述控制驅(qū)動(dòng)電路6同時(shí)與直流升壓電路21和逆變電路22連接，控制直流升壓 電路21和逆變電路22的工作狀態(tài)。 如圖2所示，電壓采樣電路4、電流采樣電路5與負(fù)載3 (氙氣燈)以及控制驅(qū)動(dòng)電 路6相連接。電壓采樣電路4和電流采樣電路5將負(fù)載3(氙氣燈)的電流信號(hào)和電壓信 號(hào)反饋給控制驅(qū)動(dòng)電路6。控制驅(qū)動(dòng)電路6根據(jù)獲得的電壓信號(hào)和電流信號(hào)控制直流升壓 電路21和逆變電路22的工作狀態(tài)。 在本實(shí)施例中，所述電源1為汽車(chē)上使用的12V(蓄)電池，所述負(fù)載3為汽車(chē)上 使用的氙氣燈。 在本實(shí)施例中，所述控制驅(qū)動(dòng)電路6包括控制電路和驅(qū)動(dòng)電路。其中控制電路是 采用美國(guó)德州儀器公司提供的DSP中TMS320LF240X系列芯片；驅(qū)動(dòng)電路是采用美國(guó)安森 美半導(dǎo)體公司提供的UC3842芯片；所述電壓采樣電路采用多個(gè)電阻串聯(lián)分壓電路；所述電流采樣電路采用回路中串聯(lián)0. 5歐姆、2瓦的功率電路。 如圖2、3所示，從電源1的輸出端至負(fù)載3的輸入端之間為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)2。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 2包括依次級(jí)聯(lián)的直流升壓電路21、逆變電路22和升壓點(diǎn)火電路23。 如圖2、3所示，在本實(shí)施例中，輸入電源1為12V汽車(chē)電池，經(jīng)過(guò)直流升壓電路21 升壓到40V，再經(jīng)過(guò)推挽電路221升壓，其(變壓器二次側(cè))輸出電壓為正負(fù)220V的交流方 波，以作為串聯(lián)諧振電路222的電壓源。當(dāng)燈管3(氙氣燈)未點(diǎn)亮之前，利用高壓點(diǎn)火電路 23將燈管擊穿，等燈管正常工作后，高壓點(diǎn)火電路23就不再起作用，逆變電路22提供穩(wěn)態(tài) 時(shí)所需要的功率。在本實(shí)施例中，穩(wěn)態(tài)時(shí)燈管電壓為85士15V，燈管電流為0. 38 0. 53A。 如圖3所示，在本實(shí)施例中，所述直流升壓電路21包括電感Ll 、 二極管D3、電容Cl 和一可控開(kāi)關(guān)器件。在本實(shí)施例中，可控開(kāi)關(guān)器件包括場(chǎng)效應(yīng)管Tl和與其并聯(lián)的續(xù)流(體) 二極管Dl 。其中電感Ll、二極管D3、電容Cl依次串聯(lián)，電感Ll 一端作為直流升壓電路1的 輸入端，另一端與二極管D3的陽(yáng)極相連，二極管D3陰極連接到電容C1的正極，電容C1負(fù) 極接地，同時(shí)連接蓄電池陰極；電容C1兩端作為的直流升壓電路1的輸出端；所述控制驅(qū) 動(dòng)電路6根據(jù)獲得的電壓信號(hào)和電流信號(hào)控制直流升壓電路21的工作狀態(tài)，具體地說(shuō)，是 控制直流升壓電路21中場(chǎng)效應(yīng)管Tl的開(kāi)通和關(guān)斷，以此來(lái)控制從電源1 (蓄電池)向直流 升壓電路21的輸入功率保持恒定。 所述可控開(kāi)關(guān)器件中場(chǎng)效應(yīng)管Tl的門(mén)極受控于控制驅(qū)動(dòng)電路6的輸出信號(hào)?？?制驅(qū)動(dòng)電路6根據(jù)負(fù)載3的電壓、電流的反饋信號(hào)，決定施加在場(chǎng)效應(yīng)管T1門(mén)極上的控制 信號(hào)，從而控制直流升壓電路21對(duì)下級(jí)電路的功率輸出(恒定)，從而最終使末端的負(fù)載 3(氙氣燈)工作在恒功率狀態(tài)下；同時(shí)，直流升壓電路1的輸入端與電源l(蓄電池正極) 相連接，電源1 (蓄電池)的電能被部分地儲(chǔ)備在直流升壓電路21中的輸出端的電容Cl中， 穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，該電容C1與電源1(蓄電池)并聯(lián)給下級(jí)電路饋電，減少了從電源l(蓄電池) 直接輸出可能造成的電流不穩(wěn)定。在本實(shí)施例中，所述可控開(kāi)關(guān)器件和二極管D3與電感Ll 串聯(lián)，在這里電感L1代替了現(xiàn)有技術(shù)中的變壓器(如圖1中的T)，減少了因變壓器變換的 能量損耗。 如圖2、3所示，所述逆變電路22包括依次級(jí)聯(lián)的推挽電路221和串聯(lián)諧振電路 222。 如圖3所示，所述推挽電路221包括兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管T2、 T3，分別與兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管 T2、 T3反并聯(lián)的兩個(gè)續(xù)流(或稱(chēng)體)二極管D2、 D3以及變壓器Trl ;兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管T2、 T3 的源極相連接作為所述推挽電路221的一個(gè)輸入端；變壓器Trl的初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連 接兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管T2、 T3的漏極，變壓器Trl的初級(jí)線(xiàn)圈的中間抽頭或者變壓器Trl的兩個(gè) 呈加極性連接的初級(jí)線(xiàn)圈的公共端，作為所述推挽電路221的另一個(gè)輸入端。具體的連接 如圖3所示，其中場(chǎng)效應(yīng)管T2的源極和場(chǎng)效應(yīng)管T3的源極相連接，作為推挽電路221的一 個(gè)輸入端與直流升壓電路2中輸出電容C1的負(fù)極相連接；變壓器Trl的初級(jí)線(xiàn)圈的同名端 連接場(chǎng)效應(yīng)管T2的漏極，另一端連接場(chǎng)效應(yīng)管T3的漏極，變壓器Trl初級(jí)線(xiàn)圈的中間抽頭 作為推挽電路221的另一個(gè)輸入端，與直流升壓電路2中輸出電容C1的正極相連接。控制 該推挽電路的場(chǎng)效應(yīng)管T2、 T3的切換頻率，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)氙氣燈從暫態(tài)到穩(wěn)態(tài)的過(guò)渡。在本 實(shí)施例中，穩(wěn)態(tài)工作頻率設(shè)定為30kHz。由于氙氣燈會(huì)隨著使用時(shí)間的增加，氙氣燈內(nèi)的氣 體、金屬鹵化物和電極等結(jié)構(gòu)將會(huì)有所變化，因而會(huì)改變氙氣燈的電氣特性?？刂破渲绷魃龎弘娐?1中開(kāi)關(guān)管T1的工作占空比D來(lái)控制輸出到氙氣燈的功率大小，以使氙氣燈能夠 穩(wěn)定地工作在額定功率35W，達(dá)到氙氣燈恒功率地工作。Tl工作頻率設(shè)定為30kHz，穩(wěn)態(tài)開(kāi) 關(guān)占空比D = 0.7，當(dāng)氙氣燈電壓的反饋值與氙氣燈電流反饋值計(jì)算得出的氙氣燈功率大 于額定功率35W時(shí)，T1的占空比D變小，當(dāng)氙氣燈功率小于額定功率35W時(shí)，T1的占空比D 變大。 如圖3所示，所述串聯(lián)諧振電路222包括串聯(lián)的電感L2、電容C2、電解電容C3。穩(wěn) 態(tài)工作時(shí)，電解電容C3可忽略不計(jì)，串聯(lián)諧振電路222主要由電感L2和電容C2諧振完成。 如圖3、4、5所示，所述升壓點(diǎn)火電路23包括升壓?jiǎn)卧M231、單向?qū)ㄆ骷?、保護(hù) 放電器件以及變壓器。在本實(shí)施例中，所述單向?qū)ㄆ骷槎O管D8 ，所述保護(hù)放電器件為 氣體放電管S. G。所述升壓?jiǎn)卧M231與單向?qū)ㄆ骷?、保護(hù)放電器件以及變壓器的初級(jí)線(xiàn) 圈依次串聯(lián)，變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈與負(fù)載3(氙氣燈)串聯(lián)。具體的連接如圖3所示，升壓?jiǎn)?元組、二極管D8，氣體放電管S. G、變壓器Tr2的初級(jí)線(xiàn)圈依次串聯(lián)。氣體放電管S. G的輸 出端連接變壓器Tr2初級(jí)線(xiàn)圈的同名端，變壓器Tr2初級(jí)線(xiàn)圈的另一端接地，同時(shí)連接負(fù)載 3 (氙氣燈)，變壓器Tr2次級(jí)線(xiàn)圈的同名端連接氙氣燈的另一端，變壓器Tr2次級(jí)線(xiàn)圈的非 同名端連接到串聯(lián)諧振電路222的輸出電解電容C3的正極，其電解電容C3的負(fù)極接地；而 升壓點(diǎn)火電路23的輸入端，即電解電容C4的負(fù)極和二極管D4的陽(yáng)極分別連接于串聯(lián)諧振 電路的輸出電解電容C3的正極和負(fù)極。升壓點(diǎn)火電路23的輸出端連接氙氣燈，在氙氣燈 啟動(dòng)的時(shí)候，通過(guò)氣體放電管S.G擊穿而使升壓點(diǎn)火電路形成通路，最終為氙氣燈的啟動(dòng) 提供高電壓。 如圖3所示，在本實(shí)施例中，輸入電源1為12V蓄電池(汽車(chē)上用的)，經(jīng)過(guò)直流升 壓電路21升壓到40V，再經(jīng)過(guò)推挽電路221的逆變、升壓，變壓器Trl次級(jí)線(xiàn)圈輸出電壓為 正負(fù)220V的交流方波，以作為串聯(lián)諧振電路222的電壓源；串聯(lián)諧振電路222將推挽電路 221輸出的方波，通過(guò)諧振選頻得到正弦波。當(dāng)氙氣燈未點(diǎn)亮之前，利用高壓點(diǎn)火電路23將 氙氣燈擊穿，等氙氣燈正常工作后，由于氙氣燈的阻值迅速降低，使得電容C3兩側(cè)的電壓 大大降低，經(jīng)過(guò)數(shù)級(jí)升壓之后，也無(wú)法擊穿氣體放電管S. G，因此高壓點(diǎn)火電路23就不再起 作用，逆變電路22提供穩(wěn)態(tài)時(shí)所需要的功率，穩(wěn)態(tài)時(shí)氙氣燈電壓為85士15V，氙氣燈電流為 0. 38 0. 53A。 如圖3、4、5所示，所述升壓點(diǎn)火電路23中所包括的升壓?jiǎn)卧M231包括至少一個(gè) 升壓?jiǎn)卧Ｋ錾龎狐c(diǎn)火電路23主要以電容和二極管串聯(lián)升壓而構(gòu)成。 如圖3、4所示，當(dāng)升壓點(diǎn)火電路23輸入端電壓為交流時(shí)，第一個(gè)負(fù)半周期中，二極 管D4導(dǎo)通，電容C4會(huì)被充電至Vpk，之后的正半個(gè)周期過(guò)程中，二極管D5導(dǎo)通，電容C5會(huì) 被充電至Vpk+Vcl，即2Vpk。當(dāng)下一個(gè)負(fù)半周期時(shí)，二極管D4再次導(dǎo)通，電容C4會(huì)被再充 電至Vpk，而電容C5會(huì)通過(guò)二極管D6將其能量傳送電容C6，下一個(gè)正半周期時(shí)，二極管D5 再次導(dǎo)通，電容C5會(huì)被再充電至2Vpk，而電容C6也會(huì)通過(guò)二極管D7將其能量傳送給電容 C7，使得電容C7被充電至2Vpk，以此類(lèi)推，經(jīng)過(guò)多級(jí)升壓輸出電壓可達(dá)到所要求的點(diǎn)火電 壓(至少4Vpk)。所以，本實(shí)用新型的所述升壓點(diǎn)火電路23為多級(jí)升壓點(diǎn)火電路。 如圖3、4所示，所述升壓?jiǎn)卧M231包括1 n個(gè)升壓?jiǎn)卧?如圖5所示，在升壓?jiǎn)卧M231內(nèi)只包括一個(gè)升壓?jiǎn)卧?，?dāng)輸入電壓為交流電時(shí)， 則可在升壓點(diǎn)火點(diǎn)電路的輸出端得到4倍輸入電壓峰值的直流電壓。若是綜合考慮氣體放
7元中電容和二極管的耐壓、串聯(lián)諧振電路輸出的電壓值、高壓變壓 器Tr2的匝比等因素，可以利用多個(gè)升壓?jiǎn)卧獊?lái)實(shí)現(xiàn)高壓點(diǎn)火電路，見(jiàn)圖3、5。 如圖3、4所示，所述升壓?jiǎn)卧M231包括1 n個(gè)升壓?jiǎn)卧渲忻恳粋€(gè)升壓?jiǎn)卧?都可以把電壓抬高4Vpk。此時(shí)對(duì)于構(gòu)成升壓電路中的每個(gè)元件所需承受的耐壓減少了，每 個(gè)電容所需承受的耐壓僅為2Vpk。 如圖3、4所示，點(diǎn)火過(guò)程是在氙氣燈未點(diǎn)亮之前，其阻抗無(wú)限大如同開(kāi)路，電容C3 兩端的電壓經(jīng)過(guò)串聯(lián)諧振電路222后可得到一個(gè)正弦波，經(jīng)過(guò)升壓?jiǎn)卧M升壓后，可在升 壓?jiǎn)卧M的輸出端得到4n倍，n為升壓?jiǎn)卧M的級(jí)數(shù)(即為所包括升壓?jiǎn)卧膫€(gè)數(shù))。輸 入電壓峰值的直流電壓可將氣體放電管S.G擊穿。當(dāng)氣體放電管被擊穿后，經(jīng)過(guò)l : 20的 高壓變壓器Tr2升壓后，即可產(chǎn)生擊穿氙氣燈所需的高壓15kV 23kV。氙氣燈一旦被擊 穿后，氙氣燈阻抗立即下降，此時(shí)電解電容C3兩端的諧振電壓也迅速降低，即便這個(gè)低壓 經(jīng)過(guò)多級(jí)升壓電路組升壓后，峰值也不會(huì)達(dá)到氣體放電管S. G的擊穿電壓值，故無(wú)法將氣 體放電管S. G擊穿。所以，升壓點(diǎn)火電路23不再動(dòng)作，高壓變壓器Tr2形同一個(gè)感值很小 的電感和氙氣燈串聯(lián)。如果第一次點(diǎn)火時(shí)，未能將氙氣燈擊穿，則氙氣燈阻抗仍無(wú)限大，形 同開(kāi)路，高壓點(diǎn)火電路持續(xù)動(dòng)作，直到氙氣燈被擊穿為止。 如上述結(jié)構(gòu)的本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器的工作方式從工程角度上，可以做如下三個(gè) 近似和等效 (1)電容Cl很大可視為一個(gè)電壓源； (2)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，電解電容C3可忽略不計(jì)，串聯(lián)諧振電路222主要由電感L2和電 容C2諧振完成； (3)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，氤氣燈阻抗可以等效為一個(gè)電阻。 所述逆變電路22中推挽電路221的工作過(guò)程可分為6種工作模式 工作模式1 (t0 tl):如圖6所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2
=0，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 > 0，場(chǎng)效應(yīng)管T2截止，場(chǎng)效應(yīng)管T3導(dǎo)通，其中二極管D2，
D3以及場(chǎng)效應(yīng)管T2處于截止?fàn)顟B(tài)，如圖6中用虛線(xiàn)所標(biāo)識(shí)的(以下圖7 11中虛線(xiàn)所標(biāo)
識(shí)的均為處于截止?fàn)顟B(tài))。此時(shí)變壓器Trl 一次側(cè)電流ip流經(jīng)場(chǎng)效應(yīng)管T3，電容Cl釋放
能量ip > 0。當(dāng)時(shí)間為t0時(shí)，電感L2釋放能量結(jié)束，電容Cl的能量由變壓器Trl傳遞到
次級(jí)線(xiàn)圈，電容C2也處于釋放能量狀態(tài)，兩者同時(shí)對(duì)電感L2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈的等
效電阻Rlamp。直到t'。時(shí)，電容C2釋放能量結(jié)束而開(kāi)始進(jìn)入儲(chǔ)能狀態(tài)，此時(shí)次級(jí)線(xiàn)圈能
量完全由電容C1提供。由于場(chǎng)效應(yīng)管T3導(dǎo)通，Up2 = UCl，Us = NUp2 = NUC1 > 0，iL2流
出變壓器Trl次級(jí)線(xiàn)圈的同名端，且iL2 > 0。 工作模式2(tl t2):如圖7所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2 =O，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 = O，場(chǎng)效應(yīng)管T3截止，由于ip < 0，因此場(chǎng)效應(yīng)管T2的 體二極管D2導(dǎo)通。此工作模式為場(chǎng)效應(yīng)管T2和場(chǎng)效應(yīng)管T3同時(shí)截止的死區(qū)時(shí)間。所以， 實(shí)際上此工作模式時(shí)間非常短暫。當(dāng)時(shí)間為tl時(shí)刻，電容Cl釋放能量結(jié)束，電感Ll儲(chǔ)能 也結(jié)束而轉(zhuǎn)為開(kāi)始釋放能量，對(duì)電容C2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈，且由變壓器Trl反饋能 量給一次側(cè)電容Cl。電流ip經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管T2的體二極管D2對(duì)電容Cl儲(chǔ)能，ip < 0。由 于二極管D2導(dǎo)通，Upl = -UC1 < O，Us = NUpl = -NUC1 > 0， iL2流出變壓器Trl同名端， 且iL2 > 0。
8[0059] 工作模式3(t2 t3):如圖8所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2
> O，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 = 0，T3截止，由于ip < 0，因此場(chǎng)效應(yīng)管T2的體二極管 D2導(dǎo)通。諧振電感Ll開(kāi)始釋放能量，對(duì)電容C2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈，且由變壓器Trl 反饋能量給一次側(cè)電容Cl。電流ip仍經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管T2的體二極管D2對(duì)電容Cl儲(chǔ)能，ip < 0。由于體二極管D2導(dǎo)通，Upl = -UC1 < 0， Us = NUpl = -NUC1 < 0， iL2流出變壓器 同名端，且iL2X)。當(dāng)時(shí)間為t3時(shí)，ip = 0， iL2二0，此時(shí)|UC2|最大，電容C2上儲(chǔ)存的 能量達(dá)到最大值。 工作模式4(t3 t4):如圖9所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2
> O，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 = O，場(chǎng)效應(yīng)管T2導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管T3截止，變壓器Trl 一 次側(cè)電流ip仍經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管T2，電容Cl釋放能量，ip > 0。當(dāng)時(shí)間為t3時(shí)，電感L2釋放 能量結(jié)束，電容Cl的能量經(jīng)過(guò)變壓器Trl傳輸?shù)酱渭?jí)線(xiàn)圈，電容C2也處于釋放能量的狀 態(tài)，兩者同時(shí)對(duì)電感L2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈。直到當(dāng)時(shí)間為t' 3時(shí)，電容C2釋放能 量結(jié)束而開(kāi)始轉(zhuǎn)為儲(chǔ)能狀態(tài)，此時(shí)次級(jí)線(xiàn)圈能量完全由電容C1提供。由于場(chǎng)效應(yīng)管T2導(dǎo) 通，Upl = -UC1 < 0， Us = NUpl = -NUC1 < 0， iL2流入變壓器同名端，且iL2 < 0。 工作模式5(t4 t5):如圖10所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2 =O，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 = 0，T2截止，由于ip < 0，因此場(chǎng)效應(yīng)管T3的體二極管 D3導(dǎo)通。此工作模式為場(chǎng)效應(yīng)管T2和場(chǎng)效應(yīng)管T3同時(shí)截止時(shí)的死區(qū)階段，所以，實(shí)際上此 工作模式時(shí)間非常短暫。當(dāng)時(shí)間為t4時(shí)電容Cl釋放能量結(jié)束，電感L2儲(chǔ)能也結(jié)束而開(kāi)始 釋放能量，對(duì)電容C2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈，且通過(guò)變壓器Trl傳輸能量給一次側(cè)電容 Cl。電流ip仍經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管T3的體二極管D3，對(duì)電容Cl儲(chǔ)能，ip〈0。由于體二極管D3 導(dǎo)通，Up2 = UC1 > 0， Us = NUp2 = NUC1 > 0， iL2流入變壓器同名端，且iL2 < 0。 工作模式6(t5 t6):如圖11所示，推挽電路221中場(chǎng)效應(yīng)管T2的門(mén)極電壓VG2 =0，場(chǎng)效應(yīng)管T3的門(mén)極電壓VG3 > 0，場(chǎng)效應(yīng)管T2截止，由于ip < 0，因此場(chǎng)效應(yīng)管T3的 體二極管D3導(dǎo)通。諧振電感L2釋放能量對(duì)電容C2儲(chǔ)能及提供能量給氙氣燈，且通過(guò)變壓 器Trl傳輸能量給一次側(cè)電容Cl。電流ip仍經(jīng)過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管T3的體二極管D3，對(duì)電容Cl 儲(chǔ)能，ip < 0。由于體二極管D3導(dǎo)通，Up2 = UC1 > 0， Us = NUp2 = NUC1 > 0， iL2流入 變壓器Trl同名端，且iL2 < 0。當(dāng)時(shí)間為t6時(shí)刻，ip = 0，iL2 = O，此時(shí)|UC2|最大，電容 C2上儲(chǔ)存的能量達(dá)到最大值。 由上面所述可知，本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)態(tài)工作時(shí)，串聯(lián)諧振電路222的輸入
電壓為<formula>formula see original document page 9</formula>主要是由諧振電感L2、(諧振)電容C2之間的串聯(lián)諧振以
及電容C1提供能量給負(fù)載。當(dāng)然電容C1的能量也是來(lái)源于12V蓄電池。本實(shí)施例中將諧 振等效阻抗設(shè)為工作在感性負(fù)載模式下，即穩(wěn)態(tài)工作時(shí)開(kāi)關(guān)切換頻率大于LC諧振頻率，這 種工作方式可以使得在開(kāi)關(guān)管T2和T3關(guān)斷之前，其內(nèi)部反并聯(lián)二極管先實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，保證了 開(kāi)關(guān)管T2和T3關(guān)斷時(shí)刻，其兩端的電壓為零，因此就使得開(kāi)關(guān)管T2和T3在切換時(shí)具有零 電壓開(kāi)關(guān)的特性，實(shí)現(xiàn)了軟開(kāi)關(guān)功能。 雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在所 述權(quán)利要求和說(shuō)明書(shū)的范圍內(nèi)做出各種變形或修改。
權(quán)利要求一種高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，它包括與電源連接的直流升壓電路，逆變電路，連接于負(fù)載上的電壓采樣電路和電流采樣電路，與電壓采樣電路和電流采樣電路輸出端相連接的控制驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于還包括升壓點(diǎn)火電路，所述升壓點(diǎn)火電路包含升壓?jiǎn)卧M，所述直流升壓電路、逆變電路、升壓點(diǎn)火電路，依次級(jí)聯(lián)連接，升壓點(diǎn)火電路和逆變電路的輸出端均與負(fù)載連接，所述控制驅(qū)動(dòng)電路同時(shí)與直流升壓電路和逆變電路連接，控制直流升壓電路和逆變電路的工作狀態(tài)；所述逆變電路包括一將直流輸入轉(zhuǎn)換成方波輸出的推挽電路，以及一將方波選頻輸出正弦波的串聯(lián)諧振電路，所述推挽電路與串聯(lián)諧振電路依次級(jí)聯(lián)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述升壓點(diǎn)火電路 還包含單向?qū)ㄆ骷?、保護(hù)放電器件以及變壓器，所述升壓?jiǎn)卧M與單向?qū)ㄆ骷⒈Ｗo(hù)放 電器件以及變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈依次串聯(lián)，變壓器的次級(jí)線(xiàn)圈與負(fù)載串聯(lián)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述升壓?jiǎn)卧?組包括至少一個(gè)升壓?jiǎn)卧?br>
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述直流升壓電路包 括電感、二極管、電容和一可控開(kāi)關(guān)器件，其中電感、二極管、電容依次串聯(lián)，電感的輸入端 為所述直流升壓電路的輸入端，電容的兩端為所述直流升壓電路的輸出端；所述可控開(kāi)關(guān) 器件與串聯(lián)的二極管和電容并聯(lián)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述推挽電路，包括 兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管，分別與兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管反并聯(lián)的兩個(gè)續(xù)流二極管以及變壓器；兩個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管 的源極相連接，作為所述推挽電路的一個(gè)輸入端；變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈的兩端分別連接兩個(gè) 場(chǎng)效應(yīng)管的漏極，變壓器的初級(jí)線(xiàn)圈的中間抽頭或者變壓器的兩個(gè)呈加極性連接的初級(jí)線(xiàn) 圈的公共端，作為所述推挽電路的另一個(gè)輸入端。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變電路中的 串聯(lián)諧振電路包括串聯(lián)的電感、電容、電解電容。
專(zhuān)利摘要一種高壓氣體燈的電子鎮(zhèn)流器，包括與電源連接的直流升壓電路、逆變電路、包含升壓?jiǎn)卧M的升壓點(diǎn)火電路、與負(fù)載相連接的電壓采樣電路和電流采樣電路、與電壓采樣電路和電流采樣電路連接的控制驅(qū)動(dòng)電路。所述直流升壓電路、逆變電路、升壓點(diǎn)火電路依次級(jí)聯(lián)連接，升壓點(diǎn)火電路和逆變電路的輸出端與負(fù)載相連接。所述逆變電路包含級(jí)聯(lián)的推挽電路和串聯(lián)諧振電路；所述控制驅(qū)動(dòng)電路與直流升壓電路和逆變電路相連接，控制直流升壓電路的功率輸出，控制逆變電路的工作狀態(tài)。具有上述結(jié)構(gòu)的鎮(zhèn)流器，提高了電能變換效率，降低了電磁干擾以及制造成本。
文檔編號(hào)H05B41/288GK201467547SQ20092007613
公開(kāi)日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月11日
發(fā)明者張曉峰, 張福明 申請(qǐng)人:張福明;張曉峰