專利名稱：一種用于高氣壓強度放電燈的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流控制轉(zhuǎn)換裝置，尤其涉及一種用于高氣壓強度放電燈的 電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
近來，HID(高氣壓強度放電)燈在家庭與商業(yè)照明領(lǐng)域受到了越來越多的關(guān)注， 在各種HID燈中，MH(金屬鹵化物)燈由于具有色溫好、發(fā)光效率高、亮度穩(wěn)定以及壽命長 等優(yōu)點成為最受歡迎的光源。由于MH燈的增量電阻為負(fù)，必須將鎮(zhèn)流器與燈相串聯(lián)，否則 燈的電流將失去控制。傳統(tǒng)方法用一個電感，稱為電磁型鎮(zhèn)流器，驅(qū)動MH燈，但是電磁型鎮(zhèn) 流器有許多缺點，如效率低、笨重、體積大、功率因數(shù)低等。HID燈一般工作在8kHz 100kHz頻率范圍內(nèi)，容易發(fā)生聲共振。為了消除“聲共 振”通常采用低頻技術(shù)，低頻技術(shù)是指電子鎮(zhèn)流器的輸出電壓和電流的波形均是低頻方波 信號，即電子鎮(zhèn)流器用低頻方波信號驅(qū)動HID燈。目前，這種電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)框圖如圖1 所示，包括全波整流器、DC/DC變換器、DC/AC逆變器和高壓觸發(fā)器?；竟ぷ髟硎钦?器對220V、50Hz的交流市電進行全波整流并為DC/DC變換器供電；DC/DC變換器將整流器 的輸出電壓變換成MH燈所需的、時變的電壓和電流，并對其進行實時分段線性控制，使之 與燈的電氣特性相匹配。DC-AC逆變器，將直流變換為中、低頻方波信號。高壓觸發(fā)器提供 了 HID燈啟動時所需的觸發(fā)高壓。這種電子鎮(zhèn)流器在照明領(lǐng)域已被廣泛認(rèn)同。但是，這種拓 撲結(jié)構(gòu)的缺點是環(huán)節(jié)太多，效率低，EMI (Electro Magnetic Interference 電磁干擾)大。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高的用 于高氣壓強度放電燈的電子鎮(zhèn)流器。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種用于高氣壓強度放電燈的電子鎮(zhèn)流器，包括整流濾波電路、高壓觸發(fā)器，還包 括開關(guān)逆變器和控制單元；所述開關(guān)逆變器的輸入端與整流濾波電路的輸出端電連接，所述開關(guān)逆變器的輸 出端與負(fù)載(R0)的輸入端電連接；所述控制單元與開關(guān)逆變器、高壓觸發(fā)器及負(fù)載(R0)電連接；所述的開關(guān)逆變器包括全橋逆變電路或半橋逆變電路；所述的控制單元包括電流處理器、電壓處理器和控制電路；電流處理器與控制電路電連接，將接收到的負(fù)載(R0)的電流信號進行處理后傳 給控制電路；電壓處理器與控制電路電連接，將接收到的負(fù)載(R0)的電壓信號進行處理后傳 給控制電路；
4[0014]控制電路，接收電流處理器和電壓處理器傳來的電信號，并根據(jù)接收到的電信號 控制電子鎮(zhèn)流器的運行。所述全橋逆變電路包括由第一開關(guān)管(Ml)和第二開關(guān)管(M2)串聯(lián)組成的低頻 臂，及由第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)串聯(lián)組成的高頻臂，所述低頻臂與高頻臂并聯(lián) 后與整流濾波電路的輸出端連接；所述負(fù)載(R0)通過低通濾波電路連接于低頻臂與高頻臂的中間節(jié)點之間。所述的低通濾波電路包括與負(fù)載(R0)并聯(lián)的濾波電容(CO)和與負(fù)載(R0)串聯(lián) 的濾波電感(L0)。所述的全橋逆變電路還包括分別與第一開關(guān)管(Ml)、第二開關(guān)管(M2)、第三開關(guān) 管(M3)和第四開關(guān)管(M4)并聯(lián)的第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)和 第四二極管(D4)。所述的第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)分別并聯(lián)有第一電容(C1)和第二電 容(C2)。所述的控制電路包括 脈沖寬度調(diào)變PWM控制器；T1觸發(fā)器，與PWM控制器電連接，接收PWM控制器輸出的調(diào)寬頻率的脈沖信號，并 將所述脈沖信號形成兩路互為反相的高頻信號(V3、V4)；M3驅(qū)動器、M4驅(qū)動器，輸入端與T1觸發(fā)器電連接，分別接收T1觸發(fā)器輸出的互為 反相的高頻信號(V3、V4)；輸出端分別與第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)電連接；分頻器，與PWM控制器電連接，接收PWM控制器輸出的固定頻率的脈沖信號，進行 處理后輸出一個中、低頻信號；T2觸發(fā)器，與分頻器電連接，接收分頻器輸出的中、低頻信號，并將所述中、低頻信 號形成兩路互為反相的中、低頻信號信號(VI、V2)；Ml驅(qū)動器、M2驅(qū)動器，輸入端與T2觸發(fā)器電連接，分別用于接收T2觸發(fā)器輸出的 互為反相的中、低頻信號(V1、V2)，輸出端分別與第一開關(guān)管(Ml)和第二開關(guān)管(M2)的電 連接；啟動控制器，與PWM控制器電連接；恒功率控制器，與PWM控制器電連接；轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)，與啟動控制器、恒功率控制器及PWM控制器電連接；選擇狀態(tài)控制器，與轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)電連接； 觸發(fā)控制器，與高壓觸發(fā)器電連接。所述半橋逆變電路包括第五開關(guān)管(M5)和第六開關(guān)管(M6)串聯(lián)；第三電容(C3)和第四電容(C4)串聯(lián)；之后，上述兩個串聯(lián)電路并聯(lián)后與整流濾波電路的輸出端連接；所述負(fù)載(R0)通過低通濾波電路連接于上述兩個串聯(lián)電路的中間節(jié)點之間。所述的低通濾波電路包括與負(fù)載(R0)并聯(lián)的濾波電容(CO)和與負(fù)載(R0)串聯(lián) 的濾波電感(L0)。所述的半橋逆變電路還包括分別與第五開關(guān)管(M5)和第六開關(guān)管(M6)并聯(lián)的第五二極管(D5)和第六二極管(D6)。 本實用新型所述的電子鎮(zhèn)流器，由于包括開關(guān)逆變器和控制單元，開關(guān)逆變器將 整流濾波電路輸出的直流電轉(zhuǎn)換為與負(fù)載的電氣特性相匹配的電壓和電流，并將其變換為 中、低頻方波信號，用于驅(qū)動負(fù)載的運行；開關(guān)逆變器包括全橋逆變電路，或者包括半橋逆 變電路，將DC/DC和DC/AC兩級變換用一級DC/AC變換完成，使電路變得簡單；控制單元采 用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)了特性匹配和逆變兩個功能，并實現(xiàn)了軟開關(guān)的功能，使得效率非常 高；主要適用于HID燈尤其是MH燈的控制，也可以應(yīng)用于純電阻負(fù)載、電感性負(fù)載、電容性 負(fù)載以及輸出頻率為中、低頻的各種應(yīng)用場合。

[0040]圖1為現(xiàn)有技術(shù)電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)框圖；[0041]圖2為本實用新型電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)框圖；[0042]圖3為全橋逆變電路的電路原理圖；[0043]圖4為全橋逆變電路的控制波形原理圖；[0044]圖5為全橋逆變電路的調(diào)壓等效電路原理圖；[0045]圖6為HID燈的電氣特性圖；[0046]圖7為控制單元的結(jié)構(gòu)框圖；[0047]圖8起動控制器電路原理圖；[0048]圖9恒功率控制器電路原理圖；[0049]圖10為半橋逆變電路的電路原理圖；[0050]圖11為半橋逆變電路的控制波形原理圖；[0051]圖12為半橋逆變電路的調(diào)壓等效電路原理圖；[0052]圖13為臨界模式時全橋逆變電路主要波形圖；[0053]圖14為臨界模式時半橋逆變電路主要波形圖；[0054]圖15為全橋逆變電路Buck-ZVC(軟開關(guān)降壓)等效電路原理圖[0055]圖16為全橋逆變電路中開關(guān)管M3、M4開啟過程的主要波形圖；[0056]圖17為開關(guān)管M3、M4開啟過程中的等效拉式變換電路原理圖；[0057]圖18為開關(guān)管M3、M4關(guān)斷過程中的等效拉式變換電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。如圖2所示，包括整流濾波電路，用于對普通交流電進行整流、濾波；還包括高壓 觸發(fā)器，用于為負(fù)載R0提供啟動時的高壓觸發(fā)信號，還包括開關(guān)逆變器和控制單元，開關(guān)逆變器接收整流濾波電路輸出的直流電，并將接收到的直流電轉(zhuǎn)換為與負(fù)載 R0的電氣特性相匹配的電壓和電流，之后將直流電變換為中、低頻方波信號，用于驅(qū)動負(fù)載 R0的運行；這里的負(fù)載R0主要是針對MH(金屬鹵化物)燈，也可以是其它純電阻負(fù)載、電 感性負(fù)載以及輸出頻率為工頻的各種應(yīng)用場合下的負(fù)載。 控制單元用于控制電子鎮(zhèn)流器的運行。通過檢測MH燈的端電壓和電流控制MH燈 的啟動與運行。[0062]開關(guān)逆變器包括逆變電路，逆變電路有兩種一種是全橋逆變電路，另一種是半橋 逆變電路。如圖3所示，全橋逆變電路包括由第一開關(guān)管Ml和第二開關(guān)管M2串聯(lián)組成的低 頻臂，及由第三開關(guān)管M3和第四開關(guān)管M4串聯(lián)組成的高頻臂，低頻臂與高頻臂并聯(lián)后與整 流濾波電路的輸出端連接；負(fù)載R0通過低通濾波電路連接于低頻臂與高頻臂的中間節(jié)點 之間。所述低通濾波電路包括與負(fù)載R0并聯(lián)的濾波電容CO和與負(fù)載R0串聯(lián)的濾波電 感L0，其中濾波電感L0工作在不連續(xù)導(dǎo)電模式或電流雙向流動模式，保證高頻臂中開關(guān)管 M3、M4實現(xiàn)零電壓開啟。全橋逆變電路還包括分別與第一開關(guān)管Ml、第二開關(guān)管M2、第三開關(guān)管M3和第四 開關(guān)管M4并聯(lián)的第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3和第四二極管D4，用于為負(fù) 載R0和濾波電感L0提供無功能量反饋通道。第三開關(guān)管M3和第四開關(guān)管M4還分別并聯(lián)有第一電容C1和第二電容C2，用于實 現(xiàn)開關(guān)管M3、M4的零電壓關(guān)斷。全橋逆變電路由控制單元控制，實現(xiàn)逆變功能、調(diào)壓功能和匹配功能，其工作原理 是這樣的第一開關(guān)管Ml、第二開關(guān)管M2分別由驅(qū)動信號VI、V2驅(qū)動；第三開關(guān)管M3和第 四開關(guān)管M4分別由驅(qū)動信號VI、V2驅(qū)動。逆變功能的實現(xiàn)如圖4所示，輸入電壓可等效為直流U”驅(qū)動信號V1、V2為中、低 頻脈沖信號(頻率低于1kHz)，互為反相；V3、V4為高頻信號(頻率大于20kHz)互為反相， 由于V1、V2的頻率與V3、V4的頻率相差很大，所以V3、V4稱為載波信號，或高頻信號，當(dāng)Ml 導(dǎo)通時，電壓隊為正；M2導(dǎo)通時，電壓U0為負(fù)，改變極性，從而實現(xiàn)逆變。調(diào)壓功能的實現(xiàn)因為Ml與M2、M3與M4完全對稱，V3、V4的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于V1、V2 的頻率，所以我們只研究VI導(dǎo)通，V2截止的情況。這時等效電路如圖5所示，屬于Buck(降壓)電路。根據(jù)伏秒平衡原理可以求得J7 = T = D
T (1)由式(1)可知，通過改變高頻信號的占空比D可以改變輸出電壓，完成調(diào)壓的功 能。匹配功能的實現(xiàn)HID燈的典型的電氣特性分為三個區(qū)，如圖6所示，當(dāng)t < tl時為未觸發(fā)區(qū)；當(dāng)tl < t < t2為起動區(qū)；當(dāng)t > t2為恒功率區(qū)。①未觸發(fā)區(qū)的控制在未觸發(fā)區(qū)，HID燈相當(dāng)于開路，燈的端電壓就是鎮(zhèn)流器的輸出電壓，燈的電流和 功率均為零。當(dāng)高壓觸發(fā)器的輸出電壓達(dá)到燈的觸發(fā)電壓Uk時，燈內(nèi)氣體原子得到足夠的 能量而電離并產(chǎn)生許多電子-離子對，參與導(dǎo)電，形成輝光放電。這一階段，控制單元需要完成如下兩個功能一是控制高壓觸發(fā)器開始工作，同時 在燈觸發(fā)后控制高壓觸發(fā)器停止工作；二是控制電子鎮(zhèn)流器的輸出電壓保持在300伏左
右o②起動區(qū)的控制
7[0080]在起動過程中，燈的電氣特性如下燈的電流近似以指數(shù)規(guī)律逐漸下降，燈的電壓 逐漸上升，燈的耗散功率不斷增加，等效電阻逐漸下降。為了適應(yīng)燈的電氣特性，M3和M4的 控制規(guī)律為，只有電流反饋控制且參考控制量以指數(shù)規(guī)律下降。③恒功率區(qū)的控制當(dāng)燈的電氣特性達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電壓和電流基本保持不變，其等效電阻為一個近似 恒定值。需要采用恒功率控制。本專利提出的恒功率控制技術(shù)是，保持燈端電壓與電流的 乘積等于額定功率，但以電流為主控量。即燈的功率發(fā)生變化，主要通過調(diào)節(jié)燈的電流實現(xiàn) 恒功率控制。上述的控制過程是通過控制單元來實現(xiàn)的，如圖7所示，控制單元包括電流處理器，用于檢測負(fù)載(R0)的電流，并進行處理；電壓處理器，用于檢測負(fù)載(R0)的電壓，并進行處理；控制電路，用于接收電流處理器和電壓處理器傳來的電信號，并根據(jù)接收到的信 號控制電子鎮(zhèn)流器的運行。所述的控制電路包括PWM(脈沖寬度調(diào)變)控制器，用于輸出需要寬度的脈沖信號；T1觸發(fā)器，用于接收PWM控制器輸出的調(diào)寬頻率的脈沖信號，并將所述脈沖信號 形成兩路互為反相的高頻信號(V3、V4)；M3驅(qū)動器、M4驅(qū)動器，分別用于接收T1觸發(fā)器輸出的互為反相的高頻信號(V3、 V4)，并分別控制第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)的運行；分頻器，用于接收PWM控制器輸出的固定頻率的脈沖信號，進行處理后輸出一個 中、低頻信號；T2觸發(fā)器，用于接收分頻器輸出的中、低頻信號，并將所述中、低頻信號形成兩路 互為反相的中、低頻信號信號(V1、V2)；Ml驅(qū)動器、M2驅(qū)動器，分別用于接收T2觸發(fā)器輸出的互為反相的中、低頻信號 (VI、V2)，并分別控制第一開關(guān)管(Ml)和第二開關(guān)管(M2)的運行；啟動控制器，用于控制PWM控制器輸出負(fù)載(R0)啟動階段所需脈沖信號的寬度；恒功率控制器，用于控制PWM控制器輸出負(fù)載(R0)恒功率運行階段所需脈沖信號 的寬度；轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)，用于實現(xiàn)啟動控制器與恒功率控制器之間的轉(zhuǎn)換；選擇狀態(tài)控制器，用于控制轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)的轉(zhuǎn)換，并控制啟動控制器的運行；觸發(fā)控制器，用于控制高壓觸發(fā)器的運行?？刂茊卧獙崿F(xiàn)控制的原理是這樣的PWM控制器輸出的調(diào)寬頻率的脈沖信號的寬度與輸入電壓成正比例變化。T1觸發(fā) 器將PWM控制器的輸出信號進行二分頻并形成兩路互為反相的信號V3、V4，這兩路信號經(jīng) M3、M4驅(qū)動器控制主電路的兩個高頻開關(guān)M3和M4。PWM控制器輸出的固定頻率的信號經(jīng) 過分頻器后得到一個中、低頻信號。T2觸發(fā)器將這個中、低頻信號進行二分頻并形成兩路互 為反相的信號VI、V2送至M1、M2驅(qū)動器，控制低頻開關(guān)Ml和M2。電壓處理器包括燈端電壓采樣網(wǎng)絡(luò)、整流器、濾波器，其輸入信號為燈的端電壓 Ulamp-中、低頻交流信號，其輸出電壓U01-近似于直流電壓，U01正比于Ulamp的幅值。[0102]燈電流處理器包括電流采樣網(wǎng)絡(luò)、整流器和濾波器，其輸入信號為燈的電流 Ilamp-中、低頻交流信號，其輸出電壓為U02，U02正比于Ilamp的幅值。在開機瞬間，觸發(fā)控制器輸出一個寬度固定的脈沖信號，使得高壓觸發(fā)器開始工 作，為HID燈提供一個高壓觸發(fā)信號。起動控制器如圖8所示。在圖中A1為誤差放大器?？刂菩盘朠2控制指數(shù)電壓發(fā) 生器是否工作。當(dāng)P2為高電平時，指數(shù)電壓發(fā)生器以指數(shù)規(guī)律衰減，并為誤差放大器A1提 供一個參數(shù)電壓。這樣控制M3和M4的脈沖寬度將以指數(shù)規(guī)律下降，實現(xiàn)了鎮(zhèn)流器的輸出 特性與HID燈的電氣特性匹配。恒功率控制器如圖9所示。其中除法器的作用是用一個固定電壓與U01和U02的 乘積相除，使得輸出信號U03正比于U01、U02即正比于輸出功率。這個信號經(jīng)過PWM控制 器后，其輸出信號的寬度能夠保持燈的恒功率運行。狀態(tài)控制器有兩路輸入信號U01和U02，兩路輸出信號分別為P1和P2。當(dāng)狀態(tài)控制器檢測到燈的端壓有一個負(fù)躍變且燈電流有一正躍變時，P2發(fā)出信 號，使得起動控制器中的指數(shù)發(fā)生器開始工作，同時P1發(fā)生信號使開關(guān)S位于①位置。整 個控制器進入起動控制階段。當(dāng)狀態(tài)控制器檢測到燈的端電壓和電流達(dá)到75 80%的額定值時，P1發(fā)出信號， 使開關(guān)S位于②位置。控制器進入恒功率控制階段。另一種逆變電路是半橋逆變電路。如圖10所示，所述半橋逆變電路包括第五開關(guān)管M5和第六開關(guān)管M6串聯(lián)；第三電容C3和第四電容C4串聯(lián)；之后，上述兩個串聯(lián)電路并聯(lián)后與整流濾波電路的輸出端連接；負(fù)載R0通過低通濾波 電路連接于上述兩個串聯(lián)電路的中間節(jié)點之間。所述低通濾波電路包括與負(fù)載R0并聯(lián)的濾波電容CO和與負(fù)載R0串聯(lián)的濾波電 感L0。所述的半橋逆變電路還包括分別與第五開關(guān)管M5和第六開關(guān)管M6并聯(lián)的第五二 極管D5和第六二極管D6，用于為負(fù)載R0和濾波電感L0提供無功能量反饋通道。半橋逆變電路由控制單元控制，實現(xiàn)逆變功能、調(diào)壓功能和匹配功能，其工作原理 是這樣的逆變功能的實現(xiàn)如圖11所示，ugl、ug2分別為開關(guān)管M1、M2的驅(qū)動信號波形，其 中高頻載波比低頻信號頻率高得多，并且高低頻時間各占50%。ud為輸入電壓波形，u。為 輸出電壓波形。根據(jù)半橋電路的功能，可以得出輸出電壓為交流，此電路完成了逆變功能。調(diào)壓功能的實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)工作時半橋電路可等效為圖12?？梢钥闯鰣D12所示電路為Buck (降壓)電路，根據(jù)伏秒平衡可以求得D 一 a5 =，
d ,
通過調(diào)節(jié)高頻信號占空比D可以改變輸出電壓，從而實現(xiàn)調(diào)壓功能。其匹配功能的實現(xiàn)原理與全橋逆變電路的實現(xiàn)原理是相同的。下面，對逆變電路的工作過程進行一下分析，并確定本實用新型的逆變電路的工 作參數(shù)[0122]全橋逆變電路分析與參數(shù)確定實際所分析電路可等效為Buck(降壓)電路，如圖5所示。在這期間假定ud、u(l(ud 等于Ui、!^等于U。)不變。為了讓開關(guān)管開啟時損耗減小，Buck電路工作在臨界模式，主要 波形如圖13所示。在t = t0時刻，開關(guān)管M4被激勵導(dǎo)通，二極管D3中電流迅速的轉(zhuǎn)移到開關(guān)管M4 中。
在t = tl時刻開關(guān)管M4關(guān)斷，因為不能突變，電感電流從開關(guān)管M4中迅速的轉(zhuǎn)
換到二極管D3中去。 在t = t2時，開關(guān)管再次導(dǎo)通，電路重復(fù)上一周期的工作過程。若用‘表示臨界電流連續(xù)時的負(fù)載平均電流I。，則 根據(jù)輸入與輸出電壓的要求，可以確定占空比D = $再由給定的信號頻率fs、所 要求的平均輸出電流I。e，可以求出 因為輸出電壓的紋波△ 。由電容C。的增量A Q決定，而 根據(jù)輸出紋波的要求以及式5經(jīng)過推倒可以求得 根據(jù)本設(shè)計的要求:ud= 310V, u。= 70V, fs = 40K, IoG = 3A， 可以求得L。= 226u，C。= 0. 9u半橋逆變電路的分析與參數(shù)確定實際所分析電路可等效為Buck降壓電路，如圖12所示。在這期間假定ud、uQ不 變。為了讓開關(guān)管開啟時損耗減小，Buck電路工作在臨界模式，主要波形如圖14所示。在t = t0時亥lj，開關(guān)管M5被激勵導(dǎo)通，這時電感上的電壓為 在t = tl時刻開關(guān)管M5關(guān)斷，因為不能突變，電感電流從開關(guān)管M5中迅速的轉(zhuǎn) 換到二極管D6中去。在輸出輸入電壓作用下，電感上的電壓為[0144]
(9)在t = t2時，開關(guān)管再次導(dǎo)通，電路重復(fù)上一周期的工作過程。若用I。e表示臨界電流連續(xù)時的負(fù)載電流I。，貝
(io)根據(jù)輸入與輸出電壓的要求，可以確定占空比
再由給定的信號頻率
fs、所要求的平均輸出電流I。e，可以求出
(11)因為輸出電壓的紋波AGC。由電容Q的增量A Q決定，而
2)根據(jù)輸出紋波的要求以及式(11)經(jīng)過推倒可以求得
(13)根據(jù)本設(shè)計的要求:ud= 310V, u。= 70V, fs = 40K, IoG = 3A， L。= 257u，C。 lu本實用新型由與負(fù)載R0并聯(lián)的濾波電容CO和與負(fù)載R0串聯(lián)的濾波電感L0組成 低通濾波電路，電阻R0代表HID燈的等效電阻。在全橋逆變電路中，濾波電感L0工作在不 連續(xù)導(dǎo)電模式或電流雙向流動模式，保證高頻臂中開關(guān)管M3和M4實現(xiàn)零電壓開啟；C1和 C2電容使得M3和M4實現(xiàn)了零電壓關(guān)斷，即高頻臂的軟開關(guān)技術(shù)；在全橋逆變電路中，L0、 CO、C3和C4為M5與M6創(chuàng)造工作條件，使得M5和M5實現(xiàn)軟開關(guān)。下面具體分析一下全橋逆變電路中開關(guān)管M3和M4零電壓開關(guān)的過程如圖15所示，首先對Buck-ZVC(軟開關(guān)降壓)等效電路做一些基本假設(shè)①開關(guān)管的開關(guān)周期Ts遠(yuǎn)小于載波周期T(l/f)，而且輔助換流過程亦遠(yuǎn)短于載 波周期，因而在換流期間輸出電流、可視為常數(shù)；開關(guān)管的關(guān)斷時間t。ff和開通時間t。n* 恒定值，與電路的參數(shù)及運行條件無關(guān)；②負(fù)載電路輸出電壓u。平滑連續(xù)，并且基本保持不變；③忽略二極管和開關(guān)管的正向?qū)▔航担虎茯?qū)動電路足以在瞬間使開關(guān)管可靠導(dǎo)通和截止。⑤f << fs (f為低頻開關(guān)管開關(guān)頻率，fs為高頻開關(guān)管開關(guān)頻率)，可以認(rèn)為在 一個載波周期內(nèi)，輸入電壓ud為常數(shù)；⑥為了便于書寫，時間坐標(biāo)均從各區(qū)間算起。為了便于分析，開關(guān)管用下述近似模型，其誤差符合工程要求。[0166] ①開通過程i．按線性規(guī)律上升，即[0167] 開關(guān)管端電壓的變化規(guī)律取決于外圍電路。[0169] ②關(guān)斷過程i．按線性規(guī)律下降，即 在整個分析過程中，ud和u。(ud等于Ud、u。等于U。)假定不變，(真。(“、vC．(，)和vC，(，)分別為電感電流和電容電壓。[0172] 下面按上述的假設(shè)條件具體分析一下開關(guān)管M3和M4的開啟過程[0173] 如圖16所示，電路初態(tài)，二極管D3截至，L信電流為零，C、電壓為ud，C，電壓為零，電容C。足夠大，等效為直流電壓源u。。當(dāng)t E[t。，t、]時，開關(guān)管開啟過程中的等效拉式變換如圖17。[0174] 列方程可以解得[0175] 如果開關(guān)管零電壓開啟，則 因為 所以開關(guān)管零電壓開啟必須[OT80] 即“。；號‘20，[0182] 所以開關(guān)管要想達(dá)到零電壓開啟輸出電壓必須不小于輸入電壓的一半。[0183] 開關(guān)管M3和M4的關(guān)斷過程分析[0184] 當(dāng)t E[t，，t，]時，開關(guān)管關(guān)斷時等效拉式變換電路如圖18所示，[0185] 列方程可以解得[OT86] 當(dāng)七一t，+t。時，驅(qū)動脈沖消失，t。為開關(guān)管關(guān)段時間，這時漏源之間電壓為[OT89l 所以當(dāng)C、、C，足夠大時，可以認(rèn)為開關(guān)管處于零電壓關(guān)斷狀態(tài)。[0191] 以上所述的實施例，只是本實用新型較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型技術(shù)方案范圍內(nèi)進行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本實用新型的保 護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求一種用于高氣壓強度放電燈的電子鎮(zhèn)流器，包括整流濾波電路、高壓觸發(fā)器，其特征在于，還包括開關(guān)逆變器和控制單元；所述開關(guān)逆變器的輸入端與整流濾波電路的輸出端電連接，所述開關(guān)逆變器的輸出端與負(fù)載(R0)的輸入端電連接；所述控制單元與開關(guān)逆變器、高壓觸發(fā)器及負(fù)載(R0)電連接；所述的開關(guān)逆變器包括全橋逆變電路或半橋逆變電路；所述的控制單元包括電流處理器、電壓處理器和控制電路；電流處理器與控制電路電連接，將接收到的負(fù)載(R0)的電流信號進行處理后傳給控制電路；電壓處理器與控制電路電連接，將接收到的負(fù)載(R0)的電壓信號進行處理后傳給控制電路；控制電路，接收電流處理器和電壓處理器傳來的電信號，并根據(jù)接收到的電信號控制電子鎮(zhèn)流器的運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述全橋逆變電路包括由第一開 關(guān)管(Ml)和第二開關(guān)管(M2)串聯(lián)組成的低頻臂，及由第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4) 串聯(lián)組成的高頻臂，所述低頻臂與高頻臂并聯(lián)后與整流濾波電路的輸出端連接；所述負(fù)載(RO)通過低通濾波電路連接于低頻臂與高頻臂的中間節(jié)點之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的低通濾波電路包括與負(fù)載 (RO)并聯(lián)的濾波電容(CO)和與負(fù)載(RO)串聯(lián)的濾波電感(LO)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的全橋逆變電路還包括 分別與第一開關(guān)管(Ml)、第二開關(guān)管(M2)、第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)并聯(lián)的第 一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)和第四二極管(D4)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的第三開關(guān)管(M3)和第四開 關(guān)管(M4)分別并聯(lián)有第一電容(Cl)和第二電容(C2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的控制電路包括 脈沖寬度調(diào)變PWM控制器；Tl觸發(fā)器，與PWM控制器電連接，接收PWM控制器輸出的調(diào)寬頻率的脈沖信號，并將所 述脈沖信號形成兩路互為反相的高頻信號(V3、V4)；M3驅(qū)動器、M4驅(qū)動器，輸入端與Tl觸發(fā)器電連接，分別接收Tl觸發(fā)器輸出的互為反相 的高頻信號(V3、V4)；輸出端分別與第三開關(guān)管(M3)和第四開關(guān)管(M4)電連接；分頻器，與PWM控制器電連接，接收PWM控制器輸出的固定頻率的脈沖信號，進行處理 后輸出一個中、低頻信號；T2觸發(fā)器，與分頻器電連接，接收分頻器輸出的中、低頻信號，并將所述中、低頻信號形 成兩路互為反相的中、低頻信號信號(VI、V2)；Ml驅(qū)動器、M2驅(qū)動器，輸入端與T2觸發(fā)器電連接，分別用于接收T2觸發(fā)器輸出的互 為反相的中、低頻信號(V1、V2)，輸出端分別與第一開關(guān)管(Ml)和第二開關(guān)管(M2)的電連 接；啟動控制器，與PWM控制器電連接；恒功率控制器，與PWM控制器電連接；轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)，與啟動控制器、恒功率控制器及PWM控制器電連接； 選擇狀態(tài)控制器，與轉(zhuǎn)換開關(guān)(S)電連接； 觸發(fā)控制器，與高壓觸發(fā)器電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述半橋逆變電路包括 第五開關(guān)管(M5)和第六開關(guān)管(M6)串聯(lián)；第三電容(C3)和第四電容(C4)串聯(lián)；之后，上述兩個串聯(lián)電路并聯(lián)后與整流濾波電路的輸出端連接；所述負(fù)載(RO)通過低通濾波電路連接于上述兩個串聯(lián)電路的中間節(jié)點之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的低通濾波電路包括與負(fù)載 (RO)并聯(lián)的濾波電容(CO)和與負(fù)載(RO)串聯(lián)的濾波電感(LO)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的半橋逆變電路還包括分 別與第五開關(guān)管(M5)和第六開關(guān)管(M6)并聯(lián)的第五二極管(D5)和第六二極管(D6)。
專利摘要本實用新型公開了一種用于高氣壓強度放電燈的電子鎮(zhèn)流器，包括整流濾波電路、高壓觸發(fā)器，其特征在于，還包括開關(guān)逆變器和控制單元；開關(guān)逆變器的輸入端與整流濾波電路的輸出端電連接，開關(guān)逆變器的輸出端與負(fù)載(R0)的輸入端電連接；控制單元與開關(guān)逆變器、高壓觸發(fā)器及負(fù)載(R0)電連接；所述的開關(guān)逆變器包括全橋逆變電路或半橋逆變電路；所述的控制單元包括電流處理器、電壓處理器和控制電路；電流處理器與控制電路電連接，電壓處理器與控制電路電連接。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)了軟開關(guān)的功能，效率高，主要適用于HID燈尤其是MH燈的控制，也可以應(yīng)用于純電阻負(fù)載、電感性負(fù)載、電容性負(fù)載以及輸出頻率為中、低頻的各種應(yīng)用場合。
文檔編號H05B41/288GK201601879SQ20092010704
公開日2010年10月6日 申請日期2009年5月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月21日
發(fā)明者陳熙鵬 申請人:北京萊斯達(dá)電子科技有限公司