專利名稱:高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及一種高強(qiáng)度氣體放電燈用電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù):
高強(qiáng)度氣體放電燈具有光效高、壽命長(zhǎng)、功率大、價(jià)廉等很多優(yōu)點(diǎn),特別適用于車 站、碼頭、廣場(chǎng)、道路交通等需要大功率、大面積照明的地方,是目前大功率、大面積照明的優(yōu) 選電光源。但是,傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器功率因數(shù)很低,無(wú)功損耗巨大,而一般的電子鎮(zhèn)流器功率 因數(shù)也不高(PF <0.98),諧波含量(THD)也超標(biāo)(THD > 10%),雖然目前有些電子鎮(zhèn)流器 采用單片機(jī)進(jìn)行了恒功率控制,然而卻存在著電路復(fù)雜,可靠性較差和價(jià)格偏高等諸多缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種電路簡(jiǎn)單、成本低、維護(hù)方便的高 功率因數(shù)(PF > 0. 99)、低諧波含量(THD < 10% )、能實(shí)現(xiàn)恒功率輸出的電子鎮(zhèn)流器。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是一種高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流 器,包括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振 蕩驅(qū)動(dòng)電路、諧振電路和保護(hù)電路;該功率因數(shù)校正及升壓電路與濾波整流電路的輸出端 耦接;輔助電源電路與功率因數(shù)校正及升壓電路連接,用于分別向采樣電路、保護(hù)電路和振 蕩驅(qū)動(dòng)電路提供直流電;采樣電路的輸入端與功率因數(shù)校正及升壓電路耦接,用于采集功 率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)以及高強(qiáng)度氣體放電燈的燈電流信號(hào);逆變電路與 采樣電路的第一輸出端耦接;振蕩驅(qū)動(dòng)電路和諧振電路均與逆變電路耦接;保護(hù)電路分別 與功率因數(shù)校正及升壓電路和振蕩驅(qū)動(dòng)電路耦接;該電子鎮(zhèn)流器還包括一恒功率控制電 路,該恒功率控制電路與保護(hù)電路耦接;該恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電 路和供電電路;磁放大器的初級(jí)繞組與諧振電路串聯(lián),該磁放大器的控制繞組的一端與磁 放大器控制電路耦接,另一端與供電電路耦接;采樣電路的第二輸出端輸出一與采樣的燈 電流成正比的控制電信號(hào),磁放大器控制電路根據(jù)該控制電信號(hào),控制流過(guò)控制繞組的直 流電流相對(duì)于燈電流成反比例變化。本實(shí)用新型利用了磁放大器組成恒功率控制電路,簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),且成本低廉,
可靠性高。
圖1是本實(shí)用新型高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的原理框圖;圖2是本實(shí)用新型的恒功率控制電路的原理框圖;圖3是本實(shí)用新型高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做出進(jìn)一步說(shuō)明。[0010]參考圖1,本實(shí)用新型的高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器,包括濾波整流 電路1、功率因數(shù)校正及升壓電路2、輔助電源電路3、采樣電路4、逆變電路5、恒功率控制電 路7、諧振電路8、振蕩驅(qū)動(dòng)電路9和保護(hù)電路11。其中,整流濾波電路1用于將輸入的市電 整流為脈動(dòng)直流電,并平滑濾波。功率因數(shù)校正及升壓電路2與濾波整流電路1的輸出端 耦接,用于提高電路的功率因數(shù)。輔助電源電路3與功率因數(shù)校正及升壓電路2連接,用于 分別向采樣電路4、振蕩驅(qū)動(dòng)電路9和保護(hù)電路11提供直流電。采樣電路4的輸入端與功 率因數(shù)校正及升壓電路2耦接,用于采集功率因數(shù)校正及升壓電路2的輸出電壓信號(hào)和高 強(qiáng)度氣體放電燈的燈電流信號(hào)。逆變電路5與采樣電路4的第一輸出端耦接,用于將輸入 的直流電壓轉(zhuǎn)為高頻方波電壓。諧振電路8和振蕩驅(qū)動(dòng)電路9均與逆變電路5耦接。諧振 電路8與高強(qiáng)度氣體放電燈連接,向高強(qiáng)度氣體放電燈提供點(diǎn)火電壓。保護(hù)電路11分別與 功率因數(shù)校正及升壓電路2、恒功率控制電路7和振蕩驅(qū)動(dòng)電路9耦接。在圖3所示出的本 實(shí)用新型的一種實(shí)施方式中,逆變電路5采用了半橋逆變電路,振蕩驅(qū)動(dòng)電路9用于驅(qū)動(dòng)和 控制半橋逆變電路的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管交替導(dǎo)通和截止。為了消除半橋逆變電路的磁偏現(xiàn)象,可 在逆變電路5與諧振電路之間8之間設(shè)置一隔直流電路6,隔直流電路6的輸入端與半橋逆 變電路耦接,輸出端與諧振電路8耦接。本實(shí)用新型的逆變電路5還可采用全橋逆變電路, 當(dāng)采用全橋逆變電路時(shí),則可以不設(shè)置隔直流電路。如圖2所示,恒功率控制電路7進(jìn)一步包括磁放大器71、磁放大器控制電路72和 供電電路73。該磁放大器71的初級(jí)繞組與諧振電路8串聯(lián),磁放大器71的控制繞組的一 端與磁放大器控制電路72耦接,另一端與供電電路73耦接。采樣電路4的第二輸出端輸 出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號(hào),磁放大器控制電路72根據(jù)該控制電信號(hào),控制 流過(guò)磁放大器71的控制繞組的直流電流相對(duì)于上述燈電流成反比例變化。圖3是本實(shí)用新型高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的一個(gè)具體實(shí)施方 式的電路圖。如圖所示,交流市電由輸入端N、L輸入,通過(guò)熱敏電阻NTC1、壓敏電阻Rv抑 制浪涌電壓、電流后,經(jīng)電容器C1、電感器L1、電容器C2、C3、C4組成的高通濾波器濾波,再 經(jīng)全橋整流器D1-4整流后成為脈動(dòng)直流,該脈動(dòng)直流經(jīng)電容器C5進(jìn)一步高頻濾波。功率因數(shù)校正及升壓電路2主要包括APFC (Active Power Factor Correction) 控制芯片IC1、電感器L2、場(chǎng)效應(yīng)管G1、二極管D8和電容器C11,該功率因數(shù)校正及升壓電 路2可進(jìn)行有源濾波、功率因數(shù)校正、升壓和低頻濾波,從而輸出平滑、穩(wěn)定的直流電壓供 逆變電路5使用。其中,場(chǎng)效應(yīng)管G1在APFC控制芯片IC1的控制下進(jìn)行導(dǎo)通和截止,從而 達(dá)到提高功率因數(shù)的目的。在輸入為160-265V的交流電壓下,電容C11所輸出的直流電壓 在400V左右。輔助電源電路3主要包括兩個(gè)三端穩(wěn)壓芯片IC4、IC5。三端穩(wěn)壓芯片IC4輸出15V 的直流電壓,供給保護(hù)電路11中的運(yùn)算放大器A1、半橋逆變電路驅(qū)動(dòng)控制芯片IC2。三端 穩(wěn)壓芯片IC5輸出5V的直流電壓,供給采樣電路4和運(yùn)算放大器A1的偏置電路。在本實(shí) 用新型中,采樣電路4優(yōu)選采用一霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3,該霍爾閉環(huán)直流電流傳感 器L3的輸入端IN采集功率因數(shù)校正及升壓電路2的輸出電壓信號(hào)高強(qiáng)度氣體放電燈的燈 電流信號(hào),輸出端0UT1(即采樣電路的第一輸出端)輸出一直流電壓供逆變電路5使用;輸 出端0UT2(即采樣電路的第二輸出端)輸出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號(hào),該電 信號(hào)被送到保護(hù)電路11中的運(yùn)算放大器A1的同相輸入端進(jìn)行放大。[0015]逆變電路5主要包括場(chǎng)效應(yīng)管G2、G3、二極管D12、D13、電容器C22、C23以及隔離 變壓器TBI。半橋逆變電路5在振蕩驅(qū)動(dòng)電路9的驅(qū)動(dòng)下工作。振蕩驅(qū)動(dòng)電路9主要包括 半橋逆變電路驅(qū)動(dòng)控制芯片IC2以及由Q1、Q2、Q3和Q4組成的圖騰柱式驅(qū)動(dòng)電路。在本實(shí) 用新型的一實(shí)施方式中,半橋逆變電路驅(qū)動(dòng)控制芯片IC2采用了型號(hào)為T(mén)L494的集成電路 芯片,該款芯片的原設(shè)計(jì)為脈寬調(diào)制開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源使用,但脈寬調(diào)制必然會(huì)大大增大波峰 比(即峰值電流和有效值電流之比),而波峰比在電光源上是有嚴(yán)格限制的。因此,申請(qǐng)人 在實(shí)際應(yīng)用時(shí)取消了脈寬調(diào)制的功能,只使半橋逆變電路驅(qū)動(dòng)控制芯片IC2輸出具有一定 死區(qū)時(shí)間、相位差180°的二路驅(qū)動(dòng)信號(hào),再經(jīng)由圖騰柱式驅(qū)動(dòng)電路由隔離變壓器TBl驅(qū)動(dòng) 場(chǎng)效應(yīng)管G2和G3。在其它實(shí)施方式中,也可采用半橋逆變電路專用驅(qū)動(dòng)器芯片,如IR2155 等驅(qū)動(dòng)半橋逆變電路。隔直流電路6由電容器C24構(gòu)成。恒功率控制電路7的磁放大器71的初級(jí)繞組L4-1與由鎮(zhèn)流線圈L5和電容器C28 組成的諧振電路8串聯(lián),并在電容器C28上輸出功率,點(diǎn)亮高強(qiáng)度氣體放電燈。磁放大器控 制電路72包括NPN晶體管Q5、NPN晶體管Q6、PNP晶體管Q7、電阻R32、R33、R34、R35。NPN 晶體管Q5的基極經(jīng)二極管D17和電阻R38與保護(hù)電路11中的運(yùn)算放大器Al的輸出端耦 接,NPN晶體管Q5的基極輸入電壓大小與霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端0UT2(采 樣電路4的第二輸出端)輸出的控制電信號(hào)大小成正比,集電極與NPN晶體管Q6的基極耦 接,發(fā)射極接地。NPN晶體管Q6的集電極與PNP晶體管Q7的基極耦接,發(fā)射極與PNP晶體 管Q7的集電極共接后接地;電阻R32的一端與NPN晶體管Q5的基極耦接,另一端接地。電 阻R33的一端與NPN晶體管Q6的基極耦接,另一端接地。電阻R35的一端與NPN晶體管Q6 的基極耦接,另一端與電阻R36串接后與磁放大器的控制繞組L4-2的一端耦接,磁放大器 的控制繞組的L4-2的另一端與PNP晶體管Q7的發(fā)射極耦接。電阻R34跨接在NPN晶體管 Q6的集電極與PNP晶體管Q7的發(fā)射極之間。恒功率控制電路7的供電電路73包括輔助繞 組L5-2、橋式整流電路D24-27、熱敏電阻NTC2、電容器C25、C27、瞬變抑制二極管D14、濾波 電感L5-3、電阻R65和三端穩(wěn)壓芯片IC6。輔助繞組L5-2從鎮(zhèn)流線圈L5取電,經(jīng)整流、濾 波、穩(wěn)壓后向控制繞組L4-2供電。工作時(shí),由于高強(qiáng)度氣體放電燈的負(fù)阻效應(yīng)或者調(diào)換燈管等情況,假設(shè)高強(qiáng)度氣 體放電燈的阻抗變低,其燈電流必然增大,霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端0UT2輸出 的控制電信號(hào)必然增大,致使運(yùn)算放大器Al的同相端輸入電壓上升,運(yùn)算放大器Al的輸出 端電位也上升,NPN晶體管Q5的基極輸入電壓增加,使NPN晶體管Q5的導(dǎo)通量增大,而NPN 晶體管Q6的導(dǎo)通量減小,PNP晶體管Q7的導(dǎo)通量也減小,通過(guò)磁放大器的控制繞組L4-2 的直流電流減小,導(dǎo)致磁放大器的初級(jí)繞組L4-1的電感量增加,使燈電流減小,電容器C28 的輸出功率減小,反之亦然,這樣就達(dá)到了恒功率控制的目的。當(dāng)電容器Cll輸出的電壓如 增大時(shí),霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端OUTl輸出的電壓信號(hào)也增大,由可變電阻器 W3取出的電壓信號(hào)增大,同時(shí)通過(guò)或門(mén)電路(由DlO和Dll組成)加到運(yùn)算放大器Al的 同相端,其工作過(guò)程如同上述。這種電路的突出優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、可靠、價(jià)格低廉。保護(hù)電路11包括主要由運(yùn)算放大器A3、A4組成窗口檢測(cè)電路以及主要由運(yùn)算放 大器A2構(gòu)成、實(shí)現(xiàn)亮關(guān)暗開(kāi)的自控電路。上述窗口檢測(cè)電路可實(shí)現(xiàn)過(guò)壓、欠壓、過(guò)流、燈異 常等保護(hù),其工作原理是當(dāng)過(guò)流時(shí),二極管D9的輸出電壓必然增大,導(dǎo)致運(yùn)算放大器A3同 相端的電位增大,其輸出信號(hào)使可控硅SCR導(dǎo)通,整機(jī)停止工作。過(guò)電壓,燈異常等保護(hù)工作原理與此大致相同。當(dāng)輸入電壓的下限超出窗口檢測(cè)電路的下限時(shí),運(yùn)算放大器A4的輸 出觸發(fā)可控硅SCR,整機(jī)也停止工作。這種自鎖式保護(hù)的好處是一旦線路有故障,即自鎖,可 靠地保護(hù)了電子鎮(zhèn)流器和燈管。自控電路的工作原理是,黎明后光照增加,光敏電阻RD的 阻值減小,當(dāng)運(yùn)算放大器A2同相端的電位高于反相端時(shí),其輸出高電位,使NPN晶體管Q8、 Q9導(dǎo)通,輔助電源電路3失壓不工作,整機(jī)處于關(guān)閉狀態(tài),燈不亮。當(dāng)黃昏到來(lái),光敏電阻 RD的阻值增加,使運(yùn)算放大器A2同相端的電位低于反相端的設(shè)定電位時(shí),運(yùn)算放大器A2輸 出低電位,NPN晶體管Q8、Q9截止,APFC控制芯片IC1啟動(dòng),輔助電源電路3輸出電壓(同 時(shí)功率因數(shù)校正及升壓電路2也進(jìn)入正常工作狀,輸出400V電壓),半橋逆變電路驅(qū)動(dòng)控制 芯片IC2工作,驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管G2和G3。在實(shí)際應(yīng)用中,運(yùn)算放大器A1、A2、A3、A4是集成在 一集成電路芯片IC3上。如果將光敏電阻Rd換成熱敏電阻Rt,則可實(shí)現(xiàn)過(guò)熱保護(hù),工作原 理與上述相同。為了節(jié)約電源,本實(shí)用新型電子鎮(zhèn)流器還設(shè)有一計(jì)時(shí)電路10,計(jì)時(shí)電路10耦接于 磁放大器控制電路72,用于在計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到一預(yù)定的時(shí)間時(shí),使磁放大器控制電路72控制 流過(guò)控制繞組L4-2的直流電流為零。該計(jì)時(shí)電路10主要由一計(jì)時(shí)芯片IC7組成,計(jì)時(shí)芯 片IC7由輔助電源電路3供電。當(dāng)黃昏到來(lái),NPN晶體管Q9關(guān)閉,功率因數(shù)校正及升壓電路 啟動(dòng),因APFC控制芯片IC1的VCC端(8腳)得電,APFC控制芯片IC1芯片啟動(dòng),產(chǎn)生400V 高壓及輔助供電電壓,使電子鎮(zhèn)流器的其它電路部分得電而工作。工作后計(jì)時(shí)芯片IC7即 開(kāi)始計(jì)時(shí),到達(dá)設(shè)定的時(shí)間(如6-8小時(shí))后,計(jì)時(shí)芯片IC7的3腳輸出一個(gè)主電位,使NPN 晶體管Q5徹底導(dǎo)通,PNP晶體管Q7完全截止,磁放大器的初級(jí)繞組L4-1的電感量達(dá)到最 大,使高強(qiáng)度氣體放電燈在某設(shè)定光照(例如70% )下工作,進(jìn)一步節(jié)省電能,并大大延長(zhǎng) 了高強(qiáng)度氣體放電燈燈管的壽命。本領(lǐng)域技術(shù)人員可顯見(jiàn),可對(duì)本實(shí)用新型的上述示例性實(shí)施例進(jìn)行各種修改和變 型而不偏離本實(shí)用新型的精神和范圍。因此,旨在使本實(shí)用新型覆蓋落在所附權(quán)利要求書(shū) 及其等效技術(shù)方案范圍內(nèi)的對(duì)本實(shí)用新型的修改和變型。
權(quán)利要求一種高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器,包括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振蕩驅(qū)動(dòng)電路、諧振電路和保護(hù)電路;所述功率因數(shù)校正及升壓電路與所述濾波整流電路的輸出端耦接;所述輔助電源電路與功率因數(shù)校正及升壓電路連接,用于分別向所述采樣電路、所述保護(hù)電路和所述振蕩驅(qū)動(dòng)電路提供直流電;所述采樣電路的輸入端與功率因數(shù)校正及升壓電路耦接,用于采集功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)以及高強(qiáng)度氣體放電燈的燈電流信號(hào);所述逆變電路與采樣電路的第一輸出端耦接;所述振蕩驅(qū)動(dòng)電路和所述諧振電路均與逆變電路耦接;所述保護(hù)電路分別與所述功率因數(shù)校正及升壓電路和所述振蕩驅(qū)動(dòng)電路耦接;其特征在于,所述電子鎮(zhèn)流器還包括一恒功率控制電路,該恒功率控制電路與所述保護(hù)電路耦接;該恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電路和供電電路;所述磁放大器的初級(jí)繞組與所述諧振電路串聯(lián),該磁放大器的控制繞組的一端與所述磁放大器控制電路耦接,另一端與所述供電電路耦接;所述采樣電路的第二輸出端輸出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號(hào),所述磁放大器控制電路根據(jù)該控制電信號(hào),控制流過(guò)所述控制繞組的直流電流相對(duì)于所述燈電流成反比例變化。
2.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,所述逆變電路為半橋逆變電路;該電子鎮(zhèn)流器還包括一隔直流電路,該隔直流電路設(shè)置在所述半橋逆變電路與所述諧 振電路之間,隔直流電路的輸入端與半橋逆變電路耦接,輸出端與諧振電路耦接。
3.如權(quán)利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,所述隔直流電路由一電容器組成。
4.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,該電子鎮(zhèn)流器還包括計(jì)時(shí)電路,耦接于所述磁放大器控制電路,用于在計(jì)時(shí)時(shí)間達(dá)到一預(yù)定的時(shí)間時(shí),使磁 放大器控制電路控制流過(guò)所述控制繞組的直流電流為零。
5.如權(quán)利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,所述采樣電路包括一霍爾閉環(huán)直流 電流傳感器。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一項(xiàng)所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,所述磁放大器控制 電路包括第一 NPN晶體管(Q5)、第二 NPN晶體管(Q6)、PNP晶體管(Q7)、第一電阻(R32)、 第二電阻(R33)、第三電阻(R35)和第四電阻(R34);所述第一 NPN晶體管(Q5)的基極輸入 電壓大小與所述采樣電路的第二輸出端輸出的控制電信號(hào)大小成正比,集電極與第二 NPN 晶體管(Q6)的基極耦接,發(fā)射極接地;所述第二 NPN晶體管(Q6)的集電極與PNP晶體管 (Q7)的基極耦接,發(fā)射極與PNP晶體管(Q7)的集電極共接后接地;所述第一電阻(R32)的 一端與第一 NPN晶體管(Q5)的基極耦接,另一端接地;所述第二電阻(R33)的一端與第二 NPN晶體管(Q6)的基極耦接,另一端接地;所述第三電阻(R35)的一端與第二 NPN晶體管 (Q6)的基極耦接,另一端與第五電阻(R36)串接后與磁放大器的控制繞組的一端耦接,磁 放大器的控制繞組的另一端與PNP晶體管(Q7)的發(fā)射極耦接;所述第四電阻(R34)跨接在 NPN晶體管(Q6)的集電極與PNP晶體管(Q7)的發(fā)射極之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器,其特征在于,所述采樣電路的第一輸出端輸出一 與采樣的功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)成正比的控制電信號(hào),所述磁放大器控 制電路根據(jù)該與采樣的功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)成正比的控制電信號(hào),控 制流過(guò)所述控制繞組的直流電流相對(duì)于所述功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)成反比例變化。
專利摘要一種高強(qiáng)度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器,包括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振蕩驅(qū)動(dòng)電路、恒功率控制電路、諧振電路和保護(hù)電路。采樣電路采集功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號(hào)及高強(qiáng)度氣體放電燈的燈電流信號(hào),逆變電路與采樣電路的第一輸出端耦接。恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電路和供電電路。磁放大器的初級(jí)繞組與諧振電路串聯(lián),控制繞組的一端與磁放大器控制電路耦接,另一端與供電電路耦接。磁放大器控制電路根據(jù)采樣電路的第二輸出端輸出的與采樣燈電流成正比的控制電信號(hào),控制流過(guò)控制繞組的電流相對(duì)于燈電流成反比例變化。本實(shí)用新型簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu),且成本低廉。
文檔編號(hào)H05B41/288GK201750614SQ201020507080
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
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