CN100521859C - 变频预热可重启动带异常保护的荧光灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子节能照明电光源技术领域，具体是一种变频预热可重启动带异常保护的荧光灯电子镇流器。设有金属外壳和抑制电源电磁干扰EMI滤波器、电源桥堆整流电路、有源功率因数校正升压变换器APFC、MOSFET半桥或全桥逆变器、灯管负载电路，在通用自振荡IC芯片设有变频预热可重启动带异常保护控制电路、使其荧光灯启动先经过阴极预热、频率由高变低过渡，进入点火引燃灯管发光三个阶段的软启动步骤来延长灯管使用寿命，变频预热重启动异常保护多种功能熔融一体的控制电路，功能齐全，与专用器件相比成本显著降低，具有很好的性能价格比。

Description

变频预热可重启动带异常保护的荧光灯电子镇流器

技术领域

本发明涉及电子节能照明电光源技术领域，具体是一种变频预热可重启动带异常保护的荧光灯电子镇流器。

背景技术

目前，广为使用的荧光灯属于阴极预热启动型电光源，不少广告宣传电子镇流器常以“一点即亮”的快速启动方式作为优点来宣扬，其实这正是阴极预期热式荧光灯电子镇流器一大缺陷，荧光灯在启动之前因其阴极周围的附近空间电荷是非常稀薄，如是快速启动则对灯管阴极的灯丝、灯管两端同时施加电压和电流，阴极发射材料远远未达到高于700℃的热电了发射状态，而高压不可能在短的时间内将灯管电离击穿，产生辉光放电过渡到弧光放电，引起荧光灯的阴极发射物质的严重溅射，使其灯管两端的灯丝周围管壁发黑，过早损坏，造成灯管使用寿命大大缩短。现有技术中荧光灯预热启动普遍采用PTC热敏电阻的方式，结构简单、价廉，但存在主要问题是一致性和可靠性差。此外，电子镇流器因是与荧光灯功率规格配套工作的，使用过程中因某种原因出现各种异常状况时，电子镇流器不能因此而损坏，由于灯管规格错装，灯与镇流器接触不良、灯管漏气、灯丝断开等，电子镇流器不采取相应的保护措施，会导致损坏，现有技术异常保护主方案虽有多种，如限流保护、过流保护、过压保护等类型，其电路大多是分别单独设计和安装的，欠缺综合保护的功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种通用自振荡IC芯片频率可变预热软启动，在灯管与镇流器规格不配或灯接触不良或器件过热等异常状态，停振保护电路器件不受损坏，排除故障后能恢复工作的变频预热可重启动带异常保护荧光灯电子镇流器。

本发明技术解决方案，设有金属外壳和抑制电源电磁干扰EMI滤波器、电源桥堆整流电路、有源功率因数校正升压变换器APFC、自振荡驱动器IC、MOSFET半桥或全桥逆变器、灯管负载电路、由连接灯管的导线穿过一个小磁环，在该磁环上绕有升压线圈并经二极管检波、RC滤波的灯负载电流检测器、在逆变功率开关管或其散热器上设置PN结IC温度传感的超温检测器和供控制电路的直流稳压电源，该电子镇流器电路的连接方式是在电网交流电源进入整流电路之前插入抑制电源电磁干扰EMI滤波器，电源桥堆整流电路输出接入有源功率因数校正压变换器APFC，供控制电路的直流稳压电源引自有源功率因数校正压变换器APFC的电感器高频脉冲电压，经整流、滤波、稳压接入自振荡驱动器IC。自振荡驱动器IC还设有变频预热可重启动带异常保护控制电路，它是由逆变器输入/输出电压比较触发器、两个单限电压比较器、变频电容切换等效开关、双限电压比较器、电流开关、参考电压组成，其中，逆变器输入/输出电压比较触发器、经串行的两个单限电压比较器、电流开关接入自振荡驱动器IC的频率控制端CT，同时，单限电压比较器接入参考电压，变频电容切换等效开关一端接电源，另一端连接在两个串行的单限电压比较器之间，还有一端并接在自振荡驱动器IC的频率控制端CT，双限电压比较器分别接入灯负载电流检测器和超温检测器及参考电压，供控制电路的直流稳压电源接入变频预热可重启动带异常保护控制电路的电源端Vcc，变频预热可重启动带异常保护控制电路的输入分别接有源功率因数校正压变换器APFC的输出电压、MOSFET半桥或全桥逆变器输出电压。

本技术方案是在通用荧光灯镇流器自振荡脉冲驱动器芯片IC6的振荡频率控制端采用开关电路变频预热的技术，是对镇流器输出端灯负载LC串联谐振电路阻抗发生改变，使其荧光灯启动先经过阴极预热、频率由高变低过渡，进入点火引燃灯管发光三个阶段的软启动步骤来延长灯管使用寿命，具有变频时间可控，与热敏电阻预热方式相比工作稳定可靠，与专用器件相比成本显著降低。本镇流器异常保护设有过压、过流、过热多种电路，功能齐全，重启动电路是建立在排除故障，解除灯管异常状态的保护为条件下，电子镇流器电路才能恢复通电正常运行工作，因此变频预热重启动异常保护多种功能熔融一体的控制电路，具有很好的性能价格比。

附图说明

图1是本发明电子镇流器电路框图。

图2是变频预热重启动异常保护控制电路框图。

图3是变频预热开关电路原理等效图。

图4是实施例1变频预热重启动异常保护控制电路图。

图5是实施例2变频预热电路及原理等效图。

参照图1，它设有金属外壳和抑制电源电磁干扰EMI滤波器2、电源桥堆整流电路3、有源功率因数校正升压变换器APFC4、自振荡驱动器IC6、MOSFET半桥或全桥逆变器7、灯管负载电路9，自振荡驱动器IC6还设有变频预热可重启动带异常保护控制电路8、供控制电路的直流稳压电源5，该电子镇流器电路的连接方式是在电网交流电源1进入整流电路3之前插入抑制电源电磁干扰EMI滤波器2，电源桥堆整流电路3输出接入有源功率因数校正压变换器APFC4，供控制电路的直流稳压电源5引自有源功率因数校正压变换器APFC4的电感器高频脉冲电压，经整流、滤波、稳压分别接入自振荡驱动器IC6、变频预热可重启动带异常保护控制电路8的电源端Vcc，变频预热可重启动带异常保护控制电路8的输入分别接有源功率因数校正压变换器APFC4的输出电压、MOSFET半桥或全桥逆变输出电压7、灯负载电流检测器88、超温检测器89输出信号，其输出接自振荡驱动器IC6的频率控制端C_T。

参照图2、图3，变频预热过程的三阶软启动步骤是：其一，接通电源，初始时间为t₀，单限电压比较器82、86输入端电阻开始对电容充电，并与参考电压比较后，单限电压比较器82其输出为H，而单限电压比较器86输出则略高于0，并且变频电容切换等效开关83在电源Vcc反偏处于截止状态，即K1、K2开路，自振荡IC6的C_T端只有C2定时，频率较高，远离灯负载LC谐振频率输出电压较低，只对灯阴极进行预热；其二，经过时间t₁，单限电压比较器82的电阻对电容充电不断增加，但未达到最大值，，其输出还是为H，而开关83仍处在电源Vcc反偏下，K1、K2开路，仍仅C2定时，单限电压比较器86所设电阻对电容充时间常数较小，输出变为L，电流开关87接通自振荡IC6的C_T端，呈低阻抗，其频率过渡变为较低；其三，当时间为t2，单限电压比较器82的电阻对电容充足最大值时，输出变为L，而单限电压比较器86输出则变为H，电流开关87输出为0电流，开关83变为正偏导通，K1、K2接通，C1并接C2，自振荡IC6频率变低，接近灯负载LC谐振频率，使其谐振产生高压点火，灯管气体电离击穿，灯被启动点燃发光。

逆变器输入/输出电压比较触发器81接入APFC4输出直流电压，并接入经高频检波输出的负压，正常工作时，两个电压比较处于平衡，其输出接近于0，这时，灯负载电流检测器88输出的电压或超温检测器89输出电压正好落到双限电压比较器86设定的窗口电压内，其输出为高电平H，自振荡IC6进入稳态的低频振荡，灯正常发光照明。当灯管9一端接触不良或灯丝断路、短路、灯管漏气出现异常状态，逆变器7高频电压幅值偏高或APFC4输出直流电压偏低使逆变器输入/输出电压比较触发器81处于失衡状态，这时单限电压比较器83输出L跳变为H，而单限电压比较器86输出H跳变为L，电流开关87为通态或通断交替，自振荡IC6的C_T端呈低阻抗，IC6停振，防止逆变器7功率开关管过压而损坏，起到保护作用。

灯管9与镇流器输出功率规格不配，灯负载电流检测器88输出电压超出双限电压比较器86窗口电压极限值，则电路输出为低电平L，电流开关87接通或间断变化自振荡IC6的C_T端，相当于并接低阻抗电阻，IC6停振，电路处于异常保护状态。当逆变器7功率开关管过热，超温检测器89输出电压超出双限电压比较器86窗口电压极限值，电路保护工作与前相同。

在灯故障或异常排除后，逆变器输入/输出电压比较触发器81输出电压处于正常状态，可触发重新启动，其步骤仍按变频预热三阶软启动进行。

灯负载电流检测器88，它是经小磁环磁路感应灯管9的电流，二极管峰值检波，其输出接入双限电压比较器85，具有电路很简单，检测灵敏高的特点。

超温检测器89，采用半导体PN结IC热传感，实时检测逆变器7功率开关管的超温热量，其输出接入双限电压比较器85，结构小巧，测量精度高。

具体实施方法

本发明实施例1，它设有金属外壳和抑制电源电磁干扰EMI滤波器2、电源桥堆整流电路3、有源功率因数校正升压变换器APFC4、自振荡驱动器IC6、MOSFET半桥或全桥逆变器7、灯管负载电路9，自振荡驱动器IC6还设有变频预热可重启动带异常保护控制电路8、供控制电路的直流稳压电源5，该电子镇流器电路的连接方式是在电网交流电源1进入整流电路3之前插入抑制电源电磁干扰EMI滤波器2，电源桥堆整流电路3输出接入有源功率因数校正压变换器APFC4，供控制电路的直流稳压电源5引自有源功率因数校正压变换器APFC4的电感器高频脉冲电压，经整流、滤波、稳压分别接入自振荡驱动器IC6、变频预热可重启动带异常保护控制电路8的电源端Vcc，变频预热可重启动带异常保护控制电路8的输入分别接有源功率因数校正压变换器APFC4的输出电压、MOSFET半桥或全桥逆变输出电压7、灯负载电流检测器88、超温检测器89输出信号，其输出接自振荡驱动器IC6的频率控制端C_T。

图4是实施例1变频预热重启动异常保护控制电路图，IN1端接APFC输出电压，其电压信号经电阻R1、R2、VD2至VT1的基极，同时，IN2端接逆变器输出高频信号经检波二极管VD1至VT1，达到逆变器的输入/输出电压比较，VT1输出经单限电压比较器A1、A2、电流开关VT2基极、VD7接入自振荡器IC的C_T端，单限电压比较器A1、A2、输入分别设有RC充放电电路，其充电时间常数A1>A2，振荡定时电容C4、C5与变频切换等效开关VD5、VD6相接，它在电源Vcc反向偏置下并由A1输出驱动接在IC的C_T端，IN3是双限电压比较器A3、A4的输入端，连接灯负载电流检测器和超温检测器输出信号，其输出经电流开关VT2射极、VD7接入自振荡器IC的CT端，单限电压比较器A1、A2和双限电压比较器A3、A4输入接有R8、R9、R10由电源Vcc分压而成的参考电压，图中R11是振荡器IC的R_T端定时电阻，它与定时电容C4、C5决定振荡频率。

本实施例荧光灯镇流器电路配置双灯管，镇流器外壳采用铝合金冲压制成和两级EMI滤波器有较强的抑制振荡谐波电磁辐射干扰和传导干扰的电磁兼容性EMC，交流电网电源电压在85-275V范围内，APFC预调整变换器输出直流电压稳定在400V，适应于全球电网电压使用，输入电流总谐波失真THD<10％，镇流器电路因数λ≥0.99，灯电流波峰系数<1.5，镇流器输出功率规格分别有32W、36W、58W、110W，工作效率η≥90％以上，自振荡器IC预热频率68kHz，灯管变频阴极预热时间0.6-IS，变频过渡时间0.3-0.5S，稳态谐振频率32kHz灯启动点火引燃发光，故障试验灯负载各项异常状态的保护，电路能正常工作。逆变器功率开关发出的热量超过85℃以后，超温检测信号切断其输出，当温度降到50℃左右时，电路恢复工作，灯将重新启动。

本发明实施例2，电路技术方案与实施例1相同，而不同的是变频预热电路采用如图5所示，电路通电时，R2对VT1零偏置使其截止，IC的C_T端由R3与电容C1与C2串联定时，其振荡频率为75kHz，远离灯负载谐振频率输出电压较低，对灯阴极进行预热，这时电源Vcc经电阻R1对C1充电，经过一定的预热时间，随着C1电荷充足，VD1被击穿，VT1饱和导通，等效开关K1接通，被短路接地，定时电容只有C1参与工作，振荡频率变低为38kHz，与灯负载LC频率发生谐振，产生高压将灯启动点燃，完成灯变频预热软启动功能。图中IC的H₀、L₀引脚是驱动功率逆变器的端子，R4是VT1的负载电阻。本发明实施例1的变频预热电容切换采用并联的工作方式，而实施例2则采用串联的方式，可见，变频工作可以有多种方式的。本发明电路设计合理，集变频预热、重启动和异常检测保护多功能为一体化，各项技术指标达到高标准要求，且采用通用元器件，造价成本低，有较大的应用前景。

Claims (1)

1.一种变频预热可重启动带异常保护的荧光灯电子镇流器，设有金属外壳和抑制电源电磁干扰EMI滤波器、电源桥堆整流电路、有源功率因数校正升压变换器APFC、自振荡驱动器IC、MOSFET半桥或全桥逆变器、灯管负载电路、由连接灯管的导线穿过一个小磁环，在该磁环上绕有升压线圈并经二极管检波、RC滤波的灯负载电流检测器、在逆变功率开关管或其散热器上设置PN结IC温度传感的超温检测器和供控制电路的直流稳压电源，该电子镇流器电路的连接方式是在电网交流电源进入整流电路之前插入抑制电源电磁干扰EMI滤波器，电源桥堆整流电路输出接入有源功率因数校正压变换器APFC，供控制电路的直流稳压电源引自有源功率因数校正压变换器APFC的电感器高频脉冲电压，经整流、滤波、稳压接入自振荡驱动器IC，其特征在于：自振荡驱动器IC还设有变频预热可重启动带异常保护控制电路，它是由逆变器输入/输出电压比较触发器、两个单限电压比较器、变频电容切换等效开关、双限电压比较器、电流开关、参考电压组成，其中，逆变器输入/输出电压比较触发器、经串行的两个单限电压比较器、电流开关接入自振荡驱动器IC的频率控制端CT，同时，单限电压比较器接入参考电压，变频电容切换等效开关一端接电源，另一端连接在两个串行的单限电压比较器之间，还有一端并接在自振荡驱动器IC的频率控制端CT，双限电压比较器分别接入灯负载电流检测器和超温检测器及参考电压，供控制电路的直流稳压电源接入变频预热可重启动带异常保护控制电路的电源端Vcc，变频预热可重启动带异常保护控制电路的输入分别接有源功率因数校正压变换器APFC的输出电压、MOSFET半桥或全桥逆变器输出电压。

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