CN100531504C

CN100531504C - 电子镇流器及其工作方法

Info

Publication number: CN100531504C
Application number: CNB2006100874082A
Authority: CN
Inventors: 杨龙兴
Original assignee: Jiangsu University of Technology
Current assignee: Nantong Weike Electrical Co. Ltd.; Jiangsu University of Technology
Priority date: 2006-06-09
Filing date: 2006-06-09
Publication date: 2009-08-19
Anticipated expiration: 2026-06-09
Also published as: CN1874642A

Abstract

本发明涉及一种电子镇流器及其工作方法，其具有半桥式电子镇流器，用于驱动荧光灯或HID灯发光；整流供电电路，与市交流电相连，用于向半桥式电子镇流器提供直流电源；还具有：中央控制电路，与半桥式电子镇流器的逆变频率控制端相连；电压取样电路，与中央控制电路的电压检测信号输入端相连；变压整流与稳压电路，与市交流电相连，用于向中央控制电路和电压取样电路提供电源；电压取样电路用于通过变压整流与稳压电路检测市交流电的电压波动；中央控制电路用于根据所述电压波动控制半桥式电子镇流器的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定。本发明的电子镇流器能提高荧光灯或HID灯的光效、防止频闪且亮度恒定。

Description

电子镇流器及其工作方法

技术领域

本发明涉及一种应用于荧光灯及高强度气体放电灯的电子镇流器及其工作方法。

背景技术

荧光灯及高强度气体放电灯(HID灯)是新型节能电光源，与其配套使用的镇流器常为电感式镇流器。电感式镇流器耗材大，工作在50～60Hz的频率下无功损耗大；同时造成荧光灯或HID灯光效低，易产生频闪且亮度随电网电压的变化而变化，影响灯具使用寿命，用于办公照明时不利于视力保护。

中国专利文献CN2579135Y公开了一种大功率电子镇流器，由滤波器、整流滤波电路，振荡电路、开关放大电路、短路保护电路、触发电路和触发振荡保护电路构成。中国专利文献CN 1625319A公开了一种用于使用具有相位调光电路的镇流器和放电灯进行相位调光放电照明的通用平台。中国专利文献CN2772180Y公开了一种电子镇流器，具有滤波电路、桥式整流电路、启动电路、功率因数校正电路、高频变换电路、低压直流电源、脉冲发生及驱动电路。上述电子镇流器应用于荧光灯或HID灯时，灯的亮度仍随电网电压的波动而产生变化，不利于使用者视力的保护。

发明内容

本发明的目的是提供一种与荧光灯或HID灯配套使用的、能提高光效、防止频闪且亮度恒定的电子镇流器及其工作方法。

为了实现上述目的，本发明设计了一种一种电子镇流器，具有半桥式电子镇流器，用于驱动荧光灯或HID灯发光；整流供电电路，与市交流电相连，用于向半桥式电子镇流器提供直流电源；中央控制电路，与半桥式电子镇流器的逆变频率控制端相连；电压取样电路，与中央控制电路的电压检测信号输入端相连；变压整流与稳压电路，与市交流电相连，用于向中央控制电路和电压取样电路提供电源；电压取样电路用于通过变压整流与稳压电路检测市交流电的电压波动；中央控制电路用于根据所述电压波动控制半桥式电子镇流器的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定。

上述技术方案中，半桥式电子镇流器包括两个场效应管和由扼流圈L1和灯丝预热通路电容C6组成的启动电路，以形成串联谐振回路；中央控制电路可通过场效应管控制启动电路产生串联谐振，直至将荧光灯或HID灯触发点亮，并通过场效应管控制加载在荧光灯或HID灯上的逆变频率。

上述技术方案中，半桥式电子镇流器还包括由电感L2和电容C5并联组成的变阻电路；变阻电路设于所述启动电路的串联谐振回路中。

上述技术方案中，荧光灯管或HID灯持续发光时，变阻电路的谐振频率

f_{0} = {(2 π \sqrt{L_{2} C_{5}})}^{- 1}

始终大于或始终小于所述半桥式电子镇流器产生的逆变频率。

上述技术方案中，所述启动电路的串联谐振回路中，还设有滤波电容；所述场效应管为VMOS场效应管。

上述技术方案中，中央控制电路包括中央控制器和与中央控制器的控制输出端相连的驱动电路，所述驱动电路的输出端分别与所述各场效应管的控制端相连。

上述技术方案中，所述驱动电路包括光电耦合隔离电路和预放大电路；中央控制器的控制输出端接光电耦合隔离电路的输入端，光电耦合隔离电路的输出端接预放大电路的信号输入端，预放大电路的信号输出端接所述场效应管的控制端。

上述电子镇流器的工作方法包括：①、中央控制电路控制半桥式电子镇流器中的两场效应管交替导通和截止，使启动电路产生串联谐振，从而产生逆变频率，直至将荧光灯管或HID灯触发点亮；②、中央控制电路经电压取样电路检测市交流电的电压波动，并根据所述电压波动控制半桥式电子镇流器的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定。

上述技术方案中，变阻电路的谐振频率始终大于所述半桥式电子镇流器产生的逆变频率；当测得市交流电压无波动时，中央控制电路通过所述半桥式电子镇流器的两场效应管保持逆变频率稳定，使荧光灯或HID灯发光亮度恒定；当测得市交流电压偏高时，中央控制电路通过所述两场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得市交流电压偏低时，中央控制电路控制所述两场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。

作为另一技术方案，变阻电路的谐振频率始终小于所述半桥式电子镇流器产生的逆变频率；当测得市交流电压无波动时，中央控制电路通过所述两场效应管保持逆变频率稳定，使荧光灯或HID灯发光亮度恒定；当测得市交流电压偏高时，中央控制电路通过所述两场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得市交流电压偏低时，中央控制电路控制所述两场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。

与现有技术相比，本发明具有以下积极效果：(1)本发明中，中央控制电路根据电压取样电路测得的电压波动控制半桥式电子镇流器的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定，防止了频闪、提高了光效。(2)本发明中，变阻电路为LC并联谐振电路，具有较高的Q值，只要选用合适的L2和C5，使逆变频率f大小始终在LC并联谐振的阻抗特性曲线的谐振点f一侧(即变阻电路的谐振频率f₀始终大于或始终小于半桥式电子镇流器产生的逆变频率f)，当几十KHz的逆变频率产生较小变化(如几Hz)时，变阻电路的阻抗急剧变化，其两端的电压就能有较明显的变化，从而保证荧光灯或HID灯两端的电压保持稳定，使其发光亮度恒定。(3)本发明中，采用VMOS场效应管，其全称为V型槽MOS场效应管；它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件；它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108Ω)、驱动电流小(左右0.1μA左右)，还具有耐压高(最高可耐压1200V)、工作电流大(1.5A～100A)、输出功率高(1～250W)、跨导的线性好、开关速度快、发热小等优良特性，适于本发明的电子镇流器产生逆变频率，以使荧光灯或HID灯正常工作。(4)扼流圈L1用于减少流过荧光灯或HID灯电流中的谐波含量，同时起分压作用；灯丝预热通路电容C6也是功率因素补偿电容。(5)本发明中，启动电路的串联谐振回路中设有滤波电容，起稳压、分压和电源滤波的作用，保证荧光灯或HID灯两端的电压保持稳定。(6)本发明的电子镇流器结构和控制方法简单、可靠，成本低廉。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1为本发明的电子镇流器的电路框图；

图2为本发明的电子镇流器的电路原理图；

图3(a)为图2中的半桥式电子镇流器中的启动电路、变阻电路和荧光灯L；图3(b)为变阻电路的阻抗特性曲线的示意图。

具体实施方式

实施例1

见图1，应用于荧光灯的电子镇流器，具有整流供电电路1、半桥式电子镇流器2、中央控制电路3、变压整流与稳压电路4和电压取样电路5。

见图2，整流供电电路1的中，镇流器的交流电输入端A和B与220V市交流电相连。

半桥式电子镇流器2的串联谐振回路包括2个VMOS场效应管VT1和VT2、由扼流圈L1和灯丝预热通路电容C6组成的启动电路、由电感L2和电容C5并联组成的变阻电路、滤波电容C1和C2。

中央控制电路3包括中央控制器(型号为P87LPC767的单片机IC1)和与中央控制器的控制输出端(即单片机IC1的P1.0端和P1.1端)相连的驱动电路，所述驱动电路分别与VMOS场效应管VT1的X1端和VT2的X2端(即半桥式电子镇流器2的逆变频率控制端)相连。所述驱动电路包括光电耦合隔离电路和预放大电路；光电耦合隔离电路包括光电耦合器Q1和Q2、电阻R5和R8；预放大电路包括三极管VT3和VT4、电阻R3、R4、R6和R7。

中央控制电路3可通过VMOS场效应管VT1和VT2控制启动电路产生串联谐振，直至将荧光灯触发点亮，并通过所述VMOS场效应管VT1和VT2控制加载在荧光灯上的逆变频率。

变压整流与稳压电路4中，变压器的初级线圈与220V市交流电相连，次级线圈与镇流器的输入端相连，镇流器的输出端依次设有滤波电解电容C3、稳压集成电路IC2和电容C4。电压取样电路5包括电阻R9、R10和滤波电容C7。电容C3的正极与电阻R9的一端相连，电阻R9的另一端串接电阻R10后接参考地，电容C7与电阻R10并联。电阻R9和R10的接点接单片机IC1的AD0端(即中央控制电路3的电压检测信号输入端)。稳压集成电路IC2的输出端接单片机电源端和驱动电路中光电耦合器Q1和Q2的电源端。预放大电路的电源由整流供电电路1提供。

见图3(a)、(b)，上述应用于荧光灯的电子镇流器的工作方法，包括：

①、单片机IC1的P1.0端和P1.1端交替输出高低电平，经所述驱动电路控制半桥式电子镇流器2中的两VMOS场效应管VT1和VT2交替导通和截止，使启动电路产生串联谐振并产生逆变频率，直至将荧光灯管触发点亮。②、变阻电路的谐振频率

f_{0} = {(2 π \sqrt{L_{2} C_{5}})}^{- 1}

始终大于所述半桥式电子镇流器2产生的逆变频率f；单片机IC1的AD0端通过电压取样电路5检测220V市交流电的电压波动；当测得市交流电压无波动时，单片机IC1的P1.0端和P1.1端交替输出高低电平，控制两VMOS场效应管交替导通和截止，使控制加载于荧光灯上的逆变频率保持稳定，以使荧光灯管持续发光。当测得市交流电压偏高时，单片机IC1相应提高其P1.0端和P1.1端交替输出的高低电平的频率，以通过所述两VMOS场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器2中变阻电路的作用下，加载于荧光灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得交流电压偏低时，单片机IC1相应降低其P1.0端和P1.1端交替输出的高低电平的频率，以通过所述两VMOS场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器2中变阻电路的作用下，加载于荧光灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。

半桥式电子镇流器2中的电流流动情况如图2中虚线和实线尖头所示。

见图2(a)，220V市交流电无波动时，U1为扼流圈上的压降，U2为变阻电路上的压降，U3为荧光灯管上的压降，U是U1、U2和U3之和。

220V市交流电的电压波动将直接影响整流供电电路1输出电压的高低，从而影响荧光灯的亮度，其中U3的高低直接影响荧光灯的亮度。

见图2(b)，图中的横轴表示半桥式电子镇流器2的逆变频率f，纵轴表示变阻电路的阻抗Z。单片机IC1的AD0端通过电压取样电路5测得220V市交流电无波动时，单片机IC1控制两VMOS开关管产生频率为f1(设为32KHz)驱动信号，此时，变阻电路的阻抗Z1为正常值，在变阻电路上产生的压降为U2，荧光灯正常发光；当市交流电高于220V时，整流供电电路1的输出上升，单片机IC1的AD0端通过电压取样电路5测得电压偏高，单片机IC1相应提高其P1.0端和P1.1端交替输出的高低电平的频率，以控制两VMOS开关管产生相应的逆变频率(大于f1小于f0)，此时，变阻电路的阻抗升高(大于Z1)，在变阻电路上产生的压降大于U2。见图2(b)，由于变阻电路为LC并联谐振电路，具有较高的Q值，只需比f1大几Hz(如8Hz)的频率变化，在变阻电路上的电压就能明显升高，与32KHz相比，几Hz的变化基本不改变电感L1上的电压U1的大小，也不会引起U3的变化，即U的变化将被U2的变化所抵消，故荧光灯发光亮度保持恒定。当市交流电压低于220V时，单片机IC1只需相应降低其P1.0端和P1.1端交替输出的高低电平的频率，就可使荧光灯发光亮度保持恒定。

实施例2

在实施例1的基础上，本实施例作如下变形，本实施例的电子镇流器及其工作方法可应用于HID灯。

应用于HID灯的电子镇流器的工作方法，包括：

①、单片机IC1的P1.0端和P1.1端交替输出高低电平，经所述驱动电路控制半桥式电子镇流器2中的两VMOS场效应管VT1和VT2交替导通和截止，使启动电路产生串联谐振并产生逆变频率，直至将荧光灯管或HID灯触发点亮。②、变阻电路的谐振频率始终小于所述半桥式电子镇流器2产生的逆变频率；中央控制电路3通过电压取样电路5检测市交流电的电压波动；当测得市交流电压无波动时，单片机IC1的P1.0端和P1.1端交替输出高低电平，控制两VMOS场效应管交替导通和截止，使控制加载于荧光灯上的逆变频率保持稳定，以使荧光灯管或HID灯发光亮度恒定。当测得市交流电压偏高时，中央控制电路3通过所述两场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器2中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得市交流电压偏低时，中央控制电路3控制所述两场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器2中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。

Claims

1、一种电子镇流器，具有

半桥式电子镇流器(2)，用于驱动荧光灯或HID灯发光；

整流供电电路(1)，与市交流电相连，用于向半桥式电子镇流器(2)提供直流电源；

其特征在于还具有：

中央控制电路(3)，与半桥式电子镇流器(2)的逆变频率控制端相连；

电压取样电路(5)，与中央控制电路(3)的电压检测信号输入端相连；

变压整流与稳压电路(4)，与市交流电相连，用于向中央控制电路(3)和电压取样电路(5)提供电源；

电压取样电路(5)用于通过变压整流与稳压电路(4)检测市交流电的电压波动；中央控制电路(3)用于根据所述电压波动控制半桥式电子镇流器(2)的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定。

2、根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：半桥式电子镇流器(2)包括两个场效应管和由扼流圈L1和灯丝预热通路电容C6组成的启动电路，以形成串联谐振回路；中央控制电路(3)可通过场效应管控制启动电路产生串联谐振，直至将荧光灯或HID灯触发点亮，并通过场效应管控制加载在荧光灯或HID灯上的逆变频率。

3、根据权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于：半桥式电子镇流器(2)还包括由电感L2和电容C5并联组成的变阻电路；变阻电路设于所述启动电路的串联谐振回路中。

4、根据权利要求2或3的电子镇流器，其特征在于：荧光灯管或HID灯持续发光时，变阻电路的谐振频率

f_{0} = {(2 π \sqrt{L_{2} C_{5}})}^{- 1}

始终大于或始终小于所述半桥式电子镇流器(2)产生的逆变频率。

5、根据权利要求4的电子镇流器，其特征在于：所述启动电路的串联谐振回路中，还设有滤波电容；所述场效应管为VMOS场效应管。

6、根据权利要求5所述的电子镇流器，其特征在于：中央控制电路(3)包括中央控制器和与中央控制器的控制输出端相连的驱动电路，所述驱动电路的输出端分别与所述各场效应管的控制端相连。

7、根据权利要求6所述的电子镇流器，其特征在于：所述驱动电路包括光电耦合隔离电路和预放大电路；中央控制器的控制输出端接光电耦合隔离电路的输入端，光电耦合隔离电路的输出端接预放大电路的信号输入端，预放大电路的信号输出端接所述场效应管的控制端。

8、一种电子镇流器的工作方法，包括：

①、中央控制电路(3)控制半桥式电子镇流器(2)中的两场效应管交替导通和截止，使启动电路产生串联谐振，从而产生逆变频率，直至将荧光灯管或HID灯触发点亮；

②、中央控制电路(3)经电压取样电路(5)检测市交流电的电压波动，并根据所述电压波动控制半桥式电子镇流器(2)的逆变频率，以使荧光灯或HID灯发光亮度恒定。

9、根据权利要求8所述的电子镇流器的工作方法，其特征在于：变阻电路的谐振频率始终大于所述半桥式电子镇流器(2)产生的逆变频率；当测得市交流电压无波动时，中央控制电路(3)通过所述半桥式电子镇流器(2)的两场效应管保持逆变频率稳定，使荧光灯或HID灯发光亮度恒定；当测得市交流电压偏高时，中央控制电路(3)通过所述两场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器(2)中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得市交流电压偏低时，中央控制电路(3)控制所述两场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器(2)中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。

10、根据权利要求8所述的电子镇流器的工作方法，其特征在于：变阻电路的谐振频率始终小于所述半桥式电子镇流器(2)产生的逆变频率；当测得市交流电压无波动时，中央控制电路(3)通过所述两场效应管保持逆变频率稳定，使荧光灯或HID灯发光亮度恒定；当测得市交流电压偏高时，中央控制电路(3)通过所述两场效应管降低逆变频率，在半桥式电子镇流器(2)中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定；当测得市交流电压偏低时，中央控制电路(3)控制所述两场效应管提高逆变频率，在半桥式电子镇流器(2)中变阻电路的作用下，加载于荧光灯或HID灯上的电压保持稳定且发光亮度恒定。