CN100586247C - 双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器 - Google Patents

Abstract

设有双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器，包括滤波、整流、逆变、输出、灯预热启动、取样和保护电路，其特征在于还设有功率因数第一校正电路和第二校正电路，放电灯的两端设有降低波峰比电路。它的功率因数高达0.99，电源电流波形畸变10%左右，灯电流波峰比最佳可到1.5，预热启动，当灯出现异常状态时自动保护。本发明工作可靠，电磁兼容性好，节能，结构简单，制造成本低，广泛用于气体放电灯的镇流。

Description

双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器

技术领域

本发明涉及控制放电灯用高频电子镇流器，特别是指一种设有双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器。

背景技术

控制放电灯用高频电子镇流器比起电感式的已被市场认可，特别是节能效果明显。由于电子镇流器由半导体元件构成，采用大电容器滤波，并且工作于高频频段，再加上放电灯是一个负电阻器件，难免出现线路功率因数降低，输入电流波形畸变增大，灯电流波峰比又与线路功率因数是一对难解的矛盾，当放电灯出现异常状态时最容易损坏半导体元件，所有这些都使一般专业技术人员感到棘手。如目前市场上流行的逐流式和双泵式电子镇流器，虽然可靠性高，但其输入电流畸变要达到IEC929或GB/T15144标准中的L类要求是困难的，而且波峰比大都超过1.7的规定，导致放电灯两端提前发黑。

为此，美国MOTO ROLA公司专门设计一种有源滤波电路的电子镇流器，选用了集成电路MC 34262，MOS管，升压脉冲变压器和大容量滤波电容器等。这类产品虽然解决了高功率因数与低波峰比这一对矛盾，但付出的代价是电路复杂，造价高，缺乏市场竞争力。

比较接近本发明的背景技术是专利号为0080016，荷兰皇家菲利浦电子有限公司申请的《有功率因数校正功能的灯用电子镇流器》发明专利，所设计的一种低频至高频的功率转换器是这样描述的：它包括直流电源电路，半桥逆变器、负载电路和高频电容，其特征在于负载电路用来传输第一高频电流，它连接在所述输出节点和所述直流测端子之一之间，高频电容用来为第二高频电流提供通路，所述高频电容连接在所述交流侧端子之一和沿着所述负载电路有所述高频电压的位置之间，使得所述高频电容在所述高频电压每一个周期的第一部分期间从所述交流侧端子接收能量，而在所述高频电压每一个周期的不同部分期间所述高频电容把能量传输给所述蓄能电容。从上述权项1的描述中不难看出：点燃放电灯用高频能量都在每个周期第一部分期间从交流电源中接收，高频能量每个周期的不同部分流过高频电容把能量传输给所述直流电源相关联的蓄能电容。由于这种蓄能电容器是一种介质损耗大的电解电容器构成，这种环境下工作发热是显而易见的，个别的导致炸裂；再说灯的高频电流也同时通过高频电容窜入交流电源，要实现电磁兼容，滤波器的设计必须相当讲究，材料成本相应上升。该说明书附图7是其线电流的模拟曲线，虽然THD仅为4.7％，但其正弦电流的中段夹带高次谐波含量是不小的，这说明有相当大的高频电流窜入电网。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的缺点，提供一种电磁兼容性好，具有异常状态保护，低成本，设有双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器。

本发明包括滤波电路、整流电路、逆变电路、输出电路外接放电灯，所述的输出电路与逆变电路之间依次设有取样电路和异常保护电路，其特征在于所述的整流电路与逆流电路之间设有第一校正电路，其中两模块F₁、F₂串联，其上端接整流电路的正电源，下端接负电源，中间接点与所述放电灯的接线端子B极相连接，整流电路的正电源还串接隔离二极管和高频扼流电感器，两者之间的接点接有电容器C₇的正极，其负极接整流电路的负电源，所述的逆变电路与放电灯之间还接有第二校正电路，它由模块F₃构成，一端接在逆变电路的正电源上，另一端接在放电灯的接线端子B点，所述的放电灯的两个接线端子A、B上并联降低波峰电路，它由电容器C₁₄构成。

本发明设有双重的功率因数第一校正电路和第二校正电路，并配合降低波峰电路，使功率因数提高到0.97-0.99，输入电流畸变降至10％左右，而放电灯的电流波峰比同时降至1.5以下。滤波电路、取样电路和异常保护电路的加入，使本发明的电磁兼容性好，符合国内外有关技术标准的要求，当电源电压升高，放电灯开路或损坏时，自动进入保护状态，直到故障排除恢复正常工作，可靠性优良，可与带有源滤波电路的电子镇流器相媲美，但是本发明结构简单，价格低廉是明显的。

附图说明

图1为本发明的电原理框图；

图2为本发明的电源理图；

图3为本发明输入端电压电流波形。

具体实施方式

参见附图1和附图2。本发明是一种设有双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器，包括滤波电路1、整流电路2、逆变电路4、输出电路6外接放电灯7，所述的输出电路6与逆变电路4之间依次设有取样电路9和异常保护电路10，所述的整流电路2与逆变电路4之间设有第一校正电路3，其中两模块F₁、F₂串联，其上端接整流电路2的正电源，下端接负电源，中间接点与所述放电灯7的接线端子B极相连接，整流电路2的正电源还串接隔离二极管D₅和高频扼流电感器L₂，两者之间的接点接有电容器C₇的正极，其负极接整流电路2的负电源，所述的逆变电路4与放电灯7之间还接有第二校正电路5，它由模块F₃构成，一端接在逆变电路4的正电源上，另一端接放电灯7的接线端子B点，所述的放电灯7的两个接线端子A、B上并联降低波峰电路8，它由电容器C₁₄构成。所述的模块F₁和F₂是由一个电容器与一个二极管反向并联而成，二极管的负极向上，接高电位，其正极向下，接低电位，所述的模块F₃是一个电容器构成。另一种实施方式中，模块F1、F2中反向并联的二极管可以取消，这时少量高频能量无法反馈至电源，功率因数校正的作用也有所减小，效果不如前一个实施方式。

所述的放电灯7的两个接线端子A′、B′上接有放电灯预热电路，依次串联电容器C₁₅、压敏电阻器RV₂和热敏电阻器RT。所述的取样电路9由两电阻器R₁₀、R₁₁串联构成，中间接点接二级管D₁₂的正极，其负极接滤波电容器C₁₆，当放电灯7出现异常状态时，电容器C₁₆上取得信号电压迅速增大。所述的异常保护电路10接有可控硅sCR，其阳极通过电阻器R₁接电感L₂的正电源输出端，阴极接整流电路2的负电源，其控制极通过限流电阻器R₂接双向触发二极管D₁₁，二极管D₆的负极接可控硅sCR的阳极，其正极接二极管D₁₀，异常保护电路10还设有三极管Q₃，其集电极接在所述的逆变电路4的开关管Q₂的基极上，发射极接整流电路2的负电源，基极通过限流电阻器R₈接双向触发二极管D₁₁，双向触发二极管D₁₁的另一端与二极管D₁₂的负极相连接。所述的逆变电路4中的触发电阻器R₉一端接在所述的放电灯7的接线端子B′上，另一端通过双向触发二极管D₁₀连接到所述的开关管Q₂的基极。所述的滤波电路1由差模电感器L₀和共模电感器L₁串联而成，从输入到输出依次并联有电容器C₀、C₁、C₂和C₃串联、C₄，压敏电阻器RV₁与电容C₀相并联。

一般地说，所述滤波电路1的L相输入端串联保险丝F，C₂和C₃串联的中间接点接地。所述的逆变电路4是一个半桥式振荡器，它由开关管Q₁和Q₂串联而成，基极回路接有脉冲变压器T₁，三个绕组的同名端按常规接法，中间绕组的输出端接输出电路6，它是一个镇流电感器L₃，L₃的另一端与所述的放电灯7的接线端子A相连。电阻器R₄、R₅分别串联在开关管Q₁、Q₂的发射极回路中，稳定其工作状态。电阻器R₆、R₇串接在Q₁、Q₂的基极回路中，起限流作用。电容器C₁₁、C₁₂分别并联在Q₁、Q₂的基射极，起消振作用。电阻器R₃、电容器C₁₀和二极管D₈分别与Q₁的集电极与发射极回路相并联，作相位补偿。触发电容器C₉的上端接在D₁₀与R₉的接点上，下端接整流电路2的负电源。滤波电容器C₈并联在所述逆变电路4的正负电源供给端。

本发明的电子镇流器是这样工作的。

通电后，滤波电路1将半桥式振荡器工作时产生的差模共模信号衰减至FCC的B级标准规定值，同时也把外电网的干扰脉冲衰减到最低限度，保证其安全工作。整流电路2由二极管D₁、D₂、D₃、D₄按桥式联接，它输出的是脉动直流电，经D₅隔离后由C₇滤波成平滑的直流电，使逆变电路能平稳地工作。逆变电路4是电子镇流器中大量采用的成熟线路，它输出的是方波电压，经L₃镇流供给放电灯7的电流接近三角波，含有丰富的高次谐波，通过C₁₄的积分作用，降低了波峰比，在电容器C₇的配合下，其波峰比最佳可调到1.5以下。提高功率因数，降低电源电流畸变主要是第一校正电路3和第二校正电路5的相辅相成。流经放电灯7的高频电流极大部分通过第一校正电路3中的F₁、F₂，由于D₅的隔离和L₂的扼流，放电灯7的工作电流极大部分从整流电路2的电源端直接提取，使二级管D₁-D₄的导通角增大，有效降低电源电流的畸变。如图3所示，其输入电压、电流基本同相。第二校正电路5中的F₃与C₁₄、L₃串联后接在逆变电路4输出端，构成振荡回路，设计F₃内的电容器容量，可使本发明功率因数达到0.99。

电阻器R₉通过放电灯7的阴极提供触发电流，当灯开路或阴极断丝时，触发二级管D₁₀得不到足够电能使其工作，逆变电路4也随之不工作而得到保护。当放电灯7出现异常状态时，如前所述，电容器C₁₆上的电位上升至触发管D₁₁的阈值，它输出一个异常保护信号脉冲，分别通过R₂使三极管Q₃导通，开关管Q₂强迫被关断。同时通过R₈触发可控硅SCR也导通，触发电容器C₉上的电荷经过二极管D₆被箝位至零，触发二极管D₁₀被锁定无法正常工作，整个电子镇流器耗电量小于0.3WV。只要故障不排除，始终进入保护状态，当灯管的异常状态消除后，重新开机，本发明的电子镇流器才启动工作。

本发明所述的连接在放电灯7的A′-B′两个接线端子上的电容器C₁₅、RV₂和RT是一个预热启动电路。开机时，由于降低波峰电路8中的电容器C₁₄容量小，当F₃和L₃的串联回路产生谐振时，与之并联的放电灯7两端产生1KV左右高压，压敏电阻器RV₂立即被击穿，高频电流大量通过B-B′→C₁₅→RV₂→RT→A′-A，这样，放电灯7的两个阴极被加热。经过1-2S后，热敏电阻器RT到达75℃以上，瞬间开路，预热终止，放电灯7的两个阴极间电压跳跃到启辉电压，放电灯7由辉光放电至弧光放电，两端电压又降至正常管电压，压敏电阻RV₂恢复常态，热敏电阻器RT不再被加热，也减少阴极电流负担，等效于电感式镇流器中的双金属片式启辉器。实验表明，本发明的灯管寿命平均延长一倍以上，还具有节能效果，平均少耗电1W左右。

综上所述，诸多实施方式是对本发明方案予以说明的，对于本领域技术人员能够在本发明的精神和范围内作些修改，例如双极型三极管改为场效应管，模块F₁、F₂可以是快恢复二极管构成。所有这些的结构上稍有变化，仍将不会脱离本发明的范围。因此，权利要求书的意图应包括属于本发明构思范围内的所有改进及等同替代。

Claims (6)

1、设有双重功率因数校正的低波峰比电子镇流器，包括滤波电路(1)、整流电路(2)、逆变电路(4)、输出电路(6)外接放电灯(7)，所述的放电灯(7)两端各有一个电极，一个电极外接的接线端子是A-A′，另一个电极外接的接线端子是B-B′，所述的输出电路(6)与逆变电路(4)之间依次设有取样电路(9)和异常保护电路(10)，其特征在于所述的整流电路(2)与逆变电路(4)之间设有第一校正电路(3)，第一校正电路(3)中两模块F₁、F₂串联，F₁上端接整流电路(2)的正电源，F₂下端接整流电路(2)负电源，中间接点与所述放电灯(7)的接线端子B极相连接；整流电路(2)的正电源还串接隔离二极管D₅和高频扼流电感器L₂，隔离二极管D₅和高频扼流电感器L₂之间的接点接有电容器C₇的正极，C₇负极接整流电路(2)的负电源，所述的逆变电路(4)与放电灯(7)之间还接有第二校正电路(5)，它由模块F₃构成，一端接在逆变电路(4)的正电源上，另一端接在放电灯(7)的接线端子B，所述的放电灯(7)的两个接线端子A、B上并联降低波峰电路(8)，它由电容器C₁₄构成；所述的模块F₁和F₂是由一个电容器与一个二极管反向并联而成，二极管的负极向上，接高电位，二极管的正极向下，接低电位，所述的模块F₃是一个电容器构成。

2、根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的放电灯(7)的两个接线端子A′、B′上接有放电灯预热电路，依次串联电容器C₁₅、压敏电阻器RV₂和热敏电阻器RT。

3、根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的取样电路(9)由两电阻器R₁₀、R₁₁串联，中间接点接二级管D₁₂的正极，二级管D₁₂的负极接滤波电容器C₁₆正极，C₁₆负极接整流电路(2)的负电源，当放电灯(7)出现异常状态时，电容器C₁₆上取得信号电压迅速增大。

4、根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的异常保护电路(10)接有可控硅SCR，可控硅SCR阳极通过电阻器R₁接电感器L₂的正电源输出端，阴极接整流电路(2)的负电源，可控硅SCR控制极通过限流电阻器R₂接双向触发二极管D₁₁的一端，二极管D₆的负极接可控硅SCR的阳极，二极管D₆正极接二极管D₁₀，异常保护电路(10)还设有三极管Q₃，三极管Q₃集电极接在所述的逆变电路(4)的开关管Q₂的基极上，发射极接整流电路(2)的负电源，基极通过限流电阻器R₈接双向触发二极管D₁₁的一端，双向触发二极管D₁₁的另一端与二极管D₁₂的负极相连接。

5、根据权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于所述的逆变电路(4)中的触发电阻器R₉一端接在所述的放电灯(7)的接线端子B′上，另一端通过双向触发二极管D₁₀连接到所述的开关管Q₂的基极。

6、根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的滤波电路(1)由差模电感器L₀和共模电感器L₁串联，从输入到输出依次并联有电容器C₀、电容器C₁、电容器C₂和电容器C₃的串联电路、电容器C₄，压敏电阻器RV₁与电容器C₀相并联。

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