CN101141842A - 电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子镇流器，包括整流滤波电路、高压触发器，还包括开关逆变器和控制单元，开关逆变器将整流滤波电路输出的直流电转换为与负载的电气特性相匹配的电压和电流，并将其变换为中、低频方波信号，用于驱动负载的运行；开关逆变器包括全桥逆变电路，或者包括半桥逆变电路，将DC/DC和DC/AC两级变换用一级DC/AC变换完成，使电路变得简单；控制单元采用PWM控制技术实现了特性匹配和逆变两个功能，并实现了软开关的功能，使得效率非常高；本发明主要适用于HID灯尤其是MH灯的控制，也可以应用于纯电阻负载、电感性负载、电容性负载以及输出频率为中、低频的各种应用场合。

Description

电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种电流控制转换装置，尤其涉及一种电子镇流器。

背景技术

近来，HID(高气压强度放电)灯在家庭与商业照明领域受到了越来越多的关注，在各种HID灯中，MH(金属卤化物)灯由于具有色温好、发光效率高、亮度稳定以及寿命长等优点成为最受欢迎的光源。由于MH灯的增量电阻为负，必须将镇流器与灯相串联，否则灯的电流将失去控制。传统方法用一个电感，称为电磁型镇流器，驱动MH灯，但是电磁型镇流器有许多缺点，如效率低、笨重、体积大、功率因数低等。

HID灯一般工作在8kHz～100kHz频率范围内，容易发生声共振。为了消除“声共振”通常采用低频技术，低频技术是指电子镇流器的输出电压和电流的波形均是低频方波信号，即电子镇流器用低频方波信号驱动HID灯。目前，这种电子镇流器的结构框图如图1所示，包括全波整流器、DC/DC变换器、DC/AC逆变器和高压触发器。基本工作原理是：整流器对220V、50Hz的交流市电进行全波整流并为DC/DC变换器供电；DC/DC变换器将整流器的输出电压变换成MH灯所需的、时变的电压和电流，并对其进行实时分段线性控制，使之与灯的电气特性相匹配。DC-AC逆变器，将直流变换为中、低频方波信号。高压触发器提供了HID灯启动时所需的触发高压。这种电子镇流器在照明领域已被广泛认同。但是，这种拓扑结构的缺点是环节太多，效率低，EMI(Electro Magnetic Interference：电磁干扰)大。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、效率高的电子镇流器。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的电子镇流器，包括整流滤波电路，用于对普通交流电进行整流、滤波；还包括高压触发器，用于为负载(R0)提供启动时的高压触发信号，其特征在于，所述的电子镇流器还包括开关逆变器和控制单元；

所述开关逆变器接收整流滤波电路输出的直流电，并将接收到的直流电转换为与负载(R0)的电气特性相匹配的电压和电流，并将直流电变换为中、低频方波信号，用于驱动负载(R0)的运行；

所述控制单元用于控制电子镇流器的运行。

所述的开关逆变器包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括由第一开关管(M1)和第二开关管(M2)串联组成的低频臂，及由第三开关管(M3)和第四开关管(M4)串联组成的高频臂，所述低频臂与高频臂并联后与整流滤波电路的输出端连接；

所述负载(R0)通过低通滤波电路连接于低频臂与高频臂的中间节点之间。

所述的低通滤波电路包括与负载(R0)并联的滤波电容(C0)和与负载(R0)串联的滤波电感(L0)。

所述的全桥逆变电路还包括分别与第一开关管(M1)、第二开关管(M2)、第三开关管(M3)和第四开关管(M4)并联的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，用于为负载(R0)和滤波电感(L0)提供无功能量反馈通道。

所述的第三开关管(M3)和第四开关管(M4)分别并联有第一电容(C1)和第二电容(C2)，用于实现开关管(M3、M4)的零电压关断。

所述的控制单元包括：

电流处理器，用于检测负载(R0)的电流，并进行处理；

电压处理器，用于检测负载(R0)的电压，并进行处理；

控制电路，用于接收电流处理器和电压处理器传来的电信号，并根据接收到的信号控制电子镇流器的运行。

所述的控制电路包括：

脉冲宽度调变PWM控制器，用于输出需要宽度的脉冲信号；

T1触发器，用于接收PWM控制器输出的调宽频率的脉冲信号，并将所述脉冲信号形成两路互为反相的高频信号(V3、V4)；

M3驱动器、M4驱动器，分别用于接收T1触发器输出的互为反相的高频信号(V3、V4)，并分别控制第三开关管(M3)和第四开关管(M4)的运行；

分频器，用于接收PWM控制器输出的固定频率的脉冲信号，进行处理后输出一个中、低频信号；

T2触发器，用于接收分频器输出的中、低频信号，并将所述中、低频信号形成两路互为反相的中、低频信号信号(V1、V2)；

M1驱动器、M2驱动器，分别用于接收T2触发器输出的互为反相的中、低频信号(V1、V2)，并分别控制第一开关管(M1)和第二开关管(M2)的运行；

启动控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)启动阶段所需脉冲信号的宽度；

恒功率控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)恒功率运行阶段所需脉冲信号的宽度；

转换开关(S)，用于实现启动控制器与恒功率控制器之间的转换；

选择状态控制器，用于控制转换开关(S)的转换，并控制启动控制器的运行；

触发控制器，用于控制高压触发器的运行。

所述的开关逆变器包括半桥逆变电路，所述半桥逆变电路包括：

第五开关管(M5)和第六开关管(M6)串联；

第三电容(C3)和第四电容(C4)串联；之后，

上述两个串联电路并联后与整流滤波电路的输出端连接；

所述负载(R0)通过低通滤波电路连接于上述两个串联电路的中间节点之间。

所述的低通滤波电路包括与负载(R0)并联的滤波电容(C0)和与负载(R0)串联的滤波电感(L0)。

所述的半桥逆变电路还包括分别与第五开关管(M5)和第六开关管(M6)并联的第五二极管(D5)和第六二极管(D6)，用于为负载(R0)和滤波电感(L0)提供无功能量反馈通道。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的电子镇流器，由于包括开关逆变器和控制单元，开关逆变器将整流滤波电路输出的直流电转换为与负载的电气特性相匹配的电压和电流，并将其变换为中、低频方波信号，用于驱动负载的运行；开关逆变器包括全桥逆变电路，或者包括半桥逆变电路，将DC/DC和DC/AC两级变换用一级DC/AC变换完成，使电路变得简单；控制单元采用PWM控制技术实现了特性匹配和逆变两个功能，并实现了软开关的功能，使得效率非常高；主要适用于HID灯尤其是MH灯的控制，也可以应用于纯电阻负载、电感性负载、电容性负载以及输出频率为中、低频的各种应用场合。

附图说明

图1为现有技术电子镇流器的结构框图；

图2为本发明电子镇流器的结构框图；

图3为全桥逆变电路的电路原理图；

图4为全桥逆变电路的控制波形原理图；

图5为全桥逆变电路的调压等效电路原理图；

图6为HID灯的电气特性图；

图7为控制单元的结构框图；

图8起动控制器电路原理图；

图9恒功率控制器电路原理图；

图10为半桥逆变电路的电路原理图；

图11为半桥逆变电路的控制波形原理图；

图12为半桥逆变电路的调压等效电路原理图；

图13为临界模式时全桥逆变电路主要波形图；

图14为临界模式时半桥逆变电路主要波形图；

图15为全桥逆变电路Buck-ZVC(软开关降压)等效电路原理图；

图16为全桥逆变电路中开关管M3、M4开启过程的主要波形图；

图17为开关管M3、M4开启过程中的等效拉式变换电路原理图；

图18为开关管M3、M4关断过程中的等效拉式变换电路原理图。

具体实施方式

本发明较佳的具体实施方式如图2所示，包括整流滤波电路，用于对普通交流电进行整流、滤波；还包括高压触发器，用于为负载R0提供启动时的高压触发信号，还包括开关逆变器和控制单元，

开关逆变器接收整流滤波电路输出的直流电，并将接收到的直流电转换为与负载R0的电气特性相匹配的电压和电流，之后将直流电变换为中、低频方波信号，用于驱动负载R0的运行；这里的负载R0主要是针对MH(金属卤化物)灯，也可以是其它纯电阻负载、电感性负载以及输出频率为工频的各种应用场合下的负载。

控制单元用于控制电子镇流器的运行。通过检测MH灯的端电压和电流控制MH灯的启动与运行。

开关逆变器包括逆变电路，逆变电路有两种：一种是全桥逆变电路，另一种是半桥逆变电路。

如图3所示，全桥逆变电路包括由第一开关管M1和第二开关管M2串联组成的低频臂，及由第三开关管M3和第四开关管M4串联组成的高频臂，低频臂与高频臂并联后与整流滤波电路的输出端连接；负载R0通过低通滤波电路连接于低频臂与高频臂的中间节点之间。

所述低通滤波电路包括与负载R0并联的滤波电容C0和与负载R0串联的滤波电感L0，其中滤波电感L0工作在不连续导电模式或电流双向流动模式，保证高频臂中开关管M3、M4实现零电压开启。

全桥逆变电路还包括分别与第一开关管M1、第二开关管M2、第三开关管M3和第四开关管M4并联的第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，用于为负载R0和滤波电感L0提供无功能量反馈通道。

第三开关管M3和第四开关管M4还分别并联有第一电容C1和第二电容C2，用于实现开关管M3、M4的零电压关断。

全桥逆变电路由控制单元控制，实现逆变功能、调压功能和匹配功能，其工作原理是这样的：

第一开关管M1、第二开关管M2分别由驱动信号V1、V2驱动；第三开关管M3和第四开关管M4分别由驱动信号V1、V2驱动。

逆变功能的实现：如图4所示，输入电压可等效为直流U_i，驱动信号V1、V2为中、低频脉冲信号(频率低于1kHz)，互为反相；V3、V4为高频信号(频率大于20kHz)互为反相，由于V1、V2的频率与V3、V4的频率相差很大，所以V3、V4称为载波信号，或高频信号，当M1导通时，电压U₀为正；M2导通时，电压U₀为负，改变极性，从而实现逆变。

调压功能的实现：因为M1与M2、M3与M4完全对称，V3、V4的频率远远高于V1、V2的频率，所以我们只研究V1导通，V2截止的情况。

这时等效电路如图5所示，属于Buck(降压)电路。根据伏秒平衡原理可以求得

$\frac{U_0}{U_i}=\frac{T_{\mathrm{on}}}{T}=D---\left(1\right)$

由式(1)可知，通过改变高频信号的占空比D可以改变输出电压，完成调压的功能。

匹配功能的实现：HID灯的典型的电气特性分为三个区，如图6所示，

当t＜t1时为未触发区；当t1＜t＜t2为起动区；当t＞t2为恒功率区。

①未触发区的控制：

在未触发区，HID灯相当于开路，灯的端电压就是镇流器的输出电压，灯的电流和功率均为零。当高压触发器的输出电压达到灯的触发电压Uk时，灯内气体原子得到足够的能量而电离并产生许多电子-离子对，参与导电，形成辉光放电。

这一阶段，控制单元需要完成如下两个功能：一是控制高压触发器开始工作，同时在灯触发后控制高压触发器停止工作；二是控制电子镇流器的输出电压保持在300伏左右。

②起动区的控制：

在起动过程中，灯的电气特性如下：灯的电流近似以指数规律逐渐下降，灯的电压逐渐上升，灯的耗散功率不断增加，等效电阻逐渐下降。为了适应灯的电气特性，M3和M4的控制规律为，只有电流反馈控制且参考控制量以指数规律下降。

③恒功率区的控制：

当灯的电气特性达到稳态后，电压和电流基本保持不变，其等效电阻为一个近似恒定值。需要采用恒功率控制。本专利提出的恒功率控制技术是，保持灯端电压与电流的乘积等于额定功率，但以电流为主控量。即灯的功率发生变化，主要通过调节灯的电流实现恒功率控制。

上述的控制过程是通过控制单元来实现的，如图7所示，控制单元包括：

电流处理器，用于检测负载(R0)的电流，并进行处理；

电压处理器，用于检测负载(R0)的电压，并进行处理；

控制电路，用于接收电流处理器和电压处理器传来的电信号，并根据接收到的信号控制电子镇流器的运行。

所述的控制电路包括：

PWM(脉冲宽度调变)控制器，用于输出需要宽度的脉冲信号；

T1触发器，用于接收PWM控制器输出的调宽频率的脉冲信号，并将所述脉冲信号形成两路互为反相的高频信号(V3、V4)；

M3驱动器、M4驱动器，分别用于接收T1触发器输出的互为反相的高频信号(V3、V4)，并分别控制第三开关管(M3)和第四开关管(M4)的运行；

分频器，用于接收PWM控制器输出的固定频率的脉冲信号，进行处理后输出一个中、低频信号；

T2触发器，用于接收分频器输出的中、低频信号，并将所述中、低频信号形成两路互为反相的中、低频信号信号(V1、V2)；

M1驱动器、M2驱动器，分别用于接收T2触发器输出的互为反相的中、低频信号(V1、V2)，并分别控制第一开关管(M1)和第二开关管(M2)的运行；

启动控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)启动阶段所需脉冲信号的宽度；

恒功率控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)恒功率运行阶段所需脉冲信号的宽度；

转换开关(S)，用于实现启动控制器与恒功率控制器之间的转换；

选择状态控制器，用于控制转换开关(S)的转换，并控制启动控制器的运行；

触发控制器，用于控制高压触发器的运行。

控制单元实现控制的原理是这样的：

PWM控制器输出的调宽频率的脉冲信号的宽度与输入电压成正比例变化。T1触发器将PWM控制器的输出信号进行二分频并形成两路互为反相的信号V3、V4，这两路信号经M3、M4驱动器控制主电路的两个高频开关M3和M4。PWM控制器输出的固定频率的信号经过分频器后得到一个中、低频信号。T2触发器将这个中、低频信号进行二分频并形成两路互为反相的信号V1、V2送至M1、M2驱动器，控制低频开关M1和M2。

电压处理器包括灯端电压采样网络、整流器、滤波器，其输入信号为灯的端电压Ulamp-中、低频交流信号，其输出电压U01-近似于直流电压，U01正比于Ulamp的幅值。

灯电流处理器包括电流采样网络、整流器和滤波器，其输入信号为灯的电流Ilamp-中、低频交流信号，其输出电压为U02，U02正比于Ilamp的幅值。

在开机瞬间，触发控制器输出一个宽度固定的脉冲信号，使得高压触发器开始工作，为HID灯提供一个高压触发信号。

起动控制器如图8所示。在图中A1为误差放大器。控制信号P2控制指数电压发生器是否工作。当P2为高电平时，指数电压发生器以指数规律衰减，并为误差放大器A1提供一个参数电压。这样控制M3和M4的脉冲宽度将以指数规律下降，实现了镇流器的输出特性与HID灯的电气特性匹配。

恒功率控制器如图9所示。其中除法器的作用是用一个固定电压与U01和U02的乘积相除，使得输出信号U03正比于U01、U02即正比于输出功率。这个信号经过PWM控制器后，其输出信号的宽度能够保持灯的恒功率运行。

状态控制器有两路输入信号U01和U02，两路输出信号分别为P1和P2。

当状态控制器检测到灯的端压有一个负跃变且灯电流有一正跃变时，P2发出信号，使得起动控制器中的指数发生器开始工作，同时P1发生信号使开关S位于①位置。整个控制器进入起动控制阶段。

当状态控制器检测到灯的端电压和电流达到75～80％的额定值时，P1发出信号，使开关S位于②位置。控制器进入恒功率控制阶段。

另一种逆变电路是半桥逆变电路。

如图10所示，所述半桥逆变电路包括：

第五开关管M5和第六开关管M6串联；

第三电容C3和第四电容C4串联；之后，

上述两个串联电路并联后与整流滤波电路的输出端连接；负载R0通过低通滤波电路连接于上述两个串联电路的中间节点之间。

所述低通滤波电路包括与负载R0并联的滤波电容C0和与负载R0串联的滤波电感L0。

所述的半桥逆变电路还包括分别与第五开关管M5和第六开关管M6并联的第五二极管D5和第六二极管D6，用于为负载R0和滤波电感L0提供无功能量反馈通道。

半桥逆变电路由控制单元控制，实现逆变功能、调压功能和匹配功能，其工作原理是这样的：

逆变功能的实现：如图11所示，u_g1、u_g2分别为开关管M1、M2的驱动信号波形，其中高频载波比低频信号频率高得多，并且高低频时间各占50％。u_d为输入电压波形，u_o为输出电压波形。根据半桥电路的功能，可以得出输出电压为交流，此电路完成了逆变功能。

调压功能的实现：稳态工作时半桥电路可等效为图12。

可以看出图12所示电路为Buck(降压)电路，根据伏秒平衡可以求得 $D-0.5=\frac{u_o}{u_d},$ 通过调节高频信号占空比D可以改变输出电压，从而实现调压功能。

其匹配功能的实现原理与全桥逆变电路的实现原理是相同的。

下面，对逆变电路的工作过程进行一下分析，并确定本发明的逆变电路的工作参数：

全桥逆变电路分析与参数确定

实际所分析电路可等效为Buck(降压)电路，如图5所示。在这期间假定u_d、u₀(u_d等于U_i、u₀等于U_o)不变。为了让开关管开启时损耗减小，Buck电路工作在临界模式，主要波形如图13所示。

在t＝t0时刻，开关管M4被激励导通，二极管D3中电流迅速的转移到开关管M4中。 $u_{L_0}=u_d-u_o=L_0\frac{{\mathrm{di}}_{L_0}}{\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

在t＝t1时刻开关管M4关断，因为不能突变，电感电流从开关管M4中迅速的转换到二极管D3中去。 $u_{L_0}=-u_o=L_0\frac{{\mathrm{di}}_{L_0}}{\mathrm{dt}}---\left(3\right)$

在t＝t2时，开关管再次导通，电路重复上一周期的工作过程。

若用I_oG表示临界电流连续时的负载平均电流I_o，则

$I_{\mathrm{oG}}=I_o=\frac{1}{2}{I}_{L_0\max }---\left(4\right)$

根据输入与输出电压的要求，可以确定占空比 $D=\frac{u_o}{u_d},$ 再由给定的信号频率f_s、所要求的平均输出电流I_oG，可以求出

$L_0=\frac{1}{2}\frac{u_d-u_o}{f_s{I}_{\mathrm{oG}}}D---\left(5\right)$

因为输出电压的纹波ΔU_C0由电容C₀的增量ΔQ决定，而

$\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_{L_0\max }}{4}\frac{T}{2}---\left(6\right)$

根据输出纹波的要求以及式5经过推倒可以求得

$C_0=\frac{u_{d}D(1-D)}{8L_0{f}_s^2\mathrm{\Δ}{U}_{C_0}}---\left(7\right)$

根据本设计的要求：u_d＝310V，u₀＝70V，f_s＝40K，I_oG＝3A，

${\mathrm{\ΔU}}_{C_0}=30\%\×U_0=21V,$ $D=\frac{u_o}{u_d}=\frac{70}{310}=0.226$

可以求得L₀＝226u，C₀＝0.9u

半桥逆变电路的分析与参数确定

实际所分析电路可等效为Buck降压电路，如图12所示。在这期间假定u_d、u₀不变。为了让开关管开启时损耗减小，Buck电路工作在临界模式，主要波形如图14所示。

在t＝t0时刻，开关管M5被激励导通，这时电感上的电压为

$u_{L_0}=\frac{u_d}{2}-u_o=L_0\frac{{\mathrm{di}}_{L_0}}{\mathrm{dt}}---\left(8\right)$

在t＝t1时刻开关管M5关断，因为不能突变，电感电流从开关管M5中迅速的转换到二极管D6中去。在输出输入电压作用下，电感上的电压为

$u_{L_0}=-(u_o+\frac{u_d}{2})=L_0\frac{{\mathrm{di}}_{L_0}}{\mathrm{dt}}---\left(9\right)$

在t＝t2时，开关管再次导通，电路重复上一周期的工作过程。

若用I_oG表示临界电流连续时的负载电流I_o，则 $I_{\mathrm{oG}}=I_o=\frac{1}{2}{I}_{L_0\max }---\left(10\right)$

根据输入与输出电压的要求，可以确定占空比 $D=\frac{u_o}{u_d}-0.5,$ 再由给定的信号频率f_s、所要求的平均输出电流I_oG，可以求出

$L_0=\frac{{\left(\frac{u_d}{2}\right)}^2-{\left(u_o\right)}^2}{f_s{I}_{L_0\max }{u}_d}---\left(11\right)$

因为输出电压的纹波ΔU_C0由电容C₀的增量ΔQ决定，而

$\mathrm{\ΔQ}=\frac{I_{L_0\max }}{4}\frac{T_s}{2}---\left(12\right)$

根据输出纹波的要求以及式(11)经过推倒可以求得

$C_0=\frac{{\left(\frac{u_d}{2}\right)}^2-{\left(u_0\right)}^2}{{8L}_0\mathrm{\Δ}{U}_{C_0}{f}_s^2{u}_d}---\left(13\right)$

根据本设计的要求：u_d＝310V，u₀＝70V，f_s＝40K，I_oG＝3A，

${\mathrm{\ΔU}}_{C_0}=30\%u_o=21V,$ $D=(\frac{{2u}_0}{u_d}+1)/2=(\frac{2*70}{310}+1)/2=0.726$

L₀＝257u，C₀≈1u

本发明由与负载R0并联的滤波电容C0和与负载R0串联的滤波电感L0组成低通滤波电路，电阻R0代表HID灯的等效电阻。在全桥逆变电路中，滤波电感L0工作在不连续导电模式或电流双向流动模式，保证高频臂中开关管M3和M4实现零电压开启；C1和C2电容使得M3和M4实现了零电压关断，即高频臂的软开关技术；在全桥逆变电路中，L0、C0、C3和C4为M5与M6创造工作条件，使得M5和M5实现软开关。

下面具体分析一下全桥逆变电路中开关管M3和M4零电压开关的过程：

如图15所示，首先对Buck-ZVC(软开关降压)等效电路做一些基本假设：

①开关管的开关周期Ts远小于载波周期T(1/f)，而且辅助换流过程亦远短于载波周期，因而在换流期间输出电流i_L0可视为常数；开关管的关断时间t_off和开通时间t_on为恒定值，与电路的参数及运行条件无关；

②负载电路输出电压u_o平滑连续，并且基本保持不变；

③忽略二极管和开关管的正向导通压降；

④驱动电路足以在瞬间使开关管可靠导通和截止。

⑤f＜＜fs(f为低频开关管开关频率，f_s为高频开关管开关频率)，可以认为在一个载波周期内，输入电压u_d为常数；

⑥为了便于书写，时间坐标均从各区间算起。

为了便于分析，开关管用下述近似模型，其误差符合工程要求。

①开通过程：i_M按线性规律上升，即：

$i_M=I_0\frac{t}{t_{\mathrm{on}}}---\left(14\right)$

开关管端电压的变化规律取决于外围电路。

②关断过程：i_M按线性规律下降，即：

$i_M=I_0(1-\frac{t}{t_{\mathrm{off}}})---\left(15\right)$

在整个分析过程中，u_d和u_o(u_d等于U_d、u₀等于U_o)假定不变，i_L0(t)、v_C1(t)和v_C2(t)分别为电感电流和电容电压。

下面按上述的假设条件具体分析一下开关管M3和M4的开启过程：

如图16所示，电路初态，二极管D3截至，L₀电流为零，C₁电压为u_d，C₂电压为零，电容C₀足够大，等效为直流电压源u_o。当t∈[t₀，t₁]时，开关管开启过程中的等效拉式变换如图17。

列方程可以解得：

$v_{C_1}\left(t\right)=-u_o(1-\cos \left(\mathrm{\ω}(t-t_0)\right)+u_d---\left(16\right)$

如果开关管零电压开启，则 $v_{C_1}\left(t\right)=-u_o(1-\cos \left(\mathrm{\ωt}\right))+u_d\≤0$

即 $\left|\cos \left(\mathrm{\ωt}\right)\right|\≤\left|\frac{u_d-u_o}{u_o}\right|---\left(17\right)$

因为|cos(ωt)|≤1    (18)

所以开关管零电压开启必须

$\left|\frac{u_d-u_o}{u_o}\right|\≥1---\left(19\right)$

即 $u_o\≥\frac{u_d}{2}---\left(20\right)$

所以开关管要想达到零电压开启输出电压必须不小于输入电压的一半。开关管M3和M4的关断过程分析：

当t∈[t₂，t₃]时，开关管关断时等效拉式变换电路如图18所示，列方程可以解得：

$v_{C_1}\left(t\right)=(u_d-u_o)[1-\cos \left(\mathrm{\ω}(t-t_2)\right]+\sqrt{\frac{L_0}{C_1+C_2}}\sin \left(\mathrm{\ω}(t-t_2)\right)---\left(21\right)$ 其中

$\mathrm{\ω}=\frac{1}{\sqrt{L_0(C_1+C_2)}}$

当t＝t₂+t_off时，驱动脉冲消失，t_off为开关管关段时间，这时漏源之间电压为

$v_{C_1}\left(t\right)=(u_d-u_o)[1-\cos \left({\mathrm{\ωt}}_{\mathrm{off}}\right)]+\sqrt{\frac{L_0}{C_1+C_2}}\sin \left({\mathrm{\ωt}}_{\mathrm{off}}\right)---\left(21\right)$

所以当C₁、C₂足够大时，可以认为开关管处于零电压关断状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电子镇流器，包括整流滤波电路，用于对普通交流电进行整流、滤波；还包括高压触发器，用于为负载(R0)提供启动时的高压触发信号，其特征在于，所述的电子镇流器还包括开关逆变器和控制单元；

所述开关逆变器接收整流滤波电路输出的直流电，并将接收到的直流电转换为与负载(R0)的电气特性相匹配的电压和电流，并将直流电变换为中、低频方波信号，用于驱动负载(R0)的运行；

所述控制单元用于控制电子镇流器的运行。

2.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，  所述的开关逆变器包括全桥逆变电路，所述全桥逆变电路包括由第一开关管(M1)和第二开关管(M2)串联组成的低频臂，及由第三开关管(M3)和第四开关管(M4)串联组成的高频臂，所述低频臂与高频臂并联后与整流滤波电路的输出端连接；

所述负载(R0)通过低通滤波电路连接于低频臂与高频臂的中间节点之间。

3.根据权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于，所述的低通滤波电路包括与负载(R0)并联的滤波电容(C0)和与负载(R0)串联的滤波电感(L0)。

4.根据权利要求3所述的电子镇流器，其特征在于，所述的全桥逆变电路还包括分别与第一开关管(M1)、第二开关管(M2)、第三开关管(M3)和第四开关管(M4)并联的第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第三二极管(D3)和第四二极管(D4)，用于为负载(R0)和滤波电感(L0)提供无功能量反馈通道。

5.根据权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于，所述的第三开关管(M3)和第四开关管(M4)分别并联有第一电容(C1)和第二电容(C2)，用于实现开关管(M3、M4)的零电压关断。

6.根据权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于，所述的控制单元包括：

电流处理器，用于检测负载(R0)的电流，并进行处理；

电压处理器，用于检测负载(R0)的电压，并进行处理；

控制电路，用于接收电流处理器和电压处理器传来的电信号，并根据接收到的信号控制电子镇流器的运行。

7.根据权利要求6所述的电子镇流器，其特征在于，  所述的控制电路包括：

脉冲宽度调变PWM控制器，用于输出需要宽度的脉冲信号；

T1触发器，用于接收PWM控制器输出的调宽频率的脉冲信号，并将所述脉冲信号形成两路互为反相的高频信号(V3、V4)；

M3驱动器、M4驱动器，分别用于接收T1触发器输出的互为反相的高频信号(V3、V4)，并分别控制第三开关管(M3)和第四开关管(M4)的运行；

分频器，用于接收PWM控制器输出的固定频率的脉冲信号，进行处理后输出一个中、低频信号；

T2触发器，用于接收分频器输出的中、低频信号，并将所述中、低频信号形成两路互为反相的中、低频信号信号(V1、V2)；

M1驱动器、M2驱动器，分别用于接收T2触发器输出的互为反相的中、低频信号(V1、V2)，并分别控制第一开关管(M1)和第二开关管(M2)的运行；

启动控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)启动阶段所需脉冲信号的宽度；

恒功率控制器，用于控制PWM控制器输出负载(R0)恒功率运行阶段所需脉冲信号的宽度；

转换开关(S)，用于实现启动控制器与恒功率控制器之间的转换；

选择状态控制器，用于控制转换开关(S)的转换，并控制启动控制器的运行；

触发控制器，用于控制高压触发器的运行。

8.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述的开关逆变器包括半桥逆变电路，所述半桥逆变电路包括：

第五开关管(M5)和第六开关管(M6)串联；

第三电容(C3)和第四电容(C4)串联；之后，

上述两个串联电路并联后与整流滤波电路的输出端连接；

所述负载(R0)通过低通滤波电路连接于上述两个串联电路的中间节点之间。

9.根据权利要求8所述的电子镇流器，其特征在于，所述的低通滤波电路包括与负载(R0)并联的滤波电容(C0)和与负载(R0)串联的滤波电感(L0)。

10.根据权利要求9所述的电子镇流器，其特征在于，所述的半桥逆变电路还包括分别与第五开关管(M5)和第六开关管(M6)并联的第五二极管(D5)和第六二极管(D6)，用于为负载(R0)和滤波电感(L0)提供无功能量反馈通道。

Images