CN101652014B

CN101652014B - 电子镇流器

Info

Publication number: CN101652014B
Application number: CN 200910152587
Authority: CN
Inventors: 来献达; 蒋祖忠; 谢明雨
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-17
Filing date: 2009-09-17
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2029-09-17
Also published as: CN101652014A

Abstract

本发明涉及一种电子镇流器，包括顺序连接的电源输入端子、整流电路、半桥逆变电路、预热-谐振电路，所述的半桥逆变电路包括逆变模块以及给逆变模块的开关管提供正反馈的脉冲变压器，所述脉冲变压器的次级绕组与所述逆变模块的开关管的控制极串联，所述的预热-谐振电路包括谐振电感、荧光灯，所述的预热-谐振电路还包括位于荧光灯灯丝输出侧的第一容性模块和预热能量控制装置，以及位于荧光灯灯丝输入侧的第二容性模块，所述的第一容性模块与预热能量控制装置串联后并联于荧光灯灯丝的输出端。本发明提供一种电路简单、体积小、成本低，把预热启动技术和稳态工作时消除灯丝冗余电流技术结合在一起的电子镇流器。

Description

电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种电子镇流器，具体地说涉及电子镇流器的预热启动与稳态工作。

背景技术

按照国标GB/T 10682-2002和GB/T15144-2005，高频工作的预热阴极型荧光灯，根据灯管和功率的不同要求，应在0.4秒～2秒之间，对灯丝进行预热，使之具备一定的能量，适合阴极热电子发射后启动灯管工作，才能有效保证并延长荧光灯管的使用寿命。不采用恰当的预热方式启动荧光灯管工作，则会显著降低荧光灯管的使用寿命。

除了采用恰当的预热启动方式外，如何以恰当的方式消除荧光灯启动后冗余的灯丝电流，是延长灯管使用寿命、提高电-电效率的一个较难解决的重要技术问题。所谓恰当方式，指的是：经济性、实用性、适用性。图1为常见的电子镇流器谐振电路，荧光灯启动通过LC谐振在电容C两端产生高压，使低压汞蒸气放电而点亮灯管。但是，在灯管点亮后，灯丝不再需要加热，因此也就不再需要有加热电流经过。而该电路的一个缺陷在于：通过电容C始终给予灯丝一个持续的加热电流，既增加了能耗，又损害了灯丝寿命。消除通过灯丝的冗余电流，有着3方面的作用：一是显著提高电子镇流器的能效；二是减轻灯丝负担，有效延长灯管使用寿命；三是降低电子镇流器在稳态工作时的电流，提高电子镇流器的可靠性和使用寿命。可见，阴极预热型荧光灯启动后在稳态工作时消除灯丝冗余电流非常重要。

目前国内外在阴极预热型荧光灯启动与稳态工作类型方面，主要有以下几种情况：

1、没有预热，没有消除灯丝冗余电流

在常见的中低档荧光灯(包括电子镇流器与灯管结合在一起的自镇流荧光灯，俗称节能灯)电子镇流器中，绝大部分都没有采用预热启动，也没有采用灯丝冗余电流消除技术，典型的半桥逆变电子镇流器电路如图2所示(没有功率因素校正，不带预热、没有灯丝冗余电流消除技术)，因此，光衰快，能效低，灯管有效使用寿命明显缩短。

2、用PTC预热，没有消除灯丝冗余电流

在电子镇流器的谐振电路中，与谐振电容并联一个预热电阻PTC，对灯丝进行预热(见图3)。其优点是简单、价格低廉，缺点是自身损耗大，约需持续消耗1W左右的功率，能效低，并且工作时温度高，往往要达到70℃～80℃，影响周围器件的正常工作，甚至酿成安全事故。这类产品都没有灯丝冗余电流消除技术。

3、用IC预热，没有消除灯丝冗余电流

目前世界上一些著名的半导体公司提供这种含有他激式预热电路的IC，诸如IR2155等IC。它在预热时升高频率，而后再降低频率进入启动和常态工作，如图4(带PFC功能、使用IR2155芯片进行预热控制，没有灯丝冗余电流消除技术)。但频率的变化不是由作为负载的谐振电路的参数而是由程序所决定。采用IR等公司的芯片的电子镇流器，结构紧凑，外围元件少，缺点是成本偏高。由于电路本身的特点，未能消除灯丝冗余电流，能效不高。

4、欧司朗cut-off技术

欧司朗公司在专业级电子镇流器中使用所谓的cut-off技术，其原理图如图5所示，利用变压器的两个绕组，给灯丝预热，尔后采用智能开关技术，断开预热电路，断开灯丝电流。优点是能效高、寿命长，缺点是电路复杂、体积大、成本高。

5、中国若干项专利技术

中国专利ZL 20072005828.3“一种电子镇流器荧光灯断流保护电路”、ZL01125092.5“荧光灯镇流器电子切换灯丝预热电路”、CN 101111115A“热阴极电子镇流器灯丝控制装置以及设计方法”等国内专利，采用不同的技术，从不同途径涉及到预热启动与灯丝断流技术。但是上述3项专利技术，都存在着电路复杂、实用性差等缺陷，在实际使用中应用不广。

发明内容

为了解决现有电子镇流器在启动荧光灯工作时，在预热启动与稳态工作消除灯丝冗余电流方面存在的电路复杂、体积大、成本高、实用性不强等种种不足，本发明提供一种电路简单、体积小、成本低，把预热启动技术和稳态工作时消除灯丝冗余电流技术结合在一起的电子镇流器。

本发明采用以下的技术方案：

一种电子镇流器，包括顺序连接的电源输入端子、整流电路、半桥逆变电路、预热-谐振电路，所述的半桥逆变电路包括逆变模块以及给逆变模块的开关管提供正反馈的脉冲变压器，所述脉冲变压器的次级绕组与所述逆变模块的开关管的控制极串联，所述的预热-谐振电路包括谐振电感、荧光灯，所述的预热-谐振电路还包括位于荧光灯灯丝输出侧的第一容性模块和预热能量控制装置，以及位于荧光灯灯丝输入侧的第二容性模块，所述的第一容性模块与预热能量控制装置串联后并联于荧光灯灯丝的输出端；

所述的预热能量控制装置包含电流检测模块、计时器模块、预热能量累计模块、阈值比较模块、功率开关模块，所述电流检测模块、计时器模块的输出端连接预热能量累计模块的输入端，预热能量累计模块的输出端依次连接阈值比较模块、功率开关模块。

作为优选，所述脉冲变压器的初级绕组连接在逆变模块与谐振电感之间，所述的第二容性模块的两极直接连接在荧光灯灯丝的输入端。

或者，所述的脉冲变压器的初级绕组连接在谐振电感与荧光灯对应端的灯丝之间，所述第二容性模块的一极连接在谐振电感与所述的初级绕组之间，另一极连接荧光灯另一端灯丝的输入端。

进一步，所述的第一容性模块为单个电容或容性网络。

进一步，所述的第二容性模块为单个电容或容性网络。

更进一步，所述的电源输入端子与整流电路之间还连接有EMC滤波电路，所述的整流电路与半桥逆变电路之间还连接有功率因数校正电路。

优选的，所述的开关管为下列之一：双极性晶体管，MOSFECT，IGBT。

本发明中的容性网络是指由电容、电感、电阻构成的电路拓扑结构，其整体矢量关系为电流相位角超前于电压相位角。

本发明的技术构思为：建立新型的预热-谐振与稳态工作电路拓扑结构，与现有技术不同，灯丝两侧分别置有第一、第二容性模块，灯丝输出侧还置有与第一容性模块串联的预热能量控制装置。

在预热阶段，谐振电感、以及第一、第二容性模块的并联网络作为逆变器的负载，通过灯丝预热电流，在灯丝得到合适的预热能量后，预热能量控制装置工作，第一容性模块从电路中脱离，仅有第二容性模块工作，谐振电感与第二容性模块产生高频谐振，产生高压使灯管启辉。

另外，在下述电路连接结构的情况下：脉冲变压器的初级绕组连接在谐振电感与荧光灯对应端的灯丝之间，所述第二容性模块的一极连接在谐振电感与所述的初级绕组之间，另一极连接荧光灯另一端灯丝的输入端。本发明还具备异常保护功能，阐述如下：

在诸如灯管没有插好，灯脚的接触不良，或在预热期间发现灯丝已断等负载脱离电路的异常情况下，在上述的电路连接结构中，灯丝断路使得流经脉冲变压器初级绕组中的电流为零，则其次级绕组的感应电流也是零，使得与次极绕组连接的逆变器的开关管的控制极的流入电流为零，开关管关断，逆变器就停止振荡，因此能避免逆变器在上述异常状态下的过电流和过电压，从而有效保护了电子镇流器自身的安全。

本发明中的预热能量控制装置，采用电力电子技术，既可以用分立器件，也可以把功能集成在单一的IC上，借助本发明建立的新的电路拓扑结构，对取样信号进行控制，因此体积小，适用面广。欧司朗的cut-off技术以及其他一些技术，由于要利用一个变压器的绕组输出预热电流，而后由智能控制装置断开这个变压器的绕组，因此体积大，成本高，电路复杂，落后于本专利。

本发明的有益效果在于：

1、提供了一种成本低廉、简单有效的新的预热方式，能大大延长荧光灯管使用寿命；

2、能消除荧光灯稳态工作时的灯丝冗余电流，电-电转化效率高；

3、把预热技术和消除灯丝冗余技术结合在一起，整体优化了电子镇流器的功能，提高了电子镇流器的可靠性；

4、使电子镇流器有一定的异常状态保护功能；

5、电路简单、可靠性高，体积小，成本低，容易实施推广。

附图说明

图1为常见电子镇流器LC谐振电路。

图2为典型的半桥逆变电子镇流器电路。

图3为带PTC预热、没有灯丝冗余电流消除技术的电子镇流器电路。

图4为带PFC功能、使用IR2155芯片进行预热控制，没有灯丝冗余电流消除技术的电子镇流器电路。

图5为欧司朗cut-off技术原理图。

图6是本发明实施例一、实施例二的电路原理框图。

图7是本发明实施例一的逆变电路和预热-谐振电路的结构图。

图8是本发明实施例二的逆变电路和预热-谐振电路的结构图。

图9是本发明的预热能量控制装置的原理框图。

图10是本发明实施例三的电路原理框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

实施例一

参照图6、图7、图9：一种电子镇流器，包括顺序连接的电源输入端子、整流电路、半桥逆变电路、预热-谐振电路，所述的半桥逆变电路包括逆变模块以及给逆变模块的开关管提供正反馈的脉冲变压器，所述脉冲变压器的次级绕组与所述逆变模块的开关管的控制极串联，本实施例中，开关管采用双极性晶体管，控制极为双极性晶体管的基极。当然，开关管还可以采用MOSFECT，IGBT，此时与脉冲变压器的次级绕组连接的控制极为其门极。

所述的预热-谐振电路包括谐振电感L1、荧光灯H，所述的预热-谐振电路还包括位于荧光灯灯丝输出侧的第一容性模块和预热能量控制装置S，以及位于荧光灯灯丝输入侧的第二容性模块，所述的第一容性模块与预热能量控制装置S串联后并联于荧光灯灯丝的输出端，图7中荧光灯灯丝的输出端为A与B；本实施例中，所述脉冲变压器的初级绕组连接在逆变模块与谐振电感L1之间，所述的第二容性模块的两极直接连接在荧光灯灯丝的输入端，图7中荧光灯灯丝的输入端为E和F。

本实施例中，所述的第一容性模块为单个电容C1，当然也可以是容性网络。所述的第二容性模块是单个电容C2，当然也可以是容性网络。本方案中的容性网络是指由电容、电感、电阻构成的电路拓扑结构，其整体矢量关系为电流相位角超前于电压相位角。

所述的预热能量控制装置S包含电流检测模块、计时器模块、能量累计模块、阈值比较模块、功率开关模块，所述电流检测模块、计时器模块的输出端连接能量累计模块的输入端，能量累计模块的输出端依次连接阈值比较模块、功率开关模块。所述的电流检测模块检测通过灯丝的电流，所述的能量累计模块根据输入的检测电流值和时间值计算累计的预热能量，阈值比较模块将能量累计模块计算出的预热能量与阈值进行比较，当预热能量数值达到阈值，功率开关模块工作切断灯丝电流，所述的功率开关模块在断电时复位。预热能量控制装置S可以是一个单独的IC，也可以是一个或多个分立器件组成的电子开关装置。

本方案建立了新型的预热-谐振与稳态工作电路拓扑结构，与现有技术不同，灯丝两侧分别置有第一、第二容性模块，灯丝输出侧还置有与第一容性模块串联的预热能量控制装置。

在预热阶段，谐振电感L1、以及第一容性模块、第二容性模块的并联网络作为逆变器的负载，通过灯丝预热电流，在灯丝得到合适的预热能量后，预热能量控制装置S工作，第一容性模块从电路中脱离，仅有第二容性模块工作，谐振电感L1与第二容性模块产生高频谐振，产生高压使灯管启辉。

下面对照图6，对此作具体分析。

电子镇流器接通电源后，半桥逆变电路送出振荡电流到预热-谐振电路，此时预热能量控制装置S处于闭合导通状态，第一容性模块、第二容性模块并联组成的电容网络，其电容量(C1+C2)高于稳态工作所需要的值。电子镇流器工作在较低频率，该频率尚不能使灯管启辉，此时灯管不亮，但是有电流通过灯丝，对灯丝进行预热。所述预热能量控制装置S中的能量累计模块根据检测电流值和时间值计算累计的预热能量，当预热能量数值达到阈值，预热能量控制装置S切断灯丝电流，此时谐振电感L1、第二容性模块和灯管谐振，由于电容量降低，振荡频率提升至正常工作的状态，谐振电感L1和第二容性模块产生高压使灯管弧光放电，灯管点亮并稳定工作。此时，由于预热能量控制装置S是断开的，灯丝不在主电路中，谐振电感L1和第二容性模块组成的谐振电路，不与灯丝组成一个回路，因此没有冗余的电流流过灯丝，灯管靠谐振电感L1限制通过的电流工作。关断电源后，预热能量控制装置S自动回复到闭合导通状态。

本方案中的容性网络是指由电容、电感、电阻构成电路拓扑结构，其整体矢量关系为电流相位角超前于电压相位角。

关于第一容性模块与第二容性模块的电容值，优选具有如下关系：

1)第一容性模块的电容量一般应大于第二容性模块的电容量。

2)第一容性模块电容量的选择，要根据灯丝所需要的预热能量和预热时间来确定。

3)第二容性模块电容量的选择，要根据第二容性模块与谐振电感L1、灯管谐振的需要来确定。

实施例二

参照图6、图8、图9：本实施例与实施例一的不同之处在于：所述的脉冲变压器的初级绕组不再连接在逆变模块与谐振电感之间，而是连接在谐振电感L1与荧光灯H对应端的灯丝之间，见图8中的G点；所述第二容性模块的一极连接在谐振电感L1与所述的初级绕组之间，另一极连接荧光灯H另一端灯丝的输入端E。

本实施例的最大优点在于：一方面完全实现实施例一(图6)所能实现的功能，另一方面还能起到一定的异常状态保护功能。对此技术效果作阐述如下：

实施例一(图6)电路的一个缺点是：一旦负载脱离电路，电子镇流器会因自身谐振而烧毁。在电子镇流器与灯管结合在一起的自镇流荧光灯(俗称节能灯)中，这个缺点是不突出的，但是在电子镇流器与荧光灯分离的使用环境，这个缺点就比较突出。图7电路较好解决了这个问题。

具体地，在诸如灯管没有插好，灯脚的接触不良，或在预热期间发现灯丝已断等负载脱离电路的异常情况下，在图6电路中，一旦灯管脱离电路，谐振电感L1和第二容性模块仍作为逆变器的负载完成脉冲变压器的初级绕组与电源的闭合通路，振荡因此而维持着。这时必然发生过电流与过电压，从而使镇流器烧毁。图6电路特别适用于类似节能灯这样灯管和电子镇流器结合在一起的应用环境。

而根据图7电路，在上述负载脱离电路的异常情况下，灯丝断路使得流经脉冲变压器初级绕组中的电流为零，则其次级绕组的感应电流也是零，使得与次级绕组连接的逆变器的开关管的控制极的流入电流为零，开关管关断，逆变器就停止振荡，因此能避免逆变器在上述异常状态下的过电流和过电压，从而有效保护了电子镇流器自身的安全。

实施例三

参照图10：本实施例与实施例二的不同之处在于：所述的电源输入端子与整流电路之间还连接有EMC滤波电路，所述的整流电路与半桥逆变电路之间还连接有功率因数校正电路。

Claims

1.电子镇流器，包括顺序连接的电源输入端子、整流电路、半桥逆变电路、预热-谐振电路，所述的半桥逆变电路包括逆变模块以及给逆变模块的开关管提供正反馈的脉冲变压器，所述脉冲变压器的次级绕组与所述逆变模块的开关管的控制极串联，所述的预热-谐振电路包括谐振电感、荧光灯，其特征在于：所述的预热-谐振电路还包括位于荧光灯灯丝输出侧的第一容性模块和预热能量控制装置，以及位于荧光灯灯丝输入侧的第二容性模块，所述的第一容性模块与预热能量控制装置串联后并联于荧光灯灯丝的输出端；所述的预热能量控制装置包含检测流过灯丝电流的电流检测模块、计时器模块、预热能量累计模块、阈值比较模块、功率开关模块，所述电流检测模块、计时器模块的输出端连接预热能量累计模块的输入端，预热能量累计模块的输出端依次连接阈值比较模块、功率开关模块；所述的电源输入端子与整流电路之间还连接有EMC滤波电路，所述的整流电路与半桥逆变电路之间还连接有功率因数校正电路。

2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述脉冲变压器的初级绕组连接在逆变模块与谐振电感之间，所述的第二容性模块的两极直接连接在荧光灯灯丝的输入端。

3.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述的脉冲变压器的初级绕组连接在谐振电感与荧光灯对应端的灯丝之间，所述第二容性模块的一极连接在谐振电感与所述的初级绕组之间，另一极连接荧光灯另一端灯丝的输入端。

4.如权利要求2或3所述的电子镇流器，其特征在于：所述的第一容性模块为单个电容或容性网络；所述的容性网络是指由电容、电感、电阻构成的电路拓扑结构，其整体矢量关系为电流相位角超前于电压相位角。

5.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述的开关管为下列之一：双极性晶体管，MOSFECT，IGBT。