CN101730361A - 气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路 - Google Patents

Abstract

本发明气体放电(冷光源)灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：它主要由SOC控制部分、整流电路部分、串联稳压部分、逆变部分、起辉电路部分及辅助电源部分组成，各部分之间采用导线电连接。它采用一片高度集成，含有数字控制系统程序的SOC芯片全程状态监控，从输入电源的检测、功率控制、功率因素校正到内部各电路的监控都由SOC完成，实现照明灯具高稳定、高安全性和数字智能化管理。并在电路中取消了传统开关变压器，采用了一组独立的电源电路，传统变压器由于耗废大量的铜材及其他有色金属，功耗大、温升高，且具有体积大、重量大、低效率及低功率因素等缺点，将逐步被淘汰。本发明适用普通市电供电使用的金卤灯、氙气灯、钠灯等高低压气体放电(冷光源)灯，适用范围广，环保、节能、高安全、高稳定，具有良好的推广价值。

Description

气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路

技术领域

本发明涉及一种照明灯具用数字控制型电子安定器电路，该电子安定器电路基于SOC(System on Chip)芯片及相关电路的数字智能化管理，并在电路中取消传统开关变压器，采用一组独立的电源电路，适用于金卤灯、氙气灯、钠灯等高低压气体放电灯使用。

背景技术

HID是High intensity Discharge高压气体放电灯的英文缩写，可称为气体放电(冷光源)灯。它的原理是在UV-cut抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部份为氙气(Xenon)与碘化物等惰性气体，然后再透过安定器(Ballast)将220V的电压瞬间增压，经过高压震幅激发石英管内的惰性气体电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。近年来气体放电(冷光源)灯得到了飞速发展，应用范围日益扩大。在能源拮据的今日，气体放电(冷光源)灯的应用，被视为经济环保的理想产品。但目前市场上的气体放电(冷光源)灯电子安定器普遍存在着自身耗能与散热、声频共振和电磁兼容、体积大、重量大、欠稳定等诸多难题，要想将气体放电(冷光源)灯广泛推广应用于市电上，必须在各种矛盾中找到平衡，在各种方案中进行合理的取舍，设计出数字智能化、高稳定、高安全性、环保、节能的电子安定器电路。

目前，基于SOC芯片及相关电路的数字智能化管理，并在电路中取消传统开关变压器，采用一组独立的电源电路，适用于金卤灯、氙气灯、钠灯等高低压气体放电灯的数字控制型电子安定器电路未见有关文件披露。

发明内容

本发明的目的是提供一种气体放电(冷光源)灯用数字型电子安定器电路，以解决气体放电(冷光源)灯电子安定器目前普遍存在的自身耗能与散热、声频共振和电磁兼容、体积大、重量大、欠稳定等诸多难题，以实现照明灯具数字智能化、高稳定、高安全性、环保、节能的目的。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

所述气体放电(冷光源)灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：基于一片高度集成，含有数字控制系统程序的SOC(System On Chip)芯片全程状态监控，从输入电源的检测、电流检测、功率控制、功率因素校正到内部各电路的监控都由SOC完成，实现高稳定、高安全性和数字智能化管理。并在电路中取消了传统开关变压器，采用了一组独立的电源电路，传统变压器由于耗废大量的铜材及其他有色金属，功耗大、温升高，且具有体积大、重量大、低效率及低功率因素等缺点，将逐步被淘汰。电路包括有SOC控制部分、整流电路部分、串联稳压部分、逆变部分、起辉电路部分、辅助电源部分。

所述SOC控制部分，采用一片高度集成，含有数字控制系统程序的SOC芯片对市电的稳压，气体放电(冷光源)灯100～500Hz交流逆变、起辉以及异常状态保护等工作实现数字化管理。采用SOC中的通信端口，通过网络通信实现对灯的实时工作状态的智能化管理；采用SOC中的比较器进行功率因素计算，实现功率因素校正。SOC芯片以微处理器MPU为核心，集成有如下功能模块：

◆由AD构造的两路电压检测电路，其中一路检测市电电压，一路检测串联稳压以后的电压；

◆由比较器构造的电压波动检测电路，将检测到的电压直接反馈到输出PWM电路，保证输出电压的平稳；

◆由放大器构造的电流放大电路和由AD构造的电流检测电路；

◆由比较器构造的电流浪涌检测电路，该电路可以在电流突变时发出信号，直接关断PWM输出，从而关断串联稳压电源输出，以防止电路受到损害；

◆由比较器构造的电流与电压相位检测电路；

◆通信电路；

◆逆变输出电路和稳压PWM输出电路。

所述整流电路部分，气体放电(冷光源)灯电源采用将市电直接整流、降压、稳压后提供。市电AC经过整流桥B整流成直流提供后面电路使用。

所述串联稳压部分，市电降压稳压的PWM开关电路采用了相应的驱动和独立电源电路。该部分取消了传统开关变压器，采用了一组独立的电源电路。传统变压器由于耗废大量的铜材及其他有色金属，功耗大、温升高，且具有体积大、重量大、低效率及低功率因素等缺点，在使用了本发明后将被淘汰。为绿色照明的进一步节能和节省有色金属开辟了一个新的科学手段。Q1、L0、D0组成开关型串联稳压电路，将约为100～270V的交流市电整流得到约为150～400V的直流电源稳压到100V左右的电压供逆变电路使用。稳压管Q1由SOC输出的PWM脉宽调制信号控制，该脉宽信号驱动稳压管Q1时，需要经过驱动电路进行电压、电流放大和适配。为了保证稳压管Q1工作在完全开关状态，驱动电路需要一个相对于稳压管Q1源级为15～25V的电压，这个电压有辅助开关电源的次级电源A通过D1提供。驱动稳压管的PWM脉宽值由SOC根据输出指令要求和实际电流、电压检测值通过运算后得到。

所述逆变部分，该电子安定器电路为逆变电桥的供电设计了自举电源。由Q2、Q3、Q4、Q5以及相应的驱动电路组成一个桥路，将稳压后的直流逆变成100～500Hz的交变电流，经过L1、L2滤波电路后为气体放电(冷光源)灯工作提供电能。SOC芯片逆变驱动模块一和逆变驱动模块二交替输出驱动信号，当逆变驱动模块一输出开通信号时逆变驱动模块二则输出关断信号。当逆变驱动模块一输出开通信号时，电流从电源正极经过Q2、L1、L4、lamp1(气体放电(冷光源)灯)、L2、Q5到电源负极，当逆变驱动模块二输出开通信号时，电流从电源正极经过Q4、L2、lamp1(气体放电(冷光源)灯)、L4、L1、Q3到电源负极。

所述起辉电路部分，采用晶体管Q6和辅助电源的起辉方式和相应电路。气体放电(冷光源)灯起辉需要5KV以上的高压，电路中L3、L4构成高压变压器，辅助开关电源的次级电源C提供500V直流电压加在电容器C3的两端，在SOC发出起辉信号时，晶体管Q6导通，电容器C3储存的电能瞬间通过Q6、高压变压器原边L3释放，高压变压器次级L4通过瞬间感应产生5KV以上的高压，经过电容器C2回路激发气体放电(冷光源)灯起辉。

所述辅助电源部分，采用了具有多路次级电源输出的辅助电源电路。由市售的单片开关电源芯片U2和变压器T2组成一个开关电源作为辅助工作电源，该辅助电源同时有多路次级电源输出，其中：次级电源A为18V，专门提供降压稳压电路使用；次级电源B为18V提供逆变电桥使用；次级电源C为300V经倍压后提供气体放电(冷光源)灯起辉电路用；次级电源D为5V，提供SOC芯片使用。

本发明采用一片自主研发的高度集成，含有数字控制系统程序的SOC芯片全程状态监控，从输入电源的检测、功率控制、功率因素校正到内部各电路的监控都由SOC完成，实现高稳定、高安全性和数字智能化管理。采用SOC中的通信端口，通过网络通信实现对灯的实时工作状态的智能化管理；采用SOC中的比较器进行功率因素计算，实现功率因素校正。电源采用将市电直接整流、降压、稳压后提供；市电降压稳压的PWM开关电路取消了传统的体积大、功耗大、温升高、耗铜材的开关变压器，采用了相应的驱动和独立电源电路；且为逆变电桥的供电设计了自举电源；为气体放电(冷光源)灯起辉采用了专门一组高压电源；并采用了具有多路次级电源输出的辅助电源电路。这一系列技术发明，有效的解决了气体放电(冷光源)灯电子安定器目前普遍存在的自身耗能与散热、声频共振和电磁兼容、体积大、重量大、欠稳定等诸多难题，实现了照明灯具数字智能化、高稳定、高安全性、环保、节能的目的，是气体放电(冷光源)灯电子安定器行业的一次前无古人的技术革新，处于国际领先水平。

附图说明

图1为本发明电路原理图。

图2为本发明电路图。

图3为本发明电路的控制流程图。

图4为发明电路的串联稳压部分。

图5为发明电路的SOC控制部分。

图6为发明电路的逆变部分。

图7为发明电路的起辉电路部分。

图8为发明电路的辅助电源部分。

具体实施方式

如图1～图8所示。气体放电(冷光源)灯用数字型电子安定器电路，包括有SOC控制部分、整流电路部分、串联稳压部分、逆变部分、起辉电路部分及辅助电源部分，所述各部分彼此通过导线电连接；

SOC控制部分包括SOC芯片U1，通过导线连接有变压器T2、串联稳压部分、逆变部分、辅助电源部分、整流桥电路、串联稳压部分。整流电路部分包括四个二极管D4、D5、D6、D7构成的整流桥电路，分别有导线引出与外部市电电源、SOC控制部分、辅助电源部分、串联稳压部分连接。串联稳压部分由Q1、L0、D0组成，将约为100～270V的交流市电整流得到约为150～400V的直流电源稳压到100V左右的电压供逆变电路使用。逆变部分由Q2、Q3、Q4、Q5以及相应的驱动电路组成，将稳压后的直流逆变成100～500Hz的交变电流，经过L1、L2滤波电路后为气体放电(冷光源)灯工作提供电能。SOC芯片U1逆变驱动模块一和逆变驱动模块二交替输出驱动信号，当逆变驱动模块一输出开通信号时逆变驱动模块二则输出关断信号。当逆变驱动模块一输出开通信号时，电流从电源正极经过Q2、L1、L4、lamp1(气体放电(冷光源)灯)、L2、Q5到电源负极，当逆变驱动模块二输出开通信号时，电流从电源正极经过Q4、L2、lamp1(气体放电(冷光源)灯)、L4、L1、Q3到电源负极。辅助电源部分包括相互电连接的单片开关电源芯片U2和变压器T2，组成一个开关电源作为辅助工作电源，该辅助电源同时有多路次级电源输出，其中：次级电源A为18V，专门提供降压稳压电路使用；次级电源B为18V提供逆变电桥使用；次级电源C为300V经倍压后提供气体放电(冷光源)灯起辉电路用；次级电源D为5V，提供SOC芯片使用。起辉电路部分包括高压变压器T1，通过导线与lamp1(气体放电(冷光源)灯)、逆变部分、SOC控制部分连接。电子安定器核心部件采用SOC专用芯片全程状态监控，从输入电源的检测到内部各电路的监控都由SOC完成，能非常快速的完成保护过程，不管是输入电压异常、内部电路故障、输出短路或开路都能做出快速保护，实现高稳定、高安全性和数字智能化管理。

使用时，先在电子安定器的输出端接上气体放电(冷光源)灯，再将电子安定器的输入端接普通的民用交流市电，便可正常点亮发光，可随心所欲的做开关操作，同时可以通过网络通信适当改变气体放电(冷光源)灯的工作功率和亮度。

以上所显示的仅为本发明的较佳实施例而已，不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：基于一片高度集成，含有数字控制系统程序的SOC即System On Chip芯片全程状态监控，从输入电压检测、工作电流检测、功率控制、功率因素校正到内部各电路的监控都由SOC完成，实现高稳定、高安全性和数字智能化管理。并在电路中取消了传统开关变压器，采用了一组独立的电源电路，传统变压器由于耗废大量的铜材及其他有色金属，功耗大、温升高，且具有体积大、重量大、低效率及低功率因素等缺点，将逐步被淘汰。电路包括有SOC控制部分、整流电路部分、串联稳压部分、逆变部分、起辉电路部分、辅助电源部分。

2.根据权利要求1所述的气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：所述串联稳压部分，市电降压稳压的PWM开关电路取消了传统开关变压器，采用了相应的驱动和独立电源电路。Q1、L0、D0组成开关型串联稳压电路，将约为100～270V的交流市电整流得到约为150～400V的直流电源稳压到100V左右的电压供逆变电路使用。稳压管Q1由SOC输出的PWM脉宽调制信号控制，该脉宽信号驱动稳压管Q1时，需要经过驱动电路进行电压、电流放大和适配。为了保证稳压管Q1工作在完全开关状态，驱动电路需要一个相对于稳压管Q1源级为15～25V的电压，这个电压由辅助开关电源的次级电源A通过D1提供。驱动稳压管的PWM脉宽值由SOC根据输出指令要求和实际电流、电压检测值通过运算后得到。

3.根据权利要求1所述的气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：所述起辉电路部分，采用晶体管Q6和辅助电源的起辉方式和相应电路。气体放电冷光源灯起辉需要一个击穿高压，电路中L3、L4构成高压变压器，辅助开关电源的次级电源C提供500V直流电压加在电容器C3的两端，在SOC发出起辉信号时，晶体管Q6导通，电容器C3储存的电能瞬间通过Q6、高压变压器原边L3释放，高压变压器次级L4通过瞬间感应产生击穿高压，经过电容器C2回路激发气体放电冷光源灯起辉。

4.根据权利要求1所述的气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：所述辅助电源部分，本电路采用了具有多路次级电源输出的辅助电源电路。由市售的单片开关电源芯片U2和变压器T2组成一个开关电源作为辅助工作电源，该辅助电源同时有多路次级电源输出，其中：次级电源A为18V，专门

提供降压稳压电路使用；次级电源B为18V提供逆变电桥使用；次级电源C为300V经倍压后提供气体放电冷光源灯起辉电路用；次级电源D为5V，提供SOC芯片使用。

5.根据权利要求1所述的气体放电冷光源灯用数字型电子安定器电路，其特征在于：所述SOC控制部分，本电路采用了SOC专用芯片U1中的通信端口实现通讯远程控制。

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