CN101742794A - 用于高压气体放电灯的电力驱动装置 - Google Patents

用于高压气体放电灯的电力驱动装置 Download PDF

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Abstract

用于高压气体放电灯的电力驱动装置，包括直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路，所述直流到直流的升压电路的输入端与电能源连接，所述直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路依次级联连接，所述升压点火电路的输出端和所述直流到交流的逆变电路的输出端均连接于高压气体放电灯；所述高压气体放电灯上连接有电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路与所述控制与驱动电路相连接，所述控制与驱动电路与直流到直流的升压电路以及直流到交流的逆变电路相连接。本发明的有益效果：提高了电能变换效率，降低了电磁干扰，也大大降低了成本，提高了可靠性。

Description

用于高压气体放电灯的电力驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电力驱动装置，尤其涉及一种用于高压气体放电灯的电力驱动装置。
背景技术
电力驱动装置对于用于室内、外光源以及汽车照明的高压气体放电灯，是一个非常重要、必不可少的部件，关系到人类的正常生活质量以及汽车夜间驾驶的安全性。为此需要高效率的高压气体放电灯以及相应的电力驱动装置。
现在，一般的用于高压气体放电灯的电力驱动装置还存在体积大，成本高，设计复杂、电能转换效率低等问题。现有的用于高压气体放电灯的电力驱动装置中，通常采用两级结构：前级反激升压电路，后级全桥逆变电路。前级反激升压电路中因为包含一反激电子变压器，因此电能变换效率比较低，而且容易产生较大的电磁干扰，影响周围环境内其它的电子设备的正常工作，一定程度上存在着安全隐患。后级采用全桥逆变电路，缺点在于使用过多的半导体开关管，一是降低了整套系统的电能变换效率，浪费了电能；二是增加了整个电力驱动装置系统的复杂性，提高了其成本。并且，在现有技术中，用于高压气体放电灯的电力驱动装置中的全桥逆变电路的输入端直接与前级反激升压电路的电子变压器输出电容的输出端相连接，这样全桥逆变电路上的输出电压和电流完全来自于电子变压器，即高压气体放电灯的启动电压和工作电压完全通过电子变压器提供，尤其在高压气体放电灯启动时的电压几乎高于工作电压的2-10(数)倍，这对于前级反激升压电路的寿命和效率都有很大的影响，同时增加了整套电力驱动装置的耗电量。
发明内容
本发明要解决现有用于高压气体放电灯的电力驱动装置的电能量转换效率低、成本高、电磁干扰大的问题，提供了一种电能量转换效率高、成本低、电磁干扰小的用于高压气体放电灯的电力驱动装置。
本发明的技术方案：
用于高压气体放电灯的电力驱动装置，其特征在于：包括直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路、灯管的电压采样电路和电流采样电路以及控制与驱动电路，所述直流到直流的升压电路的输入端与电能源连接，所述直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路依次级联连接，所述升压点火电路的输出端连接于高压气体放电灯，所述直流到交流的逆变电路的输出端也连接于高压气体放电灯；所述高压气体放电灯上连接有电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路与所述控制与驱动电路相连接，所述控制与驱动电路与直流到直流的升压电路以及直流到交流的逆变电路相连接；
所述直流到直流的升压电路将电源电能的部分储备在其输出端，减少从电源直接输出的电流，并向后级的直流到交流的逆变电路输出恒定功率；
所述直流到交流的逆变电路包括一将直流输入转换成方波输出的推挽电路结构以及一将方波选频输出正弦波的串联谐振电路，所述推挽电路与串联谐振电路依次级联连接，为高压气体放电灯提供稳态工作电压、电流和功率，同时为升压点火电路提供输入电压；
所述升压点火电路包含升压单元组，产生的高压点火信号被耦合进入高压气体放电灯，在高压气体放电灯启动的时候，为高压气体放电灯启动提供高电压、电流，而在高压气体放电灯稳态工作的时候，升压点火电路停止工作；
所述控制与驱动电路根据电压采样电路和电流采样电路获得的高压气体放电灯的电压采样以及电流采样来控制直流到直流升压电路和直流到交流的逆变电路的工作状态。
进一步，所述升压单元是单个的。
或者，所述升压单元是多个的。
本发明所述直流到交流的逆变电路的前级推挽电路将直流变换成方波，同时兼有升压的作用，后级串联谐振电路将方波选频得到正弦波，两级之间通过电磁耦合方式传递电信号；其推挽电路能在零电压时开通，即推挽电路具有零电压开关的特性，实现了软开关功能，明显提高了电能变换效率，降低了电磁干扰，也大大降低了成本。现在业界常规的用于高压气体放电灯的电力驱动装置的电能变换效率为83％。本发明的电力驱动装置的电能转换效率，在额定工作点可达到88％，在全工作范围内可达到85％以上。
所述控制与驱动电路是控制直流到直流的升压电路中的可控开关器件开通和关断，可有效的控制直流到直流的升压电路向后级逆变电路输出恒定功率，从而最终使末端的高压气体放电灯工作在恒功率状态。
本发明的有益效果：提高了电能变换效率，降低了电磁干扰，也大大降低了成本，提高了可靠性。
附图说明
图1是本发明的整体结构框架图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明一个升压单元组成的升压点火电路。
图4是本发明多个升压单元组成的升压点火电路。
具体实施方式
实施例一
参照图1-3，用于高压气体放电灯的电力驱动装置，包括直流到直流的升压电路1、直流到交流的逆变电路2、升压点火电路3、灯管的电压采样电路和电流采样电路以及控制与驱动电路，所述直流到直流的升压电路1的输入端与电能源连接，所述直流到直流的升压电路1、直流到交流的逆变电路2、升压点火电路3依次级联连接，所述升压点火电路3的输出端连接于高压气体放电灯，所述直流到交流的逆变电路2的输出端也连接于高压气体放电灯；所述高压气体放电灯上连接有电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路与所述控制与驱动电路相连接，所述控制与驱动电路与直流到直流的升压电路1以及直流到交流的逆变电路2相连接；
所述直流到直流的升压电路1将电源电能的部分储备在其输出端，减少从电源直接输出的电流，并向后级的直流到交流的逆变电路2输出恒定功率；
所述直流到交流的逆变电路2包括一将直流输入转换成方波输出的推挽电路结构21以及一将方波选频输出正弦波的串联谐振电路22，所述推挽电路21与串联谐振电路22依次级联连接，为高压气体放电灯提供稳态工作电压、电流和功率，同时为升压点火电路3提供输入电压；
所述升压点火电路3包含升压单元组31，产生的高压点火信号被耦合进入高压气体放电灯，在高压气体放电灯启动的时候，为高压气体放电灯启动提供高电压、电流，而在高压气体放电灯稳态工作的时候，升压点火电路停止工作；
所述控制与驱动电路根据电压采样电路和电流采样电路获得的高压气体放电灯的电压采样以及电流采样来控制直流到直流升压电路1和直流到交流的逆变电路2的工作状态。
所述升压单元31是单个的。
本发明的输入电源为直流电压，经过直流到直流的升压电路1升压到40-100V，再经过推挽电路21升压，输出电压为正负220-400V的交流方波，以作为串联谐振电路22的电压源。当高压气体放电灯未点亮之前，利用升压点火电路3将高压气体放电灯击穿，等灯管正常工作后，升压点火电路3就不再起作用，电力驱动装置提供稳态时所需要的功率，稳态时灯管电压为100V左右，灯管电流为0.3-0.8A。
由控制推挽电路21的开关管的切换频率，来实现高压气体放电灯从暂态到稳态的过渡，稳态工作频率设定为20-100kHz。由于高压气体放电灯会随着使用时间的增加，灯管内的气体、金属卤化物和电极等结构将会有所变化，因而会改变灯管的电气特性。此电力驱动装置由控制升压点火电路3开关管T1的工作占空比D来控制输出到高压气体放电灯的功率大小，以使灯管能够稳定地工作在额定功率，达到灯管恒功率控制。当高压气体放电灯的电压反馈值与灯管电流反馈值计算得出的灯管功率大于额定功率时，T1的占空比D变小，当灯管功率小于额定功率时，T1的占空比D变大。
升压点火电路3动作原理如下：当此部分电路输入端电压为交流时，第一个负半周期中，二极管D4导通，电容C4会被充电至Vpk，之后的正半个周期过程中，二极管D5导通，电容C5会被充电至Vpk+Vc1，即2Vpk。当下一个负半周期时，二极管D4再次导通，电容C4会被再充电至Vpk，而电容C5会通过二极管D6将其能量传送电容C6，下一个正半周期时，二极管D5再次导通，电容C5会被再充电至2Vpk，而电容C6也会通过二极管D7将其能量传送给电容C7，使得C7被充电至2Vpk，所以，多级升压电路输出电压为4Vpk。
点火动作说明：在高压气体放电灯未点亮之前，灯管阻抗无限大如同开路，C3两端的电压经由串联谐振电路可得到一个正弦波，经过一个升压单元的升压点火电路升压后，可在升压点火电路的输出端得到4倍输入电压峰值的直流电压，此直流电压可将气体放电管(Spark Gap，S.G.)击穿。等气体放电管击穿后，经过1：n的高压变压器升压后，即可产生灯管击穿所需的高压。灯管一旦击穿后，高压气体放电灯的灯管阻抗立即下降，此时C3两端的谐振电压经过升压点火电路升压后，峰值不会达到气体放电管的击穿电压值，故无法将气体放电管击穿。所以，升压点火电路不再动作，高压变压器Tr2形同一个感抗值很小的电感和灯管串联。如果第一次点火时，未能将灯管击穿，则灯管阻抗仍无限大，形同开路，高压点火电路持续动作，直到灯管击穿为止。
实施例二
本实施例与实施例一的不同之处在于所述升压单元是多个的。若是综合考虑气体放电管S.G.的耐压、升压单元中电容和二极管的耐压、串联谐振电路输出的电压值、高压变压器Tr2的匝比等因素，可以利用多个升压单元来实现升压点火电路，如图4所示。其中每一个升压单元都可以把电压抬高至4Vpk。此升压电路相比较于其他升压电路的好处在于每个元件所需承受的耐压较小，每个电容所需承受的耐压为2Vpk。其余功能和结构与实施例一相同。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.用于高压气体放电灯的电力驱动装置，其特征在于：包括直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路、灯管的电压采样电路和电流采样电路以及控制与驱动电路，所述直流到直流的升压电路的输入端与电能源连接，所述直流到直流的升压电路、直流到交流的逆变电路、升压点火电路依次级联连接，所述升压点火电路的输出端连接于高压气体放电灯，所述直流到交流的逆变电路的输出端也连接于高压气体放电灯；所述高压气体放电灯上连接有电压采样电路和电流采样电路，所述电压采样电路和电流采样电路与所述控制与驱动电路相连接，所述控制与驱动电路与直流到直流的升压电路以及直流到交流的逆变电路相连接；
所述直流到直流的升压电路将电源电能的部分储备在其输出端，减少从电源直接输出的电流，并向后级的直流到交流的逆变电路输出恒定功率；
所述直流到交流的逆变电路包括一将直流输入转换成方波输出的推挽电路结构以及一将方波选频输出正弦波的串联谐振电路，所述推挽电路与串联谐振电路依次级联连接，为高压气体放电灯提供稳态工作电压、电流和功率，同时为升压点火电路提供输入电压；
所述升压点火电路包含升压单元组，产生的高压点火信号被耦合进入高压气体放电灯，在高压气体放电灯启动的时候，为高压气体放电灯启动提供高电压、电流，而在高压气体放电灯稳态工作的时候，升压点火电路停止工作；
所述控制与驱动电路根据电压采样电路和电流采样电路获得的高压气体放电灯的电压采样以及电流采样来控制直流到直流升压电路和直流到交流的逆变电路的工作状态。
2.根据权利要求1所述的用于高压气体放电灯的电力驱动装置，其特征在于：所述升压单元是单个的。
3.根据权利要求1所述的用于高压气体放电灯的电力驱动装置，其特征在于：所述升压单元是多个的。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102933011A (zh) * 2012-11-16 2013-02-13 张家港市星恒电子节能科技有限公司 智能电网变频节能路灯的控制方法
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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