CN101742796A - 一种灯丝预热电路及电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电路领域，提供了一种灯丝预热电路及电子镇流器，所述电路包括：半桥逆变电路，用于将直流电转化为交流电输出；与所述半桥逆变电路连接的谐振电路，用于将所述半桥逆变电路输出的交流电作为电源电压输出；与所述半桥逆变电路的微控制器，输出脉宽调制波输入到所述半桥逆变电路，控制所述半桥逆变电路逆变后的输出频率；以及与所述微控制器和谐振电路连接的预热控制电路，接收所述谐振电路输出的电源电压，在所述微控制器的预热控制信号的控制下，在荧光灯启动时对荧光灯管中的灯丝进行预热。本发明可以精确控制灯丝的预热时间、预热电流，在灯丝预热启动后关断预热控制电路，功耗接近为零，可以延长荧光灯管使用寿命，降低能耗。

Description

一种灯丝预热电路及电子镇流器

技术领域

本发明属于电路领域，尤其涉及一种灯丝预热电路及电子镇流器。

背景技术

荧光灯的启动方式有预热启动和非预热启动两种。非预热启动是指灯电极不经加热，利用荧光灯管两端施加的高电压引起的电极场发射使灯电极触发启动，也称即时启动。预热启动是指灯电极被加热至电子发射温度后才触发启动。

如果在灯电极未经加热，或虽然加热而尚未达到灯电极发射材料的热电子发射温度前，施加在荧光灯两个灯电极间的高压不能在极短时间内将荧光灯管击穿，荧光灯将承受一段辉光放电时间再过渡到弧光放电，从而导致灯电极发射物质严重溅射，使荧光灯管两端灯丝周围的管壁出现早期发黑，从而缩短荧光灯的寿命。

对于预热启动的电子镇流器，在灯电极达到电子发射状态之前，应避免荧光灯两端的电压高于导致灯电极受损的辉光电流的电平，在灯电极达到电子发射状态后，灯电极两端的电压应足够高而使荧光灯管可靠启动，如果灯电极两端电压是逐渐建立的，在电压升高过程中，应保持灯电极处于发射温度，预热期间过高的预热电压或预热电流使灯电极温度过高也会损害灯电极上的发射物质。

对一般荧光灯阴极而言，灯丝预热温度约为1,100K左右，过高或过低的温度都不利于灯丝的使用寿命。国标中也有相应的预热时间规定，对于预热型的电子镇流器，最短预热时间应不少于0.4S。

现有的灯丝预热电路在荧光灯管正常工作之后继续提供灯丝功率，造成功率损耗。同时，灯丝预热电路中的预热时间、预热电流不能精确控制，导致预热不够充分或过分预热，降低荧光灯管使用寿命。另外，由于预热时间不同，造成一批镇流器同时接通电源后，荧光灯管的点亮时间参差不齐，影响照明效果。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种灯丝预热电路，旨在解决现有的灯丝预热电路在荧光灯管正常工作之后继续提供灯丝功率，造成功率损耗，以及灯丝预热电路中的预热时间、预热电流不能精确控制，造成荧光灯管使用寿命降低，影响照明效果的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种灯丝预热电路，所述电路包括：

半桥逆变电路，用于将直流电转化为交流电输出；

与所述半桥逆变电路连接的谐振电路，用于将所述半桥逆变电路输出的交流电作为电源电压输出；

与所述半桥逆变电路的微控制器，用于输出脉宽调制波输入到所述半桥逆变电路，控制所述半桥逆变电路逆变后的输出频率；以及

与所述微控制器和谐振电路连接的预热控制电路，用于接收所述谐振电路输出的电源电压，在所述微控制器的预热控制信号的控制下，在荧光灯启动时对荧光灯管中的灯丝进行预热。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述灯丝预热电路的电子镇流器。

本发明实施例通过利用微控制器的精确控制，精确控制灯丝的预热时间、预热电流，以及预热控制电路的开启与关闭，使得荧光灯管在灯丝预热充分后启动，启动后关断预热控制电路，功耗接近为零，从而达到延长荧光灯管使用寿命，降低能耗的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的灯丝预热电路的电路原理图；

图2是本发明实施例提供的灯丝预热电路的电路结构图；

图3是本发明实施例提供的灯丝预热电路中半桥逆变电路的电路结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例在传统灯丝预热电路中加入微控制器，通过微控制器控制预热电路开启与关断，精确控制灯丝预热时间、预热电流，使得荧光灯管在灯丝预热充分后可靠启动，启动后关断预热电路，功耗接近为零。

图1示出了本发明实施例提供的灯丝预热电路的电路原理，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

该灯丝预热电路由半桥逆变电路1、谐振电路2、微控制器3、预热控制电路4组成。荧光灯管51在半桥逆变电路1、谐振电路2、微控制器3、预热控制电路4的控制下完成从灯丝预热到正常发光工作的功能。

半桥逆变电路1受微控制器3的输出信号控制，将直流电转换为交流电，输出的交流电压输入到谐振电路2中。

谐振电路2给预热控制电路4提供电源，其输出电压作为预热控制电路4的电源电压。

微控制器3控制半桥逆变电路1和预热控制电路4。微控制器3输出的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)波输入到半桥逆变电路1。同时，微控制器3控制预热控制电路4工作。

预热控制电路4与荧光灯管51连接，在微控制器3的控制下，在荧光灯启动时，为荧光灯管51中的灯丝进行预热。

在荧光灯启动时，需要对灯丝进行预热。此时，微控制器3控制配对输出的PWM波的频率，从而控制半桥逆变电路1逆变后的输出频率，半桥逆变电路1的输出信号输入谐振电路2。谐振电路2为预热控制电路4提供电源电压。

当灯丝预热结束，荧光灯管51进入正常工作，预热控制电路4在微控制器3的控制下断开与谐振电路2的连接，达到降低功耗的目的。

图2为本发明实施例提供的灯丝预热电路的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，以连接两个灯管为例。

谐振电路2由谐振电感L1和谐振电容C3组成。

半桥逆变电路1的输出接谐振电路2中的谐振电感L1的输入回路的一端引脚4，谐振电感L1的输入回路另一端引脚8和与谐振电容C3相连，并共同连接到一个均流电感L2的输入端口4，分为两路各接隔直电容C4、C6，各接荧光灯管51、52中灯丝的一端，荧光灯管51、52灯丝的另一端接地。

谐振电路2中的谐振电感L1的副绕组为谐振电感L1的输出回路，谐振电感L1输出回路的引脚1作为灯丝预热控制电路4的电源，与继电器JDQ1的被控制回路引脚3连接，谐振电感L1输出回路的引脚2接地。

预热控制电路4包括开关电路41、继电器JDQ1，以及灯丝变压器L4、L5电路。

其中，如图2所示，微控制器的预热控制信号输出端通过开关电路41连接继电器JDQ1电磁线圈的一端，即继电器JDQ1的控制回路引脚1，继电器JDQ1电磁线圈的另一端(即继电器JDQ1的控制回路引脚2)连接一偏置电压输出端，例如直接连接一偏置电压DC5V；继电器JDQ1的开关触点部分串联在谐振电路2的一输出端1与灯丝变压器L4、L5的电源输入端之间。

开关电路41中，电阻R3的一端接MCU控制器3的预热控制信号输出端，另一端接三极管Q3的基极b；电阻R4连接在三级管Q3的基极b和发射极e之间，电阻R4与三级管Q3的发射极e的共点端接地；三极管Q3的集电极c连接继电器JDQ1电磁线圈的一端和二极管D2的阳极，继电器JDQ1电磁线圈的另一端连接电阻R5和二极管D2的阴极，电阻R5的另一端连接到一直流偏置电压。

继电器JDQ1的被控制回路引脚3与谐振电路2的输出回路引脚1连接，被控制回路引脚4与灯丝变压器的电源输入端相连，

在继电器JDQ1的被控制回路引脚4与灯丝变压器的电源输入端之间还包括阻抗匹配电路及其他辅助器件，其中，电容C5的另一端与电感L3一端相连接，电感L3的另一端分别与灯丝变压器L4和L5的电源输入端(引脚6、1)连接。灯丝变压器L4和L5的引脚1、6接地。

灯丝变压器L4的两组副绕组的输出回路引脚5接限流电容C7，电容C7的另一端接灯管5的灯丝的一端。

灯丝变压器L5的两组副绕组的输出回路引脚5接限流电容C8，电容C8的另一端接荧光灯管52的灯丝的一端。

灯丝变压器L4的两个副绕组的输出回路引脚4和3分别与灯管5灯丝的两端相连。

灯丝变压器L5的两个副绕组的输出回路引脚4和3分别与荧光灯管52灯丝的两端相连。

灯丝变压器L4的两个副绕组的输出回路引脚2与电容C10相接，电容C10的另一端与灯管5中的灯丝相连接。

灯丝变压器L5的两个副绕组的输出回路引脚5与电容C9相接，电容C9的另一端与荧光灯管52中的灯丝相连接。

在荧光灯开启阶段，微控制器3预热控制引脚输出高电平，预热控制电路4中的三极管Q3导通，继电器JDQ1控制绕组流过电流，继电器JDQ1吸合，预热控制电路4开通，通过灯丝变压器L4和L5对荧光灯管51、52中的灯丝进行预热。

当预热结束进入正常工作状态后，微控制器3预热控制引脚输出低电平，预热控制电路4中的三极管Q3关断，继电器JDQ1控制绕组电流被切断，绕组存储能量通过二极管D2释放，继电器JDQ1断开，预热控制电路4被关闭。

本发明实施例在预热完毕荧光灯管51、52正常启动后，微控制器3关断预热控制电路4，降低灯丝的功率，提高电路的能效，而此时由正常工作的荧光灯管51、52电流维持灯电极的电子发射。

在本发明实施例中，预热控制电路4的电源由谐振电路2中的电感L1的副绕组供电，使得预热控制电路4与荧光灯管51、52电流回路进行了隔离，更加安全。整个预热控制电路4工作在低压状态(小于15V)，降低了对继电器JDQ1，灯丝变压器L4、L5，以及匹配电感电容C5的性能要求，保证电路更可靠的工作。预热控制电路4关闭后，由于继电器JDQ1是物理断开，预热控制电路4处于断路状态，不消耗任何功率，预热能耗接近零。

图3示出了本发明实施例中半桥逆变电路的电路结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。

半桥逆变电路1的输入信号为配对的PWM信号PWML、PWMH，这两个信号分别输入到高低压驱动芯片U1的输入引脚LIN、HIN。

高低压驱动芯片U1的输出引脚HO、LO分别通过电阻R1、R2驱动功率MOS管Q1、Q2。

MOS管Q1、Q2为功率NMOS管，两个MOS管相连的点为半桥逆变电路1的输出端。

电阻R1、R2起到阻抗匹配的作用。

电容C1连接于直流电压DC15V和地之间，电容C2连接于高低压驱动芯片U1的输出引脚VB和VS之间，电容C1、C2都起滤波作用。

二极管D1的正极连接于直流电压DC15V，负极与电容C2相连，起到单向导电的作用。

参见图3，在电路工作时，微控制器3中的预热控制引脚输出高电平，三极管Q3导通，继电器JDQ1控制绕组流过电流，继电器JDQ1吸合，预热控制电路4导通，微控制器3输出两路带死区时间的互补PWM波，频率为f_预热，持续时间为t_预热，对灯丝进行预热。

在输出f_预热时，由于正好是电容C5和电感L3构成的匹配阻抗谐振点，阻抗很小，预热电流很大，使灯丝充分预热。而f_预热远大于f_启动，谐振电路2远远偏离谐振点，阻抗非常大，此时荧光灯管51、52两端的电压远远低于荧光灯管51、52正常启动的电压，不会产生辉光电流，确保荧光灯管51、52有数万次以上的开关寿命。

预热完成后，微控制器3输出的PWM波的频率由f_预热迅速滑至f_启动，正常点亮荧光灯管51、52，微控制器3预热控制引脚输出低电平，三极管Q3关断，继电器JDQ1控制绕组电流被切断，绕组存储能量通过二极管D2释放，继电器JDQ1断开，预热控制电路4被关闭。

在本发明实施例中，f_预热、t_预热、f_启动可由微控制器3精确输出，关系式为：

$f_{\mathrm{MIN}}=\frac{1}{2\mathrm{\πf}\sqrt{L_1{C}_3}}$ f_预热＞＞f_启动≥f_M1N；

如f_预热＝92KHZ

t_预热＝1.5s，则调光频率范围为

每次灯丝启动时，f_预热、t_预热固定，因而预热电流恒定，保证每次启动灯丝预热都很充分，另外由于t_预热固定，可保证多支镇流器能基本同时点亮荧光灯管51、52。

本发明实施例通过利用微控制器的精确控制，精确控制灯丝的预热时间、预热电流，以及预热控制电路的开启与关闭，使得荧光灯管在灯丝预热充分后启动，启动后关断预热控制电路，功耗接近为零，从而达到延长荧光灯管使用寿命，降低能耗的目的。同时，预热控制电路与荧光灯管谐振主回路进行隔离，并工作在低压模式，降低了对器件的要求和电路功耗，可以提高电路的可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种灯丝预热电路，其特征在于，所述电路包括：

半桥逆变电路，用于将直流电转化为交流电输出；

与所述半桥逆变电路连接的谐振电路，用于将所述半桥逆变电路输出的交流电作为电源电压输出；

与所述半桥逆变电路的微控制器，用于输出脉宽调制波输入到所述半桥逆变电路，控制所述半桥逆变电路逆变后的输出频率；以及

与所述微控制器和谐振电路连接的预热控制电路，用于接收所述谐振电路输出的电源电压，在所述微控制器的预热控制信号的控制下，在荧光灯启动时对荧光灯管中的灯丝进行预热。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述半桥逆变电路包括高低压驱动芯片U1、电阻R1、电阻R2、MOS管Q1、MOS管Q2、电容C1、二极管D1；

所述微控制器输出的配对的PWM信号PWML、PWMH分别输入到所述高低压驱动芯片U1的输入引脚LIN、HIN；

所述高低压驱动芯片U1的输出引脚HO、LO分别通过所述电阻R1、电阻R2驱动所述MOS管Q1、MOS管Q2，所述MOS管Q1、Q2相连的点为所述半桥逆变电路的输出端；

所述电容C1连接于直流电压和地之间；

所述电容C2连接于高低压驱动芯片U1的输出引脚VB和VS之间；

所述二极管D1的正极连接直流电压，负极与所述电容C2相连。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述预热控制电路包括开关电路、继电器，以及灯丝变压器；

所述微控制器的预热控制信号输出端通过所述开关电路连接所述继电器电磁线圈的一端，所述继电器电磁线圈的另一端连接一偏置电压输出端；

所述继电器的开关触点部分串联在所述谐振电路的一输出端与所述灯丝变压器的电源输入端之间。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述微控制器输出两路带死区时间的互补PWM波，频率为f_预热，持续时间为t_预热，每次灯丝启动时，f_预热、t_预热固定。

5.一种包含权利要求1的灯丝预热电路的电子镇流器。

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