CN101754548A

CN101754548A - 一种电子镇流器

Info

Publication number: CN101754548A
Application number: CN201010101931A
Authority: CN
Inventors: 林文献
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-01-27
Filing date: 2010-01-27
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2030-01-27
Also published as: CN101754548B

Abstract

本发明涉及一种电子镇流器，其特征在于：该镇流器依次由AC/DC转换电路、启动电路、半桥逆变电路、功率因素校正电路及灯管回路组成。本发明具有结构设计合理，采用滑频技术，使半桥逆变输出的方波电压频率从最高频率连续下滑至灯高压点燃频率直至稳态工作频率，解决自激式单频点振荡变为连续变频振荡方式，实现在灯管回路中灯管两端灯丝短路连接后，即使灯丝断开后灯管依然可以被顺利高压点燃并正常发光，直至灯管失效为止。该专利技术重点突破了长期以来，节能灯断灯丝，日光灯断灯丝后无法再被使用的事实，由此，极大延长了节能灯、日光灯的使用寿命，大大提高了它们的广泛的实用价值上。

Description

一种电子镇流器

技术领域：

本发明属于电子领域，特别涉及一种经济实用的电子镇流器。

背景技术：

三十年来，节能灯以节能显著始终受到亿万用户的其极度青睐。然而自它上市的那时起至今被号称省电不省钱。本设计从技术上突破了三十年来“不省钱”的大难题，既保证廉价低成本，又使电子镇流器所驱动的节能灯、日光灯连续点亮寿命提高4～5倍，几乎可以取代性价比非常高的LED灯具，同时极大降低“电子垃圾”的产生，极大减少废弃的日光灯管。

发明内容：

本发明的目的是发明一种采用滑频技术，解决自激式单频点振荡变为连续变频振荡方式，实现灯管断丝点燃直至灯管失效的电子镇流器。

本发明技术方案是这样实现的：一种电子镇流器，其特征在于：该镇流器依次由AC/DC转换电路、启动电路、半桥逆变电路、功率因素校正电路及灯管回路组成。

所述AC/DC变换电路由保险管FU，压敏电阻RV，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R1、R2组成；二极管D3、D4、D5、D6组成桥式整流电路，该整流电路输出正端分别经串接的二极管D1、D2导向，电容C1和压敏电阻RV并接在该整流电路交流输入两端，在交流输入一端上串接有保险管FU；两电容C2、C3串接后并在整流电路输出端上，构成滤波输出；电容C2上并接有电阻R1和电容C4，电容C3上并接有电阻R2和电容C5。

所述启动电路由电阻R3、电容C6双向触发二极管D8，二级管D7组成；电阻R3、电容C6串接后并接在AC/DC转换电路的输出两端，电阻R3接输出正端；双向触发二极管D8、二级管D7正向端分别接在电阻R3和电容C6的串联节点上，由电容C6的充放电规律控制双向触发二极管D8导通规律。

所述半桥逆变器电路由三极管Q1、Q2、电容C7、C8、C9、C10、C11，其中C9、C11是电解电容，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，二级管D9、D10、变压器T组成；三极管Q1集电极接AC/DC转换电路输出正端，发射极串接电阻R5后接启动电路中二极管D7反向端，三极管Q1集电极与二极管D7反向端并接有一电阻R4和一电容C7，电阻R7和二极管D9串接后并在三极管Q1基极与二极管D7反向端，电阻R8串接变压器T的初级线圈Tb、电容C9后并在三极管Q1基极与二极管D7反向端间，其中电容C9两端并接有电容C8；三极管Q2集电极接二极管D7反向端，发射极串接电阻R6后接在AC/DC转换电路输出负端，基极接双向触发二极管D8反向输出端，电阻R10串接变压器T的初级线圈Tc、电容C11后并在三极管Q2基极与AC/DC转换电路输出负端，其中电容C11两端并接有电容C10；变压器T的次级线圈Ta的一端接二极管D7的反向端，另一端与灯管回路的扼流圈L一端连接。

所述功率因素校正电路由二极管D1、D2，电容C12组成；二极管D1、D2串接在整流电路输出正端，电容C12一端连接在二极管D1、D2的串联节点上，另一端接扼流圈L的一端。

所述灯管回路由扼流圈L、电容C13、灯管H组成；灯管H一端接在扼流圈L和电容C12串联节点端、另一端接在电容C2、C3串联节点端上，电容C13并接在灯管H的两端。

本发明具有结构设计合理，采用滑频技术，使半桥逆变输出的方波电压频率从最高频率连续下滑至灯高压点燃频率直至稳态工作频率，解决自激式单频点振荡变为连续变频振荡方式，实现在灯管回路中灯管两端灯丝短路连接后，即使灯丝断开后灯管依然可以被顺利高压点燃并正常发光，直至灯管失效为止。该专利技术重点突破了长期以来，节能灯断灯丝，日光灯断灯丝后无法再被使用的事实，由此，极大延长了节能灯、日光灯的使用寿命，大大提高了它们的广泛的实用价值上。

附图说明：

下面结合具体图例对本发明做进一步说明：

图1电子镇流器原理框图

图2电子镇流器电路图

图3等效电路图

具体实施方式：

参照图1和图2，各电路模块的组成如下：

1、AC/DC变换电路：由保险管FU，压敏电阻RV，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R1、R2组成。

2、启动电路：由电阻R3、电容C6双向触发二极管D8，二级管D7组成。

3、半桥逆变器电路：由三极管Q1、Q2、电容C7、C8、C9、C10、C11，其中C9、C11是大容量耐高压电解电容，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，二级管D9、D10、变压器T组成。

4、功率因素校正电路：二极管D1、D2，电容C12组成。

5、灯管回路：由扼流圈L、电容C13、灯H组成。

电子镇流器工作原理如下：

1、市电220V接入，经保险FU，压敏电阻RV，电容C1加至由二极管D3、D4、D5、D6组成的桥式整流电路的交流输入端，经全波整流输出，由二极管D2导向，在图2中A点成为100HZ的直流脉动电压，再经二极管D1导向，电容C2、C3滤波输出，在图2中D点为直流300V电压。电容C4是电容C2的吸收高频通路，电阻R1是泄放回路，电容C5是电容C3的吸收高频通路，电阻R2是泄放回路。

2、在D点电压为300V时，电阻R3限流，电容C6开始充电，并依指数律，电容C6电压上升，当该电压上升至双向触发二极管D8的雪崩击穿电压时，电容C6经双向触发二极管放电，放电电流加至三极管Q2基极，三极管Q2因此导通，三极管Q1截止，三极管Q1、Q2是交替导通、截止。三极管Q1导通则三极管Q2截止，反之，亦然。

当三极管Q2导通时，电路中电流路径是：D点→C2→B点→C13→L→Ta→Q2→R6→地，电流对电容C13充电。

当三极管Q1导通时(三极管Q2截止)，电路中电流路径是：D点→Q1→R5→Ta→L→C13→E点→C3→地，电容C13放电。

三极管Q1、Q2交替导通是变压器磁饱和的强烈正反馈作用所至，逆变器输出方波电压。关于三极管Q1、Q2工作机制以及高压点燃灯管在下面“滑频”中分析。

参照图3，图3为图2的电路等效图，三极管Q1、Q2的基极回路中，D_BE1、D_BE2等效三极管基射极，RQ1、RQ2等效为三极管基射极的体电阻，K1、K2等效三极管Q1、Q2运行开关效果，符号：i(t)表示注入三极管Q2基极的脉冲电流，其它符号与图2一致。

电路得电，电容C6经电阻R3充电，电容C6电压上升，当电容C6电压等于双向触发二极管D8时，双向触发二极管D8呈雪崩击穿，电容C6放电，放电电流经双向触发二极管D8加至三极管Q2的基极，如参二所示C点i(t)加至网络I的箭头方向。

网络I、II均是无源网络，变压器T的Tc、Tb绕组，电容C9、C11是储能元件。

电容C6放电电流瞬时呈上升沿，在网络I中，一路经D_BE2、R_Q2到地，三极管Q2因此饱和导通，一路经电阻R10→Tc→C11到地，Tc转换为磁能，C11转换为电场能存储。

三级管Q2导通，灯回路电流路径是：D点(+300V)→C2→B点(+150V)→C13→L→Ta→F点→Q1→R6→地，电流对电容C13充电，变压器T的三级绕组Ta、Tb、Tc同名端如图2、3中黑点标志所示，此时变压器T的Ta绕组极性是下正上负，Tb极性是下正上负，确保三极管Q1因基极的负偏压而可靠截止，Tc极性仍是上正下负。

随着时间推移，电容C6放电电流量下降沿减小，瞬时变压器T的Tc绕组极性改变为上负下正，电容C11反向充电结束，并释放电能补充Tc磁能释放为电能，共同作用在三极管Q2基极，使基极呈负偏压，三极管Q2可靠截止。由于三极管Q2截止，电容C11初始反向充电引起其反向电压微量上升，但它释放电能只是补充Tc磁能，仅是能量转换而已，并无出现电气回路消耗。电容C11补充给Tc电能再次转接为磁能，致使变压器T磁饱和。

电容C6因放电而引起它自己电压降低，当此电压低于双向触发二极管D8的雪崩击穿电压时，双向触发二极管D8立即截止，并断开了网络I的外加电流i(t)，该电流波形为锯形波，脉宽很窄，它表明频率很高，在实验中看出其频率大于100千周。

因为变压器T磁饱和时的正反馈作用，导致相关绕组极性即刻发生变化，绕组Tb极性是上正下负，在网络II中，三极管Q1的基极因正偏置而饱和导通，电容C9被反向充电，三极管Q1导通，灯管回路电流路径是：D点(+300V)→Q1→R5→Ta→L→E点→C13→B点(+150V)→地，可见灯管回路电流方向与三极管Q2导通时完全相反，半桥逆变器输出方波电压。绕组Tb磁能一方面转换为三极管Q1基极电流，另一方面转换成电能被电容C9吸收，致使电容C9电压略微上升。

无源网络I、II是完全对称设计的，初始灯管电流变化频率很高。

当绕组Tc磁能释放，经时间推移，该电流的变化是减少趋势，绕组Tc的极性立即又发生变化，Tc极性为上负正正，电容C9反向放电补偿Tc磁能的减少。同时给予三极管Q1基极负偏压，三极管Q1因此迅速可靠截止。

变压器T的正反馈作用，绕组Tc极性变化同时Tb极性即刻发生改变，Tb极性上正下负。一方面转换成电流加至三极管Q2基极，三极管Q2导通，一方面又给电容C11反向充电，电容C11电压又略有上升。

依上述过程周而复始，变压器T的正反馈作用，使得三极管Q1、Q2保持交替导通，灯管电流依此方波电压频率而变化。

从网络中电容C9、C11储能及其电压应符合：电容电压Uc＝1/C∫₀ ⁱi(dt)，积分表达式可见，电容电压Uc是电流变化率的积分函数，同是电容量愈大，Uc增量就愈小，电流变化率时间愈小，Uc就愈小。

这说明了网络中电容作用是从储能为0开始，短暂吸收绕组Tb或Tc转换的电能，主体上分别给三极管Q1或Q2提供基流，保证它们的导通，其次又补偿绕组Tb或Tc的能量，维持三极管Q1或Q2的基极反向偏量而可靠截止。

另一方面随着电容每次吸收电能后，便引起其电压逐步上升，从而减缓网络中绕组Tb或Tc能量转换过程的时间，即变换频率下降。

它们的互相作用，持续到电感与电容，比如：Tb与C9、或Tc与C11，在每一时刻的电压相等时，LC进入稳态。

而在半桥逆变电路中，表现为初始频率很高一直下滑至稳态频率即工作频率为正，此后半桥逆变器输出稳定频率的方波电压。

在本设计中，电解电容C9、C11容量为100μF，因为存在反向充电电压，电容耐压为50V，它们工作在高频工况，分别应并上小容量电容C8、C10，可有效防止这两个大电容的发热，有利提高工作稳定性。

谐振：

谐振的主要条件是半桥逆变器输出方波电压频率即驱动频率必需等于灯管回路中扼流圈L与电容C13串联的固有频率。

当驱动频率下滑并等于LC固有频率时，在电容C13上会产生上千伏的高压脉冲将灯管点燃，这与灯管内的灯丝完好或断开无关，而灯管发亮进入稳态点燃发光后，灯管等效一个电阻，而电容C13的阻抗远大于灯管内阻，所以高频电流几乎全部通过灯管。

功率因素校正：参考图2

电容C12快恢复二极管D1、D2构成能量反馈电路。

在高频的正半波，从灯管回路E点经电容C12至快恢复二极管D1，通过快恢复二极管D1对电容C2、C3充电，填充低谷，使电容C2、C3上的电压起伏变小，负半波经快恢复二极管D2返回电源，只要适当选择电容C12的值，使得整流电压的纹波电压峰一峰值减小，降低其脉动起伏，便可以改善灯管电流的波峰系数，另外，由于高频电流的反馈，使得输入电流持续时间加长，死区时间变短，大大提高了功率因素，减小了电流的谐波失真。

由于电容C12的反馈取自振荡端，且在灯管之前，与灯管压降无关，从而克服了灯管受温度的影响，因此电容C12的反馈使半桥逆变电路比较稳定。

电容C2、C3工作在高频状态下，易于发热，为此分别并联小电容C3、C4，即可大大减轻电容C2、C3的发热，从而提高电路的稳定性。

其它电路的作用：参照图2

1.在三极管Q1、Q2的基极回路中，分别有电阻R7，二极管D9串联支路，作用是：当双极型三极管Q1或Q2截止时，为反向基极的电路提供一个低阻抗通道，使三极管快速恢复零电压状态，因而减少三极管Q1、Q2开关的电应力，提高了三极管的寿命。

2.在启动回路电阻R3，电容C6的串联节点C点经二极管D7接到F点，作用是当双向触发二极管D8截止后，电容C6经二极管D7放电。

3.在D点与F点之间由电阻R4与电容C7构成的并联支路连接，其作用是：当三极管Q1或Q2从导通转接期间内存在一个电流以为零的死区时间，为防止并避免三极管Q1、Q2出现“共态”而损坏，在死区时间内与三极管并联的电容C7能起到续流效果，从而保证灯管电流的连续性。

4.在三极管Q1、Q2的射极回路中，分别串联电阻R5、R6至地，即发射极电阻，作用是起负反馈和稳定三极管的工作点。

5.220V交流输入端并联压敏电阻Rv，它能吸收电网的高压尖脉冲，即瞬时短路，防止尖脉冲串入电路内部，破坏正常工作，并联电容C1为了消除高频成份，避免进入电路内部。

Claims

1.一种电子镇流器，其特征在于：该镇流器依次由AC/DC转换电路、启动电路、半桥逆变电路、功率因素校正电路及灯管回路组成。

2.根据权利要求1所述的一种电子镇流器，其特征在于：AC/DC变换电路由保险管FU，压敏电阻RV，电容C1、C2、C3、C4、C5，二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6，电阻R1、R2组成；二极管D3、D4、D5、D6组成桥式整流电路，该整流电路输出正端分别经串接的二极管D1、D2导向，电容C1和压敏电阻RV并接在该整流电路交流输入两端，在交流输入一端上串接有保险管FU；两电容C2、C3串接后并在整流电路输出端上，构成滤波输出；电容C2上并接有电阻R1和电容C4，电容C3上并接有电阻R2和电容C5。

3.根据权利要求1所述的一种电子镇流器，其特征在于：启动电路由电阻R3、电容C6双向触发二极管D8，二级管D7组成；电阻R3、电容C6串接后并接在AC/DC转换电路的输出两端，电阻R3接输出正端；双向触发二极管D8、二级管D7正向端分别接在电阻R3和电容C6的串联节点上，由电容C6的充放电规律控制双向触发二极管D8导通规律。

4.根据权利要求1所述的一种电子镇流器，其特征在于：半桥逆变器电路由三极管Q1、Q2、电容C7、C8、C9、C10、C11，其中C9、C11是大容量电解电容，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，二级管D9、D10、变压器T组成；三极管Q1集电极接AC/DC转换电路输出正端，发射极串接电阻R5后接启动电路中二极管D7反向端，三极管Q1集电极与二极管D7反向端并接有一电阻R4和一电容C7，电阻R7和二极管D9串接后并在三极管Q1基极与二极管D7反向端，电阻R8串接变压器T的初级线圈Tb、电容C9后并在三极管Q1基极与二极管D7反向端间，其中电容C9两端并接有电容C8；三极管Q2集电极接二极管D7反向端，发射极串接电阻R6后接在AC/DC转换电路输出负端，基极接双向触发二极管D8反向输出端，电阻R10串接变压器T的初级线圈Tc、电容C11后并在三极管Q2基极与AC/DC转换电路输出负端，其中电容C11两端并接有电容C10；变压器T的次级线圈Ta的一端接二极管D7的反向端，另一端与灯管回路的扼流圈L一端连接。

5.根据权利要求1所述的一种电子镇流器，其特征在于：功率因素校正电路由二极管D1、D2，电容C12组成；二极管D1、D2串接在整流电路输出正端，电容C12一端连接在二极管D1、D2的串联节点上，另一端接扼流圈L的一端。

6.根据权利要求1所述的一种电子镇流器，其特征在于：灯管回路由扼流圈L、电容C13、灯管H组成；灯管H一端接在扼流圈L和电容C12串联节点端、另一端接在电容C2、C3串联节点端上，电容C13并接在灯管H的两端。