CN101820713A

CN101820713A - 应用压电变压器的电子镇流器

Info

Publication number: CN101820713A
Application number: CN200910078641A
Authority: CN
Inventors: 马生茂; 王雪松; 都金龙
Original assignee: China Electronics Weihua Co Ltd
Current assignee: Beijing Newlighting Electronics Co., Ltd.
Priority date: 2009-02-27
Filing date: 2009-02-27
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明提供了一种应用压电变压器的电子镇流器，包括：输入整流滤波电路；半桥驱动电路；半桥开关电路；取样反馈电路，用于从半桥开关电路获得取样电压信号来控制半桥驱动电路的振荡频率，从而为输出灯负载提供恒功率控制；压电变压器输入转换电路，用于转换压电变压器需要的正弦波或准正弦波信号；压电变压器。进一步，取样反馈电路包括第一电阻或互感器以及第一开关管，第一电阻或互感器用于获得取样电压信号，取样电压信号用于控制第一开关管的导通或者断开，从而控制半桥驱动电路的振荡频率。本发明拓扑结构简单，通过控制半桥驱动电路的振荡频率，为输出灯负载提供恒功率控制，此外，为灯负载提供了标准的正弦波电压，延长了灯负载的寿命。

Description

应用压电变压器的电子镇流器

技术领域

本发明涉及镇流器领域，尤其涉及一种应用压电变压器的电子镇流器。

背景技术

镇流器的发展随着灯的发展在不断地进步。镇流器分为电子镇流器和电感式镇流器。目前使用的镇流器多数为电感式镇流器，电感式镇流器的构造比较简单，只需把一定匝数的线圈插入铁芯并用铁壳封装好就可使用，它的缺点是体积和重量大，效率低，基本在60％左右，功率因数低，灯电压波形差，造成灯负载寿命低，还有噪声和频闪等问题，这类镇流器产品不符合现代社会绿色环保的要求，属于将被淘汰的类型。电子镇流器对提高照明系统能效和质量有明显优势，是未来发展的趋势。电子镇流器是将工频(50Hz/60Hz)交流电变换为较高频率的交流电，并能使一个或几个气体放电灯正常启动和稳定工作的变化器。现在多数电子镇流器为电磁转换方式，拓扑结构较成熟。

压电变压器作为一种新型的变压器，是利用极化后的压电体的压电效应来实现电压输出的。在压电变压器的输入部分用一个正弦波电压信号驱动，通过逆压电效应使输入部分产生振动，振动波通过输入和输出部分的机械结构耦合到输出部分，输出部分再通过正压电效应产生电荷，实现压电体的电能-机械能-电能的机电能量的二次变换，在压电变压器的谐振频率下获得最高输出电压。与传统的电磁变压器相比，压电变压器体积小，重量轻，无噪声，无电磁干扰，升压比大，转换效率高，输出波形好，无需磁芯和铜线，可节省有色金属材料；同时压电变压器自身作为一个优良的滤波器，可以将电源输入级的干扰完全滤除，输出一个标准的正弦波，供后级负载使用。

应用压电变压器的压电镇流器作为一种新型的电子镇流器，在拓扑结构、延长灯的寿命方面，相比电磁转换方式的电子镇流器，有较强的优势，为绿色环保的照明需求提供了较好的解决方案。

发明内容

本发明提供了一种应用压电变压器的电子镇流器，压电变压器的输出直接驱动灯负载，可以完成点火和正常供电两种功能，简化了电子镇流器电路，并且为输出灯负载提供恒功率控制。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用压电变压器的电子镇流器，包括：

输入整流滤波电路，用于输入电源的整流和滤波；

半桥驱动电路，与所述输入整流滤波电路连接；

半桥开关电路，与所述半桥驱动电路连接，由所述半桥驱动电路驱动；

取样反馈电路，与所述半桥驱动电路和半桥开关电路连接，用于从所述半桥开关电路获得取样电压信号来控制所述半桥驱动电路的振荡频率；

压电变压器输入转换电路，与所述半桥开关电路连接，用于把所述半桥开关电路输出的信号转换成压电变压器需要的正弦波或者准正弦波信号；

压电变压器，与所述压电变压器输入转换电路连接。

在本发明的一个实施例中，所述取样反馈电路包括：

第一电阻，与所述半桥开关电路连接，用于从所述半桥开关电路获得取样电压信号；

第一开关管，与所述第一电阻和半桥驱动电路连接，所述第一电阻获得的所述取样电压信号用于控制所述第一开关管的导通或者断开，以调节决定半桥驱动电路振荡频率的电阻的阻值，从而控制所述半桥驱动电路的振荡频率。

进一步地，所述第一开关管是三极管。

在本发明的另一个实施例中，所述取样反馈电路包括：

互感器，所述互感器的主线圈与所述半桥开关电路连接，用于从所述半桥开关电路获得取样电压信号；

二极管，与所述互感器的副线圈连接；

第一开关管，与所述二极管和半桥驱动电路连接，所述互感器获得的所述取样电压信号用于控制所述第一开关管的导通或者断开，以调节决定半桥驱动电路振荡频率的电阻的阻值，从而控制所述半桥驱动电路的振荡频率。

进一步地，所述第一开关管是三极管。

本发明提供了一个应用压电变压器的电子镇流器，由于压电变压器本身的特性，在输出开路状态下，电压会迅速升高，这样就可以完成对灯负载的点火，当正常负载情况下又能够恢复压电变压器正常变比的电压，实现照明灯正常工作所需的工作条件。本发明的电子镇流器整机效率在90％左右，对节约能源起到很好的作用；本发明的拓扑结构简单，较大限度地减少了压电变压器的外围器件；本发明通过取样反馈电路从半桥开关电路获得取样电压信号来控制半桥驱动电路的振荡频率，从而为输出灯负载提供恒功率控制；此外，本发明为灯负载提供了标准的正弦波电压，延长了灯负载的寿命。

附图说明

图1是本发明的应用压电变压器的电子镇流器的原理框图；

图2是本发明实施例1的应用压电变压器的电子镇流器的电路图；

图3是本发明实施例2的应用压电变压器的电子镇流器的电路图；

图4是本发明实施例3的应用压电变压器的电子镇流器的电路图；

图5是本发明实施例4的应用压电变压器的电子镇流器的电路图；

具体实施方式

本发明的主要思想是用压电变压器取代传统的电磁转换式变压器应用于电子镇流器中，图1是本发明的应用压电变压器的电子镇流器的原理框图，如图1所示，为了保证压电变压器的高效转换，在半桥开关电路和压电变压器之间连接压电变压器输入转换电路，用于将半桥开关电路的输出信号转换成压电变压器需要的正弦波或准正弦波信号，同时，本发明还包括取样反馈电路，把反应在半桥回路上的电流变化通过取样反馈电路转换为对应的电压变化，并利用该电压变化来控制半桥驱动电路的振荡频率，从而实现输出灯负载的恒功率控制。

下面结合附图及具体实施方式对本发明技术方案做进一步的详细描述。

图2是本发明实施例1的应用压电变压器的电子镇流器的电路图，取样反馈电路与半桥驱动电路和半桥开关电路连接，用于从半桥开关电路获得取样信号来控制半桥驱动电路的振荡频率。如图2所示，取样反馈电路包括：第一电阻41和第一开关管。第一电阻41连接在半桥开关电路的第二开关管22和地之间；第一开关管采用三极管40，三极管40的基极与第一电阻41连接第二开关管22的连接点连接，三极管40的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻12并联。半桥驱动电路包括半桥驱动器集成电路芯片IR215310，IR2153是VMOS(V型槽金属氧化物半导体场效应管)和IGBT(绝缘栅双极晶体管)栅极驱动器，它将高压半桥栅极驱动电路和一个类似于555时基电路的前端振荡器集成在一个8脚芯片上，是一款功能较强、易于使用的功率驱动IC芯片。半桥驱动电路的振荡频率由连接在半桥驱动器集成电路芯片IR215310的第二管脚2和第三管脚3之间的第四电阻11和第五电阻12以及连接在半桥驱动器集成电路芯片IR215310的第三管脚3和第四管脚4之间的第三电容13决定。流过半桥回路上的电流变化，反应在第一电阻41上，变成相对应的电压变化，该电压变化加在三极管40的基极，通过改变三极管40的基极和发射极之间的电压，来控制三极管40的导通和截止，从而实现半桥开关电路电流变化转为三极管40的通断变化。当电子镇流器的输出电流增大时，反应在半桥回路上的电流也会同步增大，第一电阻41上的电压增大，控制三极管40导通，由于三极管40的发射极和集电极与半桥驱动器集成电路芯片1R215310的第二管脚2和第三管脚3之间的第五电阻12并联，三极管40导通引起第五电阻12两端短路，因此半桥驱动电路的振荡频率是：

f＝1/[1.38(R11+75)×C13]，其中，R11表示第四电阻11，C13表示第三电容13。

当电子镇流器的输出电流减小时，反应在半桥回路上的电流也会同步减小，第一电阻41上的电压减小，控制三极管40截止，因此半桥驱动电路的振荡频率是：

f＝1/[1.38(R11+R12+75)×C13]，其中，R11表示第四电阻11，R12表示第五电阻12，C13表示第三电容13。

如上所述，通过第一电阻41上的取样电压来控制三极管40的通断来控制半桥驱动电路的振荡频率，通过对驱动电路振荡频率的调节达到对输出灯负载恒功率的控制。

图3是本发明实施例2的应用压电变压器的电子镇流器的电路图，如图3所示，取样反馈电路包括：互感器41′、二极管42′和第一开关管。在半桥开关电路的第二开关管22和地之间连接互感器41′的主线圈，互感器41′的副线圈连接二极管42′的正极；第一开关管采用三极管40，三极管40的基极与二极管42′的负极连接，三极管40的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻12并联。半桥驱动电路包括半桥驱动器集成电路芯片IR215310，半桥驱动电路的振荡频率由连接在半桥驱动器集成电路芯片IR215310的第二管脚2和第三管脚3之间的第四电阻11和第五电阻12以及连接在半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10的第三管脚3和第四管脚4之间的第三电容13决定。流过半桥回路上的电流变化，反应在互感器41′上，变成相对应的电压变化。互感器41′输出的是交流电，所述交流电通过二极管42′进行整流后加在三极管40的基极，通过改变三极管40的基极和发射极之间的电压，来控制三极管40的导通和截止，从而控制半桥驱动电路的振荡频率，通过对驱动电路振荡频率的调节达到对输出灯负载恒功率的控制。具体对振荡频率的调节如上所述。

图4是本发明实施例3的应用压电变压器的电子镇流器的电路图，如图4所示，取样反馈电路包括：第一电阻41、第一电容42，第二电阻43、第三电阻44、第二电容45和第一开关管。在半桥开关电路的第二开关管22和地之间连接第一电阻41，第一电容42与第一电阻41并联，第一开关管是三极管40，三极管40的基极与第一电阻41之间串联有第二电阻43，第三电阻44与第二电容45并联，并连接在三极管40的基极与地之间，三极管40的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻12并联。第一电容42用于第一电阻41的取样电压信号的滤波，第二电阻43用于限流，第三电阻44用于二次取样，获得二次取样电压信号，第二电容45用于二次取样电压信号的滤波。半桥驱动电路包括半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10，半桥驱动电路的振荡频率由连接在半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10的第二管脚2和第三管脚3之间的第四电阻11和第五电阻12以及连接在半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10的第三管脚3和第四管脚4之间的第三电容13决定。流过半桥回路上的电流变化，反应在第一电阻41上，变成相对应的电压变化，第一电阻41获得的取样电压信号通过与第一电阻41并联的第一电容42滤波后，再通过第二电阻43的限流，由第三电阻44获得二次取样电压信号并经第二电容45进行滤波后，加在三极管40的基极，通过随半桥回路上的电流变化而变化的二次取样电压信号来改变三极管40的基极和发射极之间的电压，以控制三极管40的导通和截止，从而控制半桥驱动电路的振荡频率，通过对驱动电路振荡频率的调节达到对输出灯负载恒功率的控制。具体对振荡频率的调节如上所述。

图5是本发明实施例4的应用压电变压器的电子镇流器的电路图，如图5所示，取样反馈电路包括：互感器41′、和二极管42′、第二电阻43、第三电阻44、第二电容45和第一开关管。在半桥开关电路的第二开关管22和地之间连连接互感器41′，互感器41′的副线圈连接二极管42′的正极，第一开关管是三极管40，三极管40的基极和二极管42′的负极之间串联有第二电阻43，第三电阻44与第二电容45并联，并连接在三极管40的基极与地之间，三极管40的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻12并联。第二电阻43用于限流，第三电阻44用于二次取样，获得二次取样电压信号，第二电容45用于二次取样电压信号的滤波。半桥驱动电路包括半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10，半桥驱动电路的振荡频率由连接在半桥驱动器集成电路芯片IR2153 10的第二管脚2和第三管脚3之间的第四电阻11和第五电阻12以及连接在半桥驱动器集成电路芯片IR215310的第三管脚3和第四管脚4之间的第三电容13决定。流过半桥回路上的电流变化，反应在互感器41′上，变成相对应的电压变化。互感器41′输出的是交流电，该交流电通过二极管42′进行整流后通过第二电阻43的限流，由第三电阻44获得二次取样电压信号并经第二电容45进行滤波后，加在三极管40的基极，通过随半桥回路上的电流变化而变化的二次取样电压信号来改变三极管40的基极和发射极之间的电压，以控制三极管40的导通和截止，从而控制半桥驱动电路的振荡频率，通过对驱动电路振荡频率的调节来达到对输出灯负载恒功率的控制。具体对振荡频率的调节如上所述。

本发明的电子镇流器中所采用的压电变压器与传统的小功率器件不同，属于较大功率的压电变压器，功率从10W到100W之间，可以满足普通商业照明的需求。因此，对压电变压器的转换效率提出较高要求。本发明的压电变压器输入转换电路，将半桥开关电路输出的方波功率信号转换为压电变压器需要的正弦波或者准正弦波信号，作为压电变压器的输入信号，保证了压电变压器的高效转换。如图2、图3、图4和图5所示，压电变压器输入转换电路包括并联在压电变压器30输入端的第一电感31，以及串联在压电变压器30输入端的第二电感32和第四电容33。通过电容-电感谐振，压电变压器输入转换电路将半桥开关电路输出的方波功率信号转换为准正弦波功率信号，作为压电变压器30的输入信号，满足压电变压器的正常输入要求，将压电变压器30上的功耗控制在合理的范围内，从而使压电变压器30的温升可以得到较好的控制，保证了压电变压器30的高效转换，在压电变压器30的输出端得到灯负载点火、正常供电的电压和电流，驱动灯负载正常工作。

需要说明的是，以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，而不是对本发明技术方案的限定，任何熟悉该技术的本领域普通技术人员在本发明所提示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种应用压电变压器的电子镇流器，其特征在于，包括：

输入整流滤波电路，用于输入电源的整流和滤波；

半桥驱动电路，与所述输入整流滤波电路连接；

压电变压器，与所述压电变压器输入转换电路连接。

2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述取样反馈电路包括：

3.如权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于，所述第一电阻连接在所述半桥开关电路的第二开关管和地之间。

4.如权利要求2或3所述的电子镇流器，其特征在于，所述第一开关管是三极管，所述三极管的基极与所述第一电阻连接，所述三极管的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻并联。

5.如权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于，所述取样反馈电路还包括：

第一电容，与所述第一电阻并联，用于滤波；

第二电阻，连接在所述第一电阻和所述三极管的基极之间，用于限流；

第三电阻，连接在所述三极管的基极和地之间，用于获得二次取样电压信号；

第二电容，与所述第三电阻并联，用于滤波。

6.如权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于，所述半桥驱动电路包括自振荡半桥驱动器集成电路芯片IR2153，决定半桥驱动电路振荡频率的第四电阻和第五电阻串联，并连接在所述集成电路芯片IR2153的第二管脚和第三管脚之间，决定半桥驱动电路振荡频率的第三电容连接在所述集成电路芯片IR2153的第三管脚和第四管脚之间。

7.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述取样反馈电路包括：

二极管，与所述互感器的副线圈连接；

8.如权利要求7所述的电子镇流器，其特征在于，所述互感器连接在所述半桥开关电路的第二开关管和地之间。

9.如权利要求7或8所述的电子镇流器，其特征在于，所述第一开关管是三极管，所述三极管的基极与所述二极管连接，所述三极管的发射极和集电极与决定半桥驱动电路振荡频率的第五电阻并联。

10.如权利要求9所述的电子镇流器，其特征在于，所述取样反馈电路还包括：

第二电阻，连接在所述二极管和所述三极管的基极之间，用于限流；

第二电容，与所述第三电阻并联，用于滤波。

11.如权利要求9所述的电子镇流器，其特征在于，所述半桥驱动电路包括自振荡半桥驱动器集成电路芯片IR2153，决定半桥驱动电路振荡频率的第四电阻和第五电阻串联，并连接在所述集成电路芯片IR2153的第二管脚和第三管脚之间，决定半桥驱动电路振荡频率的第三电容连接在所述集成电路芯片IR2153的第三管脚和第四管脚之间。

12.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于：所述压电变压器输入转换电路包括第一电感、第二电感和第四电容，所述第一电感与所述压电变压器的输入端并联，所述第二电感和第四电容串联，并与所述压电变压的输入端串联。