CN101932180B

CN101932180B - 高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器

Info

Publication number: CN101932180B
Application number: CN 201010264501
Authority: CN
Inventors: 冯关兴
Original assignee: SHANGHAI SONGJI MECHANICAL AND ELECTRICAL CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI SONGJI MECHANICAL AND ELECTRICAL CO Ltd
Priority date: 2010-08-25
Filing date: 2010-08-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-08-25
Also published as: CN101932180A

Abstract

一种高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器，包括滤波整流电路、功率因数校正及升压电路、辅助电源电路、采样电路、逆变电路、振荡驱动电路、恒功率控制电路、谐振电路和保护电路。采样电路采集功率因数校正及升压电路的输出电压信号及高强度气体放电灯的灯电流信号，逆变电路与采样电路的第一输出端耦接。恒功率控制电路包括磁放大器、磁放大器控制电路和供电电路。磁放大器的初级绕组与谐振电路串联，控制绕组的一端与磁放大器控制电路耦接，另一端与供电电路耦接。磁放大器控制电路根据采样电路的第二输出端输出的与采样灯电流成正比的控制电信号，控制流过控制绕组的电流相对于灯电流成反比例变化。本发明简化了电路结构，且成本低廉。

Description

高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种高强度气体放电灯用电子镇流器。

背景技术

高强度气体放电灯具有光效高、寿命长、功率大、价廉等很多优点，特别适用于车站、码头、广场、道路交通等需要大功率、大面积照明的地方，是目前大功率、大面积照明的优选电光源。但是，传统的电感镇流器功率因数很低，无功损耗巨大，而一般的电子镇流器功率因数也不高(PF＜0.98)，谐波含量(THD)也超标(THD＞10％)，虽然目前有些电子镇流器采用单片机进行了恒功率控制，然而却存在着电路复杂，可靠性较差和价格偏高等诸多缺陷。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种电路简单、成本低、维护方便的高功率因数(PF＞0.99)、低谐波含量(THD＜10％)、能实现恒功率输出的电子镇流器。

本发明所采用的技术方案是：一种高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器，包括滤波整流电路、功率因数校正及升压电路、辅助电源电路、采样电路、逆变电路、振荡驱动电路、谐振电路和保护电路；该功率因数校正及升压电路与滤波整流电路的输出端耦接；辅助电源电路与功率因数校正及升压电路连接，用于分别向采样电路、保护电路和振荡驱动电路提供直流电；采样电路的输入端与功率因数校正及升压电路耦接，用于采集功率因数校正及升压电路的输出电压信号以及高强度气体放电灯的灯电流信号；逆变电路与采样电路的第一输出端耦接；振荡驱动电路和谐振电路均与逆变电路耦接；保护电路分别与功率因数校正及升压电路和振荡驱动电路耦接；该电子镇流器还包括一恒功率控制电路，该恒功率控制电路与保护电路耦接；该恒功率控制电路包括磁放大器、磁放大器控制电路和供电电路；磁放大器的初级绕组与谐振电路串联，该磁放大器的控制绕组的一端与磁放大器控制电路耦接，另一端与供电电路耦接；采样电路的第二输出端输出一与采样的灯电流成正比的控制电信号，磁放大器控制电路根据该控制电信号，控制流过控制绕组的直流电流相对于灯电流成反比例变化。

本发明利用了磁放大器组成恒功率控制电路，简化了电路结构，且成本低廉，可靠性高。

附图说明

图1是本发明高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器的原理框图；

图2是本发明的恒功率控制电路的原理框图；

图3是本发明高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做出进一步说明。

参考图1，本发明的高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器，包括滤波整流电路1、功率因数校正及升压电路2、辅助电源电路3、采样电路4、逆变电路5、恒功率控制电路7、谐振电路8、振荡驱动电路9和保护电路11。其中，整流滤波电路1用于将输入的市电整流为脉动直流电，并平滑滤波。功率因数校正及升压电路2与滤波整流电路1的输出端耦接，用于提高电路的功率因数。辅助电源电路3与功率因数校正及升压电路2连接，用于分别向采样电路4、振荡驱动电路9和保护电路11提供直流电。采样电路4的输入端与功率因数校正及升压电路2耦接，用于采集功率因数校正及升压电路2的输出电压信号和高强度气体放电灯的灯电流信号。逆变电路5与采样电路4的第一输出端耦接，用于将输入的直流电压转为高频方波电压。谐振电路8和振荡驱动电路9均与逆变电路5耦接。谐振电路8与高强度气体放电灯连接，向高强度气体放电灯提供点火电压。保护电路11分别与功率因数校正及升压电路2、恒功率控制电路7和振荡驱动电路9耦接。在图3所示出的本发明的一种实施方式中，逆变电路5采用了半桥逆变电路，振荡驱动电路9用于驱动和控制半桥逆变电路的两个开关管交替导通和截止。为了消除半桥逆变电路的磁偏现象，可在逆变电路5与谐振电路之间8之间设置一隔直流电路6，隔直流电路6的输入端与半桥逆变电路耦接，输出端与谐振电路8耦接。本发明的逆变电路5还可采用全桥逆变电路，当采用全桥逆变电路时，则可以不设置隔直流电路。

如图2所示，恒功率控制电路7进一步包括磁放大器71、磁放大器控制电路72和供电电路73。该磁放大器71的初级绕组与谐振电路8串联，磁放大器71的控制绕组的一端与磁放大器控制电路72耦接，另一端与供电电路73耦接。采样电路4的第二输出端输出一与采样的灯电流成正比的控制电信号，磁放大器控制电路72根据该控制电信号，控制流过磁放大器71的控制绕组的直流电流相对于上述灯电流成反比例变化。

图3是本发明高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器的一个具体实施方式的电路图。如图所示，交流市电由输入端N、L输入，通过热敏电阻NTC1、压敏电阻Rv抑制浪涌电压、电流后，经电容器C1、电感器L1、电容器C2、C3、C4组成的高通滤波器滤波，再经全桥整流器D1-4整流后成为脉动直流，该脉动直流经电容器C5进一步高频滤波。

功率因数校正及升压电路2主要包括APFC(Active Power Factor Correction)控制芯片IC1、电感器L2、场效应管G1、二极管D8和电容器C11，该功率因数校正及升压电路2可进行有源滤波、功率因数校正、升压和低频滤波，从而输出平滑、稳定的直流电压供逆变电路5使用。其中，场效应管G1在APFC控制芯片IC1的控制下进行导通和截止，从而达到提高功率因数的目的。在输入为160-265V的交流电压下，电容C11所输出的直流电压在400V左右。

辅助电源电路3主要包括两个三端稳压芯片IC4、IC5。三端稳压芯片IC4输出15V的直流电压，供给保护电路11中的运算放大器A1、半桥逆变电路驱动控制芯片IC2。三端稳压芯片IC5输出5V的直流电压，供给采样电路4和运算放大器A1的偏置电路。在本发明中，采样电路4优选采用一霍尔闭环直流电流传感器L3，该霍尔闭环直流电流传感器L3的输入端IN采集功率因数校正及升压电路2的输出电压信号高强度气体放电灯的灯电流信号，输出端OUT1(即采样电路的第一输出端)输出一直流电压供逆变电路5使用；输出端OUT2(即采样电路的第二输出端)输出一与采样的灯电流成正比的控制电信号，该电信号被送到保护电路11中的运算放大器A1的同相输入端进行放大。

逆变电路5主要包括场效应管G2、G3、二极管D12、D13、电容器C22、C23以及隔离变压器TB1。半桥逆变电路5在振荡驱动电路9的驱动下工作。振荡驱动电路9主要包括半桥逆变电路驱动控制芯片IC2以及由Q1、Q2、Q3和Q4组成的图腾柱式驱动电路。在本发明的一实施方式中，半桥逆变电路驱动控制芯片IC2采用了型号为TL494的集成电路芯片，该款芯片的原设计为脉宽调制开关稳压电源使用，但脉宽调制必然会大大增大波峰比(即峰值电流和有效值电流之比)，而波峰比在电光源上是有严格限制的。因此，申请人在实际应用时取消了脉宽调制的功能，只使半桥逆变电路驱动控制芯片IC2输出具有一定死区时间、相位差180°的二路驱动信号，再经由图腾柱式驱动电路由隔离变压器TB1驱动场效应管G2和G3。在其它实施方式中，也可采用半桥逆变电路专用驱动器芯片，如IR2155等驱动半桥逆变电路。隔直流电路6由电容器C24构成。

恒功率控制电路7的磁放大器71的初级绕组L4-1与由镇流线圈L5和电容器C28组成的谐振电路8串联，并在电容器C28上输出功率，点亮高强度气体放电灯。磁放大器控制电路72包括NPN晶体管Q5、NPN晶体管Q6、PNP晶体管Q7、电阻R32、R33、R34、R35。NPN晶体管Q5的基极经二极管D17和电阻R38与保护电路11中的运算放大器A1的输出端耦接，NPN晶体管Q5的基极输入电压大小与霍尔闭环直流电流传感器L3的输出端OUT2(采样电路4的第二输出端)输出的控制电信号大小成正比，集电极与NPN晶体管Q6的基极耦接，发射极接地。NPN晶体管Q6的集电极与PNP晶体管Q7的基极耦接，发射极与PNP晶体管Q7的集电极共接后接地；电阻R32的一端与NPN晶体管Q5的基极耦接，另一端接地。电阻R33的一端与NPN晶体管Q6的基极耦接，另一端接地。电阻R35的一端与NPN晶体管Q6的基极耦接，另一端与电阻R36串接后与磁放大器的控制绕组L4-2的一端耦接，磁放大器的控制绕组的L4-2的另一端与PNP晶体管Q7的发射极耦接。电阻R34跨接在NPN晶体管Q6的集电极与PNP晶体管Q7的发射极之间。恒功率控制电路7的供电电路73包括辅助绕组L5-2、桥式整流电路D24-27、热敏电阻NTC2、电容器C25、C27、瞬变抑制二极管D14、滤波电感L5-3、电阻R65和三端稳压芯片IC6。辅助绕组L5-2从镇流线圈L5取电，经整流、滤波、稳压后向控制绕组L4-2供电。

工作时，由于高强度气体放电灯的负阻效应或者调换灯管等情况，假设高强度气体放电灯的阻抗变低，其灯电流必然增大，霍尔闭环直流电流传感器L3的输出端OUT2输出的控制电信号必然增大，致使运算放大器A1的同相端输入电压上升，运算放大器A1的输出端电位也上升，NPN晶体管Q5的基极输入电压增加，使NPN晶体管Q5的导通量增大，而NPN晶体管Q6的导通量减小，PNP晶体管Q7的导通量也减小，通过磁放大器的控制绕组L4-2的直流电流减小，导致磁放大器的初级绕组L4-1的电感量增加，使灯电流减小，电容器C28的输出功率减小，反之亦然，这样就达到了恒功率控制的目的。当电容器C11输出的电压如增大时，霍尔闭环直流电流传感器L3的输出端OUT1输出的电压信号也增大，由可变电阻器W3取出的电压信号增大，同时通过：或门电路(由D10和D11组成)加到运算放大器A1的同相端，其工作过程如同上述。这种电路的突出优点是简单、可靠、价格低廉。

保护电路11包括主要由运算放大器A3、A4组成窗口检测电路以及主要由运算放大器A2构成、实现亮关暗开的自控电路。上述窗口检测电路可实现过压、欠压、过流、灯异常等保护，其工作原理是：当过流时，二极管D9的输出电压必然增大，导致运算放大器A3同相端的电位增大，其输出信号使可控硅SCR导通，整机停止工作。过电压，灯异常等保护工作原理与此大致相同。当输入电压的下限超出窗口检测电路的下限时，运算放大器A4的输出触发可控硅SCR，整机也停止工作。这种自锁式保护的好处是一旦线路有故障，即自锁，可靠地保护了电子镇流器和灯管。自控电路的工作原理是，黎明后光照增加，光敏电阻RD的阻值减小，当运算放大器A2同相端的电位高于反相端时，其输出高电位，使NPN晶体管Q8、Q9导通，辅助电源电路3失压不工作，整机处于关闭状态，灯不亮。当黄昏到来，光敏电阻RD的阻值增加，使运算放大器A2同相端的电位低于反相端的设定电位时，运算放大器A2输出低电位，NPN晶体管Q8、Q9截止，APFC控制芯片IC1启动，辅助电源电路3输出电压(同时功率因数校正及升压电路2也进入正常工作状，输出400V电压)，半桥逆变电路驱动控制芯片IC2工作，驱动场效应管G2和G3。在实际应用中，运算放大器A1、A2、A3、A4是集成在一集成电路芯片IC3上。如果将光敏电阻Rd换成热敏电阻Rt，则可实现过热保护，工作原理与上述相同。

为了节约电源，本发明电子镇流器还设有一计时电路10，计时电路10耦接于磁放大器控制电路72，用于在计时时间达到一预定的时间时，使磁放大器控制电路72控制流过控制绕组L4-2的直流电流为零。该计时电路10主要由一计时芯片IC7组成，计时芯片IC7由辅助电源电路3供电。当黄昏到来，NPN晶体管Q9关闭，功率因数校正及升压电路启动，因APFC控制芯片IC1的VCC端(8脚)得电，APFC控制芯片IC1芯片启动，产生400V高压及辅助供电电压，使电子镇流器的其它电路部分得电而工作。工作后计时芯片IC7即开始计时，到达设定的时间(如6-8小时)后，计时芯片IC7的3脚输出一个主电位，使NPN晶体管Q5彻底导通，PNP晶体管Q7完全截止，磁放大器的初级绕组L4-1的电感量达到最大，使高强度气体放电灯在某设定光照(例如70％)下工作，进一步节省电能，并大大延长了高强度气体放电灯灯管的寿命。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims

1.一种高强度气体放电灯高功率因数电子镇流器，包括滤波整流电路、功率因数校正及升压电路、辅助电源电路、采样电路、逆变电路、振荡驱动电路、谐振电路和保护电路；所述功率因数校正及升压电路与所述滤波整流电路的输出端耦接；所述辅助电源电路与功率因数校正及升压电路连接，用于分别向所述采样电路、所述保护电路和所述振荡驱动电路提供直流电；所述采样电路的输入端与功率因数校正及升压电路耦接，用于采集功率因数校正及升压电路的输出电压信号以及高强度气体放电灯的灯电流信号；所述逆变电路与采样电路的第一输出端耦接；所述振荡驱动电路和所述谐振电路均与逆变电路耦接；所述保护电路分别与所述功率因数校正及升压电路和所述振荡驱动电路耦接；其特征在于，

所述电子镇流器还包括一恒功率控制电路和计时电路，该恒功率控制电路与所述保护电路耦接；该恒功率控制电路包括磁放大器、磁放大器控制电路和供电电路；所述磁放大器的初级绕组与所述谐振电路串联，该磁放大器的控制绕组的一端与所述磁放大器控制电路耦接，另一端与所述供电电路耦接；该计时电路耦接于所述磁放大器控制电路，用于在计时时间达到一预定的时间时，使所述磁放大器控制电路控制流过所述控制绕组的直流电流为零；

所述采样电路的第二输出端输出一与采样的灯电流成正比的控制电信号，所述磁放大器控制电路根据该控制电信号，控制流过所述控制绕组的直流电流相对于所述灯电流成反比例变化。

2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述逆变电路为半桥逆变电路；

该电子镇流器还包括一隔直流电路，该隔直流电路设置在所述半桥逆变电路与所述谐振电路之间，隔直流电路的输入端与半桥逆变电路耦接，输出端与谐振电路耦接。

3.如权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于，所述隔直流电路由一电容器组成。

4.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述采样电路包括一霍尔闭环直流电流传感器。

5.如权利要求1至4中的任何一项所述的电子镇流器，其特征在于，所述磁放大器控制电路包括第一NPN晶体管（Q5）、第二NPN晶体管（Q6）、PNP晶体管（Q7）、第一电阻（R32）、第二电阻（R33）、第三电阻（R35）和第四电阻（R34）；所述第一NPN晶体管（Q5）的基极输入电压大小与所述采样电路的第二输出端输出的控制电信号大小成正比，集电极与第二NPN晶体管（Q6）的基极耦接，发射极接地；所述第二NPN晶体管（Q6）的集电极与PNP晶体管（Q7）的基极耦接，发射极与PNP晶体管（Q7）的集电极共接后接地；所述第一电阻（R32）的一端与第一NPN晶体管（Q5）的基极耦接，另一端接地；所述第二电阻（R33）的一端与第二NPN晶体管（Q6）的基极耦接，另一端接地；所述第三电阻（R35）的一端与第二NPN晶体管（Q6）的基极耦接，另一端与第五电阻(R36)串接后与磁放大器的控制绕组的一端耦接，磁放大器的控制绕组的另一端与PNP晶体管（Q7）的发射极耦接；所述第四电阻（R34）跨接在NPN晶体管（Q6）的集电极与PNP晶体管（Q7）的发射极之间。

6.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述采样电路的第一输出端输出一与采样的功率因数校正及升压电路的输出电压信号成正比的控制电信号，所述磁放大器控制电路根据该与采样的功率因数校正及升压电路的输出电压信号成正比的控制电信号，控制流过所述控制绕组的直流电流相对于所述功率因数校正及升压电路的输出电压信号成反比例变化。