CN102026457A

CN102026457A - 一种高压气体放电灯的镇流器

Info

Publication number: CN102026457A
Application number: CN2010105037610A
Authority: CN
Inventors: 龚达锦
Original assignee: SUZHOU RUIXIN AUTO PARTS CO Ltd
Current assignee: SUZHOU RUIXIN AUTO PARTS CO Ltd
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明涉及一种高压气体放电灯的镇流器，包括谐振电路、全桥电路、全桥驱动控制电路和中心控制器；所述高压气体放电灯连接在所述谐振电路上，所述谐振电路与全桥电路电连接，所述全桥驱动控制电路在所述中心控制器的控制下驱动所述全桥电路；所述镇流器还包括一用于对所述全桥电路的输出电流进行采样的采样电路，所述采样电路将全桥电路的输出电流采样输出至所述中心控制器，当采样电路的采样值大于第一预设值或小于第二预设值时，所述中心控制器停止所述全桥电路的输出。本发明中的镇流器能有效控制灯功率、能够提供足够高的触发启动电压、能消除“声共振”现象、在HID灯出现故障或烧毁时不损坏镇流器。

Description

一种高压气体放电灯的镇流器

技术领域

本发明涉及一种镇流器，特别是涉及一种高压气体放电灯的镇流器。

背景技术

现有技术中的电子镇流器的输出具有低频恒功率和高频恒电流两种形式，其中，低频恒功率存在效率不高的缺点，其效率大约在90%左右；而高频恒电流方式则对灯的要求较高，需要灯的电压工作稳定。此外，现有技术中的电子镇流器只能够驱动一只灯管，且在短路、开路时会消耗较多能量。

基于节约能源与环境保护的世界潮流，新光源产品与现有光源的改良不断地推陈出新，尤其是包括荧光灯、金属卤化物灯及高压钠灯等高压放电灯（HID，High intensity Discharge），在发光效率及照明品质均有长足的进步，其采用以电力电子技术所研发的光源用电子镇流器，从而显著地降低照明系统功率消耗并且提高发光效率，更改善了低频率引起的光源闪烁而提高照明品质。

目前，室外用HID高压气体放电灯仍以电感镇流器为主。HID灯是一个物理特性的负载，它的很多复杂的物理特性跟灯芯的材料、尺寸等有着非线性的关系，因而HID灯是一个非线性的负载。虽然HID灯的电子镇流器的设计思想源于荧光灯的电子镇流器，但是用普通荧光灯电子镇流器去燃点同样功率的HID灯电子镇流器并不合适。

因此，根据HID灯的特点，对其电子镇流器技术提出以下几项具体要求：

A．能够有效的控制灯功率的输出。目前国产荧光灯交流电子镇流器大多数在40W以下，最大的输出功率不过80W。而HID灯的功率往往达数百瓦，有的高压钠HPS灯达1000W，为了减小电子镇流器的体积，提高效率和减小成本，HID灯电子镇流器工作在高频状态下，这就对电子镇流器中的开关晶体管提出了非常高的要求；另外，HID灯具有非线性负载复杂的物理特性，很好的控制灯的输出使HID灯发挥最好的作用是HID灯电子镇流器的核心问题。

B．能够提供足够高的触发启动电压。HPS灯的触发启动电压往往达3～4kV，比荧光灯高3～5倍。本领域产生3kV以上的触发启动电压并不困难，但是要求这一触发启动电压必须匹配HID灯的启动特性，使HID灯可靠的启动，并且要求在启动过程中不得对灯和电子镇流器中的器件造成损害。

C．能消除“声共振”现象。HID灯工作在高频电源供电的情况下，会出现放电电弧不稳定的现象，轻则使灯光抖动，重则烧毁灯管；而电弧不稳往往引起息弧，随电压升高电流急剧增大，最终会导致电子镇流器和HID灯双双损坏。这种“声共振”现象在金卤灯（Mental Halide Lamp, MH）灯中表现最为明显，是MH灯电子镇流器的核心问题之一。在HPS灯中也有声共振现象，但是并不明显，采取适当的措施可以避免。

D．在HID灯出现故障或烧毁时，电子镇流器不应损坏。像HPS灯常年用作室外照明，在露天的场合，冬天低至零下40度，夏天高至零上40度得情况屡见不鲜，HID灯往往要连续燃点10个小时左右。为此要求其电子镇流器有完善的保护功能，同时还要求供电突然中断又立即恢复时能正常工作。

E．鉴于HID灯功率比较大，要求电子镇流器对输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射具有完善的保护功能。

发明内容

本发明的目的是提供一种能有效控制灯功率、能够提供足够高的触发启动电压、能消除“声共振”现象、在HID灯出现故障或烧毁时能自动保护的镇流器。

为解决上述技术问题，本发明采取以下技术方案：一种高压气体放电灯的镇流器，包括谐振电路、全桥电路、全桥驱动控制电路和中心控制器；所述高压气体放电灯连接在所述谐振电路上，所述谐振电路与全桥电路电连接，所述全桥驱动控制电路在所述中心控制器的控制下驱动所述全桥电路；所述镇流器还包括一用于对所述全桥电路的输出电流进行采样的采样电路，所述采样电路将全桥电路的输出电流采样输出至所述中心控制器，当采样电路的采样值大于第一预设值或小于第二预设值时，所述中心控制器停止所述全桥电路的输出。

本实用新型的有益效果是，使得大规模推广大功率电子镇流器有了技术和质量上的保证。（1）电子镇流器寿命长、能耗小的特点，有利于节省电能，为我国的节能减排事业的低碳事业做出贡献；（2）采用电子镇流器驱动的高压钠灯显色性好，无频闪，可持续提供优异的道路照明，夜间行车眼睛不易疲劳，从而减少交通事故的发生率；（3）使用电子镇流器不会对电网产生干扰，属绿色环保节能产品；（4）电子镇流器替换电感式镇流器后，可大幅度节省铜、钢等有色金属的消耗量，有效减少金属污染。

附图说明

图1是本发明功能模块图。

图2是谐振电路的电路原理图。

图3是全桥电路及全桥驱动控制电路的原理图。

图4是PFC电路的原理图。

图5是幅度设定电路的原理图。

图6是基准频率设定电路的原理图。

图7是低频信号发生电路的原理图。

具体实施方式

图1示出了发明的电路结构图。如图1所示，本发明中的镇流器包括谐振电路、全桥电路、全桥驱动控制电路、PFC（即功率因素控制）电路、内部电源电路、电磁兼容电路、整流电路和中心控制器。

图2示出了所述谐振电路的电路原理图。如图2所示，所述谐振电路的两个并联的电感L6、L7与多个串联的电容C32,C33,C34,C35，所述电感L6,L7的一端与所述多个串联的电容的一端电连接；所述电感L6,L7的另一端、所述多个串联的电容的另一端构成所述谐振电路的输入端，所述输入端与所述全桥电路及全桥驱动控制电路的输出端电连接；高压气体放电灯被电连接在所述电感L6,L7的另一端与所述多个串联的电容之中的一个电容C35的一端。

图3示出了全桥电路及全桥驱动控制电路的原理。如图3所示，所述全桥电路及全桥驱动控制电路中的全桥中的每个臂都是由一个MOS管Q3,Q4,Q5,Q6和一个二极管D12,D13,D14,D15分别对应地并联而成的，其中，每两个相邻的MOS管（即Q4和A6、或Q3和Q5）的栅极都由一个半桥控制器（即对应于U5和U6）来控制；全桥的输出端V1,V2与所述谐振电路的输入端电连接。

如图3所示，所述每个半桥控制器U5,U6都与所述中心控制器之间分别通过控制信号和使能信号相连接，所述控制信号由所述中心控制器发出PWM信号，所述半桥控制器接收到所述PWM信号后根据所述PWM信号控制与所述半桥控制器相应对的半桥的开关。所述使能信号用于控制所述两个半桥控制器的启动与停止，从而能够使所述两个半桥控制器交替的工作，即使所述全桥中的两个半桥交替工作。

如图3所示，本发明中的镇流器还包括采样电路，所述采样电路对所述一桥电路输出的电流进行采样，所述采样电路包括电阻R14、RB40、RB31、RB25以及二极管D25，其中所述电阻R14与所述全桥电路电连接以产生一采样信号，所述采集信号经过所述电阻RB40后与所述电阻RB31的一端以及所述二极管D25的正极电连接，所述二极管D25的另一端与所述电阻RB25的一端串联，所述电阻RB31的另一端与所述电阻RB25的另一端电连接到所述中心控制器，以便所述中心控制器对所述全桥电路的输出电流进行采样。

如图3所示，所述全桥电路还具有输入端V+，其向所述全桥电路提供输入电源。

图4示出了PFC电路的原理。所述PFC电路包括FPC控制器U2、MOS管G1和G2；所述MOS管G1和G2的漏极分别经过一个二极管D11.1和D11.2而并联地设置; 所述二极管D11.1和D11.2相连接的一端、所述MOS管G1和G2的源极分别接镇流器的输入电源Ui的两端，同时所述二极管D11.1和D11.2相连接的一端、所述MOS管G1和G2的源极也作为稳压输出端Vout；所述MOS管G1和G2的栅极分别与所述PFC控制器U2的控制端电连接，所述稳压输出端Vout的电压信号经过反馈电路Rj被反馈至所述PFC控制器U2，因此所述PFC控制器U2可以根据所述反馈的稳压输出端Vout的电压信号来控制所述MOS管G1和G2的开关，以使所述稳压输出端Vout的电压保持稳定；优选地，在所述稳压输出端上还设置有去耦电容C18和C19。所述稳压输出端Vout提供的电压被输出至所述全桥电路的输入端V+，以向所述全桥电路的供电电压保持稳定，这样通过所述中心控制器U4对所述全桥电路的输出电流进行控制，就能实现对高压气体放电灯的功率大小的控制，同时也起到控制功率因素的作用。优选地，所述稳压输出端Vout提供的电压是+400V。

优选地，本发明中的镇流器还具有幅度设定电路、基准频率设定电路和低频信号发生电路，分别如图5-7所示。

图5示出了所述的幅度设定电路。所述幅度设定电路包括调节电位器RT1，经所述调节电位器RT1分压后得到的电压与一参考电压Vr经过一比较器U3A后造成信号Asetting,所述信号Asetting被输出至所述中心控制器，所述中心控制器U4根据所述信号Asetting的大小来确定所述半桥电路的输出电流的大小，当所述半桥电路的输出电路大于所述信号Asetting所对应的设定值时，所述中心控制器认为高压气体放电灯发生短路故障，从而通过所述使能信号向所述半桥控制器U5,U6发出停止信号，从而使所述全桥电路的输出为零，以达到短路保护的作用。

图6示出了所述基准频率设定电路的原理。所述基准频率设定电路包括分压电路，所述分压电路的输出电压可由电位器RT2进行调节，其输出电压为Fsetting信号，所述Fsetting信号被输出给所述中心控制器U4。所述中心控制器U4根据其收到到的所述Fsetting信号的来控制所述中心控制器U4向所述半桥控制器U5,U6输出的PWM信号的基准频率。

图7示出了所述低频信号发生电路，即振荡电路的原理。高强度气体放电灯声共振现象是固有特性，电子镇流器必须有效克服声共振现象。所述低频信号发生电路包括比较器U3B以及设置在所述比较器U3B的输入端的振荡电路，所述比较器U3B的输出反馈至其正向输入端，其反向输出端输出的信号构成所述低频信号发生电路的输出信号，所述信号为LFsetting信号。所述LFsetting信号被输出至所述中心控制器，所述中心控制器将所述LFsetting信号与其接收到的所述Fsetting信号调制，从而使所述PWM信号以所述Fsetting信号为基准，同时在LFsetting信号的作用下发生波动，即使所述PWM信号以一高频的Fsetting信号为基准，同时在一低频的LFsetting信号的作用下发生波动，从而避免高压气体放电灯的声共振现象，让镇流器能够保持长期正常工作。优选地，所述LFsetting信号为200-300赫兹。本发明采用将高频信号与低频信号相调制的技术来消除声共振，能保证电子镇流器功率开关器件工作在谐振状态，提高镇流器效率，抑制声振效果良好，此外，由于该过程采用中心控制器U4进行控制，高频与低频的调制很容易实现。现有技术中采用低频方波技术方式或极高频驱动方式来消除声共振，需要单独设计低频调制信号电路，从而使整个电路结构复杂，此种工作方式会增加功率开关器件损耗，使镇流器效率降低。

启动时，所述中心控制器U4通过控制其向所述半桥控制器输出的PWM信号来控制全桥电路的输出，从而控制启动电压由逐渐向高变化，当启动电压达到高压气体放电灯的启辉电压时，点亮所述高压气体放电灯。由此可避免在高压气体放电灯启动时出现过电压现象而引起灯电极溅射，从而提高了高压气体放电灯的使用寿命。

本发明中的镇流器改变了传统恒功率取样方式，将光源的功率取样方式转换成取PFC输出的直流功率，采用PFC电路输出稳定的电压，从而减少了控制系统干扰，简化取样电路的结构，真实实现了光源的恒功率控制。在电网电压100～260变化时，光源的功率变化小于10W（1000W镇流器）。此外，采用幅度设定电路、基准频率设定电路中的电位器RT1和RT2能够方便进行功率调节容易。同时，现有技术中的镇流器采取控制输出电流（即光源的输入电流）方式来实现恒功率控制，此种控制方式对于由于光源的电压变化而引起的功率变化无能为力，也不能克服由于光源的电压分散性带来的功率分散性，特别是对于光源处于老化阶段对其功率不能进行有效的控制。

优选地，所述镇流器还具有亮度设定装置，优选地，所述亮度设定装置可以是远程亮度设定装置，从而使市政照明有了远程控制功能，从而可以按照时间调整照明的亮度，使得市政照明可以达到基本的数字城市的功能，达到节能的目的。

由于采用中心控制器U4对全桥电路的输出电流进行采样，当输出电流大于所述幅度设定电路设定的值时，认为发生短路故障，从而停止所述全桥电路的输出，达到短路保护的作用；当输出电流路小于预定的值时，认为发生断路故障，从而停止所述全桥电路的输出，达到断路保护的作用。从而使得本发明中的镇流器与现有技术相比具有更加简单的电路，不需要单独的高压脉冲启动电路，也不需要无单独短路、断路故障状态检测电路，进一步，由于元器件减少，从而大大提高了产品的可靠性。

Claims

1.一种高压气体放电灯的镇流器，包括谐振电路、全桥电路、全桥驱动控制电路和中心控制器；

所述高压气体放电灯连接在所述谐振电路上，所述谐振电路与全桥电路电连接，所述全桥驱动控制电路在所述中心控制器的控制下驱动所述全桥电路；

所述镇流器还包括一用于对所述全桥电路的输出电流进行采样的采样电路，所述采样电路将全桥电路的输出电流采样输出至所述中心控制器，当采样电路的采样值大于第一预设值或小于第二预设值时，所述中心控制器停止所述全桥电路的输出。

2.如权利要求1所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还包括功率因素控制电路，所述功率因素控制电路向所述全桥电路提供稳定的直流电压。

3. 如权利要求2所述的镇流器，其特征在于：所述全桥驱动控制电路包括用于控制所述全桥电路的第一和第二半桥控制器，所述第一和第二半桥控制器与所述中心控制器之间分别通过控制信号和使能信号相连接，从而能够使所述全桥电路中的两个半桥之间交替工作。

4. 如权利要求3所述的镇流器，其特征在于：所述控制信号是PWM信号。

5. 如权利要求1-4任一项所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还包括用于设定所述第一预设值的幅度设定电路。

6. 如权利要求5所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还包括基准频率设定电路，其用于控制所述中心控制器向所述第一、第二半桥控制器输出的所述PWM信号的基准频率。

7. 如权利要求6所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还包括振荡信号发生电路，其用于向所述中心控制器提供一个与所述基准频率设定电路所输出的信号相调制的振荡信号，以避免声共振现象。

8. 如权利要求1-4,6-7任一项所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还具有亮度设定装置。

9. 如权利要求8所述的镇流器，其特征在于：所述亮度设定装置是远程亮度设定装置。

10. 如权利要求9所述的镇流器，其特征在于：所述镇流器还包括电磁兼容电路和/或整流电路。