CN102149245B - 一种高效可调光气体放电灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

高效可调光气体放电灯电子镇流器中，EMI滤波电路(1)、不可控整流电路(2)、APFC升压电路(3)、BUCK降压电路(4)、全桥逆变电路(5)、高强度气体放电灯顺序串联连接；APFC升压电路(3)中电感一路副边输出经整流和稳压电路作为BUCK降压电路(4)光电隔离驱动部分的驱动电源；APFC升压电路(3)输出电压连接到高压点火电路(6)点火变压器原边；高压点火电路(6)的两端接高强度气体放电灯的两端，在高强度气体放电灯启动过程中，高压点火电路(6)中的变压器副边感应出高电压用来击穿气体放电灯；电源供电电路(7)向各部分供电，控制与保护电路(8)分别连接BUCK降压电路(4)、全桥逆变电路(5)、高压点火电路(6)。

Description

一种高效可调光气体放电灯电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，电路中BUCK电路工作在CRM模式，提高工作效率的同时降低工作温升，BUCK电路输出电压大小可调，可在一定范围内可调节气体放电灯的亮度。它提供一个正的伏安特性，使具有负阻特性的高强度气体放电灯能稳定地工作在某一设计的工作点上，属照明电子产品制造的技术领域。

背景技术

“绿色照明”，是美国国家环保局在20世纪90年代提出的新概念，是指通过科学的照明设计，采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电器产品(电光源、灯用电器附件、灯具、配线器材，以及调光控制设备和光控器件)，改善和提高人们工作、学习、生活的条件和质量，从而创造一个高效、舒适、安全、经济、有益的环境。

高强度气体放电灯是第三代电光源，具有光效高，寿命长，显色性好，节能显著等特点，正在获得广泛的应用，是理想的“绿色照明”光源。现有的高强度气体放电灯一种方式是使用传统的电感式镇流器，不仅体积大，重量重，而且消耗较多的有色金属，功率因数低，控制特性差，不能快速启动；另一种方式是使用电子镇流器，多数是三级结构，其中BUCK部分工作在DCM(电流断续导通)模式，这种模式下存在着损耗大的缺点，使镇流器整体工作温升比较高，降低了镇流器的可靠性，且不具备调光特性。

高效可调光气体放电灯电子镇流器较好地克服了目前三级式电子镇流器的缺点，重点在电路中BUCK部分进行了改进，首先BUCK电路工作在CRM模式，降低了工作过程中电感的温升，提高工作效率的同时提高了镇流器工作的可靠性；其次BUCK输出电压可以调节大小，在一定的范围内可以调整气体放电灯的亮度。另外电路中的高压点火电路部分采用的是数字控制芯片的可控式脉冲点火方式，能够更好地平稳启动气体放电灯。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服现有高强度气体放电灯电子镇流器技术中的某些不足之处，如电路损耗大、功率因数低、不可调光、点火过程不可控等，提供一种保护功能齐全，工作效率更高，工作温升更低，工作更加可靠，可调节灯亮度的一种高强度气体放电灯数字镇流器。

技术方案：为实现这一目的，本发明的高效可调光气体放电灯电子镇流器通过下述技术方案解决：

该镇流器中，EMI(电磁干扰)滤波电路、不可控整流电路、APFC(有源功率因数校正)升压电路、BUCK(降压)降压电路、全桥逆变电路、高强度气体放电灯顺序串联连接；APFC升压电路中电感一路副边输出接BUCK降压电路，经整流和稳压电路作为BUCK降压电路光电隔离驱动部分的驱动电源；APFC升压电路输出电压连接到高压点火电路点火变压器原边；高压点火电路的两端接高强度气体放电灯的两端，在高强度气体放电灯启动过程中，高压点火电路中的变压器副边感应出高电压用来击穿气体放电灯；电源供电电路向各部分供电，控制与保护电路分别连接BUCK降压电路、全桥逆变电路、高压点火电路。

BUCK降压电路采用一种可调整输出电压大小，工作在CRM(临界导电模式)模式的电路；BUCK降压电路采用的是正置(开关管与输入电源的正极相连，下同)BUCK直流变换形式，整个电子镇流器的每块电路的地电位都相同，BUCK降压电路的驱动部分采用光电隔离，使用APFC升压电路中电感一路副边经整流和稳压电路所得的电源作为驱动的隔离电源，BUCK降压电路利用电感副边来进行零电流检测。

控制与保护电路输出一个开关量信号控制BUCK降压电路的开通和关断，在故障情况下关断BUCK降压电路输出，起保护作用。

控制与保护电路通过一个硬件PWM输出端口或DA输出端口输出一个可调节大小的模拟信号控制BUCK降压电路的输出电压，达到调整输出功率，控制气体放电灯亮度的目的。

控制与保护电路中的控制芯片使用片内具有8位或10位AD、硬件PWM端口、串口或SPI端口、程序存贮器功能的数字控制芯片，利用片内AD检测BUCK降压电路输出电压与工作温度，利用串口或SPI端口接收红外或无线信号，调节输出功率大小。

采用控制与保护电路中数字控制芯片的I/O端口在气体放电灯点火过程中发送点火脉冲，待气体放电灯成功点亮后或适当延时后不再发点火脉冲。

使用两路相互隔离电源，从APFC升压电路输出电压经降压电路和稳压电路后所得的直流电作为电源供电电路，电源供电电路给每块电路进行供电；电源供电电路和APFC升压电路、BUCK降压电路、全桥逆变电路、高压点火电路的地电位相同；BUCK降压电路的驱动隔离电源利用APFC电感的一路副边经整流与稳压电路得到。

BUCK降压电路采用基于CRM模式且可调输出电压的变换结构，BUCK降压电路的正电极分别接APFC升压电路的正电极输出端和全桥逆变电路正电极输入端，BUCK降压电路的负电极输入端接APFC升压电路的负电极输出端和全桥逆变电路负电极输入端，BUCK降压电路通过一个高速光耦(如TLP250)或具有自举能力的芯片来控制开关管，隔离电源使用APFC升压电路中变压器的一路副边经整流和稳压电路所得的电源。BUCK降压电路中的电感副边通过电阻接到BUCK控制器L6561的零电流检测端，实现电流过零的检测。

控制与保护电路中的数字控制芯片通过光耦输出一个开关量信号连接BUCK降压电路控制器中控制芯片工作控制引脚，在故障情况下关断BUCK降压电路输出，起保护作用。

控制与保护电路中的数字控制芯片通过一个硬件PWM输出端口(或DA端口)输出一个可调节大小的模拟信号连接在BUCK降压电路控制器L6561的MULT端口，当模拟信号改变，BUCK控制器L6561中的比较电平也将改变，从而能够调节BUCK降压电路的峰值电流及平均电流，进而改变了BUCK降压电路的输出电压和输出功率。

控制与保护电路中的数字控制芯片使用片内具有8位或10位AD及程序存贮器功能的单片机，通过电阻分压器检测BUCK降压电路的输出电压，使用副温度系数的热敏电阻检测环境温度，使用单片机的硬件PWM端口或普通I/O端口输出两路互补占空比为50％、频率可调为10Hz～400Hz的PWM信号控制全桥逆变芯片，从而很好地避免声谐振现象。

控制与保护电路中的数字控制芯片中一路I/O口用来发点火脉冲，在气体放电灯启动过程中按一定的时间间隔与脉冲宽度发送高压点火脉冲，当成功启动气体放电灯后不再发点火脉冲。如果所发点火脉冲达到一定数目仍然无法启动气体放电灯，不再发点火脉冲，关断BUCK降压电路及全桥逆变电路。

有益效果：采用两级隔离的供电方式，可以很好地限制故障情况下镇流器的器件损坏范围；BUCK降压电路工作在CRM模式，可以减小开关损耗，提高电路的工作效率；数字控制芯片对电压，温度，电流等进行实时检测，在故障情况下可以关断BUCK电路的输出，保护功能完善。数字控制芯片在气体放电灯稳态运行后提供可调节的模拟信号控制BUCK输出电压大小，达到数字调光的目的；数字控制芯片可以接收红外或无线控制信号，可以实现智能控制等。

附图说明

图1是本发明的系统连接原理框图。

图2是本发明的APFC升压电路原理图。

图3是本发明的BUCK降压电路原理图。

图4是本发明的电源电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明的技术方案作进一步的具体说明。

本发明一种高效可调光气体放电灯电子镇流器由输入滤波电路1，不可整流电路2，APFC升压与功率因数校正电路3，BUCK降压电路4，全桥逆变电路5，高压点火电路6，电源供电电路7，数字控制与保护电路8组成；BUCK降压电路4的正电极分别接APFC升压电路3的正电极输出端和全桥逆变电路5正电极输入端，BUCK降压电路4的负电极输入端接APFC升压电路3的负电极输出端和全桥逆变电路5负电极输入端；

本发明数字镇流器中的BUCK降压电路4采用一种正置的结构，其MOS管的驱动采用光电隔离，BUCK降压电路4中的控制器L6561输出的PWM信号通过高速光耦进行隔离，隔离电源取自APFC电路中电感一路副边经整流和稳压电路所得的电源；

本发明数字镇流器中的APFC升压电路3、BUCK降压电路4、全桥逆变电路5、高压点火电路6、电源供电电路7、数字控制与保护电路8都是共地的。电源供电电路7的正极输入端接APFC升压电路的输出端正极，APFC输出电压通过降压电路和稳压电路得到稳定的电源作为供电电源，给整个电路的每一部分都进行供电；

本发明数字镇流器中的APFC升压电路3中的电感有两个独立隔离副边，一个供升压电路的控制芯片零电流检测ZCS使用，另一个经过整流和稳压电路后作为BUCK降压电路4驱动部分的隔离电源；

本发明数字镇流器中的控制与保护电路8主控制芯片选用片内具有8位或10位AD及程序存贮芯片的单片机，通过电阻分压器检测BUCK电路的输出电压，通过检测电压的大小判断数字镇流器是否点火成功，外接灯具是否开路，环境温度是否符合数字镇流器正常工作要求等，同时提供精确计时，通过串口或SPI端口接收控制信号，实现数字镇流器多种保护与控制功能；

本发明数字镇流器中的控制与保护电路8中单片机通过硬件PWM端口或普通I/O端口输出两路互补占空比为50％，频率可调(10Hz～400Hz)的PWM信号控制全桥逆变芯片。在检测到异常情况下，单片机通过光耦输出一个开关量信号控制BUCK

降压电路4的输出，关闭BUCK输出电压；

本发明数字镇流器中的控制与保护电路8中的单片机通过一个硬件PWM输出端口(或DA输出端口)输出一个可调节大小的模拟信号连接在BUCK降压电路4控制芯片L6561的MULT端口，来控制BUCK降压电路4输出电压的大小，改变BUCK降压电路4的输出电压和输出功率，实现气体放电灯的调光控制。

本发明数字镇流器中的控制与保护电路8中的单片机通过一个I/O端口发点火脉冲，当该I/O口输出为高电平时，高压点火电路6中的MOS管导通，当该I/O口输出为低电平时，高压点火电路6中的MOS管关断。在气体放电灯启动过程中I/O端口按一定时间间隔与脉冲宽度产生高压点火脉冲。

实施例：如图1所示，一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，包括EMI滤波电路1，不可控整流电路2，APFC升压电路3，BUCK降压电路4，全桥逆变电路5，高压点火电路6，电源供电电路7，数字控制与保护电路8。工作时APFC升压电路3将不可控整流电路2直流输出电压升到400V左右同时使电路的功率因数达到0.95以上，数字控制与保护电路8发点火脉冲使得高压点火电路6中点火变压器工作并且在副边得到3～5kV的启动电压加在气体放电灯上。BUCK降压电路4将400V电压降到指定数值，全桥逆变电路5根据灯具的不同工作时段，输出10～400Hz的交流方波电压，防止出现“声谐振”现象。当气体放电灯处在稳定运行后，控制与保护电路8可以通过PWM输出端口(或DA输出端口)输出一个可调节大小的模拟信号连接在BUCK降压电路4中控制器L6561的MULT端，进行调光控制。另外，控制与保护电路8检测BUCK输出电压与环境温度，判断灯具的工作状态，提供各种保护。

图2是本发明的APFC升压电路3，其中电感有两路副边，一路副边供零电流ZCS使用，另外一路副边经整流和稳压电路作为BUCK驱动电路的隔离电源。

图3是本发明的BUCK降压电路4，采用了一种正置的结构，BUCK降压电路4采用带光耦(如TLP250)来做隔离。BUCK降压电路4通过其电感副边进行零电流检测ZCS。

图4是本发明的电源供电电路7，本实施实例中，电源供电电路7采用一款低功耗的MOS管集成芯片VIP12A做降压辅助电源。电源供电电路8输入端正极接APFC升压电路3输出端正极，电源供电电路8输入端负极接APFC升压电路3输出端负极，APFC输出电压通过降压电路后接稳压电路，从而得到稳定的输出。供电电路7为APFC升压与功率因数校正电路3、BUCK降压电路4、全桥逆变电路5、高压点火电路6、数字控制与保护电路8进行供电。

Claims (7)

1.一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于该镇流器中，EMI滤波电路（1）、不可控整流电路（2）、APFC升压电路（3）、BUCK降压电路（4）、全桥逆变电路（5）、高强度气体放电灯顺序串联连接；APFC升压电路（3）中电感一路副边输出接BUCK降压电路（4），经整流和稳压电路作为BUCK降压电路（4）光电隔离驱动部分的驱动电源；APFC升压电路（3）输出电压连接到高压点火电路（6）点火变压器原边；高压点火电路（6）的两端接高强度气体放电灯的两端，在高强度气体放电灯启动过程中，高压点火电路（6）中的点火变压器副边感应出高电压用来击穿气体放电灯；电源供电电路（7）向各部分供电，控制与保护电路（8）分别连接BUCK降压电路（4）、全桥逆变电路（5）、高压点火电路（6）。

2.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于BUCK降压电路（4）采用一种可调整输出电压大小，工作在CRM模式的电路；BUCK降压电路（4）采用的是正置BUCK直流变换形式，整个电子镇流器的每块电路的地电位都相同，BUCK降压电路（4）的驱动部分采用光电隔离，使用APFC升压电路（3）中电感一路副边经整流和稳压电路所得的电源作为驱动的隔离电源，BUCK降压电路（4）利用电感副边来进行零电流检测。

3.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于控制与保护电路（8）输出一个开关量信号控制BUCK降压电路（4）的开通和关断，在故障情况下关断BUCK降压电路（4）输出，起保护作用。

4.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于控制与保护电路（8）通过一个硬件PWM输出端口或DA输出端口输出一个可调节大小的模拟信号控制BUCK降压电路（4）的输出电压，达到调整输出功率，控制气体放电灯亮度或恒功率控制的目的。

5.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于控制与保护电路（8）中的控制芯片使用片内具有8位或10位AD、硬件PWM端口、串口或SPI端口、程序存贮器功能的数字控制芯片，利用片内AD检测BUCK降压电路（4）输出电压与工作温度，利用串口或SPI端口接收红外或无线信号，调节输出功率大小。

6.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于采用控制与保护电路（8）中数字控制芯片的I/O端口在气体放电灯点火过程中发送点火脉冲，待气体放电灯成功点亮后或适当延时后不再发点火脉冲。

7.根据权利要求1所述的一种高效可调光气体放电灯电子镇流器，其特征在于使用两路相互隔离电源，从APFC升压电路（3）输出电压经降压电路和稳压电路后所得的直流电作为电源供电电路（7），电源供电电路（7）给每块电路进行供电；电源供电电路（7）和APFC升压电路（3）、BUCK降压电路（4）、全桥逆变电路（5）、高压点火电路（6）的地电位相同；BUCK降压电路（4）的驱动隔离电源利用APFC升压电路中的电感的一路副边经整流与稳压电路得到。

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