CN102196649A

CN102196649A - 一种电子镇流器的电路保护控制系统

Info

Publication number: CN102196649A
Application number: CN2010101250735A
Authority: CN
Inventors: 乔凯; 王迎丰; 鄂凌松; 都金龙
Original assignee: BEIJING NEWLIGHTING ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: BEIJING NEWLIGHTING ELECTRONICS Co Ltd; Newlighting Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2011-09-21

Abstract

本发明公开一种电子镇流器的电路保护控制系统，包括微控制器、电路故障检测单元以及报警器。该微控制器的输入端通过电路故障检测单元连接到半桥驱动谐振负载级上，第一、第二、第三输出端分别连接到PFC级、半桥驱动器、报警器上。微控制器在镇流器开机后，控制流程为：初始化；将PFC级和半桥驱动器相继关闭之后，再相继启动它们；接收来自电路故障检测单元的第一种故障检测信号，根据收到的信号判断是否出现第一种故障，当出现第一种故障时，将PFC级和半桥驱动器相继关闭之后，再相继启动它们；当第一种故障出现次数不少于M时，启动报警器并关闭镇流器。本发明的控制流程简单，而且能够高效地实现对点灯电压过高、突然开路和灯寿终这些故障的保护。

Description

一种电子镇流器的电路保护控制系统

技术领域

本发明大体上涉及一种镇流器控制系统，尤其涉及一种高频谐振电子镇流器的电路保护控制系统。

背景技术

HID灯(高强度放电灯)电子镇流器是现今研究的热点，尤其是在其电路保护和控制功能的实现上，已经越来越受到人们的重视。异常状态保护电路的基本控制原理是：当灯发生异常现象时，保护电路快速、准确地动作，关闭镇流器或切断主电路的电源，直至异常状态解除，镇流器才能恢复正常工作。在大功率电子镇流器中，半桥高频谐振点灯是一种简单易行的启动方式，但是也存在着一些弊端：在电源输入电压较低的情况下，例如输入是120V时，若在PFC(功率因数校正)电路启动之前先启动半桥电路进行点灯操作，则会由于输入电压过低而导致谐振点灯失败；若在PFC刚启动而未进入稳定工作状态时启动半桥电路进行点灯就有可能由于电压过高、能量过大而损坏镇流器，因此在进行谐振点灯的过程中，需要一整套的点灯和工作保护系统来保证镇流器不被损坏。

大体上，电路保护系统的实现有两种方式，即硬件方式和软件方式。

硬件方式就是使用各种二极管、三极管和运算放大器等模拟器件搭建成的可以实现某种保护功能的保护电路的方式，它的最主要缺点就是受干扰能力较弱，容易产生误保护，并且由于模拟器件本身的一些非线性特性，使生产的产品一致性差。例如，通过设置硬件参数来保证当点灯电压高于5000V时立刻关闭镇流器，而实际中可能出现超过这个值而没有保护的现象，就会损坏镇流器。

软件方式主要是通过监测微控制器各个引脚上电平信号的变化情况来决定是否需要保护来实现的，其最大的优点就是准确、可控，而且抗干扰能力强。可以自由地设置PFC电路和半桥电路启动的先后顺序，以便让PFC电路充分启动之后再开启半桥电路，这样就会避免出现不能正常点灯的情况；在对镇流器进行保护状态操作的过程中可以任意设置保护时间的长短和次数，有很大的灵活性，并且一致性很好。因此相对于单纯的硬件方式来说是有很明显的优势的。但是现有的软件实现方法比较复杂，同时效果也不能令人满意。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电子镇流器的电路保护控制系统，实现对电子镇流器电路中故障的保护，并在点灯的过程中保证先开启PFC级后再开启半桥驱动器进行点灯。

为解决上述技术问题，本发明提出一种电子镇流器的电路保护控制系统，所述电子镇流器依次包括整流级、功率因数校正级和半桥驱动谐振负载级，所述半桥驱动谐振负载级包括依次相连的半桥驱动器和包含灯的负载电路，所述电路保护控制系统包括微控制器、电路故障检测单元以及报警器，所述微控制器的输入端通过所述电路故障检测单元连接到所述半桥驱动谐振负载级上，所述微控制器的第一、第二、第三输出端分别连接到所述功率因数校正级、所述半桥驱动器、所述报警器上，其特征在于，所述微控制器在所述电子镇流器开机后，控制流程如下：

步骤a、所述微控制器初始化；

步骤b、所述微控制器将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭之后，相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器；

步骤c、所述微控制器接收来自所述电路故障检测单元的第一种故障检测信号，根据收到的信号判断是否出现第一种故障，当出现第一种故障时，将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭之后，相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器；当第一种故障出现次数达到或超过M时，启动所述报警器并关闭所述电子镇流器。

进一步地，第一种故障是灯寿终时，M为1，第一种故障是点灯电压过压或突然开路时，M为自然数。

进一步地，步骤c通过外部中断的方式执行。

进一步地，所述控制流程还包括步骤d，步骤d包括如下子步骤：

所述微控制器接收来自所述电路故障检测单元的第二种故障检测信号，根据收到的信号判断是否出现第二种故障，当出现第二种故障时，将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭之后，相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器；当第二种故障出现次数达到或超过N时，启动所述报警器并关闭所述电子镇流器。

进一步地，步骤c中未出现第一种故障时和/或第一种故障出现次数不足M时执行步骤d中的子步骤。

进一步地，步骤d通过外部中断的方式执行。

进一步地，第二种故障是灯寿终时，N为1；第二种故障是点灯电压过压或突然开路时，N为自然数。

进一步地，所述控制流程还包括步骤e，步骤e包括如下子步骤：

所述微控制器接收来自所述电路故障检测单元的第三种故障检测信号，根据收到的信号判断是否发生第三种故障，当发生第三种故障时，将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭之后，相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器；当第三种故障发生次数达到或超过L时，启动所述报警器并关闭所述电子镇流器。

进一步地，当步骤d中未出现第二种故障时和/或第二种故障出现次数不足N时执行步骤e中的子步骤。

进一步地，步骤e通过外部中断的方式执行。

进一步地，第三种故障是灯寿终时，L为1；第三种故障是点灯电压过压或突然开路时，L为自然数。

进一步地，将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭进一步包括关闭所述功率因数校正级第一预定时长之后，关闭所述半桥驱动器。

进一步地，相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器包括启动所述功率因数校正级第一预定时长之后，启动所述半桥驱动器。

进一步地，步骤c、步骤d和/或步骤e进一步包括：将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭后，延时第二预定时长，然后相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器。

本发明技术方案主要的优势和特点如下：

1、本发明电子镇流器的电路保护控制系统的控制流程简单，而且能够高效地实现对点灯电压过高、突然开路和灯寿终这些故障的保护；

2、以微控制器为载体实现硬件的控制功能，程序简单、占用空间少、保护效果明显。

附图说明

图1示出本发明所述电子镇流器的电路保护控制系统在常规的镇流器电路中的电路连接。

图2示出图1中点灯电压检测模块221具体电路的一个实施例。

图3是本发明所述电子镇流器的电路保护控制系统中总控制流程的一个实施例。

图4示出图3的总控制流程的外部中断服务子流程。

具体实施方式

本发明提出的电子镇流器的电路保护控制系统主要应用于对高频谐振电子镇流器的点灯电压过高、突然开路和灯寿终时的保护，并在点灯的过程中保证先使PFC电路稳定工作后，再开启半桥电路进行点灯。在这里，突然开路状态是指负载突然断开或负载损坏处于开路状态；灯寿终的状态是当镇流器工作时，出现由于灯管老化造成的输出电压过高，即达到灯管寿终电压。

图1示出本发明所述电子镇流器的电路保护控制系统在常规的镇流器电路中的连接方式。如图1所示，镇流器电路1依次包括三级：整流级11、功率因数校正(PFC)级12和半桥驱动谐振负载级13。半桥驱动谐振负载级13通常包括依次相连的半桥驱动器131和包含HID灯的负载电路132。AC电源经过整流级11和功率因数校正级12到达半桥驱动谐振负载级13。

本发明所述电子镇流器的电路保护控制系统2包括微控制器(MCU)21、电路故障检测单元22以及报警器23。其中，电路故障检测单元22包括点灯电压检测模块221、突然开路检测模块222和/或灯寿终电压检测模块223。MCU 21的第一输入端、第二输入端、第三输入端分别通过点灯电压检测模块221、突然开路检测模块222、灯寿终电压检测模块223连接到半桥驱动谐振负载级13上。MCU 21的第一输出端、第二输出端、第三输出端分别连接到PFC级12、半桥驱动器131、报警器23上。

在这里，报警器23可以是发光二极管(LED)或者其他光学或声学报警器。

图2示出图1中点灯电压检测模块221具体电路的一个实施例。点灯电压输入比较器后，与预先设定的参考电压进行比较，最后在比较器输出脚输出过压信号给MCU的点灯电压过压采样输入端。若过压信号产生跳变，则说明出现过压现象，MCU会保护镇流器。

突然开路检测模块222和灯寿终电压检测模块223可以采用与图2的点灯电压检测模块221相同的电路，只是电阻和电容参数不同。

如图1和图2所示，MCU第一输入端用来接收电路故障检测单元22中点灯电压检测模块221的点灯电压过压采样信号。当点灯电压超过预定值时，故障检测单元22中点灯电压检测模块221的输出信号发生跳变，MCU21将PFC级12的开关控制端信号和半桥驱动器131的开关控制端信号拉低，以关闭PFC级12和半桥驱动器131来达到保护目的。

第二输入端用来接收电路故障检测单元22中突然开路检测模块222的突然开路采样信号。当出现突然开路时，故障检测单元22中突然开路检测模块222的输出信号发生跳变，MCU 21将PFC级12的开关控制端信号和半桥驱动器131的开关控制端信号拉低，以关闭PFC级12和半桥驱动器131来达到保护目的。

第三输入端用来接收电路故障检测单元22中灯寿终电压检测模块223的灯寿终电压采样信号。当灯寿终电压过压时，故障检测单元22中灯寿终电压检测模块223的输出信号发生跳变，此时MCU 21将PFC级12的开关控制端信号和半桥驱动器131的开关控制端信号拉低，以关闭PFC级12和半桥驱动器131来达到保护目的。

第一输出端用来向PFC级12发送开关控制信号。此信号用来控制PFC级12的开通与关断。例如，当输出高电平时PFC级12开通，当输出低电平时PFC级12关断。

第二输出端用来向半桥驱动器131发送开关控制信号。此信号用来控制半桥驱动器131的开通与关断。例如，当输出高电平时半桥驱动器131开通，当输出低电平时半桥驱动器131关断。

第三输出端用来向报警器23发送保护状态指示信号。此信号用来指示此时镇流器的状态，当镇流器处在保护状态时，此信号的一个高电平(或低电平)将报警器23启动。当镇流器停止工作时，若报警器23启动了，则表示镇流器未损坏，此时是保护状态；若报警器23未启动，则表示镇流器有可能损坏，由此可以帮助判断镇流器是否损坏。

在上述电路的基础上，通过对微控制器21编程来实现电路保护控制。一种编程方式是使用C语言编写保护控制程序，并在编写后烧写入微控制器21内。以微控制器21为载体实现硬件的控制功能，程序简单，占用空间少，保护效果明显。

图3是本发明所述电子镇流器的电路保护控制系统中总控制流程的一个实施例。参照图3，在步骤301，MCU 21初始化，主要包括如下几项初始化设置：关闭输出，已设置微控制器21为默认状态；配置模拟、数字输入，配置外部中断；设置点灯电压过压关死次数m(m是自然数)，m优选为5；设置突然开路关死次数n(n是自然数)，n优选为5；设置灯寿终电压过压标志位p，当灯寿终电压过压时，可以将标志位p置1。

在步骤302，关闭PFC级12。

在步骤303，延时第一预定时长。该第一预定时长优选为200ms。

在步骤304，关闭半桥驱动器131

在步骤305，开启PFC级12。

在步骤306，延时等待使PFC级12充分开启之后，再开启半桥驱动器131进行点灯操作。同样，延时等待时长为第一预定时长。

在步骤307，开启半桥驱动器131。

在步骤308，调用中断次数计数子流程，判断进入中断服务程序的次数是否达到m次，即判断是否这种故障状态的出现不少于m次，比如5次。若等于或大于m次，则流程进行到步骤309；否则，进行到步骤311。

在步骤309，调用状态指示控制子流程来启动报警器23，表示处在保护过程中。

在步骤310，关闭镇流器电路1，不再进行点灯操作，需要重新上电方能再次点灯。

在步骤311，通过检测突然开路采样输入信号来判断负载是否处于突然开路状态。若检测到输出处于突然开路状态，则流程进行到步骤312；否则，进行到步骤321。

在步骤312，关断PFC级12。

在步骤313，延时第一预定时长。

在步骤314，关闭半桥驱动器131以保护镇流器不受损坏。

在步骤315，调用延时子流程以延时第二预定时长。该第二预定时长优选为30s。

在步骤316，判断检测到突然开路状态的次数是否达到n。若结果为是，则流程进行到步骤309，否则，流程进行到步骤317。

在步骤317，开启PFC级12。

在步骤318，延时等待第一预定时长使PFC级12充分开启之后，再开启半桥驱动器131进行点灯操作。

在步骤319，开启半桥驱动器131。

在步骤320，通过检测灯寿终电压采样输入信号来判断负载是否处于灯寿终状态。若判断结果为是，则流程进行到步骤321；否则，流程进行到步骤324。

在步骤321，关断PFC级12。

在步骤322，延时第一预定时长。

在步骤323，关闭半桥驱动器131以保护镇流器不受损坏。接着，该流程进行到步骤309。

在步骤324，开启PFC级12。

在步骤325，延时等待第一预定时长使PFC级12充分开启之后，再开启半桥驱动器131进行点灯操作。

在步骤326，开启半桥驱动器131。接着，该流程返回步骤308。

上述本发明一个实施例所述电子镇流器的电路保护控制系统的总控制流程包括如下子流程：

外部中断服务子流程

外部中断服务子流程，用来控制在出现点灯电压过高时的处理。具体控制流程如图4所示。

开机后进入子步骤401，中断保护；

在子步骤402，MCU 21检测点灯电压状态输入信号；

当检测到点灯电压高于预设值时(例如点灯电压大于5000V时)，进入外部中断服务子流程，即进入子步骤403；当点灯电压未过压时，该中断服务子流程进入子步骤410；

在子步骤403，关断PFC级12；

在子步骤404，延时第一预定时长；

在子步骤405，关闭半桥驱动器131，保护镇流器不受损坏；

在子步骤406，调用延时子流程延时第二预定时长；

在子步骤407，开启PFC级12；

在子步骤408，延时等待第一预定时长使PFC级12充分开启；

在子步骤409，开启半桥驱动器131；

在子步骤410，中断恢复；

在子步骤411，中断返回。

从上述外部中断服务子程序返回后，进入中断次数计数子流程，判断是否这种状态出现m次，若少于m次则再次点灯；若等于或大于m次则关闭电路不再进行点灯操作，并调用状态指示控制子流程启动报警器23，表示处在保护过程中，需要重新上电方能再次点灯。

延时子流程

延时子流程的一个例子是：延时第一预定时长的是200ms延时流程，它是一个2循环递减程序以备随时调用。延时第二预定时长的是30s延时流程，它是一个2循环递减程序以备随时调用。

状态指示控制子流程

当镇流器处在关死保护状态时，状态指示控制子流程将启动报警器23来指示此时镇流器处在保护过程中，需要关闭电源清除故障并重新上电方能正常工作。

中断次数计数子流程

在开机后，上述总流程进入中断次数计数子流程进行中断次数判断，即进行点灯过压次数判断，若等于或大于m，m比如为5，则关断PFC电路，延时第一预定时长后关闭半桥驱动器131以保护镇流器不受损坏，并调用状态指示控制子流程启动报警器23。

作为另一选择，上述突然开路保护控制流程也可以通过外部中断的方式实现。同理，上述灯寿终保护流程也可以通过外部中断的方式实现。

当然，本发明的技术方案既可以对电子镇流器这三种故障都进行保护控制又可以针对其中一种或两种故障进行保护控制，而且在对两种或三种故障进行保护控制时控制顺序可以改变。上面已给出对上述三种故障都进行保护控制而且控制顺序较佳的一个实施例。下面给出一个只对突然开路状态进行电路保护的控制流程的实施例。

将第一预定时长设置为200毫秒，第二预定时长设置为30秒，报警器23采用发光二极管。开机后程序检测突然开路状态输入信号，当检测到输出处于突然开路状态后，先关断PFC级12，延时200毫秒后关闭半桥驱动器131以保护镇流器不受损坏，然后调用延时子流程延时30秒后打开输出并再次判断输出状态，如果为突然开路状态则继续关断输出并调用延时程序延时30秒，然后再次打开输出判断输出状态，如此反复检测5次共计150秒钟后关闭输出不再重启，并调用状态指示程序点亮发光二极管，表示处在保护过程中，需要清除故障并重新上电方能正常工作。

Claims

1.一种电子镇流器的电路保护控制系统，所述电子镇流器依次包括整流级、功率因数校正级和半桥驱动谐振负载级，所述半桥驱动谐振负载级包括依次相连的半桥驱动器和包含灯的负载电路，所述电路保护控制系统包括微控制器、电路故障检测单元以及报警器，所述微控制器的输入端通过所述电路故障检测单元连接到所述半桥驱动谐振负载级上，所述微控制器的第一、第二、第三输出端分别连接到所述功率因数校正级、所述半桥驱动器、所述报警器上，其特征在于，所述微控制器在所述电子镇流器开机后，控制流程如下：

步骤a、所述微控制器初始化；

2.如权利要求1所述的电路保护控制系统，其特征在于第一种故障是灯寿终时，M为1，第一种故障是点灯电压过压或突然开路时，M为自然数。

3.如权利要求1所述的电路保护控制系统，其特征在于步骤c通过外部中断的方式执行。

4.如权利要求1所述的电路保护控制系统，其特征在于所述控制流程还包括步骤d，步骤d包括如下子步骤：

5.如权利要求4所述的电路保护控制系统，其特征在于当步骤c中未出现第一种故障时和/或第一种故障出现次数不足M时执行步骤d中的子步骤。

6.如权利要求4所述的电路保护控制系统，其特征在于步骤d通过外部中断的方式执行。

7.如权利要求4所述的电路保护控制系统，其特征在于第二种故障是灯寿终时，N为1；第二种故障是点灯电压过压或突然开路时，N为自然数。

8.如权利要求3所述的电路保护控制系统，其特征在于所述控制流程还包括步骤e，步骤e包括如下子步骤：

9.如权利要求8所述的电路保护控制系统，其特征在于当步骤d中未出现第二种故障时和/或第二种故障出现次数不足N时执行步骤e中的子步骤。

10.如权利要求8所述的电路保护控制系统，其特征在于步骤e通过外部中断的方式执行。

11.如权利要求8所述的电路保护控制系统，其特征在于第三种故障是灯寿终时，L为1；第三种故障是点灯电压过压或突然开路时，L为自然数。

12.如上述权利要求1-11中任一项所述的电路保护控制系统，其特征在于将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭进一步包括关闭所述功率因数校正级第一预定时长之后，关闭所述半桥驱动器。

13.如上述权利要求1-11中任一项所述的电路保护控制系统，其特征在于相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器包括启动所述功率因数校正级第一预定时长之后，启动所述半桥驱动器。

14.如上述权利要求1-11中任一项所述的电路保护控制系统，其特征在于步骤c、步骤d和/或步骤e进一步包括：将所述功率因数校正级和所述半桥驱动器相继关闭后，延时第二预定时长，然后相继启动所述功率因数校正级和所述半桥驱动器。