CN102695345B

CN102695345B - 能效型智能镇流器

Info

Publication number: CN102695345B
Application number: CN201210179262.XA
Authority: CN
Inventors: 雷锡社
Original assignee: Individual
Current assignee: Jiangsu Nengdian S&t Co ltd
Priority date: 2012-06-01
Filing date: 2012-06-01
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-06-01
Also published as: CN102695345A

Abstract

本发明公开了一种能效型智能镇流器，属于照明节能技术领域。该能效型智能镇流器包括镇流器模块和单片机控制模块；镇流器模块由耦合电感L1和L2、开关K1、K2、K3、K4组成。K1、L1、K2、L2依次串联（K1的b端和L1的11端连接，L1的12端接K2的c端，K2的d端接L2的21），K4并联在L1的12端和K1的a端；K3并联在L1的11端和L2的21端，并且L1的11端和L2的21端是同名端。所述的单片机控制模块根据嵌入的程序来控制四个开关的通断逻辑状态，智能地控制镇流器模块的工作状态。本发明结构简单可靠，成本低，具有高效节能的特点。

Description

能效型智能镇流器

技术领域

本发明属于照明节能技术领域，特别涉及高压气体放电灯的变功率镇流器。

背景技术

绿色照明是在保证或提高照明质量的前提下节约用电，绿色照明工程的节能，不只是提高光源的效率，同时还要对照明系统中的每一个环节进行节能控制，减少对不可再生资源的消耗和大气的污染。

现有的不少高压气体放电灯HID照明场合，传统的镇流器在整个照明时间段都是额定功率状态下运行的，没有变功率状态，这样会造成电能的浪费。电力系统的供电和使用往往出现倒置的情况，当用电处于高峰期时，系统电压比较低，此时照明就不需要节能；当用电处于低峰期时，系统电压比较高，普遍达到240伏以上，这时的照明就需要节能，节出高于额定电压部分的电能，这样即保证了照明在额定的照度下运行外，还有利于保护灯具（因为过高的电压会缩短光源的寿命）。另一方面，在后半夜，车辆、行人很少，公共场合的照明不必要运行在额定功率状态，可以适当地降低照度，以节省电能。

有一种公开的实用新型《HID灯用变功率节能电感镇流器》（专利号ZL200620067394.3），该实用新型提供一种HID灯用变功率节能型电感镇流器，包括有电感镇流器、智能化控制系统和电子触发器，其中电感镇流器的副线圈B与电源火线端连接，主线圈A通过开关K与电源火线端连接，电子触发器与电感镇流器串联，灯泡与电感镇流器也串联，电容C与电感镇流器并联。在正常工作条件下，开关K处于闭合状态，电流只通过主绕组A，在电子触发器的作用下将灯点燃，此时灯泡处于额定功率工作状态；当开关K断开时，此时电流流过主绕组A和副绕组B，由于电感量的增加，线路电流减少，灯泡处于降功率工作状态。该实用新型只能变一次功率，也就是两级调节，两级调节的节能空间不大；此外两级调节变功率，瞬间功率变化太大，会引起熄灯。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述的问题，提供一种能效型智能镇流器，本发明结构简单可靠，成本低，具有高效节能的特点，且可实现三级调节。

本发明为了达到上述目的提供的技术方案是：一种能效型智能镇流器，其特征在于：包括镇流器模块和单片机控制模块；所述镇流器模块由两个耦合电感L1，L2和四个开关K1、K2、K3、K4组成，该四个开关和电感的连接关系是：K1、L1、K2、L2依次串联（K1的b端和L1的第一端11连接，L1的第二端12接K2的c端，K2的d端接L2的第一端21），第一开关K1的a端是输入端IN，第二耦合电感L2的第二端22是输出端OUT，第四开关K4并联在第一耦合电感L1的第二端12和第一开关K1的a端；第三开关K3并联在第一耦合电感L1的第一端11和第二耦合电感L2的第一端21，并且第一耦合电感L1的第一端11和第二耦合电感L2的第一端21是同名端。

所述单片机控制模块的I/O口连接镇流器模块中四个开关的控制端，单片机控制模块根据其中嵌入的控制程序来控制镇流器模块的四个开关K1、K2、K3、K4的通断逻辑状态，智能地控制镇流器模块的工作状态。

所述的第一开关、第三开关和第四开关K1、K3、K4可采用继电器或IGBT。

所述第二开关K2可由两个IGBT1和IGBT2、两个快速恢复二极管D1和D2、继电器组成的复合开关；其中第一IGBT1的发射极和第二IGBT2的发射极接在一点，第快速恢复二极管D1反并接在第一IGBT1的集电极和发射极之间，第二快速恢复二极管D2反向并接在第二IGBT2的集电极和发射极之间，继电器并联在两个IGBT的集电极上，第一IGBT1的集电极是复合开关K2的C端，第二IGBT2的集电极是复合开关K2的D端。

本发明采用上述方案后的有益效果：

(1)实现了三级调节功率，使得功率精细变化，变功率时，不会熄灯。

(2)实现智能地变功率节能，单片机控制模块依据嵌入其内的控制程序，实现因地制宜节能、情景照明。

(3)节能情况控制更加灵活，节能空间增大。

(4)保护照明灯具。

附图说明

图1是本发明镇流器的电路结构原理图。

图2是本发明镇流器和电源、灯具连接示意图。

图3是本发明镇流器模块的K2开关的实施例结构示意图。

具体实施方式

参阅图1所示，本发明包括镇流器模块和单片机控制模块；镇流器模块由两个耦合电感L1、L2和四个开关K1、K2、K3、K4组成；K1、L1、K2、L2依次串联（K1的b端和L1的第一端11连接，L1的第二端12接K2的c端，K2的d端接L2的第一端21），K1的a端是输入端IN，L2的第二端22是输出端OUT，K4并接在L1的第二端12和K1的a端；K3并接在L1的第一端11和L2的第一端21，并且L1的第一端11和L2的第一端21是同名端；单片机控制模块的I/O口连接镇流器模块中开关的控制端，单片机控制模块控制镇流器模块中四个开关的通断逻辑状态，从而改变镇流器模块阻抗，实现功率调节。

本发明提供的能效型智能镇流器，结合图2说明其工作原理和单片机控制模块控制过程如下（设电感L1的电感量是L₁，L2的是L₂，L1和L2互感是M）：

220伏的交流电AC通过输入端IN接入到镇流器，经镇流器输出端OUT接到灯具上，镇流器和灯串联。开始通电，单片机控制模块控制镇流器处在一级调档（即存储在控制程序中的时间功率曲线表中设置的第一预设条件，灯处于100%功率状态，即一级调节功率）处；即单片机控制模块控制K1、K2断开，K3、K4闭合，此时电感L1和L2是反串联，镇流器的等效电感是：L₁+L₂-2M，则灯运行在额定功率状态。

当单片机控制模块检测到满足第二预设条件（表中第一次节能的状态与该状态对应的时间），则控制镇流器处在二级调档（灯处于节能状态，例如灯处于70%功率状态，该功率状态也可根据用户方的需求来设定，即二级调节功率）处，也就是第一次变功率节能时，并且检测到L1的12端处电流I₀过零点时，即单片机控制模块控制K2闭合，K3断开，并且是先闭合K2，再断开K3；K1继续保持断开状态，K4继续保持闭合状态，此时镇流器的等效电感是L₂，只要L₁小于2M，则二级调档处的等效电感大于一级调档处的等效电感，线路电流减少，灯运行在节能状态。

当单片机控制模块检查到满足第三预设条件（表中第二次节能的状态与该状态对应的时间），控制镇流器处在三级调档（灯处于低能耗状态，例如灯处于40%功率状态，该功率状态也可根据用户方的需求来设定，即三级调节功率）处，也就是第二次变功率节能时，即单片机控制K1闭合，K4断开，并且是先合K1，然后断开K4，K2继续保持闭合状态，K3继续保持断开状态；此时镇流器的等效电感是：L₁+L₂+2M，等效电感比二级调档处增大，线路电流进一步减少，灯运行在进一步降功率状态。在该状态下的四个开关的通断逻辑状态一直持续到灯断开电源退出运行（灯退出运行后，四个开关自然恢复到初始的断开状态）。

上述单片机控制模块的控制流程由本领域的编程人员根据常规技术编制而成，并预先嵌入单片机控制模块中即可。

本发明的各元器件的具体实施方式分别说明如下：

电感量L₁、L₂和互感M的大小的设计依据灯具的功率和节能率决定，要保证灯具的正常启动和正常的工作。例如：灯具的功率是400瓦时，镇流器的电感量是124.2mH；当运行在250瓦时，镇流器的电感量是191.1mH；当运行在150瓦时，镇流器电感量是315.3mH

开关K1、K3、K4均采用常规继电器或IGBT，本实施例中采用常规继电器，型号是HF3FF-24V-1ZS。所述开关K2采用两个IGBT1和IGBT2、快速恢复二极管D1、D2及继电器组成的复合开关，其结构如图3所示，IGBT1的发射极和IGBT2的发射极接在一点，快速恢复二极管D1反并接在IGBT1的集电极和发射极之间，快速恢复二极管D2反向并接在IGBT2的集电极和发射极之间，继电器并联在两个IGBT的集电极上，IGBT1的集电极是复合开关的C端，IGBT2的集电极是复合开关的D端，该复合开关采用IGBT1、IGBT2、快速恢复二极管D1、D2及继电器均为常规产品，本例中采用的IGBT是IKW15N120T2，IKW15N120T2中包含了快速恢复二极管，继电器是HF3FF-24V-1ZS。

本发明开关K2实施例的闭合的具体过程如下：

总体而言是先闭合IGBT，再闭合继电器。具体的情况是：如果检测到L1的12端处电流I₀是从负半周到正半周过零点时，把IGBT1开通，如果检测到L1的12端处电流I₀是从正半周到负半周过零点时，把IGBT2开通；等IGBT1或IGBT2开通充分（IGBT的集电极和发射极之间的电压小于3伏）后，使整个电路开通充分，再控制继电器开关闭合。

本发明的单片机控制模块预先嵌入控制程序，用来控制四个开关K1、K2、K3、K4的通断逻辑状态。本例中单片机采用STM8S207R6。

本发明的灯的功率与运行时间曲线表的实施例（该表用于道路照明的高压气体放电灯HID）如表1所示：

表1

该表中的时间和灯运行功率状态都要根据用户方的需求来制定。例如用户方需要节能率高，就把节能时间提前，对应的灯运行功率降低，反之则反。

Claims

1.一种能效型智能镇流器，其特征在于：包括镇流器模块和单片机控制模块；所述镇流器模块由两个耦合电感（L1，L2）和四个开关（K1、K2、K3、K4）组成，该四个开关和电感的连接关系是：第一开关（K1）、第一耦合电感（L1）、第二开关（K2）、第二耦合电感（L2）依次串联，第一开关（K1）的第一端（a）是输入端（IN），第二耦合电感（L2）的第二端（22）是输出端（OUT），第四开关（K4）并联在第一耦合电感（L1）的第二端（12）和第一开关（K1）的第一端（a）；第三开关（K3）并联在第一耦合电感（L1）的第一端（11）和第二耦合电感（L2）的第一端（21），并且第一耦合电感（L1）的第一端（11）和第二耦合电感（L2）的第一端（21）是同名端；

所述单片机控制模块的I/O口连接镇流器模块中四个开关的控制端，单片机控制模块根据其中嵌入的控制程序来控制镇流器模块的四个开关（K1、K2、K3、K4）的通断逻辑状态，控制镇流器模块的工作状态；在一级调档处；单片机控制模块控制第一、第二开关（K1、K2）断开，第三、第四开关（K3、K4）闭合；在二级调档处，单片机控制模块控制第二开关（K2）闭合，第三开关（K3）断开，并且是先闭合第二开关（K2），再断开第三开关（K3）；第一开关（K1）继续保持断开状态，第四开关（K4）继续保持闭合状态；在三级调档处，单片机控制第一开关（K1）闭合，第四开关（K4）断开，并且是先合第一开关（K1），然后断开第四开关（K4），第二开关（K2）继续保持闭合状态，第三开关（K3）继续保持断开状态。

2.根据权利要求1所述的智能镇流器，其特征在于，所述第二开关（K2）由两个IGBT（1和2）、两个快速恢复二极管（D1和D2）、继电器组成的复合开关；其中第一IGBT（1）的发射极和第二IGBT（2）的发射极接在一点，第一快速恢复二极管（D1）反并接在第一IGBT（1）的集电极和发射极之间，第二快速恢复二极管（D2）反向并接在第二IGBT（2）的集电极和发射极之间，继电器并联在两个IGBT的集电极上，第一IGBT（1）的集电极是第二开关（K2）的第一端（C），第二IGBT（2）的集电极是第二开关（K2）的第二端（D）。