CN1029813C - 脉宽调制型交流调光电路 - Google Patents

Abstract

一种脉宽调制型交流调光电路，有控制部分、驱动部分及主电路部分。其主电路部分采用改变半导体功率开关器件的开通与关断时间来改变接至其后的整流桥的内阻以达到改变与整流桥串联的负载灯泡两端电压实现调光。半导体功率开关器件的通断由控制部分产生经驱动部分放大的占空比可调的调制波控制。该电路调光效果好，输出为包络线是工频正弦波、占空比可调的交流电压，对电网、外界干扰极小。

Description

本发明涉及一种电照明的脉宽调制型交流调光电路。

调光器能根据人们的需要调节灯光亮度，有电阻式、变压器式、电抗器式、电子管式等，六十年代出现了延用至今的可控硅（晶闸管）调光器。可控硅调光器通过控制极脉冲的移相，改变可控硅开通的相位，调节输出电压，达到调光目的。可控硅交流调光器具有重量轻、体积小、控制方便、能量损耗低、可靠性高、易于维修等优点。但是可控硅调光器在使用过程中，受到可控硅元件本身开关特性的限制，产生的高频谐波、射频干扰不仅使电网正弦波畸变，电能质量下降，而且在舞台和电视演播室的使用时干扰音响、摄录像设备的正常使用。可控硅调光器所产生的干扰问题，在中华人民共和国文化部舞台电子设备检测所、浙江省舞台电子技术研究所、华东艺术科技情报网、浙江省艺术科技情报网联合出版的《艺术科技》1990年第一期专题探讨“可控硅调光器谐波的测量分析方法初探”及1991年第一期专题探讨“亟待解决的课题-舞台可控硅调光器干扰限值标准的制定”两文有详尽的分析、探讨。

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种调光效果好，输出为包络线是工频正弦波、占空比可调的交流电压，对电网、外界干扰极小的脉宽调制型交流调光电路。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：有控制部分、驱动部分及主电路部分构成脉宽调制型交流调光电路，主电路部分采用改变半导体功率开关器件的开通与关断时间来改变接至其后的整 流桥的内阻以达到改变与整流桥串联的负载灯泡两端电压实现调光的，半导体功率开关器件的通断由控制部分产生的经过驱动部分放大的占空比可调的调制波控制。

附图说明：

图1为本发明电路方框图。

图2为本发明实施例电原理图一。

图3为本发明实施例电原理图二。

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步详细的描述：有控制部分Ⅰ、驱动部分Ⅱ及主电路部分Ⅲ构成脉宽调制型交流调光电路。主电路部分Ⅲ采用改变半导体功率开关器件301的开通与关断时间来改变接至其后的整流桥302的内阻以达到改变与整流桥302串联的负载灯泡303两端电压实现调光的，半导体功率开关器件301的通断由控制部分Ⅰ产生的经过驱动部分Ⅱ放大的占空比可调的调制波控制。半导体功率开关器件301与整流桥302之间联接着由电感L₁、电容C₆、C₇组成的π型滤波器。

实施例控制部分Ⅰ由三角波发生器101、比较器102、整形器103组成。三角波发生器101中的场效应管BG₁和二极管D_1-4构成双电流源，供电容C₂的充放电电流;运算放大器A₁和电阻R₂、R₃、电容C₁构成多谐振荡器，调节双电流源中电位器W₁，就可以改变BG₁的饱和电流，改变C₂充放电速率，使输出三角波的频率从1Hz到20KHz连续可调;运算放大器A₂作为缓冲放大器;运算放大器A₃作加法放大器用，电源经电阻R₄R₅分压后再经R₆与经过R₇的A₂输出的三角波电压在A₃同相端叠加，由放大倍数为（1+R₉/R₈）的运放A₃放大，将 上述三角波的整个波形往上抬，最低点提高到OV。比较器102为运算放大器A₄，控制信号由电位器W₂给定，从OV至10V之间可变，经电阻R₁₀、R₁₁分压后变为A₃输出三角波的幅值范围内，当a点电压大于b点电压则A₄输出高电平，反之输出低电平。整形器103为运算放大器A₅，A₄输出脉冲经A₅TTL反相器整形后变成波形较好的脉冲，其脉冲的高电平为TTL高电平，低电平为TTL低电平。改变三角波频率即改变输出脉冲的频率，当输出脉冲频率一定时，改变W₂给定的控制信号，C点输出脉冲宽度就相应变化，突现脉冲宽度调制，给定控制信号大，脉冲宽度则宽。

驱动部分Ⅱ是由光电耦合管BG₂及驱动保护集成块A₆组成。BG₂起着将主电路部分Ⅲ强电部分与控制部分Ⅰ弱电部分隔离的作用，限流电阻R₁₂限制BG₂一次侧的工作电流，C点的脉宽调制波形通过BG₂耦合，在BG₂二次侧接电阻R₁₃点上形成一个相同的脉冲电压。A₆实现对半导体功率开关器件的最优基极（栅极）驱动和保护，接于A₆7脚的电阻R₁₄决定了功率开关晶体管BG₃的最小导通时间tonmin;接于A₆9、10脚与11脚之间的电阻R₁₅决定门限电压V_RSD;A₆2脚接一负电源V和作为滤波用的电容C₄接于A₆15脚与和BG₂二次侧相连的14脚之间的电阻R₁₆是半导体功率开关晶体管BG₃基极电流的限流电阻;电阻R₁₇、R₁₈、R₁₉、电容C₃、电流互感器LA组成了集电极电流检测回路，如果集电极电流超过极限值，由此检测回路检测的信号送到A₆12脚，经过A₆内部电路比较，能迅速封锁集成块的输出脉冲直到输入信号的下一次正跳变;接于A₆13脚的二 极管D5是对功率晶体管BG₃集电极-发射极的监控，防止功率晶体管BG₃退饱和，使BG₃处于开关工作状态;接于A₆I、16脚的电阻R₂₀对功率晶体管BG₃提供最优基极驱动。

主电路部分Ⅲ有半导体功率开关器件301、π型滤波器、整流桥302、负载灯泡303组成。半导体功率开关器件301为功率晶体管BG₃;π型滤波器由电感L₁、电容C₆、C₇构成;整流桥302由二极管D8～11构成，负载灯泡303为灯泡R_L，由控制部分I来的频率固定、占空比可调的矩形脉冲波输入BG₃基极，就能改变BG₃的开通与关断时间，改变了接其后的整流桥302的内阻，从而改变了与整流桥302串接的负载灯泡303两端的电压实现调光的目的。由于BG₃基极高频脉冲对集电极工频电压经整流后波形进行调制，所以在负载灯泡303两端的电压为包络线为工频正弦波、占空比可调的交流电，此交流电的占空比即幅度随着输入BG₃基极脉冲宽度而改变。π型滤波器滤去BG₃输出的调制波包络线的高频分量，当BG₃关断时，与电容C₆并联的电阻R₂₂为C₆的放电电阻，并在L₁上串联的电阻R₂₃与二极管D₇为L₁的释放回路，两条支路能量释放的同时，C₇通过L₁向R₂₂放电，并在R₂₂上的并联的二极管D6、电阻R₂₁与串联的电容C₅组成吸收回路，将开关损耗从BG₃移至R₂₁上，降低BG₃结温T_j，增加开关速度，减小导通峰值电流。

上述的三角波发生器还可以采用锯齿波、计算机等其他信号发生器。

本发明与现有技术可控硅调光电路相比，克服了现有技术的“电磁污染”问题，本发明输出的是包络线为工频正弦波、占空比可 调的交流电压，其谐波分量相对基波分量很小。对P≈1.2KW交流调光电流谐波分量比较实验结果如下：可控硅SCR调光电路2＝90°，1次谐波分量为3.270A、3次为1.713A、5次为0.586A、7次为0.546A、9次为0.345A、11次为0.320A，……;而脉宽调制型交流调光电路在相应的输出电压为90V时1次-11次谐波分量分别为3.036A、0.037A、0.042A、0.017A、0.006A、0.014A，在输出电压为110V时，1次-11次谐波分量分别为3.563A、0.082A、0.074A、0.021A、0.023A、0.016A。所以，本发明具有调光效果好，对电网、对外界干扰极小的优点。

Claims (1)

1、一种脉宽调制型交流调光电路，有控制部分Ⅰ、驱动部分Ⅱ及主电路部分Ⅲ，控制部分Ⅰ由信号发生器101、比较器102、整形器103构成，驱动部分Ⅱ采用光电耦合管BG₂和驱动保护集成块A₆，其特征在于：主电路部分Ⅲ由半导体开关器件301、整流桥302、负载灯泡303构成，由控制部分Ⅰ产生的经过驱动部分Ⅱ放大的占空比可调的调制波控制半导体功率开关器件301的开通与关断时间，以改变整流桥302的内阻，从而实现了与之串联的负载灯泡303两端电压可调，半导体功率开关器件301采用功率晶体管BG₃，整流桥302由二极管D_8-11组成，负载灯泡303为灯泡R_L，BG₃与D_8-11之间联接着由电感L₁、电容C₆、C₇组成的π型滤波器，BG₃的集电极穿过电流互感器LA与二极管D₆正极、电阻R₂₁、R₂₂、R₂₃、C₆、L₁的一端相联，D₆的负极与R₂₁的另一端并联后与电容C₅的一端相联，R₂₃的另一端与二极管D₇正极相联，L₁另一端和D₇的负极，C₇的一端与D_8-11组成的整流桥302的正极相联，BG₃的发射极、C₅、R₂₂、C₆、C₇的另一端与整流桥302的负极相联，整流桥302的两个交流端分别接交流电源火线和R_L，R_L的另一端接交流电源的零线。

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