CN103220871A - 软开关模式低频方波氙灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软开关模式低频方波驱动的HID氙灯电子镇流器,它通过将BOOST升压电路和半桥软开关逆变电路相结合，配合控制系统所对应的调制方法，通过电流反馈控制实现了氙灯负载恒功率输出的目的。功率因数校正环节采用独立控制芯片，这样减少了系统干扰。本发明通过选取MOS管电压及电流，经控制电路逻辑运算，确定MOS管开通和关断时刻，以实现MOS管的零电压开通和零电压关断，减少其开关损耗。通过实时采集输出两端的电压和电流,对氙灯短路、开路和老化等异常状态进行检测并保护。

Description

软开关模式低频方波氙灯电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种软开关模式低频方波氙灯电子镇流器，属于照明电子学技术领域。 

背景技术

氙气金卤灯是在金卤灯的基础上进行重大改进和革新，加入惰性气体“氙气”，并对内泡配方进行改良，使得灯泡亮度和寿命都提高2陪以上，每瓦流明达120，比金卤灯，高压钠灯节能40%以上，是大功率照明领域中唯一节能照明产品，250W氙气金卤灯可产生400W金卤灯的流明数，节能效果明显。氙气金卤灯固有的负阻特性和特殊的启动要求,必须和与之相匹配的镇流器共同使用，电子镇流器与传统的电感式镇流器相比具有很多优点,电子镇流器效率高，自身能耗仅几瓦,属节能产品，其次,具有很高的功率因数,电子镇流器功率因数很容易做到0.95以上,有效地提高了供电系统和电网的利用率； 

当电子镇流器对氙气金卤灯所提供的能量在灯自身声共振特征频率上的分量大于其阈值时，会激发声振现象，人们采用了多种技术措施来消除声共振现象，如反馈消除法、频率选定法、变频控制法、超高频点灯、低频方波驱动法等。综合上述方法技术原理及效果可知，低频方波驱动法是最行之有效的，采用低频方波驱动时， 由于灯的工作频率低于金卤灯的最低声共振频率， 只要控制好低频方波上叠加的高频波的幅度，使其小于 5%， 就可以保证金卤灯稳定工作而不发生声共振现象，这是目前中小功率氙气金卤灯电子镇流器中运用最广泛的控制方式，放电灯工作于低频方波电子镇流器与标准电感镇流器在燃点时所发出的光质量是无明显差别的；

传统低频方波电子镇流器一般采用三级结构，即BOOST升压功率因数校正电路、BUCK降压电路和直流-直流全桥或半桥逆变电路，这种电路结构复杂,生产成本昂贵，在此三级结构当中，BUCK降压电路承担放电灯功率调节控制功能，一般均为硬开关控制方式，其开关器件开关损耗很大，使得镇流器自身效率很难提高，为了简化电路，降低成本，提高开关器件效率，现有技术中公开了一种电子镇流器，取消了BUCK降压电路环节，通过半桥逆变电路实现交流方波输出，同时通过检测电路工作电压和电流状态，使开关器件处于软开关状态，极大减小了其开关损耗。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种将功率调节和交流方波逆变合为一体的两级半桥软开关模式低频方波驱动的HID氙灯电子镇流器； 

为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案：低频方波氙灯电子镇流器将 DC /DC 级和低频逆变级相结合形成一级，与前端 PFC 级形成两级式结构，PFC级采用专用 IC 芯片控制，开关管 Q1工作在高频状态， 实现对输出母线的调节（400V）, 开关管 Q2、 Q3 结合形成半桥结构为氙灯提供低频方波电流，有效避免声共振的发生。Q2、 Q3工作在高频软开关状态，氙灯的稳态恒功率控制功能也设计在这一级；

该软开关模式低频方波氙灯电子镇流器包括电源输入滤波电路、全桥整流滤波电路、APFC升压电路、软开关逆变电路、点火电路、峰值电流取样电路、谐振时刻取样电路和谐振电容，所述电源输入滤波电路与全桥整流滤波电路连接，所述全桥整流滤波电路与APFC升压电路连接，所述APFC升压电路与软开关逆变电路连接，所述软开关逆变电路的输出端与点火电路一输出端相连接，所述峰值电流取样电路与谐振时刻取样电路相连接，所述谐振时刻检测电路与谐振电容相连接，所述谐振电容与软开关逆变电路相连接，所述软开关模式低频方波氙灯电子镇流器还包括具有恒功率控制等功能的综合控制电路，所述综合控制电路包括驱动电路、谐振时刻检测电路、峰值电流检测电路、点火控制电路、功率检测电路、功率因数校正电路，所述驱动电路与软开关逆变电路相连接，所述谐振时刻检测电路与谐振时刻取样电路相连接，所述峰值电流检测电路与峰值电流取样电路相连接，所述点火控制电路与点火电路相连接，所述功率检测电路与APFC升压电路连接，所述功率因数校正电路与APFC升压电路连接；

功率因数校正电路采用L6561专用控制芯片控制，使其母线电压稳定在400V，由于母线电压恒定，若控制母线平均电流也为恒定值，则直流母线输出功率就为恒定值，由于半桥逆变电路所用器件除Q2、Q3外，均为不耗能的电感和电容，而器件Q2、Q3工作在软开关状态，其损耗很小，可忽略不计，故母线输出功率即为HID灯上消耗的功率，以此控制思想实现了放电灯恒功率控制；

T2即为峰值电流取样，也是谐振电感，谐振电感与谐振电容在MOS管关断期间发生谐振，当MOS管两端电压谐振到零电压时刻，触发开通对应的MOS管，实现了MOS管的零电压开通，消除了其开通损耗，由于MOS管两端并有谐振电容，其关断为零电压关断，这样就保证了MOS管处于零电压开通和关断，实现了软开关控制，谐振零电压由检测电容C8和C9分压取样，通过综合控制电路逻辑处理后进行判断，给出开通信号，MOS管关断信号由其峰值电流决定，当其峰值电流达到了设定之后，综合控制电路给出关断信号；

在本发明当中，恒功率控制调节是通过峰值电流变化来实现的，同时，根据MOS管电流值状态和开通时间状态，可判断HID灯管短路、开路和老化等异常状态进行检测并做相应的处理；

作为本发明的优选，所述的软开关模式低频方波氙灯电子镇流器当中的正负半波电流取样由一只变压器T2来实现；

作为本发明的优选，所述的软开关模式低频方波氙灯电子镇流器当中的电压谐振时刻通过电容C8、C9分压获得；

作为本发明的优选，所述的软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的恒功率控制是通过控制母线电流来实现的；

本发明采用上述技术方案：软开关模式低频方波氙灯电子镇流器通过将BUCK降压电路和开关逆变电路合并成一级并以相应的谐振控制方法实现了MOS管软开关工作状态，通过电流反馈控制，实现了恒功率控制的目的，该结构不会影响功数校正电路的工作效果，通过MOS管电流值开通状态，对HID灯管异常状态进行检测并做相应的处理。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步具体说明； 

图1为本发明软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的结构框图；

图2为本发明软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的结构示意图；

图3为本发明软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的结构图；

图4为本发明软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的有源功率因数校正电路结构示意图；

图5为现有技术的三级模式HID电子镇流器电路结构示意图；

图6为本发明软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的开关逆变电路的驱动信号波形图。

具体实施方式

如图1、2、3所示，软开关模式低频方波氙灯电子镇流器电源输入滤波电路（1）、全桥整流滤波电路（2）、APFC升压电路（3）、软开关逆变电路（4）、点火电路（5）、峰值电流取样电路（6）、谐振时刻取样电路（7）和谐振电容（8）；电源输入滤波电路（1）与全桥整流滤波电路（2）连接，全桥整流滤波电路（2）与APFC升压电路（3）即有源功率因数校正连接， APFC升压电路（3）与软开关逆变电路（4）连接， C4、C5串联与APFC升压电路输出相连，C4、C5连接点与HID氙灯相连，软开关逆变电路（4）的输出端与点火电路（5）一输出端相连接，点火电路（5）另一输出端接氙灯，驱动电路与DC—AC半桥逆变电路连接，峰值电流取样电路（6）与谐振时刻取样电路（7）相连接，峰值电流取样电路由变压器T2和二极管D6、D7组成，T2副端分别经D6、D7整流，对MOS管Q2、Q3电流分别进行采样。谐振时刻检测电路（7）与Q2、Q3构成的半桥中点连接，谐振时刻检测电路由C8、C9分压构成，形成无损检测；谐振电容C10、C11分别并联在MOS管Q2、Q3上，以实现MOS管的软关断及软开通；C6、C7串联接在母线电压上，C6、C7连接点与电流取样电路和点火器相连；软开关模式低频方波氙灯电子镇流器还包括具有恒功率控制等功能的综合控制电路（9），综合控制电路（9）包括驱动电路、谐振时刻检测电路、峰值电流检测电路、点火控制电路、功率检测电路、功率因数校正电路； 

如图4所示,为本发明所述的一种软开关模式低频方波氙灯电子镇流器的有源功率因数校正电路结构示意图,该电路采用专用的APFC控制芯片L6561；该电路是一种升压输出的，工作在临界导电模式；当MOS管Q1导通时，二极管D5截止,电流流过主电感L1，同时主电感L1储存能量，此时负载电流靠输出电容C4、C5来维持；当MOS管Q1断开时,二极管D5导通，主电感Ll储存的能量为负载供电；输入电压Vin和输出电压Vout及MOS管Q1电流取样电阻上电压送到控制芯片IC1，经控制芯片运算，控制MOS管Q1通断，使得L1上电流跟随输入电压的变化，如此，流过PFC升压电感L1的电流是一种三角波,其峰值的包络线(也即输入电流的平均值)是和输入电压的正弦波同相的正弦波,也就实现了输入电流的正弦化，并和输入电压保持同相；

EMI滤波电路接入电网，经过滤波后输送给全桥整流电路，全桥整流电路输出直流电，该直流电再经APFC升压电路2调整升压，输出较高的直流母线电压（400V），其输出经C4、C5串联滤波后送给DC一AC半桥逆变电路，如图4、6所示，变换器控制电路对DC—AC半桥逆变电路的开关管Q2、Q3脉冲驱动信号的开通和关断时刻根据系统状态做出调整，从而达到MOS管软开关状态，同时实现恒功率控制目的。当Q2高频斩波工作时，其输出为正向电流，当Q3高频斩波工作时，其输出为反向电流，MOS管Q2、Q3以180Hz交替工作，分别经C6、C7、T1滤波电路解调，得到180Hz的低频方波HID氙灯驱动信号，使HID灯工作在180Hz的低频，这样可以有效地避免声谐振的发生；通过控制MOS管Q2、Q3的工作电流达到恒功率控制的目的；由于软开关模式低频方波氙灯电子镇流器将BUCK降压电路和开关逆变电路合并成一级，并以相对应的谐振点控制方法实现了MOS管Q2、Q3的软开关工作状态，同时实现了恒功率控制的目的。

Claims (4)

1.软开关模式低频方波氙灯电子镇流器，它包括电源输入滤波电路（1）、全桥整流滤波电路（2）、APFC升压电路（3）、软开关逆变电路（4）、点火电路（5）、峰值电流取样电路（6）、谐振时刻取样电路（7）和谐振电容（8），

所述电源输入滤波电路（1）与全桥整流滤波电路（2）连接，所述全桥整流滤波电路（2）与APFC升压电路（3）连接，所述APFC升压电路（3）与软开关逆变电路（4）连接，所述软开关逆变电路（4）的输出端与点火电路（5）一输出端相连接，其特征在于点火电路（5）另一输出端接氙灯，氙灯另一端接APFC升压电路（3）串接电容C4、C5中间点，所述峰值电流取样电路（6）与谐振时刻取样电路（7）相连接，其特征在于：所述峰值电流取样电路（6）的两个输出端任意分别接软开关逆变电路（4）的两个输出端，

所述谐振时刻检测电路（7）与谐振电容（8）相连接，其特征在于：所述谐振时刻取样电路（7）输入端与软开关逆变电路（4）的一输出端连接，所述谐振电容（8）与软开关逆变电路（4）相连接，

其特征在于：所述谐振电容（8）中间点分别与峰值电流取样电路（6）和谐振时刻检测电路（7）相连接，

所述软开关模式低频方波氙灯电子镇流器还包括具有恒功率控制等功能的综合控制电路（9），所述综合控制电路（9）包括驱动电路、谐振时刻检测电路、峰值电流检测电路、点火控制电路、功率检测电路、功率因数校正电路，所述驱动电路与软开关逆变电路（4）相连接，所述谐振时刻检测电路与谐振时刻取样电路（7）相连接，所述峰值电流检测电路与峰值电流取样电路（6）相连接，所述点火控制电路与点火电路（5）相连接，所述功率检测电路与APFC升压电路（3）连接，所述功率因数校正电路与APFC升压电路（3）连接。

2.根据权利要求1所述软开关模式低频方波氙灯电子镇流器，其特征在于：谐振电容（8）中的两只电容分别与软开关逆变电路（4）中的MOS管并联。

3.根据权利要求1所述软开关模式低频方波氙灯电子镇流器，其特征在于：谐振时刻取样电路（7）由两只电容C8、C9串联构成，从中间点连接到到所述综合控制电路（9）。

4.根据权利要求1所述软开关模式低频方波氙灯电子镇流器，其特征在于：APFC升压电路（3）输出电容由C4、C5串联构成，C4、C5连接处接HID氙灯。

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