CN103228092A - 可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路及调制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路及调制方法，该电路包括：外部调控电路，根据用户调节产生输入信号；微处理单元，其输入端与所述外部调控电路的输出端相连，根据所述输入信号调制产生频率为50KHz～180KHz的输出信号，该输出信号经由第一输出端和第二输出端输出；逆变电路，其输入端口与所述微处理单元的第一输出端和第二输出端相连。本发明能够独立调节无极灯的运行频率，使其满足国际标准对电磁波干扰的要求。

Description

可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路及调制方法

技术领域

本发明涉及无极灯技术，尤其涉及一种可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路及调制方法。

背景技术

无极灯作为一种长寿命、免维护、高光效及高显色性的照明产品，已经被国内及国际市场广泛接受，无极灯产品在工厂车间照明、道路隧道照明及投光泛光照明工程中均有着显著效果。

无极灯通过高频磁芯发射射频范围的电磁波耦合激发灯管内的放电物质(如汞原子)，进而汞原子发射出的紫外线(例如253.7nm的紫外线)可有效激发三基色或其他光谱组分的光线进行照明。由于无极灯本身没有电极，因而可保证其在长期(例如5年或更长时间)使用情况下，仍然具备稳定、无需替换等特点。

无极灯通常使用无极灯电子镇流器来驱动，图1示出了现有技术中的一种无极灯驱动电路的电路结构，图2示出了该驱动电路的工作信号波形。图1所示的驱动电路主要采用的是传统的逆变电路，通过设定IR2156芯片的RT/CT引脚的外接器件来设定逆变电路的运行频率值。

为了使得无极灯能获得各个国家的准入性认证(如欧盟CE、日本PSE等)，需要其电磁波干扰满足相应的标准。由于无极灯采用高频电路输出耦合灯管磁环产生同频率磁通量，并进而耦合灯管产生同频率电场，故无极灯点亮后即发射出以此频率为主要辐射的高频电磁波，同时也在电源线中发射在线路中传导的以无极灯运行频率为主的电磁波干扰。

因此，如何降低无极灯的电磁波干扰以使其满足相应标准就成为一个需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路及调制方法，能够独立调节无极灯的运行频率，使其满足国际标准对电磁波干扰的要求。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路，包括：

外部调控电路，根据用户调节产生输入信号；

微处理单元，其输入端与所述外部调控电路的输出端相连，根据所述输入信号调制产生频率为50KHz～180KHz的输出信号，该输出信号经由第一输出端和第二输出端输出；

逆变电路，其输入端口与所述微处理单元的第一输出端和第二输出端相连。

根据本发明的一个实施例，所述逆变电路包括：

第一MOS晶体管，其控制端连接所述微处理单元的第一输出端，其第一端接收整流信号；

第二MOS晶体管，其控制端连接所述微处理单元的第二输出端，其第一端连接所述第一MOS晶体管的第二端，其第二端接地；

逆变谐振电路，其第一输入端连接所述第二MOS晶体管的第一端，其第二输入端接地。

根据本发明的一个实施例，所述逆变谐振电路的输出端配置为连接无极灯灯管。

根据本发明的一个实施例，该独立频率输出电路还包括：市电供电电路，将市电电压转化为所述微处理单元需要的电源电压，并将其传输至所述微处理单元的电源端。

本发明还提供了上述任一项所述的独立频率输出电路的调制方法，包括：

调节所述外部调控电路，使所述微处理单元输出频率为180KHz的输出信号；

检测电磁波干扰，如果检测结果超出EN55015标准，则通过所述外部调控电路调低所述微处理单元的输出信号的频率并再次检测，直至检测结果符合EN55015标准。

根据本发明的一个实施例，该方法还包括：

在检测结果符合EN55015标准时，记录所述微处理单元的输出信号当前的频率，记为第一频率；

在批量生产时，将各个产品内的该微处理单元配置为固定输出频率为该第一频率的输出信号。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的独立频率输出电路可以将工作频率控制在50KHz～180KHz，一方面在该频率范围内EN55015标准相对较为宽松，使得无极灯整灯能够达到EN55015标准的电磁波干扰要求；另一方面，50KHz～180KHz的频率范围与传统无极灯225KHz的运行频率相比，降低幅度为40％左右，使得无极灯产品中的电感类材质(如外部铁氧体磁芯、电子镇流器内部电感等)的增加在可控范围内，小于传统225KHz运行频率的无极灯为了保证电磁兼容性达标而增加的屏蔽成本。

进一步地，在进行调制时，首先将无极灯的运行频率设定在180KHz，根据电磁波干扰值的测试不断下调运行频率，直至符合EN55015标准，由于EN55015标准在180KHz～50KHz的频段内允许的电磁辐射标准值线性增大，因此在该范围内灵活调节运行频率，可以保证无极灯满足EN55015标准。

附图说明

图1是现有技术中一种无极灯驱动电路的电路结构示意图；

图2是图1所示电路的工作波形图；

图3是EN55015标准中电源线传导干扰/兼容性认证示意图；

图4是EN55015标准中空间电磁辐射干扰/兼容性认证示意图；

图5是本发明实施例的无极灯的主视图；

图6是本发明实施例的无极灯的侧视图；

图7是本发明实施例的无极灯的俯视图；

图8是本发明实施例的独立频率输出电路的电路结构示意图。

具体实施方式

无极灯作为一种照明电器产品，其市场准入必须获得相应国家的准入性认证标准。目前，根据国际电工委员会的指定标准，在包括我国、欧盟、日本、中东地区及南美地区等，均采用IEC的EN55015标准。EN55015标准为灯具类产品电磁波干扰测试标准，包括灯具电源线传导干扰和电磁波空间辐射干扰两项(本申请中统称为电磁波干扰测试，不加以区分)。

EN55015标准的测试标准示意图如图3和图4所示，其中可明确观察到，在测试图表中，对应低频(小于50KHz频率下的照明电器运行频率)其允许的标准为恒定的110dBμV(传导测试)和88dBμV(辐射测试)；而在50KHz至180KHz之间，EN55015允许的电磁波干扰标准强度值呈现线性下降的趋势；而在180KHz至30MHz之间的测试，允许的电磁波干扰标准强度值则进一步线性下降并趋于稳定的趋势。其中，标准中规定的电磁波干扰标准强度值，是强制不允许超标的范围。

发明人经过研究明确，如果无极灯的运行频率降低至50KHz及以下(即节能灯的运行频率附近)，则由于允许的电磁波干扰标准强度值放大而给予无极灯的电磁干扰输出量更大的余地。但随着无极灯本身频率的降低，存在着耦合外部铁氧体磁芯、电子镇流器内部电感值会逐渐增大，从而导致成本增加，故不应当使无极灯运行频率降低至50KHz及以下。

而本申请中的可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路，其主要原理是改变无极灯电子镇流器运行频率及逆变输出电路的方式，通过将运行频率调节至50KHz-180KHz(+/-10％)频段范围，使无极灯整灯产品能够达到EN55015标准关于电磁波干扰的要求。同时，由于50KHz-180KHz的运行频率相对于传统无极灯225KHz的运行频率而言，降低幅度仅在40％左右，故其电感类材质，如外部铁氧体磁芯、电子镇流器内部电感等的增加都在可控范围之内，小于传统225KHz运行频率的无极灯为保证电磁兼容性达标而增加的屏蔽成本。

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

本实施例以一种隧道灯具匹配矩形200W/220V无极灯产品为例进行说明，其结构如图5至7所示。通过调节运行频率，可以使得该无极灯产品满足EN55015标准对电磁波干扰的要求，调节频率可以采用通过人工手动旋钮调节的方式，但并不限于此。在测试完毕之后，对于批量的产品生产，可以通过设定好旋钮调节点位以及微处理单元(MCU)内部的运行频率值，可以使得生产的无极灯产品都符合EN55015标准的电磁波干扰测试。下面参考图8进行详细说明。

图8示出了本实施例的无极灯产品中的独立频率输出电路的电路结构，主要包括：外部调控电路11、微处理单元12、逆变电路13、市电供电电路14、整流高压电路15。

其中，外部调控电路11用于根据用户调节产生输入信号，其可以是现有技术中各种数字、模拟的可调节电路，例如手动调节旋钮、红外遥控感应调节电路等，只要能够根据用户的调节产生对应的可识别的输入信号即可。

作为一个非限制性的例子，本实施例中的外部调控电路11包括电阻R1和滑动变阻器R2，其中用户可以通过手动调节旋钮来调节滑动变阻器R2的电阻值。例如，可以选择10VDC的电源，滑动变阻器R2的最大电阻值与电阻R1的电阻值相等，从而可以通过调节滑动变阻器R2使得其上的电压为0-5V。

微处理单元12的输入端和外部调控电路11的输出端相连，根据外部调控电路11产生的输入信号调制产生频率为50KHz～180KHz的输出信号，该输出信号经由微处理单元12的第一输出端和第二输出端输出。

作为一个非限制性的例子，本实施例中微处理单元12采用的是ATMEL公司的Mega系列芯片，例如Mega8或Mega16。此外，可以将微处理单元12的模数转换(ADC)端口PC0与外部调控电路11的输出端相连。例如外部调控电路11输出的0-5V的输入信号可以通过ADC端口PC0进入微处理单元12。可以将微处理单元12的输出端口PC2作为第一输出端，将微处理单元12的输出端口PC1作为第二输出端，微处理单元12产生的输出信号经由输出端口PC1和输出端口PC2输出。

进一步而言，可以使用微处理单元12的内部寄存器来存储输入信号转换后得到的二进制数值，并将各个二进制数值与180KHz～50KHz内的各个频率相对应。例如，假定微处理单元12的内部寄存器为8位寄存器，则180KHz～50KHz的频段被分割为256分段。例如，0V的输入信号对应微处理单元12的内部寄存器数值为“0000，0000”，对应180KHz的运行频率值；5V的输入信号对应微处理单元12的内部寄存器数值为“1111，1110”，对应50KHz的运行频率值。

输入信号的其他电压值与微处理单元12的内部寄存器数值的对应关系可以为：

$V_i=\frac{5\mathrm{\η}}{256}$

其中η为二进制数值0000，0000至1111，1110之间的任一数值换算后的十进制数值，取自然数，分别为0，1，2，…256；V_i为输入信号的电压值(本实施例中以0-5V为例进行说明)。

而二进制数值η与运行频率的函数关系为：

其中，f_KHz为微处理单元12输出的运行频率。

由上，应用微处理单元12的ADC端口PC0，可以将输入信号转化为二进制数“0000，0000”至“1111，1111”，进而经过调制后得到180KHz至50KHz的输出信号，该输出信号例如可以是经过调制的方波，但并不限于此。

需要说明的是，以上实例中，微处理单元12内的寄存器是8位的，但并领域技术人员应当理解，根据采用的芯片型号不同，该寄存器也可以是其他规格的，例如16位、32位等等。

市电供电电路14将市电电压转化为微处理单元12需要的电源电压，并将其传输至微处理单元12的电源端VCC。该市电供电电路14例如可以采用现有技术中常规的小型化电源，将各类市电(如国内、欧盟的220V，日本及美国的120V或其他诸如277V市电等)转化为例如5VDC提供至微处理单元12。

逆变电路13的输入端口接收微处理单元12输出的输出信号，将其逆变为交流信号后用于驱动无极灯灯管，无极灯灯管可以外接在逆变电路13的输出端口上。

进一步而言，逆变电路13可以包括：第一MOS晶体管M1，其控制端连接微处理单元12的第一输出端PC2，其第一端接收整流高压电路15产生的整流信号；第二MOS晶体管M2的控制端连接微处理单元12的第二输出端PC1，其第一端连接所述第一MOS晶体管M1的第二端，其第二端接地；逆变谐振电路131，其第一输入端连接第二MOS晶体管M2的第一端，其第二输入端接地。其中，逆变谐振电路13的输出端配置为连接无极灯灯管，该逆变谐振电路13可以是现有技术中任一种适当的电路结构。

在一实例中，微处理单元12调制产生的方波信号施加在第一MOS晶体管M1和第二MOS晶体管M2的控制端，使得第一MOS晶体管M1和第二MOS晶体管M2交替导通，从而保证运行频率为设计频率。

对于上述电路，可以通过调节外部调控电路11来调节微处理单元12的输出频率。具体而言，其调制方法包括：调节外部调控电路11，使得微处理单元12的输出信号频率为180KHz；检测电磁波干扰(包括电源线传导干扰和电磁辐射干扰，本申请中统称为电磁波干扰)，如果检测结果超出EN55015标准允许的值，也即不符合EN55015标准，则通过外部调控电路11调低微处理单元12的输出信号的频率，再次检测；如果检测结果不符合EN55015标准，则再次调低运行频率，直至检测结果符合EN55015标准。

在检测结果符合EN55015标准时，记录微处理单元12的输出信号的当前频率，记为第一频率，在批量生产时，将批量生产的各个无极灯产品内的微处理单元配置为固定输出该第一频率的输出信号，从而保证得到的产品都是符合EN55015标准的。需要说明的是，在检测结果符合EN55015标准时，也可以记录与第一频率相当的其他物理量，例如记录输入信号V_i的电压值，在批量生产时，可以将该输入信号V_i的电压值对应的内部寄存器的数值记录至微处理单元12内，从而使得生产得到的产品在供电时，就按照该运行频率来运行。

以上实例采用手动旋钮配合滑动变阻器来调节微处理单元12输出的频率，在另一实例中，外部调控电路可以采用红外接收器，相应地，可以采用外部红外遥控器来调节，从而直接向微处理单元12的一个数字端口输入相应的数字信号，例如可以采用红外遥控器直接发送“0000.0000”至“1111，1110”的数字信号，其数字信号频率为常用的红外遥控信号频率即可。相应地，微处理单元12执行以下函数：

其中，f_KHz是以KHz为单位的运行频率，η为输入的二进制数值0000.0000至1111，1110换算得到的十进制数值，即自然数0，1，2，…256。从而通过直接输入数字信号来调节输出信号的频率。

此外，本实施例的独立频率输出电路还可以包括开路保护电路和短路保护电路，其电路结构可以采用传统逆变芯片的电路设计。

综上，本实施例的技术方案有如下优点：

第一，传统的无极灯电子镇流器运行频率的设定是通过传统的逆变电路来实现的，主要是通过设定RT/CT引脚的外部积分电路从而设定固定的逆变电路运行频率值(如图1、图2所示)，由于设定相应的电子元器件参数即确定了无极灯运行频率值，故无法灵活的调节运行频率的改变，而本申请采用外部调控电路结合微处理单元的方式，能够独立调节运行频率；

第二，传统的无极灯电子镇流器在调节逆变电路运行频率(即无极灯灯管电磁波运行频率)时，会由于逆变电路的运行频率的改变而影响镇流器扼流电感和启动电容上的电压幅值，从而导致整体电路的信号不稳定，而本实施例的技术方案能够克服该问题。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种可抑制无极灯电磁波干扰的独立频率输出电路，其特征在于，包括：

外部调控电路，根据用户调节产生输入信号；

微处理单元，其输入端与所述外部调控电路的输出端相连，根据所述输入信号调制产生频率为50KHz～180KHz的输出信号，该输出信号经由第一输出端和第二输出端输出；

逆变电路，其输入端口与所述微处理单元的第一输出端和第二输出端相连。

2.根据权利要求1所述的独立频率输出电路，其特征在于，所述逆变电路包括：

第一MOS晶体管，其控制端连接所述微处理单元的第一输出端，其第一端接收整流信号；

第二MOS晶体管，其控制端连接所述微处理单元的第二输出端，其第一端连接所述第一MOS晶体管的第二端，其第二端接地；

逆变谐振电路，其第一输入端连接所述第二MOS晶体管的第一端，其第二输入端接地。

3.根据权利要求2所述的独立频率输出电路，其特征在于，所述逆变谐振电路的输出端配置为连接无极灯灯管。

4.根据权利要求1所述的独立频率输出电路，其特征在于，还包括：

市电供电电路，将市电电压转化为所述微处理单元需要的电源电压，并将其传输至所述微处理单元的电源端。

5.权利要求1至4中任一项所述的独立频率输出电路的调制方法，其特征在于，包括：

调节所述外部调控电路，使所述微处理单元输出频率为180KHz的输出信号；

检测电磁波干扰，如果检测结果超出EN55015标准，则通过所述外部调控电路调低所述微处理单元的输出信号的频率并再次检测，直至检测结果符合EN55015标准。

6.权利要求5所述的独立频率输出电路的调制方法，其特征在于，还包括：

在检测结果符合EN55015标准时，记录所述微处理单元的输出信号当前的频率，记为第一频率；

在批量生产时，将各个产品内的该微处理单元配置为固定输出频率为该第一频率的输出信号。

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