CN103369806B - 单级电路结构的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及单级电路结构的电子镇流器，由4个半导体开关构成半导体全桥电路直接连接到前面的整流桥。该开关全桥电路直接将整流桥输出的单向正弦波直流电转换成和交流输入电源同频、同相的准正弦交流电并降压输出到气体放电灯。本发明的核心特点是从整流桥输出到气体放电灯，中间只有一级电路。本发明的另一个结构特点是整流桥后不需要大容量滤波电容C1，通过特别设计的内置半导体集成SoC电路计算处理并控制半导体开关的占空比，并结合电感特性调节灯电流来实现灯的恒电流或恒功率，同时利用SoC电路检测灯电流和交流输入电压，通过计算和逻辑判断来实现过压、过流保护功能。本发明具有结构简单、效率高、可靠性高、成本低等优点。

Description

单级电路结构的电子镇流器

技术领域

本发明涉及单级电路结构的电子镇流器，也涉及照明领域，包括农业渔业用照明、工业照明、商业照明和道路照明等。

背景技术

目前照明领域中电子镇流器，包括高压气体放电灯HID电子镇流器应用越来越多，但几乎都是二级甚至三级电路结构的电子镇流器。

图1是二级电子镇流器原理以及连接图。

其第一级是整流桥后的功率因数控制电路，目前基本都采用功率因素芯片PFC实现有源功率因数补偿APFC功能，大多采用Boost升压型，也可用Buck_Boost升降压型或反激型，经过功率因数控制电路，把整流桥后的单向半正弦波变为平滑、稳定的直流电。

其第二级是将第一级输出的直流电通过半桥或者全桥逆变成几十KHz到几百KHz的高频或者几十Hz到几百Hz的低频的交流电，输出到气体放电灯Lamp，其电压有效值一般都较输入电压有效值低。

图2是三级电子镇流器原理以及连接图。

其第一级也是整流桥后的功率因数控制电路，目前基本都采用功率因素芯片PFC实现有源功率因数补偿APFC功能，大多采用Boost升压型,也可用Buck_Boost升降压型或反激型，经过功率因数控制电路，整流桥后的单向半正弦波被变为平滑稳定的直流电。

其第二级是DC~DC开关电源转换电路，其将功率因数控制电路输出的直流电转换成另一个电压值的直流电,大多数采用Buck降压型送到第三级。

其第三级采用半桥或全桥将第二级电路送来的直流电逆变成交流电输出到气体放电灯Lamp。

现有的二级特别是三级的电子镇流器，其级数多、结构复杂、元器件多，从而使得其成本相对高、可靠性相对低。

发明内容

本发明的目的是提供单级电路结构的电子镇流器。

本发明所述的单级电路结构的电子镇流器，由交流输入电压检测相位检测U3、电流检测U2、由4个二极管构成的整流桥D1、由4个半导体开关S1/S2/S3/S4构成的半导体全桥电路FB、片上系统SoC集成电路U1以及电感L1组成，半导体全桥电路FB直接连接到其前面的整流桥D1，该半导体全桥电路FB将整流桥D1输出的单向正弦波直流电直接转换成和交流输入电源同频、同相的、降压的准正弦交流电输出到气体放电灯Lamp，并点亮该灯。

所述的单级电路结构的电子镇流器，从整流桥D1输出到气体放电灯Lamp，中间只有一级电路。

所述的一级电路，是由半导体开关S1、半导体开关S2、半导体开关S3、半导体开关S4等4个半导体开关组成的半导体全桥电路FB，4个半导体开关的控制时序由片上系统SoC集成电路U1来控制。

所述的半导体全桥电路FB，当片上系统SoC集成电路U1的端口7判断输入交流电为正半周时，则固定左侧桥臂或右侧桥臂其中一侧桥臂的半导体开关状态不动，与此同时高速通、断另一侧桥臂；当片上系统SoC集成电路U1的端口7判断输入交流电为负半周时，则调整开关规则按相反次序。

所述的左侧桥臂和右侧桥臂上的半导体开关，左侧桥臂和右侧桥臂中上下两个半导体开关的状态一定是相反的，左侧桥臂上面的半导体开关S1或右侧桥臂上面的半导体开关S2开通时，左侧桥臂下面的半导体开关S3或右侧桥臂下面的半导体开关S4一定是关断状态，反之则反。

所述的单级电路结构的电子镇流器，具备有源功率因数补偿APFC功能。

所述的单级电路结构的电子镇流器，与现有二级、三级镇流电路相比，本发明的整流桥后不需要大容量滤波电容C1，整流桥D1输出的是单向、有正弦波浪的直流电，不需将其滤波成平坦直流电，而是将这个单向、以正弦波浪起伏的直流电直接转化成与输入交流电同频、同相、降压的准正弦的交流电，并直接输出到气体放电灯Lamp。

所述的单级电路结构的电子镇流器，有交流电输入电压检测、相位检测和灯电流检测等功能，通过特别设计的片上系统SoC集成电路U1来计算处理、控制半导体开关的占空比，并结合电感特性调节灯电流来实现灯的恒电流或者灯的恒功率等功能。

所述的单级电路结构的电子镇流器，通过特别设计的内置半导体片上系统SoC集成电路U1可以检测灯的电流和交流输入电压，通过计算和逻辑判断来实现过压、过流的保护功能。

本发明相对二级和三级电子镇流器，结构简化成一级电源转换，同时具备有源功率因数补偿APFC功能，具有结构简单、效率高、可靠性高、成本低等优点。

附图说明：

图1是二级电子镇流器原理以及连接图。

图2是三级电子镇流器原理以及连接图。

图3是本发明单级气体放电灯电子镇流器原理及连接图。

图4是本发明片上系统SoC集成电路控制流程及逻辑图。

具体实施方式：

现结合附图和实例对本发明作进一步的详细描述。

某个频率（一般分为50Hz和60Hz两种）、某个电压（如AC交流市电277V，240V，220V，208V，120V等）的正弦交流电源连接到二极管整流桥D1，同时电压和相位检测电路U3连接到该交流输入电源的两端，该检测电路U3将交流电压值和相位转换成相应的弱电信号分别送到片上系统SoC集成电路U1的端口6和端口7上。

整流桥D1将接入的正弦交流电转成单向、正弦波浪的直流电。特别强调的是，这个带波浪上下起伏的直流电在这里不用大容量电容C1进行滤波，而是直接送至由四个半导体开关S1/S2/S3/S4组成的半导体全桥电路FB。

交流电相位信号经电压检测相位检测U3送入到片上系统SoC集成电路U1的端口7并判断其端口7的相位信号，半导体全桥电路FB分左侧桥臂和右侧桥臂，左侧桥臂由半导体开关S1、半导体开关S3组成，右侧桥臂由半导体开关S2、半导体开关S4组成。左侧桥臂的半导体开关S1、半导体开关S3分别连接到片上系统SoC集成电路U1的端口1和端口3并由其控制，右侧桥臂半导体开关S2、半导体开关S4分别连接到片上系统SoC集成电路U1的端口2和端口4并由其控制。单相交流电有正半周和负半周两个相位。当片上系统SoC集成电路U1的端口7判断输入交流电为正半周时，则固定左侧桥臂或右侧桥臂其中一侧桥臂的开关状态不动，这个不动状态是指一个开关“接通”，另一个开关“断开”，如半导体开关S1“接通”，半导体开关S3“断开”，与此同时高速接通、断开另一侧桥臂，如右侧桥臂的半导体开关S2和半导体开关S4，其逻辑状态一定是相反的；当片上系统SoC集成电路U1的端口7判断输入交流电为负半周时，则调整开关规则按相反次序，即固定相对的另一侧桥臂的开关状态不动，这个不动状态是指一个开关“接通”，另一个开关“断开”，如半导体开关S2“接通”，半导体开关S4“断开”，与此同时高速接通、断开另一侧桥臂，如左侧桥臂的半导体开关S1和半导体开关S3，其逻辑状态也一定是相反的。高速接通、断开某一侧桥臂的目的是高速、不间断地将来自整流桥D1的直流电通过电感L1储能再释放，并利用电感电流不能突变这个特性，来控制送入气体放电灯Lamp的电流为一个对应该灯额定功率的额定电流，不至于流入该灯的电流过大或者过小，这个电流的反馈检测是由电流检测U2送出来连接到片上系统SoC集成电路U1的端口5，该电流检测信号反映出半导体全桥电路FB的中心点输出到电感L1再送入灯的电流大小，片上系统SoC集成电路U1根据其端口5来自电流检测电路U2的电流检测信号，通过控制左侧桥臂和右侧桥臂的开关占空比来实现对流经电感L1再送至灯的电流的大小，使灯电流的大小、相位、变化趋势和输入电压完全同步，从而实现控制镇流器输入的功率因数PF接近1.0的有源功率因数补偿APFC的功能。

交流输入连接到电压检测相位检测U3，该电路有交流电压检测功能，其将交流电压转换成一个代表交流输入电压有效值的直流弱电电压并送入片上系统SoC集成电路U1的端口6，然后由其进行电压采样、同时把其端口5输入的代表灯电流的检测信号进行乘法运算，从而计算出灯功率，再通过交替、顺序控制左侧桥臂和右侧桥臂的半导体开关S1/S2/S3/S4的占空比，来控制灯电流来实现灯的恒功率控制。

片上系统SoC集成电路U1通过其端口5和端口6实时检测灯电流和交流输入电压，来通过其内部计算和逻辑判断功能实现过压、过流保护。

由图4对本发明的特别说明如下：

1、片上系统SoC集成电路U1若判断其端口7的相位信号为正半周，也可固定右侧桥臂半导体开关S2、半导体开关S4，高速接通、断开左侧桥臂的半导体开关S1、半导体开关S3；那么当片上系统SoC集成电路U1若判断其端口7的相位信号为负半周时，则固定左侧桥臂的半导体开关S1、半导体开关S3，高速接通、断开右侧桥臂的半导体开关S2、半导体开关S4。

2、左侧桥臂和右侧桥臂上下两个半导体开关的状态一定是相反的，也就是说，上面的半导体开关S1或半导体开关S2接通时，下面的半导体开关S3或半导体开关S4一定是断开状态；上面的半导体开关S1或半导体开关S2断开时，下面的半导体开关S3或半导体开关S4一定是接通状态。

Claims (7)

1.单级电路结构的电子镇流器，由交流输入电压检测相位检测U3、电流检测U2、由4个二极管构成的整流桥D1、由4个半导体开关S1/S2/S3/S4构成的半导体全桥电路FB、片上系统SOC集成电路U1以及电感L1组成，其特征是半导体全桥电路FB直接连接到其前面的整流桥D1，该半导体全桥电路FB将整流桥D1输出的单向正弦波直流电直接转换成和交流输入电源同频、同相的、降压的准正弦交流电输出到气体放电灯lamp，并点亮该灯；所述的半导体全桥电路FB，当片上系统SOC集成电路SOC集成电路U1的端口7判断输入交流电为正半周时，则固定左侧桥臂或右侧桥臂其中一侧桥臂的半导体开关状态不动，与此同时高速通、断另一侧桥臂；当片上系统SOC集成电路U1的端口7判断输入交流电为负半周时，则调整开关规则按相反次序；所述的左侧桥臂和右侧桥臂上的半导体开关的状态一定是相反的，左侧桥臂上面的半导体开关S1和右侧桥臂上面的半导体开关S2开通时，左侧桥臂下面的半导体开关S3或右侧桥臂下面的半导体开关S4一定是关断状态，反之则反。

2.如权利要求1所述的单级电路结构的电子镇流器，其特征是从整流桥D1输出到气体放电灯Lamp,中间只有一级电路。

3.如权利要求2所述的一级电路，其特征是由半导体开关S1、半导体开关S2、半导体开关S3、半导体开关S4等4个半导体开关组成的半导体全桥电路FB，4个半导体开关的控制时序由片上系统SOC集成电路U1来控制。

4.如权利要求1所述的单级电路结构的电子镇流器，其特征是具备有有源功率因数补偿APFC功能。

5.如权利要求１所述的单级电路结构的电子镇流器，与现有二级、三级镇流电路相比，其特征是本发明的整流桥后不需要大容量滤波电容C1.整流桥D1输出的是单向、有正弦波浪的直流电，不需要将其滤波成平坦直流电，而是将这个单向、以正弦波浪的直流电直接转化成与输入交流电同频、同相、降压的准正弦的交流电，并直接输出到气体放电灯Lamp。

6.如权利要求１所述的单级电路结构的电子镇流器，其特征是，有交流电输入电压检测、相位检测和灯电流检测等功能，通过特别设计的片上系统SOC集成电路U1来计算处理、控制半导体开关的占空比，并结合电感特性调节灯电流来实现灯的恒电流或者灯的恒功率等功能。

7.如权利要求１所述的单级电路结构的电子镇流器，其特征是，通过特别设计的内置半导体片上系统SOC集成电路U1可以检测灯的电流和交流输入电压，通过计算和逻辑判断来实现过压、过流的保护功能。