CN103619113B - 通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，包括整流电路、滤波电路、逆变驱动电路和逆变电路，特征在于：整流电路的输入端设置有电子开关电路，在电网电压由0V向波峰和波谷变化的过程中，电子开关电路始终处于断开状态，电子型镇流器不从电网中获取能量；当电网电压逾过电压的波峰和波谷附近位置时，电子开关电路闭合，整流式电子设备可从电网中获取能量。本发明的电子型镇流器，通过控制电子开关电路断开和闭合的时刻，使得整流式设备只利用电网电压逾过波峰、波谷后的能量，避开利用电网电压峰值及其附近时间段内的能量，可有效减少向电网中注入3次谐波和5次谐波分量，减小电网电压波形的畸变，提高电网电能质量。

Description

通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器

技术领域

本发明涉及一种电子型镇流器，更具体的说，尤其涉及一种利用交流电峰值一侧能量，减少整流式电子设备从交流电峰值附近获取能量从而减小电网电压波形畸变的电子型镇流器。

背景技术

随着电子产品的效能不断改进和提高以及电子类电气设备在家庭和企事业单位中的应用迅速增加，许多电子类电气设备需要将交流电转换成直流电。传统的整流电路只有在交流电压接近峰值的时候，整流管才导通有输入电流。这种脉冲状输入电流的3次谐波和5次谐波含量大，且工作电流越大，脉冲电流的幅值就越大，波形严重畸变的电流注入低压电网，从而给电网带来严重的谐波污染。谐波电流会增加系统功率损耗，影响用户自身用电设备和电网设备的正常运行，严重时会引发系统谐振甚至发生电力系统事故。因而人们对电网质量的关心程度越来越高，对谐波电流所造成的严重后果也越来越担忧。国际电工委员会对此高度重视，制定了更加严格的谐波电流标准，要求电网电流谐波的幅值限制在规定的范围内，以保证电网的质量。因此，如何改造电子类电气设备抑制谐波成为当前重要的研究课题。

近年来，为了节能减排，世界各国都提倡使用节能的照明设备。节能灯因其光电效率高、寿命长、光线柔和等优点，在工业和民用照明中被普遍采用。国际能源组织机构估计，如果全部改用节能灯，全球电力需求将减少18%，并且将大大减少温室气体的排放。2011年我国发布白炽灯淘汰路线，给节能灯留下了巨大的发展潜力，今后，白炽灯的产量和需求将大大减少，节能灯将唱主角。面对较好的发展机遇，节能灯也面临着其他的困扰。由于节能灯电子镇流器的电流总谐波失真可以达到100%，因此节能灯成为电网的主要谐波源之一。当这些谐波互相叠加时，会严重影响电网的波形质量，对电源设备和用电设备造成很大的伤害。

目前抑制电子镇流器产生谐波的方法主要采用滤波器，但当系统阻抗、频率、负载量等发生变化时，对滤波器的滤波效果会有影响。电子类电气设备的谐波主要是由于过多利用正弦波峰值时刻的能量产生的，如果能让节能灯避开从电网电压峰值及其附近的时间段获取能量，让节能灯利用正弦波峰值一侧的能量，这样可以大大减少谐波幅值，从而有效地减小电网电压波形畸变，提高电网电能质量。由于节能灯功率较小，比较适合利用正弦波峰值两侧的能量。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种利用交流电峰值一侧能量，减少整流式电子设备从交流电峰值附近获取能量从而减小电网电压波形畸变的电子型镇流器。

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，包括整流电路、滤波电路、逆变驱动电路和逆变电路，整流电路的输入端与22OV交流市电相连接，滤波电路设置于整流电路的输出端，逆变电路将直流电源电压转换成高频开关电压，驱动节能灯发光；其特别之处在于：所述整流电路的输入端设置有电子开关电路，在电网电压由0V向波峰和波谷变化的过程中，电子开关电路始终处于断开状态，电子型镇流器不从电网中获取能量；当电网电压逾过电压的波峰和波谷附近位置时，电子开关电路闭合，整流式电子设备可从电网中获取能量。

整流电路对输入的交流电进行整流，逆变电路在逆变驱动电路的驱动下将直流电源电压转化为高频开关电压，驱动节能灯发光。只有当电网中的电压逾过电压的波峰和波谷位置时，电子开关电路才处于闭合的状态，在其余时刻均处于断开状态，使得整流式电子设备不利用交流电波峰和波谷附近的能量，有效地减小了对电网电压波形畸变的影响。

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，所述电子开关电路由双向可控硅VT、双向二极管VD、电容C1、电阻R1和可变电阻R2组成，双向可控硅VT串联于220V交流市电的输入线路上；电阻R1、可变电阻R2和电容C1依次串联后所形成电路的两端，分别接于双向可控硅VT的两主电极上；双向二极管VD的一端与VT的门极相连接，另一端接于可变电阻R2与电容C1的连接处。

双向可控硅串联于220V交流市电的一个输入线路上，通过控制双向可控硅的导通和截止，进而控制市电是否向整流电路输入能量。双向二极管VD接于双向可控硅VT的门极上，220V交流市电经过电阻R1、可变电阻R2以及整流电路对电容C1进行充电，经过一段时间的充电，当电容C1两端的电压达到双向二极管VD的导通电压时，双向可控硅VT的门极和主电极得到一个触发脉冲，VT导通，电网才可向后端的整流电路供电，在电容C1两端的电压没有达到二极管的VD的导通电压之前，电网是不向后端的电路供电的。因此，通过调节可变电阻R2接入电路中的阻值，即可改变对电容的C1的充电时间，如果当过了电网的交流正弦电压的波峰和波谷时，双向可控硅VT才可导通，就使整个电路避免利用正弦波电压峰值及其附近的能量，而是利用波峰、波谷后端的能量，从而减少电网中3次谐波和5次谐波的分量，也就减小了电网电压波形的畸变，提高电网电能质量。

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，设交流市电的周期为T，双向二极管VD的导通电压为；电阻R1、可变电阻R2的接入电阻、电容C1的大小应满足：电容C1在输入电压过零点时刻开始充电直至达到所用时间段大于T/4。

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，包括由变压器TB1和电容C8构成的谐振电路；所述逆变驱动电路由固定频率脉宽调制芯片TL494组成，逆变电路由场效应管VT1和VT2组成，VT1、VT2的栅极分别与TL494的9引脚、10引脚相连接，VT1的源极通过电阻R13和R14与VT2的源极相连接，VT1、VT2的漏极分别接于变压器TB1一次侧绕组的两端，R13与R14的连接处、变压器TB1的中间抽头分别接于整流电路的两输出端。

本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，所述整流电路为由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成的全桥整流电路，滤波电路由电容C2组成；电容C2的两端接于整流电路的两输出端上。

本发明的有益效果是：本发明的电子型镇流器，通过在电网电压的输入线路上设置由双向可控硅VT、双向二极管VD、电阻R1、可变电阻R2和电容C1构成的电子开关电路，通过改变电阻R2的阻值来改变电网电压对电容C1的充电时间，当逾过电网正弦电压的波峰、波谷时才控制双向可控硅VT导通，这样使得整个电路只利用电网电压波峰、波谷后端的能量，避开利用电网电压峰值及其附近时间段内的能量，从而可有效减少向电网中注入3次谐波和5次谐波分量，也就减小了电网电压波形的畸变，提高电网电能质量。

本发明的电子型镇流器，减小了对电网电压波形畸变的影响，特别是在电子类电气设备在家庭和商业部门中得到广泛应用的现状下，本发明为改善电网电压波形提供了新的方法，减小了谐波对电力系统和用电设备的影响及危害。

附图说明

图1为本发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器的电路图；

图2为电网输入电压波形、输入至整流电路的电压波形、整流电路输出的电压波形的示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了发明的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器的电路图，其由电子开关电路、整流电路、滤波电路、逆变驱动电路、逆变电路以及谐振电路组成，电子开关电路设置于220V交流电至整流电路的输入端上，用于控制电路的到导通时间。整流电路为由整流二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成的全桥整流电路，滤波电路由电容C2组成，电容C2的两端接于整流电路的两输出端上，对输出的电压进行滤波。逆变电路由场效应管VT1和VT2组成，其不仅允许由较大的电流通过，而且还可进行高频关断和导通；逆变电路的前端为固定频率脉宽调制芯片LT494组成的逆变驱动电路，以产生驱动逆变电路工作的两路互补的PWM波形。谐振电路由变压器TB1和电容C8组成，为节能灯管LAMP提供正常工作的电流。

所示的电子开关电路由双向可控硅VT、双向二极管VD、电阻R1、可变电阻R2以及电容C1组成，所示的双向可控硅VT接于220V交流电压至逆变电路的线路中，通过控制双向可控硅VT的导通和截止，对交流电是否输入至整流电路进行控制。电阻R1、可变电阻R2和电容C1依次串联后所形成电路的两端，分别接于双向可控硅VT的两主电极上，双向二极管VD的一端与双向可控硅VT的门极相连接，另一端接于可变电阻R2与电容C1的连接处；这样，电网输入的正弦交流电通过R1、R2和整流电路对电容C1进行充电，当电容充电C1两端的电压达到双向二极管VD正负导通电压阈值时，才可触发双向可控硅VT双向导通，当电网电源电压过零时，双向可控硅VT自动断开。因此，通过改变可变电阻R2接入电路中的阻值大小，控制电容C1的充电时间，即可控制VT的导通时间，即对电网电压何时接入电路进行控制。

如果设电网电压的周期为T（标准市电点的周期为0.02s）,设双向二极管VD的导通电压为，电网电压过零点时对电容C1进行充电，经过大于T/4的时间段才可将电容C1两端的电压充至大小，才可使双向可控硅VT导通，如图2所示，给出了电网输入电压波形V1、输入至整流电路的电压波形V2、整流电路输出的电压波形V3的示意图，这样，就使得整个电路只利用波峰和波谷后端的能量，而不利用电网的波峰、波谷及其附近区域的能量，从而可有效减少向电网中注入3次谐波和5次谐波分量，也就减小了电网电压波形的畸变，提高电网电能质量。同时，可以根据节能灯功率的大小，改变可变电阻R2的阻值大小，调整电子开关电路的通断时刻，达到合理分配功率的目的。

逆变控制电路由TL494芯片构成，TL494芯片的引脚1通过电阻R3、R4分别接于整流电路的两输出端上，引脚2依次通过电阻R6和电容C5与引脚3相连接，引脚4通过电阻R5和电容C3与电源负端相连，引脚4、5分别通过电容C6、电阻R7与电源负相连引脚8与电源正相连。逆变驱动电路中的TL494芯片开始工作时，内部12引脚稳压电路开始工作，并为内部电路供电， R4、C5引入高频负反馈，抗高频干扰；引脚1为反馈取样元件，用于调整输出电压；R3、R6为引脚4提供偏置电压，用于控制死区时间；R7、C4为引脚2内部比较器提供基准；5、6引脚外接的电阻和电容与内部电路共同构成振荡器，以确定振荡器产生方波信号的频率。

逆变电路由场效应管VT1和VT2组成，引脚9、10输出两路互补的PWM方波信号驱动VT1和VT2轮流导通，将直流电源电压转换成高频开关电压，C6、LAMP和TB1构成谐振电路，C6两端产生高电压，驱动节能灯发光，当节能灯正常工作后，C6和TB1在交流电压下提供节能灯正常工作的电压和电流。

如图2所示，给出了电网输入电压波形、输入至整流电路的电压波形、整流电路输出的电压波形的示意图，图A中，标号为1的波形为电网输入电压的波形图，如2为电容C1的充电曲线，曲线1与曲线2在输入电压波形的波峰或波谷的后侧相交，其相交点的电压值为双向二极管VD的导通电压,这样，在双向可控硅VT的作用下，输入至全桥整流电路中的电压波形图如图B所示，使得整个电路只可利用波峰和波谷后侧的能量，而避免了使用波峰和波谷及其附近的电网能量，有效减少向电网中注入3次谐波和5次谐波分量，也就减小了电网电压波形的畸变，提高电网电能质量。经整流电路的整流后，其输出电压波形如图C所示。

Claims (3)

1.一种通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，包括整流电路、滤波电路、逆变驱动电路和逆变电路，整流电路的输入端与22OV交流市电相连接，滤波电路设置于整流电路的输出端，逆变电路将直流电源电压转换成高频开关电压，驱动节能灯发光；其特征在于：所述整流电路的输入端设置有电子开关电路，在电网电压由0V向波峰和波谷变化的过程中，电子开关电路始终处于断开状态，电子型镇流器不从电网中获取能量；当电网电压逾过电压的波峰和波谷附近位置时，电子开关电路闭合，整流式电子设备可从电网中获取能量；

包括由变压器TB1的二次侧绕组和电容C8构成的谐振电路；所述逆变驱动电路由固定频率脉宽调制芯片TL494组成，逆变电路由场效应管VT1和VT2组成，VT1、VT2的栅极分别与TL494的9引脚、10引脚相连接，VT1的源极通过电阻R13和R14与VT2的源极相连接，VT1、VT2的漏极分别接于变压器TB1一次侧绕组的两端，R13与R14的连接处、变压器TB1一次侧绕组的中间抽头分别接于整流电路的两输出端；

所述电子开关电路由双向可控硅VT、双向二极管VD、电容C1、电阻R1和可变电阻R2组成，双向可控硅VT串联于220V交流市电的输入线路上；电阻R1、可变电阻R2和电容C1依次串联后所形成电路的两端，分别接于双向可控硅VT的两主电极上；双向二极管VD的一端与VT的门极相连接，另一端接于可变电阻R2与电容C1的连接处。

2.根据权利要求1所述的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，其特征在于：设交流市电的周期为T，双向二极管VD的导通电压为V_off；电阻R1、可变电阻R2的接入电阻、电容C1的大小应满足：电容C1在输入电压过零点时刻开始充电直至达到V_off所用时间段大于T/4。

3.根据权利要求1所述的通过双向可控硅减小电网电压波形畸变的电子型镇流器，其特征在于：所述整流电路为由二极管VD1、VD2、VD3、VD4组成的全桥整流电路，滤波电路由电容C2组成；电容C2的两端接于整流电路的两输出端上。