CN103619114B - 可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，包括整流电路、斩波电路和逆变电路，整流电路对交流市电进行整流，整流电路的输出经斩波电路的处理后输入至逆变电路；特征在于：所述斩波电路实现对交流电压峰值附近的斩波，使整流式电子设备不从交流电峰值附近索取能量，以减小对电网电压波形的畸变影响。斩波电路由电压比较电路和电子开关电路组成。本发明的电子型镇流器，电网中的电压由0逐渐增大的过程中，电子开关电路处于闭合状态，输出电能；当处于电网电压的波峰和波谷附近位置时，电子开关电路处于断开状态，起到了斩波作用，不输出电能。减少了向电网电压注入谐波分量，减小了电网电压波形的畸变，提高了电网电能的质量。

Description

可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器

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两侧能量，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对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器。

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，由于节能灯功率较小，适合利用正弦波峰值两侧的能量。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两侧的能量，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的畸变，提高电网电能质量。

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两侧能量，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对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器。

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，包括整流电路、斩波电路和逆变电路，整流电路对输入的220V交流市电进行整流，整流电路的输出经斩波电路的处理后输入至逆变电路，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：所述斩波电路实现对交流电压峰值附近的斩波，使整流式电子设备不从交流电峰值附近索取能量，以减小对电网电压波形的畸变影响。

整流电路对交流市电进行整流，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。斩波电路将整流电路输出的电压峰值附近区域的波形进行斩断，以使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。

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，所述斩波电路由电压比较电路和电子开关电路和滤波电路组成，电压比较电路由电压比较器、稳压二极管VD6以及电阻R1、R2、R3、R4组成，R1与R2串联后的两端以及R3、R4和VD6依次串联后的两端均接于整流电路的两输出电源线上，R1与R2之间的连接处与电压比较器的反相输入端相连接，VD6与的阴极与电压比较器的同相输入端相连接；所述电子开关电路由NPN型三极管VT1和PNP型三极管VT2构成，VT1的基极经电阻R5与电压比较器的输出端相连接，VT1的集电极经电阻R6与VT2的基极相连接，VT1、VT2的发射极分别接于整流电路的两输出电源线上，VT1的发射极和VT2的集电极形成电压输出端。

电压比较器的反相输入端经电阻R1、R2分别接于电源的两端，这就使反相输入端的电压会随着整流电路的输出而变化；电压比较器的同相输入端又与稳压二极管VD6的阴极相连接。电子开关电路由三极管VT1和VT2组成，电子开关电路的状态受电压比较器输出信号的控制，电压比较器输出高电平时，电子开关电路闭合，反之，电子开关电路断开。这样，整流电路输出的电压由0逐渐增大的过程中，经电阻R1和R2分压后，当反向输入端的电压小于稳压管VD6两端的电压时，电压比较器输出高电平，电子开关电路闭合，向后端输出电压；当整流电路输出的电压逐渐增大，反向输入端的电压也会随之增大，即接近正弦电压的波峰位置时，反向输入端的电压会大于同相输入端的电压，此时电压比较器输出低电平，电子开关电路处于断开状态，不向外界输出能量。因此，通过增设电压比较电路和电子开关电路，实现了从正弦波电网电压的波峰和波谷的两侧吸收能量的目的，减少了向电网电压中注入3次谐波和5次谐波分量，减小了电网电压波形的畸变，提高了电网电能的质量。

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，所述电压比较电路还包括二极管VD7和稳压二极管VD5，二极管VD7设置于R3与R4之间，稳压二极管VD5的阳极、阴极分别接于电源地、VD7与R3之间的连接处，VD5的阴极与电压比较器的电源输入端相连接，稳压二极管VD5的两端并联有电容C1；所述斩波电路的输出端还设置有滤波电路，滤波电路由电容C3组成，电容C3的两端分别接于二极管VT1的发射极和VT2的集电极上。

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，所述逆变电路的前后两端分别设置有逆变驱动驱动电路和谐振电路，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VT3和场效应管VT4组成，谐振电路由变压器TB1和电容C9组成；VT3、VT4的栅极分别与TL494的引脚9、引脚10相连接，VT3、VT4的源极通过电阻R17和R18相连接，VT3、VT4的漏极分别接于变压器TB1一次侧绕组的两端，变压器TB1的中间抽头、R17与R18的连接处分别接于直流电源的两端。

本发明的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，所述TL494芯片的8、11、12号引脚以及7号引脚分别与直流电源的正负极相连接，1号引脚经可变电阻R7、电阻R8分别接于电源的正负极，2号引脚依次经电阻R10、电容C6与3号引脚相连接，5号引脚、6号引脚分别经电容C7、电阻R11与电源负端相连接。

本发明的有益效果是：本发明的电子型镇流器，通过在整流电路的后端设置由电压比较电路、电子开关电路和滤波电路组成的稳压电路，且电压比较器的反向输入端经两电阻接于整流电路的输出端，同相输入端与稳压管的阴极相连接，电网中的电压由0逐渐增大的过程中，由于反相输入端的电压小于稳压二极管的电压，电压比较器输出高电平，电子开关电路处于闭合状态，输出电能；当处于电网电压的波峰和波谷附近位置时，会使反相输入端的电压大于稳压二极管的电压，电压比较器输出低电平，电子开关电路处于断开状态，起到了斩波作用，不输出电能。因此，用电设备不会从正弦波电网电压的波峰、波谷及其附近吸收能量，而使在距离波峰、波谷较远处吸收能量，减少了向电网电压中注入3次谐波和5次谐波分量，减小了电网电压波形的畸变，提高了电网电能的质量。

附图说明

图1为本发明的电子型镇流器的电路原理图；

图2为本发明中由电压比较电路、电子开关电路和滤波电路所构成的稳压电路的电路图；

图3为本发明中逆变驱动电路、逆变电路和谐振电路的电路图；

图4为本发明中电压比较电路的工作原理图。

图中：1整流电路，2电压比较电路，3电子开关电路，4滤波电路，5逆变电路。

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，给出了本发明的电子型镇流器的电路原理图，其包括整流电路1、电压比较电路2、电子开关电路3、滤波电路4以及逆变电路5，电压比较电路2和电子开关电路3构成了一种具体形式的斩波电路，但斩波电路不局限于这一种形式。整流电路1对输入的220V的交流市电进行整流，电压比较电路2由电压比较器组成，通过反向输入端与同相输入端端的比较，当整流电路1输出的电压位于峰值（对应于电网电压的波峰和波谷）两侧附近时，电压比较电路2输出断开电子开关电路3的信号，不向后端用电设备输出电能；当整流电路1输出的电压不处于峰值两侧附近位置时，电子开关电路处于闭合状态，后端的逆变电路可以从电网中吸取能量。因此，用电设备在电网电压的波峰、波谷及其附近区域不会吸收能量，而是在距离波峰、波谷较远处吸收能量。

如图2所示，给出了整流电路1、电压比较电路2、电子开关电路3、滤波电路4的电路图，所示的整流电路1为由二极管VD1、VD2、VD3、VD4构成的全桥整流电路，电压比较电路2由电压比较器LM393、稳压二极管VD5和VD6组成，电子开关电路3由三极管VT1和VT2组成，滤波电路4由电容C3组成。电阻R1、R2串联后接于整流电路1的两输出电源线上，R1与R2的连接处与LM393的反相输入端相连接；稳压二极管VD6、电阻R4、二极管VD7、电阻R3依次串联后接于整流电路1的两输出电源线上，VD6的阴极与电压比较器LM393的同相输入端相连接。稳压二极管VD5的阳极、阴极分别接于电源地、R3与VD7的连接处，VD5为12V稳压管，VD5的阴极与LM393的电源输入端相连接，用于给LM393的工作提供稳定的电压。电压比较器LM393在反向输入端、同相输入端的共同作用下，控制其输出端的电平状态。对于稳压数值一定的VD5来说，通过改变电阻R1与R2的比值，可控制斩波电路的斩波时刻，以控制斩波电路输出电压的大小。

三极管VT1为NPN型三极管，其基极通过电阻R5与电压比较器LM393的输入端相连接，三极管VT1的集电极通过电阻R6与三极管VT2的基极相连接，VT2为PNP型。VT1的发射极接于整流电路1的负输出端，VT2的发射极接于整流电路1的正输出端，电容C3的两端分别与VT1的发射极、VT2的集电极相连接，用于输出稳定的直流电压。

如图4所示，图A中的V1为整流电路1输出的电压波形，图B中的V2为经电压R1、R2分压后输入至LM393反向输入端的电压波形；当电压比较器反向输入端的电压由0逐渐增大的过程中（即图B中由0上升至A点），假设此时反向输入端的电压均小于同相输入端的电压，则LM393输出高电平，三极管VT1、VT2均处于导通状态，电路向后端输出电能；即电网电压在距离0点附近的区域时，整个电子型镇流器会从电网中吸收能量。设当LM393反向输入端的电压达到A点电压时，反向输入端的电压高于同相输入端的电压，当反向输入端的电压由A点到B点变化的过程中，此时LM393的输出端会始终输出低电平，三极管VT1和VT2始终处于截止状态，不会向后端设备输出能量。因此经过斩波电路的处理后，用电设备不会从正弦波电网电压的波峰、波谷及其附近吸收能量，而在距离波峰、波谷较远处吸收能量，减少了向电网电压中注入3次谐波和5次谐波分量，减小了电网电压波形的畸变，提高了电网电能的质量。

如图3所示，给出了逆变驱动电路、逆变电路和谐振电路的电路图，所示的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VT3、VT4组成，谐振电路由变压器TB1和电容C9组成。所示的TL494的1号引脚通过可变电阻R7和电阻R8分别接于电源正和电源负上，2号引脚通过电阻R10和电容C6与引脚3相连接，8、11、12号引脚分别接于电源正上。场效应管VT3、VT4的栅极分别与TL494的输出端9、10引脚相连接，以通过9、10引脚输出的PWM方波控制场效应管的关断和导通；VT3的源极通过电阻R17、R18与VT4的源极相连接，变压器TB1的中间抽头、R17与R18的连接处分别与电源正和电源负相连接，VT3的漏极、VT4的漏极分别接于变压器TB1一次侧绕组的两端。

R8、C6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；R7、R10为引脚4提供偏置电压，用于控制死区时间；R11、C5为引脚2内部比较器提供基准；5、6引脚外接的电阻R9和电容C7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；引脚9、10输出两路互补的PWM方波信号驱动VT3和VT4轮流导通，将直流电源电压转换成高频开关电压。变压器TB1、C9、LAMP和构成谐振电路，C9两端产生高电压，驱动节能灯发光，当节能灯正常工作后，C9和TB1在交流电压下提供节能灯正常工作的电压和电流。

Claims (3)

1.一种可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，包括整流电路（1）、斩波电路和逆变电路（5），整流电路对输入的220V交流市电进行整流，整流电路的输出经斩波电路的处理后输入至逆变电路，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：所述斩波电路实现对交流电压峰值附近的斩波，使整流式电子设备不从交流电峰值附近索取能量，以减小对电网电压波形的畸变影响。

2.根据权利要求1所述的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，其特征在于：所述斩波电路由电压比较电路（2）和电子开关电路（3）组成，电压比较电路由电压比较器、稳压二极管VD6以及电阻R1、R2、R3、R4组成，R1与R2串联后的两端以及R3、R4和VD6依次串联后的两端均接于整流电路的两输出电源线上，R1与R2之间的连接处与电压比较器的反相输入端相连接，VD6的阴极与电压比较器的同相输入端相连接，VD6的阳极接于整流电路的输出电源线上；所述电子开关电路由NPN型三极管VT1和PNP型三极管VT2构成，VT1的基极经电阻R5与电压比较器的输出端相连接，VT1的集电极经电阻R6与VT2的基极相连接，VT1、VT2的发射极分别接于整流电路的两输出电源线上，VT1的发射极和VT2的集电极形成电压输出端；所述电压比较电路（2）还包括二极管VD7和稳压二极管VD5，二极管VD7设置于R3与R4之间，稳压二极管VD5的阳极、阴极分别接于电源地、VD7与R3之间的连接处，VD5的阴极与电压比较器的电源输入端相连接，稳压二极管VD5的两端并联有电容C1；所述斩波电路的输出端还设置有滤波电路（4），滤波电路由电容C3组成，电容C3的两端分别接于三极管VT1的发射极和VT2的集电极上。

3.根据权利要求1或2所述的可减小对电网电压波形畸变影响的电子型镇流器，其特征在于：所述逆变电路（5）的前后两端分别设置有逆变驱动电路和谐振电路，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VT3和场效应管VT4组成，谐振电路由变压器TB1和电容C9组成；VT3、VT4的栅极分别与TL494的引脚9、引脚10相连接，VT3、VT4的源极通过电阻R17和R18相连接，VT3、VT4的漏极分别接于变压器TB1一次侧绕组的两端，变压器TB1的中间抽头、R17与R18的连接处分别接于直流电源的两端。