CN103841737A

CN103841737A - 一种hid灯电子镇流器的混合点火方法

Info

Publication number: CN103841737A
Application number: CN201410083762.2A
Authority: CN
Inventors: 龚明甫; 周锋; 廖粤武
Original assignee: HUNAN INTELLIGON SYSTEMS Ltd
Current assignee: HUNAN INTELLIGON SYSTEMS Ltd
Priority date: 2014-03-10
Filing date: 2014-03-10
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2034-03-10
Also published as: CN103841737B

Abstract

本发明涉及一种HID灯电子镇流器点火方法，尤其涉及一种集串联谐振点火和直流低频脉冲点火的优点而又排除两种方法缺点的混合点火方法。本发明采用脉冲扣除技术实现谐振扫频点火时的电压幅度可控并防止灯管点火成功后过流，在有效降低谐振电压的同时，提高了点火可靠性。

Description

一种HID灯电子镇流器的混合点火方法

技术领域

本发明涉及一种HID灯电子镇流器点火方法，尤其涉及一种集串联谐振点火和直流低频脉冲点火的优点而又排除两种方法缺点的混合点火方法。

背景技术

HID灯（高强度气体放电灯）因其高效、可靠、透雾、低成本等优点而被广泛应用于公共照明领域。HID灯是一种高强度放电灯，其需要高压点火后才能正常启动，启动后的“伏-安”性能呈负阻特性，因此在HID灯的工作电路中需连接限流器件，即通常称为镇流器。随着科技的发展及对节能减排的迫切需要，目前高效、节能的电子镇流器在逐步的取代传统电感镇流器。但目前市场上的HID灯电子镇流器产品的可靠性是低于电感镇流器的，其中主要原因是点火电路的方法造成的，尤其在电子镇流器短路、开路或HID灯管老化等特殊情况下造成电子镇流器损坏。目前国内外针对HID灯的点火方法分为两种：串联谐振点火方法和直流低频脉冲点火方法。串联谐振点火方法是利用谐振电容上电压为输入电压Q倍的特点，通过扫频来启动HID灯。该方法的优点是易生成高压且在每个频率点重复N次，点火能量极强。缺点是谐振点火的启动电压与谐振电路Q值相关，而电路Q值随外界条件变化（如：不同灯管、线长，元件参数离散性等），从而造成点火电压离散性大，难以准确控制启动电压，而无负载时启动电压过高可能造成电路损坏；另外功率开关管在点火过程中处于大电流状态，点火过程对其冲击大于脉冲点火方法，从而影响电子镇流器的长期可靠性。直流低频脉冲点火方法点火时功率开关管处于零电流状态，点火过程对冲击很小；其点火强度和频率分别可调，且自动具有开/短路保护功能，并能实现长线驱动功能，是HID灯理想的点火方法（如专利号为“201310008933.0”所述点火方法）。但其方法脉冲强度依赖于点火耦合电感的电感量。当电感量较大时，如传统电感镇流器点火器，其点火强度很强，但当电感量较小时，其强度较弱。其方法更适用于高压钠灯和小功率金属卤化物灯(<250W)点火。针对大功率HID灯，为了提高整机效率，电子镇流器工作频率较高，点火电感量较小，其强度可调范围较窄，直流低频脉冲点火方法难以可靠启动大功率金属卤化物灯。

发明内容

本发明的目的是，针对上述背景技术中点火方法的不足，在发明专利“具有多种保护功能的HID灯电子镇流器及其预激励方法”（专利号为“201310008933.0”）的发明专利所提出的直流低频脉冲点火方法基础上，提供一种安全可靠又适用于在点火电感量较小的情况下的HID灯电子镇流器混合点火方法。该方法是一种综合了串联谐振点火方法和直流低频脉冲点火方法的优点又排除两种方法的缺点的混合点火方法，可有效解决HID灯电子镇流器的点火可靠性。本发明适用于所有功率等级HID灯电子镇流器点火，但更针对于大功率HID灯电子镇流器点火。

本发明所采用技术方案如下：

一种HID灯电子镇流器的混合点火方法，包括串联谐振扫频点火过程和直流低频脉冲点火过程。其中：串联谐振扫频点火过程：用来产生具有脉冲扣除的n次谐波谐振扫频PWM脉冲输出，经硬件电路，在灯管两端产生幅度可控的谐振高压，为谐振点火过程。

直流低频脉冲点火过程：用来产生直流低频脉冲点火PWM脉冲输出，经硬件电路，在灯管两端产生脉冲高压，为脉冲点火过程。

一种HID灯电子镇流器的混合点火方法的硬件电路包括：微控制器、开关驱动电路、反馈电路和半桥驱动及混合点火电路。本发明硬件电路中的微控制器、开关驱动电路、反馈电路功能同专利号为“201310008933.0”的发明专利。不同之处在于专利号为“201310008933.0”的发明专利采用直流低频脉冲点火方法启动HID灯，而本发明专利采用混合点火方法启动HID灯。

一种HID灯电子镇流器的混合点火方法，其步骤如下：

S1. 谐振扫频过程开始。

S2. 通过反馈电路进行电流检测，判断点火是否成功。若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S3。

S3. 脉冲点火过程开始。

S4. 通过反馈电路进行电流检测，判断点火是否成功。若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S1。

S5. 着灯后电子镇流器开始正常推挽工作。

一种HID灯电子镇流器的混合点火方法的谐振扫频过程S1工作原理如下：

首先微控制器产生驱动功率开关管Q1、Q2的PWM脉冲信号，频率从最高f_max连续扫频至最低f_min或相反方向扫频。本发明采用基频的n次谐波选择谐振电容C5，采用脉冲扣除技术，每间隔一个功率开关管Q1、Q2驱动周期扣除N个脉冲的PWM输出，实现可控幅度的谐振点火。本发明点火方法谐振扫频脉冲扣除示意图如图3所示。传统串联谐振点火方法利用谐振电容上电压为输入电压Q倍的特点，通过扫频来启动HID灯。其点火能量极强，谐振电压峰值太高。本发明采用周期信号驱动，以保证满足串联谐振条件。采用扣除脉冲输入，减少回路谐振输入能量。在有效控制谐振输入能量的同时满足电路维持产生谐振，最少每隔一个驱动周期扣除1个脉冲，或每隔一个驱动周期扣除N个脉冲，达到减少谐振回路的能量输入，有效控制谐振的电压峰值的目的。

谐振扫频过程S1后即通过反馈电路进行电流检测。若检测到电流即进入电子镇流器正常推挽工作。若检测不到电流即进入直流低频脉冲点火过程S3。直流低频脉冲点火过程S3的工作原理，同专利号为“201310008933.0”的发明专利中的直流低频脉冲点火方法。谐振扫频过后，虽然点火没有成功，但对灯管已进行了预激励，有效降低了HID灯点火电压，因此直接进入脉冲点火过程会大大提高脉冲点火着灯的可靠性。

灯管刚点火成功时内阻很小，扫频时采用基波驱动会出现过流现象，从而加速灯管老化。采用具有脉冲扣除的n次谐波谐振扫频的脉冲宽度只有基波的1/N，当灯管在扫频过程点火成功后，灯电流将自动被限制为基波工作时的1/N，有助于延长灯管电极寿命。

本发明的技术效果如下：

（1）本发明采用脉冲扣除技术实现谐振扫频点火时的电压幅度可控并防止灯管点火成功后过流。

（2）本发明采用混合点火方法，在有效降低谐振电压的同时，提高了点火可靠性。

（3）本发明采用混合点火方法有效提高了电子镇流器的整机可靠性。

附图说明

图1为本发明点火方法的电路方框图。

图2为本发明点火方法工作流程图。

图3为本发明谐振扫频过程脉冲扣除示意图。

图4为本发明谐振扫频过程脉冲扣除实施例图。

图5为本发明实施例1的电路原理示意图。

图6为本发明实施例2的电路原理示意图。

图7为本发明实施例3的电路原理示意图。

图8为本发明实施例4的电路原理示意图。

图9为对应于图5的实施例1的实现电路图。

图10为对应于图6的实施例2的实现电路图。

图11为对应于图7的实施例3的实现电路图。

图12为对应于图8的实施例4的实现电路图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

图1为本发明的电路方框图，其中1微控制器、2开关驱动电路、3反馈电路和5高强度气体放电灯均同与专利号为“201310008933.0”的发明专利中所述电路方框图。不同之处在于专利号为“201310008933.0”的发明专利4采用半桥驱动及启动电路，而本发明专利中4采用半桥驱动及混合点火电路。

实施例1：

如图5和图9所示，本实施例的电路连接描述如同专利号为“201310008933.0”的发明专利中图2和图6，不同之处在于本发明专利HID灯5两端并联了谐振电容C5。

如图5所示实施例，本发明专利混合点火方法的软件工作流程如下：

S1. 微控制器1产生驱动功率开关管Q1、Q2的PWM脉冲信号，谐振扫频过程开始；

S2. 通过脉冲反馈电路3对流过R3的电流进行检测，判断点火是否成功；若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S3；

S3. 微控制器1产生驱动功率开关管Q2的PWM脉冲信号，直流低频脉冲点火过程开始；

S4. 通过脉冲反馈电路3对流过R3的电流进行检测，判断点火是否成功。若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S1；

S5. R3上检测到电流后，电子镇流器开始正常推挽工作。

本实施例的谐振扫频过程S1工作过程如下：

微控制器1产生驱动功率开关管Q1、Q2的PWM脉冲信号，频率从最高f_max连续扫频至最低f_min或相反方向扫频。扫频范围一般从最高f_max等于几百千赫兹（比如150khz）到最低f_min等于几十千赫兹（比如30khz）。假设基频谐振频率为f=1/T，f_max>f>f_min，则选择基频的n次谐波产生谐振时谐振电容C5参数计算如下：

Figure 2014100837622100002DEST_PATH_IMAGE002

本发明谐振扫频过程S1采用基频f的n次谐波谐振扫频，采用脉冲扣除技术，实现可控幅度的谐振点火。如图3所示为本发明谐振扫频过程脉冲扣除示意图。本发明采用功率开关管Q1、Q2交替周期信号驱动开通，以保证满足电路电感L21和C5产生串联谐振条件。采用扣除脉冲输入，减少回路谐振输入能量。在有效控制谐振输入能量的同时满足电路维持产生谐振，最少每隔一个驱动周期扣除1个脉冲，或一个驱动周期扣除N个脉冲，达到有效减少谐振回路的能量输入，有效控制谐振的电压峰值的目的。如图4所示为优选的本发明谐振扫频过程脉冲扣除实施例图。其中图4.b为基频的三次谐波每间隔一个驱动周期扣除1个驱动脉冲的PWM输出波形。其中图4.c为基频的五次谐波每间隔一个驱动周期扣除3个驱动脉冲的PWM输出波形。

本发明谐振扫频过程S1后即通过反馈电路3对流过R3的电流进行检测。若R3上检测到电流即进入电子镇流器正常推挽工作。若R3上检测不到电流即进入直流低频脉冲点火过程S3。直流低频脉冲点火过程S3的工作原理，同专利号为“201310008933.0”的发明专利中的直流低频脉冲点火方法。谐振扫频过后，虽然点火没有成功，但对灯管已进行了预激励，有效降低了HID灯点火电压，因此直接进入脉冲点火过程会大大提高脉冲点火着灯的可靠性。

实施例2：

如图6和图10所示，电路具体连接方式如下：电容C1和电阻R1并联，并联后的一端接电感L1的一端和HID灯5的一端，另一端接VDC；所述电感L21的一端与电感L22的一端、硅二端元件SIDAC的一端和灯5的一端相连，电感L21的另一端与功率开关管Q1的一端和功率开关管Q2的一端相连，电感L22的另一端与电容C2的一端相连，硅二端元件SIDAC的另一端与电阻R2的另一端和电容C2的另一端相连；所述功率开关管Q1的另一端接VDC，功率开关管Q2的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接GND。HID灯5两端并联了谐振电容C5。本例中采用带中心抽头的电感作为自耦电感L21和L22，工作原理和实施例1相同，但自耦电感的主副绕组的连接方式不同，这样电路更加简洁。

实施例3：

如图7和图11所示，与实施例2相比，改变了点火触发器件，用可控硅触发电路代替硅二端元件SIDAC触发。可控硅触发电路包括：电容C21、电阻R4、电阻R5、低压硅二端元件D303、可控硅SCR。电路点火触发工作原理如下：点火电路工作时，VDC通过电阻R1、R2、R3、R4、R5、电感L1、L21及功率开关管Q2构成回路，当电阻R5上的电压超过D303的触发电压时（28V~32V），D303导通，从而触发可控硅SCR，即替换实施例2中硅二端元件SIDAC的功能。其他部分工作原理和实施例2相同。

实施例4：

如图8和图12所示，本实施例中的电容C1接VDC的一端改为接地，HID灯5两端并联了谐振电容C5，其工作原理和实施例1相同。

Claims

1.一种HID灯电子镇流器的混合点火方法，其特征在于：混合点火步骤如下：

S1. 谐振扫频过程开始；

S2. 通过反馈电路进行电流检测，判断点火是否成功；

若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S3；

S3. 脉冲点火过程开始；

S4. 通过反馈电路进行电流检测，判断点火是否成功；

若成功转至步骤S5，若不成功转至步骤S1；

S5. 着灯后电子镇流器开始正常推挽工作。

2.根据权利要求1所述的一种HID灯电子镇流器的混合点火方法，其特征在于：其步骤S1谐振扫频过程如下：

首先微控制器产生驱动功率开关管Q1、Q2的PWM脉冲信号，频率从最高f_max连续扫频至最低f_min或相反方向扫频，采用基频的n次谐波选择谐振电容C5，同时采用脉冲扣除技术，每间隔一个功率开关管Q1、Q2驱动周期扣除N个脉冲的PWM输出，实现可控幅度的谐振点火。