CN103957651A - 采用自适应电路的高频hid电子镇流器及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于照明设备技术领域，具体为一种采用自适应电路的HID电子镇流器及其应用。其主要包括驱动电路、高压气体放电灯和保护电路；所述保护电路还包括主保护电路、延时重启电路和哑负载电路；本发明在负载HID和一个哑负载间采用优先触发HID电弧管及主保护电路、电弧管热态延时重启电路来启动HID电弧管，并且保证HID的开启与正常工作。本发明以高频的电压电流来驱动属于HID灯的金卤灯高压电弧管，同时通过相应的技术手段来克服例如启动困难、声振荡等问题，从而提供一种启动可靠、工作稳定、可实现高度集成紧凑型的驱动电路，进而有可能实现金卤灯的普及使用。

Description

采用自适应电路的高频HID电子镇流器及其应用

技术领域

本发明属于照明设备技术领域，具体涉及一种高压气体放电灯(HID)所用的电子镇流器，尤其涉及采用自适应电路的高频HID电子镇流器及其应用。

背景技术

将高压气体放电灯（例如金卤灯）作为光源，经常被用于大面积照明，尤其泛光照明，例如车站、码头、广场、高层厂房、矿山和公路的照明。从原理上说，将此类金卤灯用于日常（例如家庭日常）照明不仅可能，而且当属优选。这是因为，与目前广泛推广使用的节能灯甚至LED等相比较，金卤灯光源体积更小，在光通、光效和显色指数等参数综合起来考虑也优于目前流行的节能灯和现有水平的LED，在与灯具配光方面甚至优于白炽灯发光体的灯丝。正是由于这些优点，目前已经有低功率（例如20W左右）金卤灯的应用实例产品出现，用于装饰和商业照明，如时装店、钟表首饰店投光照明。随着近年来陶瓷金卤灯和石英与陶瓷复合电弧管的出现，这种20W左右的低功率金卤灯的色指数很接近白炽灯，接近程度可高达0.95以上。金卤灯虽然问世仅比荧光灯晚30来年，但荧光灯早在30年前就已经出现一体化紧凑型荧光灯，即现在全面普及使用的节能灯。但金卤灯至今在紧凑化方面效果很差。以飞利浦公司金卤灯所用的电子镇流器PAR38/20W为例，使用的元器件数目多、设计复杂、故障率高，相关的PAR灯具的用途也十分有限。究其原因是已有技术中实现金卤灯所用的电子镇流器的设计思路上存在严重的技术偏见：金卤灯所用的电子镇流器都依循电感镇流器低频（通常在800Hz以下）电压电流驱动电弧管，所需的复杂保护电路，导致镇流器自身体积大而无法适应紧凑型小体积要求。

上述现有技术中的这种技术偏见从根本上断送了金卤灯、尤其陶瓷金卤灯的普及性应用的可能，尤其阻碍了一体化紧凑型金卤灯的普及应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稳定度高、体积小的采用自适应电路的高频HID电子镇流器；其克服现有技术中在设计HID的驱动电路中的技术偏见，以高频（例如20KHz）的电压电流来驱动属于HID灯的金卤灯高压电弧管，同时通过相应的技术手段来克服例如启动困难、声振荡等问题，从而提供一种启动可靠、工作稳定、可实现高度集成紧凑型的驱动电路，进而有可能实现金卤灯的普及使用。

本发明所提供的自适应电路的高频HID电子镇流器，其主要包括驱动电路、高压气体放电灯和保护电路；所述驱动电路，用于将输入的市电转换为驱动作为后级负载的高压气体放电灯（HID）所需的功率输出；所述高压气体放电灯，作为所述驱动电路的后级负载被驱动发光，并输出工作状态指示信号；所述保护电路，接收所述高压气体放电灯输出的工作状态指示信号，并当所述的工作状态指示信号指示所述的后级负载工作异常时，输出保护信号来停止所述驱动电路的工作；

所述保护电路包括主保护电路、延时重启电路和哑负载电路；其中：

在主保护电路停止驱动电路工作之后的一个预定的时间后，所述延时重启电路重启驱动电路的工作；

在高压气体放电灯中的电弧管启动点火瞬态过程中未能成功点火时，所述哑负载电路承载了驱动电路提供电弧管启动能量的释放，并将这部分能量用于电弧管的再次点火启动，从而使高压气体放电灯再次启动。

本发明中，所述主保护电路为现有保护电路。

本发明中，所述哑负载电路由一只跳泡和/或一只CCFL组成。

本发明中，所述驱动电路的工作频率在18-27.5KHz之间，并且工作频率的波动范围是±0.15KHz。

本发明中，将所述自适应电路的高频HID电子镇流器用于制造高压气体放电灯（例如金卤灯），并将该放电灯制成照明装置。

本发明中，采用自适应原理电路，即具有自动跟随功能的磁环变压器驱动的双极型三极管自激振荡开关半桥电路，且直接用高频电流驱动金卤灯电弧管，在效果上很好地实现稳定可靠的启动和抑制声振荡。

本发明中，还提供保护电路，接收作为负载的HID灯/金卤灯输出的工作状态指示信号，并当该指示信号指示所述的负载金卤灯工作异常时，输出保护信号来停止驱动电路的工作，然后延时重新启动电路工作。就具体地说，在HID金卤灯和作为哑负载的跳泡或CCFL冷阴极灯管之间，优先触发HID电弧管启动点火。当电弧管未能正常启动时，能量由哑负载电路释放，并启动HID电弧管延时重启电路，再次触发HID电弧管启动点火。

本发明中，通过添加哑负载，例如跳泡或CCFL冷阴极灯管及其变压器来助推金卤灯电弧管的顺利启动点火，并且解决电弧管一次未能顺利点火瞬态谐振能量的释放，保护主电路的安全。这种释放是在线路设计上把能量一次性导入电弧管电极两端，如同将充满电的大容量（例如100μF/400V）的（电解）电容的（+/-）两端同时接在一个导体上，瞬态实现“短路”强放电火花。所以，在电弧管未能顺利启动之时，即是以高频、高压、高能量“激励”电弧管的一个过程，几次这种周而复始的“激励”，将保证电弧管被百分之百地实现正常启动点火。

此外，本发明的技术方案中的驱动电路采用逐流功率因数调整电路，适当地提升电源电压而引入APFC功率因数电路之后在直流滤波电路中再增加逐流电路，保证了前级的功率因数PF值在0.99以上，以便消除声振荡，尤其有利于消除石英玻璃制作的电弧管声振荡。

本发明线路简单，仅在类似传统经典节能灯分立元件电子镇流器的基础上增加了数量很少（例如仅一只）、体积(约14.5×10×11.5mm)也很小的一只或两只微型继电器、一只跳泡或一只超细管径CCFL灯管及变压器（体积均比微型继电器更小）以及一只双位比较器、两只92或251封装的MOS管和少数元器件磁环变压器和一只扼流电感部件即可实现HID电弧管的启动，避免了对PCB板上的元器件采用脉冲高压冲击，同时EMC电磁兼容和EMI电磁干扰得到解决；在采用高频电流直接驱动金卤灯电弧管的情况下使得显色指数提高7-8%，并且有效克服了金卤灯工作时的声振荡，使得小功率（例如功率在20-150W）金卤灯能够小型紧凑和一体化，并且大大降低成本，如70W以上功率每1000流明的制作成本十分接近白炽灯，是目前节能光源中性价比最佳的产品，这样使得例如20-35W功率有可能进入家庭消费，50-150W功率更方便商业化应用和工业照明。

附图说明

图1是根据本发明技术方案的HID电子镇流器框图。

图2是反映图1构思的实际电路组成原理图。

图3是另一个反映图1构思的实际电路组成原理图。

图4是反映电弧管热态延时启动及长效保护电路的实际电路原理图。

图5和图6是采用本发明的将HID电子镇流器用于制作一体化紧凑型金卤灯的部件装配结构及电子整灯的示意图。

图7和图8是采用本发明的HID电子镇流器制作的另一款一体化紧凑型金卤灯的部件装配结构及电子整灯的示意图。

图中标号：1为 高压气体放电灯，1-1为CCFL灯管,2为泡壳，3为设置在上盖内的电子镇流器PCB板，4为灯管陶瓷插座，5为隔热层，6为上盖，7为下盖，7-1下盖与泡壳口塑件圈连接的外螺牙，8为灯头，9为粘接泡壳口塑件圈，9-1为与泡壳塑件圈与下盖连接的。

具体实施方式

下面将参照图1的框图和图2的实际电路组成原理图对本发明的实施例进行描述。其中为了说明的方便采用了缩写来表示本专业中公知的术语和概念（例如HID表示高压气体放电灯1，而金卤灯属于HID灯的代表产品）。在具体电路的构成上，对照在先中国专利申请“HID电子镇流器及其构成的照明装置”（申请号：201210347237.8，申请日：2012年9月18日）中的图4，能够更直观地明了本申请的电路改进。

图1示出了根据本发明技术方案的HID电子镇流器框图，其中驱动电路的前级接市电输入，把220/110V的工频交流AC输入到本发明的HID电子镇流器。如上述在先申请中相同的方式，通过EMI滤波及整流电路来抑制/滤除由电路产生的电传导磁干扰EMC对工频电源的干扰信号，并且把输入的市电工频交流AC整流转换为直流DC。其中的功率因数校正电路，采用有源APFC或者无源PFC方式对线路功率因数进行调整，并且利用大容量电解电容器对整流后的纹波直流滤波。在所述功率因数校正电路采用无源PFC的情况下，采用两只通过二极管串接的大容量电解电容器的储能作用把该储能电容的端电压稳定在与市电工频交流相当约230V_DC左右的高压。而在所述功率因数校正电路采用有源APFC的情况下，储能电容一般直接采用一只耐压450 V_DC大容量电解电容器，其端电压也提升至例如350-400V_DC。通常来说，当作为负载的HID灯的功率小于100W时，可以不考虑采用APFC，但当着作为负载的HID灯的功率150W或大于150W以上时，就有必要采用APFC。

驱动电路还包括开关管驱动电路和功率驱动电路，开关管驱动电路在电源开启后被触发启动电路触发启动，如图2所示的磁环变压器原边（初级）与两个副边（次级）的匝数比为反匝比，即原边数量少于副边，其匝数的比例为1：1.1~3.5；次级匝数多于初级，以保证加载在开关管基级上的驱动电流（双极型三极管为电流驱动型）有一个最佳电压（如2~3V左右）和开关管的工作频率维持在18~27.5KHz之间（磁环匝比是决定开关管工作频率的主要因素，采用反匝比频率一般都落在30KHz以下）。功率驱动电路接收所述开关管驱动电路输出的驱动信号，如图2所示的在采用磁环变压器作为开关管驱动电路的情况下，该功率驱动电路采用一对或两组（多只同型号三极管并联为一组）三极管配合磁环变压器及自身外围电路产生自激振荡，自激振荡频率由开关管驱动电路、功率驱动电路以及负载电路（即高压气体放电灯1）所设计选取的元器件参数牵制协同确定。功率驱动电路可采用一对或两组（多只同型号三极管并联为一组）双极型大功率晶体开关管作为有源支路的两臂受驱动电路信号控制交替地导通和截止，并且在两只串接的较大容量隔直电容作为无源支路的两臂，形成类似桥式电路效果，对负载电路的电弧管输出稳定的高频电流。

例如金卤灯的高压电弧放电灯（HID）作为负载电路，接收来自驱动电路的功率驱动电路的功率驱动信号作为高频工作电流信号，并输出一个指示信号。本实施例中考虑该负载电路是一个小功率的HID灯，例如功率在20W到150W（通常本行业标准中将150W以下都是称为小功率）的金卤灯。另配置一哑负载，例如一只跳泡或小体积、低功率（例如3W左右）的CCFL冷阴极灯管（如图2所示，本实施例中采用的是一只CCFL冷阴极灯管）。负载电路的另一个功能是在前级电路的影响下产生自身的LC振动，其LC振动频率影响前级电路的振荡和工作频率，但其LC振荡频率不同于前级电路的振荡和工作频率，形成固定的关联关系。 

主保护电路，施行优先触发电弧管与瞬态保护，由一只微型继电器J1或两只微型继电器J1、J2以及12V直流继电器工作电源组成，与扼流电感T1a和次级绕组T1b构成的变压器及作为哑负载的CCFL冷阴极灯管变压器第二次级绕组T2c的配合，担负在负载电路和哑负载间优选触发HID电弧管及瞬态保护的功能。这一部分是本发明的核心部分，在功能上，首先是控制主电路的功率驱动电路对负载电路的输出的高频高压大电流优选谐振启动触发负载电路的负载金卤灯电弧管两端电极间击穿拉弧点火，只有当负载电弧管未能顺利点火启动的情况下，才瞬态切换到哑负载释放部分谐振能量，并且几乎同时切断驱动电路的市电工频电源，保护驱动电路同时把大部分余下的谐振产生的高能量释放在作为负载电路的电弧管的两端，激活电弧管两端电极及腔体内的气体。完毕之后再次接通市电，开始二次重新谐振启动。这一切换过程可以重复多次，直至负载金卤灯被正常启动点火工作为止。一般情况下，延时重启电路（在“延时锁定电路”的作用下——其工作原理在下述结合图3原理图说明时介绍）不动作，市电一接通负载电弧管就会顺利启动点火。但金卤灯作为HID灯，其工作参数造成启动的随意性、随机性大，性能特点与普通节能灯完全的稳定、均同特性有着显著的不同。节能灯通常可以实现稳定均同的可靠的启动和工作，而作为HID灯的金卤灯在启动点火到稳定工作的过程的离散、多样性方面突变上是随机多变的。正是针对HID灯在启动点火方面的这种随机多变性，本发明的延时重启电路实施了优先触发电弧管与瞬态保护功能，从而能够保证作为HID灯的金卤灯每次都能顺利启动点火，并且对于燃点寿命几乎终结的电弧管可辅助点火启动，从而延长金卤灯的使用寿命的期限。

在实际电路的构成上，延时重启电路可由一只双位比较器、两只MOS管为主器件组成，担负着负载电路的电弧管热态情况下的延时冷却。具体的控制方法是利用并联在主电路1开关下管Q2be间担任伺候器的的MOS管Q00完全导通，等于Q2b接地无法触发启动，然后MOS管Q00释放对开关管下管基极的接地控制，开关管下管Q2再次被触发，线路重新启动；延时时间优选为5~12分钟，5~12分钟后的启动还未成功，将周而复始的继续，直到线路故障的排除，因此，也有长效保护的意义。

延时重启电路是在切断市电的瞬态开始工作，主保护电路与延时重启电路之间可以形成两种协同功能：一种是在电弧管冷态启动多次未能顺利点火的情况下，延时重启电路延时电路有部分充电，又因电源切断而开始工作，这会协同（控制）主保护电路短暂延时几秒到十几秒钟，再恢复主保护电路的工作；这非常有利用主驱动线路器件在负载电弧管随机性发生，启动性能突然变差的情况下，多次谐振启动未能成功，元器件蓄能或过热的释放与冷却，便于准备二次工作；另一种协同功能是在HID电弧管热态延时时间快要结束之前，即延时重启电路对驱动电路开关管下管基极接地到了控制末时的释放，因为主驱动电路启动工作的触发二极管DB3一直处于击穿导通状态，主电路1被上述延时重启电路的释放而触发产生对负载电路一个驱动电流，此时，如果负载电弧管是接近寿终完全不好启动点火的情况，在主保护电路的控制下负载电弧管与作为哑负载的CCFL都会被触发启动一次，由于电弧管启动失败，主保护电路同时切断了市电，延时重启电路由于刚刚启动短时充电，又被主保护电路切断电源开始继续延时几秒到十几秒钟；这种启动触发也是周而复始的，一般在八次以内就能够保证不同老化程度的电弧管的启动点火，因为每一次启动都对电弧管进行了一次比较充分的激活，所以，本发明的技术方案有助于延长电弧管的使用寿命。

上述所谓优选触发HID电弧管的实质含义是将HID电弧管启动点火视为正常，而当电弧管不能启动线路即保护；所以，主保护电路归结是接收所述负载电路输出的工作状态指示信号，并当所述的指示信号指示所述的负载电路工作异常时，输出保护信号来停止所述驱动电路1的工作，然后延时重启电路工作。

下面结合附图2示出的电路原理图进一步说明本发明的工作原理。因为在图2中与图1所示驱动主电路的市电输入及EMI滤波及整流电路和功率因数校正电路3相对应的具体线路并无改变而与已有技术相同，为避免赘述在附图2上未示出。如图2所示，功率因数校正电路由大容量电解电容C2、C3与二极管D8~D11担任，虽然在节能灯电子镇流器中这种逐流式功率因数调整一般PF值只能够达到0.95以下，波峰比高达1.8以上，而且逐流电路由于输出电压低还不太适合需要调整功率因数的大功率节能灯的高管压工作；但在本发明中用于金卤灯，负载金卤灯比较大功率节能灯灯管是低管压、大电流工作，逐流电路反应出的特性也发生了变化，一般PF值都可以达到0.95以上，尤其波峰比大大下降，随金卤灯负载功率的增大可以调整到1.7以下，如70W电弧管仅仅为1.65左右；可以理解的是这种变化完全是负载电弧管工作管压与管流的大比例变化带来的；而且十分可喜的是中国人发明的这种简易、便宜、小体积、高可靠的功率因数调整电路在节能灯电子镇流器线路中没有得到充分普及应用，今天在本发明的金卤灯电子镇流器中可以大大施展，完全可以满足输入功率100W左右的电子整灯。图2电路中包括有一个电源触发启动电路，由电阻R1、R2、电容C1、二极管D5和相邻近的双向触发二极管DB3组成；调整电阻R1、R2、电容C1的参数，即RC的时间常数可以改变在电源接通之后的驱动电路的启动速度（1μs~10μs之间），以便于前级整流电路或者功率因数校正电路对后级电路其他储能元件，尤其逐流滤波电路的两只大容量电解电容充分充电储能。三极管开关驱动电路包括：磁环变压器N1、N2、N3，三极管Q1、Q2及三极管集电极c和发射极e电阻R3、R4、R5、R6，二极管D6和D7；功率驱动电路包括：三极管Q1、Q2及三极管集电极c和发射极e的外围电路、扼流电感T1a、谐振电容C6以及隔直电容器C4、C5；负载电路2包括：负载金卤灯和与负载金卤灯并联的谐振电容、哑负载CCFL灯管1-1和驱动哑负载高压工作的变压器T2及与CCFL灯管1-1并联在T2第一次级T2b的谐振电容C7；（优先触发电弧管与瞬态）主保护电路3包括：前卫保护系统（主保护电路a.b.模式相同），由扼流电感次级T1b、继电器J1及控制电阻Ra、继电器J1工作电源12VDC充电滤波电解电容Ca和稳压二极管Db以及跳泡或CCFL灯管1-1构成；后卫保护系统（主保护电路b.模式独有），由CCFL灯管1-1工作变压器第二次级T2c、继电器J2及控制电阻Rb、继电器J2工作电源12VDC滤波电解电容Cb和稳压二极管Dd构成；电弧管热态延时启动及长效延时重启电路4，如图4所示，包括：过流主保护电路，由比较器CompA、同相端通过电阻R1、R2、延时电容C1、取样比较电阻R14、R3构成；延时锁定电路，由比较器CompB、分压正反馈电阻R4、R5、反相端延时电容C2、充电限流电阻R11以及充电门控MOS管Q0和反向截止二极管D1、泄放二极管Z0构成；反相输出钳位电路，由比较器CompC、分压电阻R6、R7、上拉电阻R9、钳位二极管D2、控制输出MOS管Q00和Q00栅极限流电阻R10构成；

下面结合图1原理框图说明图2所示电路的工作过程。在电路电源接通而输入市电通电之后，U_DC+通过R1、R2对串联接地的C1充电（同时也对电路其他储能元件充电），当C1两端电压达到>+32V时，与C1+相接的双向触发二极管DB3被击穿，给三极管Q2的基极b一个触发电流，Q2启动集电极c与发射极e之间导通（即Q2ce之间导通），这时逐流滤波电路的两只大容量电解电容器C2、C3和隔直电容C4、C5都已经充分充电，Q2ce之间的导通，等于给C5+对地放电提供了一个通道：即从负载电路2的负载HID电弧管及和电弧管并联的谐振电容经扼流电感T1a、磁环变压器原边N3、三极管Q2集电极c到发射极e、发射极电阻R6到地。C5是较大容量的电容，产生大的放电电流，对负载电路2的金卤灯电弧管两端电极有一个很强的激活作用的同时触发并联在电弧管两端谐振电容C6谐振引起负载电路的LC振荡；也许这一次LC谐振振荡，作为负载的电弧管的电极两端能够击穿导通点火，也许不能，但为下一半周三极管Q1导通输出高频高压电流一次性击穿电弧管提供了非常有利的条件。随着Q2导通、C5放电流经磁环变压器原边N3的电流，使得与三极管Q2基极b相接的副边N2感应出一个上负下正的信号，并且在基极加速电路D12、C9的辅助下驱使三极管Q2快速截止；同时使得与三极管Q1基极b相接的副边N1感应出一个上正下负的信号，并且在基极加速电路D13、C8的辅助下驱使Q1快速导通。三极管Q1与Q2上下串接，在三极管Q1呈导通状态时，三极管Q2则呈截止状态；反之，在三极管Q2呈导通状态时，三极管Q1则呈截止状态，即三极管Q2与Q1实现高速轮回截止与导通，其瞬态的谐振频率可高达60KHz以上。如此的高频高压大电流在三极管Q2与Q1高速轮回截止与导通的每一个轮回都施加在负载，不断提高增加负载电路LC谐振振荡的能量，在主驱动电路1接通市电到负载电弧管正常情况下就在一刹拉间必然击穿点火，但上述三极管Q2与Q1高速轮回截止与导通可能进行了几千次，这也是分立元件谐振反复积聚累计能量启动击穿气体放电灯的特性；这种特性虽然非常不适合节能灯，节能灯在一次开关启动阴极溅射损失的电子粉能供正常燃点几个小时，但对金卤灯烧结电极来说又非常适宜，一次通电谐振启动只是等于在刷新电极表面而已，而且每次刷新就是一次有效激活电极的电子发射功能；由于多次来回谐振电弧管未能击穿点火，使得累计在负载扼流电感T1a两端的电压快速上升，当接近正常值的一倍左右时，T1a副边T1b两端感应出高达约15VAC，经过整流二极管Da整流给继电器J1的控制电阻Ra降压给继电器J1工作电容Ca充电并经过二极管Db稳压后的电压、电流值达到继电器J1门控阀值，J1动作，常开键J1b吸合、常闭键J1a脱开；在这一吸一脱维持片刻的时长内（时长由充电工作电容的容量所决定，容量越大维持时长越大）；哑负载CCFL灯管1-1由于其驱动变压器原边T2a直接与负载并联后直接接在主电路输出端的两端，而且由于负载的核心部件电弧管并未导通，无法传输电极两端间的高频高压电流，更不可能释放这如此高的能量；如是均暂时由跳泡直接导通释放或CCFL变压器原边T2a承接，并且迅速将高能量感应给变压器副边T2b，启动点亮并联在T2b的CCFL灯管1-1释放部分能量，让主电路不至于崩溃烧毁；接跳泡时继电器J1的常闭键与常开键是轮流工作，即常闭是负载金卤灯、常开是哑负载跳泡，轮流切换的结果只有一条负载必然启动点火（即模式a.）；模式b.是CCFL变压器还设计有另外一个次级T2c，T2c的设计功能特点是只要CCFL这个子系统工作，它就控制接在市电输入端的继电器J2瞬态关断交流电源一次；其控制方法很简单CCFL变压器第二次级T2b设计电压只要变压器工作即高于15VAC,15VAC的交流电压经过整流二极管Dc整流、线路控制降压电阻Rb输送给继电器J2工作充电电容Cb、稳压二极管Dd之后继电器J2立即动作脱开接在市电的常闭键，制造主线路瞬时断电；在断电的这关键一刻，继电器常开键J1b因主线路断电、主驱动线路停止工作、CCFL变压器也跟随停止而恢复脱开状态；由于哑负载CCFL系统脱开，此次谐振形成并聚集在线路储能器件的高能量全部集中释放给始终接在负载电路2的负载电弧管，此时肉眼可见CCFL灯管1-1熄灭时电弧管被打出殷殷的蓝光并且充盈在整个电弧腔体；CCFL系统脱开主线路和主线路的停电，CCFL变压器T2c对继电器J2也停止供电，J2常闭键恢复吸合状态，线路重新启动，开始第二轮的谐振启动负载点火导通，周而复始只优先负载金卤灯电弧管点火导通；一般情况下，电弧管一次就点火导通了，最多也几个来回；因此，这种对电弧管的启动点火，可以满足各种各样特性金卤灯电弧管的点火启动，尤其对已经燃点老化，启动性能差的电弧管可以延长使用寿命。启动谐振阶段的延时控制由延时重启电路4的“延时锁定电路”决定。

下面结合图3来详细说明延时重启电路工作流程的原理（并且分别用“T”表示线路正常工作阶段，“T1”表示正常谐振阶段，“T2”表示热态或异常延时阶段）：启动谐振阶段（T<T1），延时重启电路4通过电阻R1从主驱动电路1的VDD(+)通过降压电阻（因为在有源APFC电路时与电源调整电路的IC共一个12VDC电源或直接从直流高压VDD接电阻降压而来，图未示出）输入一个直流电压，C点迅速升为6.6V左右。由于反相端接有电容C1且门控管Q0断开未给其充电，故比较器CompA输出为正，并迅速把比较器同相输入端（A点）拉至13V。门控管Q0打开，C点迅速充电并稳定在9V左右（由于门控管Q0有传输压降，二极管D1也有一定导通压降，故C点最高电压不会升至10V），该阶段比较器输出始终为正，保证正常点灯。

正常工作阶段（T>T1），由于谐振停止Vin迅速变为低电位（0V左右），A点缓慢下降至3V，比较器继续输出高电平，不影响灯的正常工作。

异常启动阶段（T1<T<T2），由于灯管未正常启动，继续保持谐振状态，在很短的时间内前级输入低电平，A点由于分压即刻降至6.4V左右，比较器CompA输出为负，门控管Q0关闭，C1通过泄放电阻R6缓慢对地放电；同时由于比较器CompA输出为负，比较器CompB输入端(+)电阻R7、R8为同相输入端提Vcc/2的参考电平（6.5V），高于CompA的输出电位，CompB对门控管Q00输出一个高电平，Q00导通，将主电路1的开关管下管的基极b接地，主电路1谐振停止，并持续稳定一段时间（本发明技术选选为7~8分钟）；7~8分钟后C1通过泄放电阻R6对地缓慢放电低于6.6V，比较器CompA重新输出高电平，同相端输入端拉至13V，门控管Q0打开，C1充电；与此同时比较器CompB因为CompA重新输出高电平，自身输出则为低电平，使得Q00截止松开对主电路开关管下管Q2基极b的接地，下管Q2重新被DB3触发导通工作、开始新的一次点灯谐振启动。

图3所示与图2的区别是图3只采用了一只继电器J1与哑负载所采用的跳泡结合，满足主保护电路的a模式；其电路接线原理是把仅有的一只继电器J1的常闭键和常开键都利用起来，常闭键接负载、常开键接哑负载；这样常开键就受常闭键的控制，负载正常工作，即常闭键盘正常导通，常开键不可能动作；只有负载未能正常启动点火的情况下，接在负载扼流电感（增加次级后为变压器T1）两端电压上升，次级T1b感应电压接近15VAC，继电器J1工作电路才能够得到12VDC的起控电压，使得常闭键脱开，常开键导通跳泡起辉放电；常闭键脱开扼流电感与驱动电路1开路，线路停止振荡工作，继电器J1因为失去电源常闭键自然合上，线路重新起振；这种来来回回3~5次，负载金卤灯电弧管必然被击穿点火；图3.的设计主要优点是省去了一只继电器、一只变压器T2，并且改CCFL灯管1-1为跳泡，线路器件更少，而且跳泡便于直接安装在线路的PCB板3上，可以满足小功率，如20W陶瓷电弧管制作的一体化紧凑型泡灯，供家庭使用。金卤灯电弧管启动点火之后，便进入正常燃点的过程：

电极两端建立起稳定的电弧，开始管压很低，仅仅20~30V，管流很大，是正常工作的1.3倍左右；大电流的出现致使电弧管腔体内被迅速加温，汞蒸气压快速上升管压上升，电流逐渐回到正常工作值，1~3分钟进入稳定工作。在进入稳定工作前约15秒钟左右，由于高温下金卤循环气体的一次性从固体到气化，再到充分气化有一个极短暂的均化过程，在接近电弧管标称功率时一般电弧会发生微微抖动，也可以看到电弧管发出的可见光的轻微闪烁。这是本申请设计线路所能够见到的“声振荡”现象之一，这种情况业界认定是正常的。

在通常的情况下，如果按照本申请设计的同一批镇流器配取同一质量的同一批次电弧管，则大部分（例如大于70%以上）的镇流器与作为负载的HID灯电弧管匹配很好，工作稳定。对于可能出现的少量（通常小于30%）情况在燃点半个小时左右之后产生上述的“声振荡”现象，甚至在简单的线路调整也无法使之稳定的情况下，则可以采用提高输入功率的方法来解决，例如将输入的功率提高到约为电弧管标称功率的135%左右，此时将立即使得上述的“声振荡”现象消失。例如对于70W的HID灯的电弧管来说，可以将输入功率设计到70W×135%=94.5W，这时的电弧管便即刻进入稳定工作。究其原因，一是电弧管制作过程中给入的金卤丸份量超标，造成在额定功率下金卤物质无法充分均化，即金卤循环不良；二是电弧管内腔设计不规范，尤其是石英制作的电弧管，会出现有外模没有内模的情况，由于内腔是靠高压风吹起来的，因此金卤循环不良；三是外封泡壳2真空度不高或者漏气，外保温不好造成电弧管工作温度太低，金卤循环不良。总之，根本原因都是金卤循环不良，增加输入功率，也就是说提高了导入电弧管腔体的加热电流，迫使金卤循环改良，消除“声振荡”。同时增加35%左右的输入功率对任何一支电弧管都能够同步提高光通输出及显色指数；而且传统电感镇流器和市面是流行的金卤灯电子镇流器设计也是提高了20%左右的输入功率，本实施例中为克服目前电弧管及金卤灯设计制作参数的参差不齐，建议可将非专项供应的镇流器设计输入功率在传统20%的基础上提高约12.5%左右，这也提供了一种达到好的性价比的选择。

更进一步来说，不同设计、不同厂家、不同型号规格、不同功率、不同批次的金卤灯电弧管与高频电流直接驱动的匹配性能差异很大；举例来说，如a.橄榄形陶瓷或b.球形石英电弧管与c.正柱形陶瓷电弧管比较，橄榄形、球形就比较容易匹配，很少出现声振荡的现象，而正柱形则容易产生，一块明明能够正常驱动橄榄形a.球形b.电弧管的电子板，驱动后者正柱形c.会发生较严重的声振荡：电弧管c.发出较大的声响。在这种情况下则必须调整改变电子板的原有工作频率，在此之前也曾经采用加大导入灯功率的办法但不能够奏效；因此，分析广义声振荡的第二阶段，即狭义声振荡产生的原因是与导入电弧管的高频电流一对一的直接关系；但根据调整改变电子板频率即可有效克服的现象，认为这种声振荡也只是某一款电弧管在某一高频频段会出现声振荡；更准确的判断应该是某些电弧管高频驱动匹配容易是因为配合的频段比较宽，而且某些电弧管适应高频驱动的频段比较窄；总体来说，本发明选择18~27.5KHz的高频驱动频段，还没有遇到不能克服狭义声振荡。

体现本发明图1构思的图2和图3的电路在实验室的实测数据反映出良好的发明效果。为了清楚起见，测试性能及比较分析，还以飞利浦上述型号的镇流器测试飞利浦型号MASTER/CDM-TC/70W/830的陶瓷金卤灯12只的平均值比较6个关键参数：

1.相关色温：飞利浦2980.2K     本发明2979.5K

2.显色指数：飞利浦Ra83.1      本发明Ra86.68

3.光    效：飞利浦89.54lm/W  本发明90.13lm/W

4.功    率：飞利浦79W        本发明83.5W

5.光    通：飞利浦7074lm      本发明7526lm

6.功率因数：飞利浦PF0.987     本发明PF0.953

从上述6项关键光电参数指标的比较数据可见，本发明技术方案制作的金卤灯有5项领先飞利浦上述型号对应产品。其原因是本发明技术是采用高频驱动，所以显色指数明显高过世界品牌公司。光效高主要是本发明采用中国人发明的逐流功率因数调整电路，除电路本身无功率耗损之外，而且总线直流输出VDD与电源电压交流相当，电弧管工作管压低，仅仅90V左右，因此线路损耗自然低一些；唯独是功率因数PF值本发明采用的逐流电路是比较飞利浦采用的有源电路低一些，飞利浦在镇流器上标称PF只是0.95，有源电路其实可以调整到0.998~0.999，但PF要达到0.998以上总线路直流要调整到380V左右，解析飞利浦也考虑线路滤波电解电容用的是350V标称的，应该是平衡考虑线路损耗问题，降低了总线输出的设计电压。

参见上述比较参数，其中除了给出相应的电学参数测试数据之外，还同时给出了光学参数测试数据。本专业人员可以理解，这些参数完全满足国标给出的照明要求，对此本申请不作赘述。

本发明的HID电子镇流器线路简单，仅使数量很少（例如标称功率24W以下线路仅一只）、体积很小的磁环变压器和一只正常体积的电感部件即可实现HID电弧管的启动。以图3所示实施例来说，在标称功率24W以下线路仅用了一只小的磁环变压器，即提供线圈N1~N3，其直径约9mm，厚度约5mm，和一只EE19~EE22电感就能够实现20W的HID电弧管使用的电子镇流器的制作，其磁环变压器和一只EE19~EE22电感的体积和节能灯设计中使用的磁芯尺寸几乎相同；。如果从线路设计所用器件的数量和种类上考虑，本发明技术方案的电子镇流器与节能灯的区别可以认为几乎只在于增加部分仅仅一只微型继电器、一只跳泡和少数延时保护重启的电子元器件；比较已有技术中采用的电感和变压器制作的HID电子镇流器相比，体积和重量大大降低，尤其70W以上功率匹配石英金卤灯每1000流明的成本与普通白炽灯几乎等价，可以成为现有技术中节能光源性价比最优秀的产品。

加之本发明避免了对PCB板3上的元器件的脉冲高压冲击和EMC和EMI电磁干扰、并且有效克服了金卤灯工作时的声振荡，使得小功率（例如功率在20~150W）金卤灯能够小型紧凑和一体化，并且大大降低成本，尤其使得例如20~35W功率有可能进入家庭照明使用。

如上所述，由于本发明的技术方案使得制作的HID电子镇流器的体积、重量大大减小，已经和传统节能灯的电子镇流器的体积和重量几乎无异，因此显然可以理解到只要采用制作传统节能灯的类似方法，同时以本发明技术方案制作的HID电子镇流器替代传统节能灯的电子镇流器、并同时以HID电弧管替代传统节能灯的灯管，即可制作出体积大为减小的HID电弧管照明装置。所述的可借鉴的有关传统节能灯制作技术，可参考例如本申请人在先申请的中国实用新型专利《一种微型节能灯》（专利号ZL2004 2 0023714.6）以及陈宗烈、龚仕宏申请的发明专利《可共用器件的照明装置》（申请公布号 CN 101754544 A，申请公布日2010.06.23），该两申请全文并入本发明作为参考。

图5和图6是采用本发明的将HID电子镇流器用于制作一体化紧凑型金卤灯的部件装配结构及电子整灯的示意图。以图5为例，采用本发明的分立元件HID电子镇流器制作的金卤灯包括金卤灯电弧管1、CCFL灯管1-1、泡壳2、灯陶瓷插座4、隔热层5、上盖6、下盖7、灯头8和塑件圈9；泡壳2的端口与螺纹内牙9-1的塑件圈9粘接，并且与下盖7上螺纹外牙7-1配合旋入，金卤灯电弧管采用标准插拔式插针与插座连接；这样就非常方便更换电弧管和清洁泡壳2内表层，本发明电子板设计寿命为2.5~3万小时，而目前陶瓷金卤灯电弧管寿命为8000~1万小时，在电子板寿命期间需要更换2次电弧管；金卤灯在燃点过程中会呼吸，时间一长泡壳2内表层需要清洁来保持外观和维持出光率。根据本发明技术方案、采用图2或图3的电路原理制作的分立元件HID电子镇流器3放置在上盖6的内部。图7是图8的另一种款式，电弧管功率20~35W省去了隔热层5，缩小了外径尺寸，体积更加小巧，使得更方便进入家庭使用。

本申请中的上述事实例仅用于解释说明本发明技术方案的构思而非对于本发明进行限制。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种采用自适应电路的高频HID电子镇流器，其特征在于包括驱动电路、高压气体放电灯和保护电路；所述驱动电路，用于将输入的市电转换为驱动作为后级负载的高压气体放电灯所需的功率输出；所述高压气体放电灯，作为所述驱动电路的后级负载被驱动发光，并输出工作状态指示信号；所述保护电路，接收所述高压气体放电灯输出的工作状态指示信号，并当所述的工作状态指示信号指示所述的后级负载工作异常时，输出保护信号来停止所述驱动电路的工作；

所述保护电路包括主保护电路、延时重启电路和哑负载电路；其中：

在主保护电路停止驱动电路工作之后的一个预定的时间后，所述延时重启电路重启驱动电路的工作；

在高压气体放电灯中的电弧管启动点火瞬态过程中未能成功点火时，所述哑负载电路承载了驱动电路提供电弧管启动能量的释放，并将这部分能量用于电弧管的再次点火启动，从而使高压气体放电灯再次启动。

2.根据权利要求1所述的HID电子镇流器，其特征在于所述哑负载电路由一只跳泡和/或一只CCFL组成。

3.根据权利要求1所述的HID电子镇流器，其中所述磁环变压器原边与两个副边的匝数比为反匝比，反匝比即原边数量少于副边，其匝数的比例为1：1.1~3.5。

4.根据权利要求1所述的HID电子镇流器，其特征在于所述驱动电路的工作频率在18~27.5KHz之间，并且工作频率的波动范围是±0.15KHz。

5.如权利要求1~4所述的HID电子镇流器在制备照明装置中的应用。