CN104144548A - 一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电子镇流器电弧抑制电路，接在并联谐振隔离输出型电子镇流器半桥逆变器的输出电路和灯负载电路之间的闭锁电路和电弧采样电路使逆变器停振控制电路免受镇流器逆变器启动时灯电流中的开机瞬态电流突变信号和低电平信号的干扰，本发明所设定的逆变器起振延迟电路，能有效地抑制镇流器输出端电弧放电的强度，在多灯镇流器中只需要配置一套电弧抑制电路，并在不切断电源的条件下更换灯管时，具有再启动功能。

Description

一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路

技术领域

本发明涉及照明用荧光灯电子镇流器，特别涉及电子镇流器的电弧抑制电路。

背景技术

当前，由于具有很高的光效，采用电子镇流器驱动的荧光灯仍是办公和家居的主要照明光源之一。

电子镇流器是经电磁干扰抑制电路，在整流滤波及/或电压提升和功率因数校正电路中，先将交流电源电压变换为直流电压，再在逆变器中将直流电压变换为高频的交流驱动电压的电子产品。

为适应各种应用场合的需求，电子镇流器不但电路形式种类繁多，还会配置各种保护电路，如异常状态（输出开路、短路，不激活灯管）保护，灯管寿终保护等。在商场，办公楼宇等大面积使用荧光灯照明灯具的应用场合，为便于维修，还要求镇流器具有在不切断供电电源的条件下，用正常灯管替换故障灯管后能自动点燃的所谓再启动功能。

在连接灯管的镇流器输出端上，正常工作时有超过100伏电压及几百毫安电流，当灯管管脚与灯座之间接触不良时，将产生高能量的电弧放电。在变压器隔离输出的瞬时启动型电子镇流器启动或开路时，更有高达600伏的高电压，所产生的持续电弧放电将存在引发火灾的安全隐患。有的安全标准如美国UL标准就明确规定，凡在镇流器标签上标注“Type CC”才能在橱柜等密闭而且灯周围有可燃物品的场合被合法使用的镇流器，必须通过严格的电弧测试。

为了抑制镇流器的灯管管脚与灯座之间接触不良时产生的电弧，现有技术所采用的方案主要有当出现电弧时使镇流器逆变器停振；当出现电弧时，将隔离变压器次级高压输出绕组局部短路，降低镇流器输出电压；当出现电弧时，降低施加在逆变器上的直流总线电压，从而降低逆变器的输出信号幅度，以降低电弧的强度；在每根灯管上串接一个受电弧检测信号控制的电子开关，在检测到电弧信号时切断该灯管；在每根灯管两端各设置一套电弧吸收电路吸收电弧能量等等。

美国专利US 5619105 Arc Detection and Cut Out Circuit是采用当出现电弧时使镇流器逆变器停振的典型方案，穿过灯连线的磁环对灯电流采样，在检测到的电弧信号强度到达设定值时，开关管导通使逆变器停振，并同时使逆变器直流供电电压分流。该方案不能抑制灯管启动瞬间电流突变信号的干扰，也不具有再启动功能。美国专利US8299727B1 Anti Arcing Protection Circuit for An Electronic Ballast在电弧时检测电路检测到电弧信号后，通过关断保护电路工作使逆变器停振，有再启动功能，但缺少有效的延时电路来保障逆变器的正常关断。美国专利US8310160B1 Anti-arcing circuit for current-fed parallel resonant inverter由电流突变信号检测电路、关断保护电路和延时电路组成，适用于并联谐振逆变器的镇流器，也适用于多灯输出。电弧检测电路检测到电弧的电流突变信号后，经关断保护电路使电子镇流器停振，并经延时电路延时后镇流器重新启动。该方案同样不能抑制灯管启动瞬间电流突变信号的干扰。美国专利US7468586B2 Ballast with arc protection circuit适用于多灯负载的并联谐振逆变器镇流器，电弧保护电路监视电弧采样电路中的信号，当输出电路中产生的电弧信号在电弧采样电路中的高频分量超过预定阀值时，通过保护电路使逆变器停振。该方案的保护线路使用了微控制器集成电路，电路结构较复杂，成本也高。

中国专利CN101848586B “电子镇流器输出端电弧抑制电路”公开了一种将隔离变压器次级高压输出绕组局部短路，降低镇流器输出电压减小输出端电弧的方法。其主要不足是需要有一个用作短路开关的功率型器件。

在中国专利CN102548169A“用于荧光灯镇流器的无源防电弧保护装置”（美国专利US8760065 B2 Passive Anti Arcing Protection Device for Fluorescent Lamp Ballast）中所公开的技术，是在每根灯管两端各设置一套电弧吸收电路。在一个镇流器驱动多根灯管的多灯镇流器中，需要配置相应套数的电弧吸收电路是其主要的不足之处。

中国专利CN1849849A “带有灯座防弧的镇流器”（美国专利US 2007 0029943A1 Ballast with Lampholder Arc Protections）所公开的，是在每根灯管上串接一个受电弧检测信号控制的电子开关，在检测到电弧信号时切断该灯管。在多灯镇流器中，同样需要为每根灯管设置一套电弧信号检测和电子开关电路。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是在单灯或多灯电子镇流器特别是变压器隔离输出的瞬时启动型电子镇流器正常工作期间，输出端因灯脚接触不良而出现持续的电弧放电时，使镇流器逆变器瞬时停振，并延迟起振，抑制产生电弧的强度。

本发明的的技术方案是，包括并联谐振隔离输出型电子镇流器半桥逆变器的输出电路和灯负载电路，一电弧采样电路，从灯电流回路中检测出异常电弧放电的电流突变信号，输出控制信号至停振控制电路，控制逆变器停振，所述停振控制电路还受一闭锁电路控制，闭锁电路受与逆变器连接的起振延迟电路的控制，在逆变器延迟起动期间，起振延迟电路使闭锁电路锁定停振控制电路，逆变器启动后，解锁停振控制电路。

所述停振控制电路和闭锁电路为开关电路，停振控制电路开关管Q2的控制极，分别与电弧采样电路的输出端以及闭锁电路开关管Q1的漏极连接，开关管Q2的漏极，经二极管与逆变器的输入端连接，同时，还经限流电阻和二极管，与起振延迟电路连接。

所述闭锁电路的开关管Q1的漏极，与停振控制电路开关管Q2的控制极连接，控制极经限流电阻与起振延迟电路连接，控制极还经分压电阻、钳位稳压二极管接地。

所述起振延迟电路为RC充电电路，电阻一端与镇流器直流总线电压连接，充电电容经二极管和限流电阻与逆变器下开关管的控制极连接。

 

所述起振延迟电路的充电电容，经二极管连接至半桥逆变器上、下开关管的发射极-集电极的共联端。

所述电弧采样电路，是在逆变器输出变压器次级绕组一端与灯管之间串接一取样变压器，该变压器的次级绕组连接两级整流滤流电路，输出控制信号至停振控制电路开关管Q2的控制极。

所述电弧采样电路的整流滤流电路，在一级整流滤流之后，连接一限压二极管，限压二极管连接二级整流滤流电路后，与停振控制电路开关管Q2的控制极连接。

所述限压二极管是稳压二极管，或是双向触发二极管。

所述开关管Q1、Q2，是场效应管，或是双极性晶体管。

本发明的优点在于，接在并联谐振隔离输出型电子镇流器半桥逆变器的输出电路和灯负载电路之间的闭锁电路和电弧采样电路使逆变器停振控制电路免受镇流器逆变器启动时灯电流中的开机瞬态电流突变信号和低电平信号的干扰，本发明所设定的逆变器起振延迟电路，能有效地抑制镇流器输出端电弧放电的强度，在多灯镇流器中只需要配置一套电弧抑制电路，并在不切断电源的条件下更换灯管时，具有再启动功能。

附图说明

附图1为本发明电子镇流器电弧抑制电路图。

图中各序号分别表示为：

。

具体实施方式

参照附图，对本发明的具体实施作进一步说明。一电弧采样电路21，从灯电流回路中检测出异常电弧放电的电流突变信号，在检测到镇流器输出端电弧放电信号强度到达设定值时，输出控制信号至停振控制电路23，控制逆变器1停振，所述停振控制电路23还受一闭锁电路22控制，闭锁电路22受与逆变器连接的起振延迟电路11控制，在逆变器延迟起动期间，起振延迟电路11使闭锁电路22锁定停振控制电路23，逆变器启动后，解锁停振控制电路23。当镇流器输出端有打火电弧时，停振控制电路23的开关管Q2饱和导通，逆变器因输入端短路而停振，之后，起振延迟电路充电，当电压升高到触发二极管的触发电压时，逆变器重新启动，在逆变器的开关三极管Q12导通时，起振延迟电容C13上的电压，通过二极管D12迅速放电，闭锁电路开关管Q1因控制极电位降低而截止，使停振控制电路23解锁。

所述停振控制电路23和闭锁电路22为开关电路，停振控制开关管Q2的控制极，分别与电弧采样电路21的输出端以及闭锁电路22的开关管Q1的漏极连接，开关管Q2的漏极，经二极管D4与逆变器的输入端连接，同时，还经限流电阻R5、二极管D3，与起振延迟电路的充电电容C13连接。

所述闭锁电路22的开关管Q1的漏极，与开关管Q2的控制极连接，开关管Q1的控制极，经限流电阻R4与起振延迟电路的充电电容C13相连接，还经分压电阻R3、稳压管ZD2、电容C3接地。

所述起振延迟电路11为RC充电电路，电阻R13一端与镇流器直流总线电压+DCbus连接，充电电容C13，经二极管D11、限流电阻R14与逆变器下开关管Q12的控制极连接。

所述起振延迟电路11的充电电容C13，经二极管D12连接至半桥逆变器上开关管Q11、下开关管Q12的发射极-集电极的共联端。

所述电弧采样电路21，是在逆变器输出变压器T11次级N2一端与灯管之间串接一取样变压器，该变压器的次级绕组连接两级整流滤流电路，输出控制信号至停振控制电路开关管Q2的控制极。所述电弧采样电路21的整流滤流电路，在二极管D1、电阻R1、电容C1一级整流滤流后，连接一限压二极管ZD1，限压二极管ZD1连接二级整流滤流电路二极管D2、电阻R2、电容C2后，与停振控制电路开关管Q2的控制极连接。所述限压二极管ZD1是稳压二极管，或是双向触发二极管。

所述开关管Q1、Q2，是场效应管，或是双极性晶体管。

下面结合附图，对本发明作进一步描述。本发明由串联在镇流器隔离输出半桥自激逆变器1输出回路与灯负载电路3中变压器耦合的电弧采样电路21，闭锁电路22，逆变器停振控制电路23以及所设定的半桥自激逆变器起振延迟电路11组成，所述电弧采样电路21的采样变压器T1初级绕组串接在镇流器逆变器的输出回路中，瞬态突变的电弧信号经两次整流、滤波和限压后，连接到受在镇流器启动时工作的所述闭锁电路22控制的镇流器逆变器停振控制电路23，在镇流器正常工作期间，输出端出现持续电弧放电时，所述停振控制电路23的停振控制开关管Q2饱和导通，使自激型镇流器逆变器瞬时停振，并使逆变器起振延迟电路11的延迟电容C13放电而在逆变器停振后延迟起振。

所述电弧采样电路21的采样变压器T1是高饱和磁感应强度的磁性变压器，初级绕组串接在镇流器逆变器输出的灯电流回路中，次级绕组感应的瞬态突变的电弧信号经二极管D1整流和和由滤波电阻R1，滤波电容C1组成的电阻电容滤波电路一次滤波，经限压二极管ZD1后，再经二极管D2整流和由滤波电阻R2，滤波电容C2组成的电阻电容滤波电路二次滤波后，接到所述停振控制电路23的停振控制开关管Q2的控制极，在检测获得的正常工作期间的电流突变的电弧信号强度到达设定值时，使所述停振控制电路开关管饱和导通。

所述闭锁电路22是接在所述逆变器停振控制电路23的停振控制开关管Q2控制极上的闭锁开关管Q1，Q1控制极接在起振延迟电路11的延迟电容C13上的由电阻R4，电阻R5，电容C5组成的分压器，以及接在分压器分压点即闭锁开关管Q1控制极上的钳位稳压二极管ZD2，在镇流器逆变器延迟启动期间，分压电压保持闭锁开关管Q1饱和导通，闭锁来自所述电弧采样电路获取的逆变器起振时在灯电路中出现的电流过冲，防止所述停振控制电路误动作。

所述镇流器逆变器停振控制电路23的停振控制开关管Q2的控制极，接至所述电弧采样电路21的输出端，同时，在镇流器逆变器起振后，所述闭锁电路闭锁开关管Q1解除闭锁。开关管Q2经二极管D4接至镇流器半桥逆变器下开关管Q12的控制极，在持续电弧的采样信号到达设定强度时，开关管Q2饱和导通，逆变器瞬时停振，开关管Q2同时经二极管D3和限流电阻R5接至镇流器逆变器1中所述逆变器起振延迟电路11的延迟电容C13，防止逆变器在停振期间，下开关管Q12的控制极有触发电压。

所述镇流器逆变器中所设定的起振延迟电路11，是接在总线电压+DCbus和地线之间的充电电阻R13和延迟电容C13，在保持镇流器小于1000毫秒启动时间的条件下，加大延迟电容C13的充电时间常数，使在逆变器因输出端电弧而瞬时停振之后不会立即起振，从而提高对电弧的抑制作用，延迟电容C13上的电压经双向触发二极管D11及限流电阻R14后接至半桥逆变器下开关管Q12的控制极，实现半桥逆变器延迟起振。

所述电弧采样电路21中的限压二极管DZ1是稳压二极管，或是双向触发二极管。

所述闭锁电路22和所述逆变器停振控制电路23中的闭锁开关管Q1和停振控制开关管Q2，是场效应管，或是双极性晶体管。

图中，所述镇流器隔离输出半桥自激逆变器1是常规的并联谐振，变压器隔离输出的以自激振荡的半桥逆变器电路，灯负载电路3以驱动两根荧光灯作为实例，对于两灯以上的多灯的此类镇流器，所用的电弧抑制电路是完全相同的。

所述镇流器逆变器1由直流总线电压+ DCbus为其上开关管Q11和下开关管Q12供电。逆变器输出变压器T11的次级绕组N2的一端经输出限流电容C15，C16分别连接荧光灯管Lamp1和Lamp2的一端，输出变压器T11的次级绕组N2的另一端与所述电弧采样电路21的采样变压器T1初级绕组的1脚相连接，采样变压器T1初级绕组的2脚与荧光灯管Lamp1和Lamp2的另一端相连接。采样变压器T1次级绕组的4脚接地线，采样变压器T1次级绕组的3脚接整流二极管D1的正极。整流二极管D1的负极与滤波电容C1、滤波电阻R1的一端以及限压二极管ZD1的负极相连接，滤波电容C1、滤波电阻R1的另一端接地。限压二极管ZD1的正极与二极管D2的正极相接，二极管D2的负极与滤波电容C2、滤波电阻R2的一端，所述停振控制电路23的停振控制开关管Q2的控制极以及所述闭锁电路22停振控制开关管Q2的漏极相连接，滤波电容C2、滤波电阻2的另一端接地。所述电弧采样电路21的采样变压器T1采用高饱和磁感应强度的磁性变压器，以提高对镇流器输出端因接触不良等引起的电弧放电信号的检测灵敏度，采用两级阻容滤波及设置限压二极管ZD1旨在对电弧强度作设定，消除干扰信号引发误动作。

所述闭锁电路22的闭锁开关管Q1的漏极接在所述停振控制电路23的停振控制开关管Q2的控制极上，在闭锁开关管Q1饱和导通时，将停振控制电路23的停振控制开关管Q2闭锁，即此时无论有无电弧采样信号，停振控制开关管Q2保持断开状态，不对逆变器的工作产生影响。闭锁开关管Q1的控制极连接电阻R4，电阻R5，电容C3的各一端，以及稳压二极管ZD2的负极；闭锁开关管Q1的源极，电阻R3，电容C3的各另一端以及稳压二极管ZD2的正极接地；电阻R4的另一端接在所述起振延迟电路11的延迟电容C13和起振充电电阻R13的连接点上。在镇流器逆变器延迟启动期间，闭锁开关管Q1在延迟电容C13上的电压到达逆变器起振电压前的一段时间内保持饱和导通，闭锁来自所述电弧采样电路获取的逆变器起振时在灯电路中出现的电流过冲，防止所述停振控制电路误动作。

已如前述，所述镇流器逆变器停振控制电路23的停振控制开关管Q2的控制极连接所述电弧采样电路21的滤波电容C2、滤波电阻R2的一端，以及所述闭锁电路22的开关管Q1的漏极相连接在一起；停振控制开关管Q2的源极接地；开关管Q2的漏极接二极管D4的负极，二极管D4的正极与半桥逆变器下开关管Q12的控制极及限流电阻R14的一端。在持续电弧的采样信号到达设定强度时，所述停振控制电路23的开关管Q2饱和导通，使逆变器瞬时停振。开关管Q2的漏极还接限流电阻R5的一端，限流电阻R5的另一端接二极管D3的负极，二极管D3的正极与所述逆变器起振延迟电路11中延迟电容C13和充电电阻R13的公共点，在电弧采样信号作用下，停振控制开关管Q2饱和导通时，使延迟电容C13上的逆变器起振电压放电，以延迟逆变器下开关管Q12的控制极经限流电阻R14和双向触发二极管D11从延迟电容C13获得起振触发电压，逆变器在因电弧引发的停振之后，保持一段短时间的停振，将发生电弧的能量降低到被允许的程度。

所述镇流器逆变器中所设定的起振延迟电路11的充电电阻R13和延迟电容C13比常规的逆变器延迟起振电路具有更大的时间常数。充电电阻R13的一端接总线电压+DCbus，另一端与延迟电容C13的一端，二极管D11的正极，双向触发二极管D11的一端，以及停振控制电路二极管D3的正极接在一起。双向触发二极管D11的另一端接限流电阻R14的一端，限流电阻R14的另一端与逆变器下开关管Q12的控制极，二极管D4的正极接在一起。当延迟电容C13的电压高于双向触发二极管D11的 触发电压时，逆变器起振。二极管D11的负极与逆变器上开关管Q11的发射极及下开关管Q12的集电极的共联端相连接。当延迟电容C13的电压高于双向触发二极管D11的触发电压时，逆变器起振。在镇流器逆变器开机起振时，有几百毫秒的起振延迟时间，它长于常规逆变器几十毫秒的起振延迟时间，也是为了在逆变器因输出端电弧而瞬时停振之后不会立即起振，从而提高对电弧的抑制作用。在逆变器起振后，延迟电容C13上的电压经二极管D11和下开关管Q12放电，闭锁开关管Q1因控制极电位降低而截止，解除对停振控制开关管Q2的闭锁。当所述闭锁电路22和所述逆变器停振控制电路23中的闭锁开关管Q1和停振控制开关管Q2用双极性晶体管替代场效应管时，因以晶体管的发射极，集电极和基极分别对应上述叙述中效应管的源极、漏极和控制极。

Claims (9)

1.一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，包括并联谐振隔离输出型电子镇流器半桥逆变器的输出电路和灯负载电路，其特征在于，一电弧采样电路，从灯电流回路中检测出异常电弧放电的电流突变信号，输出控制信号至停振控制电路，控制逆变器停振，所述停振控制电路还受一闭锁电路控制，闭锁电路受与逆变器连接的起振延迟电路的控制，在逆变器延迟起动期间，起振延迟电路使闭锁电路锁定停振控制电路，逆变器启动后，解锁停振控制电路。

2.按权利要求1所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述停振控制电路和闭锁电路为开关电路，停振控制电路开关管Q2的控制极，分别与电弧采样电路的输出端以及闭锁电路开关管Q1的漏极连接，开关管Q2的漏极，经二极管与逆变器的输入端连接，同时，还经限流电阻和二极管，与起振延迟电路连接。

3.按权利要求2所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述闭锁电路的开关管Q1的漏极，与停振控制电路开关管Q2的控制极连接，控制极经限流电阻与起振延迟电路连接，控制极还经分压电阻、钳位稳压二极管接地。

4.按权利要求1所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述起振延迟电路为RC充电电路，电阻一端与镇流器直流总线电压连接，充电电容经二极管和限流电阻与逆变器下开关管的控制极连接。

5.按权利要求4所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述起振延迟电路的充电电容，经二极管连接至半桥逆变器上、下开关管的发射极-集电极的共联端。

6.按权利要求1所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述电弧采样电路，是在逆变器输出变压器次级绕组一端与灯管之间串接一采样变压器，该变压器的次级绕组连接两级整流滤流电路，输出控制信号至停振控制电路开关管Q2的控制极。

7.按权利要求6所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述电弧采样电路的整流滤流电路，在一级整流滤流之后，连接一限压二极管，限压二极管连接二级整流滤流电路后，与停振控制电路开关管Q2的控制极连接。

8.按权利要求7所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述限压二极管是稳压二极管，或是双向触发二极管。

9.按权利要求2所述的一种荧光灯电子镇流器电弧抑制电路，其特征在于，所述开关管Q1、Q2，是场效应管，或是双极性晶体管。