CN104470167B - 一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 - Google Patents
一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104470167B CN104470167B CN201410815325.5A CN201410815325A CN104470167B CN 104470167 B CN104470167 B CN 104470167B CN 201410815325 A CN201410815325 A CN 201410815325A CN 104470167 B CN104470167 B CN 104470167B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- parallel
- resonant converter
- brachium pontis
- network
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
- Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
Abstract
本发明涉及一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法。该多相并联谐振变换器由开关网络、谐振网络和无极灯负载组成，开关网络由n个桥臂并联组成，其中1个桥臂作为移相桥臂，用于调光控制，其余n‑1个并联桥臂为同相驱动桥臂，可以扩大谐振变换器的功率输出，减少开关管的电流应力。提出了移相与锁相相结合的调光控制方法，使并联谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，避免了因谐振网络和灯负载参数发生变化引起固有谐振点漂移对灯工作带来不利影响，确保无极灯稳定可靠工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法，特别是一种用于大功率无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法。
背景技术
近年来，随着我国经济迅猛发展，能源紧缺问题令节能降耗成为当前关注的焦点。照明用电约占电力生产总量的10％～20％，是节能的一个重要领域。无极灯作为新型气体放电光源，具有寿命长、效率高、无频闪等优点，大功率无极灯是提供高光通量的重要手段之一，广泛应用在高大厂房和建筑物、体育场馆、停车场等大功率工程照明领域尤其是工矿、隧道等不方便换灯的场所。
无极灯没有电极，是依靠电磁感应形成等离子气体放电的基本原理而发光的，其放电的“伏安”性能呈负阻特性，因此必须与电子镇流器配套才能正常运行。无极灯电子镇流器的核心部分就是谐振变换器。高频谐振变换技术发展至今，可以说要点亮一只合格的无极灯泡，已非难事，但要做到高效，安全可靠地工作，仍有许多课题需要研究，其中的难点就在于谐振变换器与无极灯的配合问题。
无极灯电子镇流器在工作时，由于耦合电感、材料、工作温度等因素的变化，谐振网络及灯负载等效参数将发生变化，这将使电子镇流器的工作频率偏离谐振网络固有谐振点，灯输出电压急剧下降，灯变暗甚至熄灭。为了使电子镇流器工作在最佳工作点，需要电子镇流器始终工作在谐振网络固有谐振点附近，同时为了使谐振变换器工作在偏感性状态以实现半桥电路开关管的软开关，也需要进行频率跟踪。除此之外，对无极灯的调光控制既能达到照明节能、减少不必要损耗的目的，又能避免了有害的眩光，具有很大的节能降耗空间，是实现绿色照明的重要指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法。
本发明采用以下技术方案实现：一种用于无极灯的多相并联谐振变换器，其特征在于：包括直流输入、开关网络、谐振网络及无极灯负载；所述开关网络的输入端接直流输入，所述开关网络的输出端接谐振网络的输入端，所述谐振网络的输出端接无极灯负载；所述开关网络由n个桥臂并联组成，其中1个桥臂作为移相桥臂，其余n-1个并联桥臂为同相驱动桥臂，n为大于1的自然数。
在本发明一实施例中，所述移相桥臂作为所述谐振变换器的调光模块，用于调光控制；所述n-1个同相驱动桥臂作为所述谐振变换器的逆变模块，用于扩大功率输出。
本发明提供一种基于上述的用于无极灯的多相并联谐振变换器的锁相控制方法，其特征在于：当所述n个并联的桥臂均为同相驱动控制时，该并联谐振变换器的输出功率最大；当移相桥臂移相控制时，随着移相角度的增加，并联谐振变换器的输出功率逐渐减小，其中移相角度为移相桥臂驱动信号滞后于同相驱动桥臂驱动信号的角度。
在本发明一实施例中，还包括锁相控制：以所述移相桥臂中点电压和所述谐振网络的谐振电容电压的相位差作为所述谐振变换器锁相控制的控制变量；由一单片机鉴别出该控制变量与基准值γ的误差大小，再将该相位误差大小乘以一定的比例系数从而产生一个比例控制参数，同时将该相位误差大小进行积分并在积分系数的调节下产生一个积分控制参数；取所述比例控制参数和所述积分控制参数的和作为一数控振荡器的控制参数，由该数控振荡器产生频率随所述相位差的基准值γ变化的信号作为所述开关网络的驱动信号，实现对所述谐振变换器的锁相控制。
在本发明一实施例中，所述相位差的基准值移相角度为移相桥臂驱动信号滞后于同相驱动桥臂驱动信号的角度，通过所述锁相控制得到的谐振变换器的工作频率随所述相位差的基准值γ变化而变化，也即所述谐振变换器的工作频率随移相角度的变化而变化，使所述的谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，确保无极灯稳定可靠工作。
本发明针对电子镇流器在大功率无极灯照明场合的应用，提出了一种适用于大功率无极灯负载的多相并联谐振变换器，由一个移相桥臂和若干同相驱动桥臂并联而成，移相桥臂实现调光控制，同相驱动桥臂并联扩大了谐振变换器的功率输出，减少了开关管的电流应力。提出了移相与锁相相结合的控制方案，使并联谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，避免了因谐振网络和灯负载参数发生变化引起固有谐振点漂移对灯工作带来不利影响，确保无极灯稳定可靠工作。
附图说明
图1为本发明多相并联谐振变换器的结构框图。
图2为本发明无极灯多相并联谐振的调光控制方法的控制原理图。
图3为本发明一实施例的电路结构框图。
图4为图3的等效电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供一种用于无极灯的多相并联谐振变换器，结构框图参见图1。该变换器包括直流输入、开关网络、谐振网络及无极灯负载；所述开关网络的输入端接直流输入，所述开关网络的输出端接谐振网络的输入端，所述谐振网络的输出端接无极灯负载；所述开关网络由n个桥臂并联组成，其中1个桥臂作为移相桥臂，其余n-1个并联桥臂为同相驱动桥臂，n为大于1的自然数。
所述移相桥臂作为所述谐振变换器的调光模块，用于调光控制；所述n-1个同相驱动桥臂作为所述谐振变换器的逆变模块，用于扩大功率输出。
本发明还提出了一种移相与锁相相结合的调光控制方法，其特征在于：当所述n个并联的桥臂均为同相驱动控制时，该并联谐振变换器的输出功率最大；当移相桥臂移相控制时，随着移相角度的增加，并联谐振变换器的输出功率逐渐减小，其中移相角度为移相桥臂驱动信号滞后于同相驱动桥臂驱动的角度。通过对移相角的调整实现对无极灯的调光控制。
本发明提供的无极灯调光控制方法在调光控制过程中，移相与锁相相结合的调光控制方法使所述的谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，确保无极灯稳定可靠工作。
锁相控制包括以下步骤：以所述移相桥臂中点电压和所述谐振网络的谐振电容电压的相位差作为所述谐振变换器锁相控制的控制变量；由一单片机鉴别出该控制变量与基准值γ的误差大小，再将该相位误差大小乘以一定的比例系数从而产生一个比例控制参数，同时将该相位误差大小进行积分并在积分系数的调节下产生一个积分控制参数；取所述比例控制参数和所述积分控制参数的和作为一数控振荡器的控制参数，由该数控振荡器产生频率随所述相位差的基准值γ变化的信号作为所述开关网络的驱动信号，实现对所述谐振变换器的锁相控制。
所述相位差的基准值移相角度为移相桥臂驱动信号滞后于同相驱动桥臂驱动信号的角度，通过所述锁相控制得到的谐振变换器的工作频率随所述相位差的基准值γ变化而变化，也即所述谐振变换器的工作频率随移相角度的变化而变化，使所述的谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，确保无极灯稳定可靠工作。
其控制原理图参见图2。本发明的控制方法采用相位差闭环反馈的控制策略，以PI调节替代传统锁相系统中的环路滤波，用以产生数控振荡器的控制参数。每进行一次功率设定，就重新进行一次DPLL锁相，再与该功率设定值所对应的移相角度合成构成新的驱动信号，进行下一步控制。
假设各逆变模块的元件参数一致，且其中n-1相电压相位相同，第n相输出电压相位滞后于其他相角度则在电路中各相逆变模块参数分别有如下关系：
由戴维宁定理可以得到等效阻抗Z以及等效电压的表达式：
图3为本发明一较佳实施例的结构框图，为一三相并联谐振变换器，其中开关网络由三个桥臂组成，其中Q 11、Q 12为第一桥臂，Q 21、Q 22为第二桥臂，Q 31、Q 32为第三桥臂。第三桥臂作为移相桥臂，第一桥臂及第二桥臂为同相驱动桥臂。
相位差的基准值γ的计算过程为：
利用等离子体放电环和激励电感线圈之间的耦合关系，把耦合电感副边元件参数映射到耦合电感的原边，并进行等效变换，则图3的多相并联谐振变换器的等效电路如图4所示。
假设各逆变模块的半桥中点电压幅值一致、元件参数一致，有如下电压关系：
当时，电压增益有最大值且有最大输出功率。此时，谐振电容电压ucr与等效电压uin的比值为：
则此时二者之间的相位差近似为：
由式(2)可知任一非移相逆变模块的半桥中点电压uk(k＝1,2…n-1)与等效电压uin有如下相位关系：
由式(5)和式(6)可以得到在谐振频率点处，移相逆变模块的半桥中点电压un与谐振电容电压uCr之间有如下相位关系：
综上相位差的基准值γ是由先通过计算出对应于功率设定值的移相角度再根据式(7)得到。因此每进行一次功率设定，就重新进行一次DPLL锁相，再与该功率设定值所对应的移相角度合成构成新的驱动信号，以便进行下一步控制。
本发明提出了一种适用于大功率无极灯负载的多相并联谐振变换器，由一个移相桥臂和若干同相驱动桥臂并联而成，移相桥臂实现调光控制，同相驱动桥臂并联扩大了谐振变换器的功率输出，减少了开关管的电流应力。提出了移相与锁相相结合的控制方案，使并联谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，避免了因谐振网络和灯负载参数发生变化引起固有谐振点漂移对灯工作带来不利影响，确保无极灯稳定可靠工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (2)
1.一种用于无极灯的多相并联谐振变换器的调光控制方法，提供一用于无极灯的多相并联谐振变换器，其包括直流输入、开关网络、谐振网络及无极灯负载；所述开关网络的输入端接直流输入，所述开关网络的输出端接谐振网络的输入端，所述谐振网络的输出端接无极灯负载；
所述开关网络由n个桥臂并联组成，其特征在于：
当所述n个并联的桥臂均为同相驱动控制时，所述并联谐振变换器的输出功率最大；当移相桥臂移相控制时，随着移相角度的增加，并联谐振变换器的输出功率逐渐减小，其中移相角度为移相桥臂驱动信号滞后于同相驱动桥臂驱动信号的角度；
包括锁相控制：以所述移相桥臂中点电压和所述谐振网络的谐振电容电压的相位差作为所述谐振变换器锁相控制的控制变量；由一单片机鉴别出该控制变量与基准值γ的误差大小，再将该相位误差大小乘以一定的比例系数从而产生一个比例控制参数，同时将该相位误差大小进行积分并在积分系数的调节下产生一个积分控制参数；取所述比例控制参数和所述积分控制参数的和作为一数控振荡器的控制参数，由该数控振荡器产生频率随所述相位差的基准值γ变化的信号作为所述开关网络的驱动信号，实现对所述谐振变换器的锁相控制。
2.根据权利要求1所述的用于无极灯的多相并联谐振变换器的调光控制方法，其特征在于：所述相位差的基准值通过所述锁相控制得到的谐振变换器的工作频率随所述相位差的基准值γ变化而变化，也即所述谐振变换器的工作频率随移相角度的变化而变化，使所述的谐振变换器能在同相驱动和移相调光过程中始终工作在谐振网络固有谐振点附近，确保无极灯稳定可靠工作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410815325.5A CN104470167B (zh) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410815325.5A CN104470167B (zh) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104470167A CN104470167A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104470167B true CN104470167B (zh) | 2017-02-22 |
Family
ID=52915317
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410815325.5A Expired - Fee Related CN104470167B (zh) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | 一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104470167B (zh) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105576983B (zh) * | 2016-02-19 | 2019-06-04 | 杭州中恒电气股份有限公司 | 一种谐振直流/直流变换器 |
| CN112583096B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583089B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583094B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-24 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583061B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-24 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583091B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-24 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583093B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583095B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
| CN112583090B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7876060B2 (en) * | 2008-06-10 | 2011-01-25 | Osram Sylvania Inc. | Multi-lamps instant start electronic ballast |
| CN103547051B (zh) * | 2013-11-02 | 2016-02-24 | 福州大学 | 一种无极灯用谐振变换器谐振参数设计方法 |
| CN103747593B (zh) * | 2014-01-23 | 2016-03-09 | 福州大学 | 一种多相并联led驱动电源及其调光方法 |
-
2014
- 2014-12-24 CN CN201410815325.5A patent/CN104470167B/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104470167A (zh) | 2015-03-25 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104470167B (zh) | 一种用于无极灯的多相并联谐振变换器及调光控制方法 | |
| Shen et al. | Design of a two-stage low-frequency square-wave electronic ballast for HID lamps | |
| CN101472373A (zh) | 混合桥式电子镇流器 | |
| Lee et al. | TRIAC dimmable ballast with power equalization | |
| EP1658759B1 (en) | Apparatus and method for providing dimming control of lamps and electrical lighting systems | |
| CN102497713B (zh) | 无极灯调光电路及调光方法 | |
| Wu et al. | Design considerations for single-stage electronic ballast with dimming feature | |
| Moo et al. | Acoustic-resonance-free high-frequency electronic ballast for metal halide lamps | |
| CN103747593B (zh) | 一种多相并联led驱动电源及其调光方法 | |
| CN100531506C (zh) | 一种电子镇流器及其工作频率选择方法 | |
| Lam et al. | A dimmable electronic ballast with unity power factor based on a single-stage current-fed resonant inverter | |
| CN2862589Y (zh) | 一种金卤灯电子镇流器 | |
| Chiu et al. | Single-stage voltage source charge-pump electronic ballast with switched-capacitor dimmer for multiple fluorescent lamps | |
| CN203537642U (zh) | 一种闭环可控的调光无极灯电子镇流器 | |
| CN103813602A (zh) | 无电极荧光灯调光方法 | |
| Zuo et al. | Design of a novel low-frequency square-wave digital electronic ballast for HID lamps | |
| Yifeng et al. | Design optimisation of the LCsCp resonant inverter to drive 1 kW high-pressure sodium lamps | |
| CN104754844B (zh) | 一种荧光灯电子镇流器 | |
| Chen et al. | A dimming module for controlling power supplying to a fluorescent lamp ballasted by a nondimmable electronic ballast | |
| CN103442505A (zh) | 一种基于双重控制的调光无极灯电子镇流器及其对无极灯亮度的调节方法 | |
| CN203399380U (zh) | 一种可调光恒功率无极灯镇流器 | |
| JP4158362B2 (ja) | 放電灯点灯装置 | |
| CN202143283U (zh) | 高压钠灯节能控制器 | |
| Lin et al. | PLL control scheme for the electronic ballast with a current-equalization network | |
| CN203537650U (zh) | 无极灯线性调光驱动电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170222 Termination date: 20191224 |