CN104470168B - 一种基于二级变频控制技术的xed灯镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块和高压启动模块，控制模块以及辅助电源，所述控制模块与所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块相连接，用于检测所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块的工作参数，并根据该工作参数控制所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块。采用本发明的技术方案，有效的消除了脉冲尖峰在点火启动时对灯电极的损伤，相对的延长了灯的使用寿命，同时减小了传导干扰因素，并可以保持有效灯使用寿命(3万小时)的光效不变，维持在初始光效状态。

Description

一种基于二级变频控制技术的XED灯镇流器

技术领域

本发明技术涉及照明领域中的一种电子镇流器，特别涉及一种基于二级变频控制技术的XED灯(XenonEnergy-savingDischarge-lamp)镇流器。

背景技术

HID高压气体放电灯(荧光灯、高压钠灯、金卤灯、XED灯)是目前相对光效很好的发光源，驱动器大多采用了电感式镇流器作为驱动，电感式镇流器价格低廉、工作稳定可靠，所以得到了广泛的应用；由于电感式镇流器功率因素(PFC)低，加了补偿电容后也只做到0.8左右，且带载效率也很低，只有75％左右，这样电能利用率相对很低，再是需要大量的铜、硅原材料，又笨重又，又费材，同时，电压的波动会使灯的功率不稳定，由于采用的电感式的，没有各种安全保护装置；特别是在每个交流周期，由于电流与电压交越时会产生一个瞬间电压(这个电压很高)加在灯的电极上，使电极损坏激增，加速了灯的光衰，一般的5000小时左右就达到了有效使用寿命的极限。在当下提倡节能降耗的大形势下，有必要有新的技术来代替这种驱动方式。

电子镇流器的提出，很好的解决了功率因素(PFC)低的问题(在全电压范围输入时达到90％以上)，带载效率也得到了提升83％左右,各种安全保护装置也可以加上。现有的镇流器一般采用了开关降压(Switchbuck)转换型全桥驱动、半桥驱动。由于现有技术采用的是开关降压型电路拓扑方案，带载效率做不高，这将形成了一个技术突破难题。对于节能紧迫的当下，提出一种更高效节能，更安全可靠的镇流器势在必行。

故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于二级变频控制技术的XED镇流器。

一种基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，包括整流滤波模块、功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块和高压启动模块，其中，

所述整流滤波模块与交流输入相连接，用于对交流电进行整流滤波；

所述功率因数校正模块与所述整流滤波模块相连接，用于进行功率因数校正；

所述第一变频模块与所述功率因数校正模块相连接，用于将所述功率因数校正模块输出的直流电压进行脉冲方波变换；

所述第二变频模块与所述第一变频模块相连接，用于将所述第一变频模块输出的脉冲方波信号转换为频率更低的脉冲方波信号；

所述高压启动模块与所述第二变频模块相连接，用于在所述镇流器开启时产生瞬间高压信号点亮XED灯。

优选地，还包括辅助电源和控制模块，所述辅助电源与所述功率因数校正模块相连接，用于为所述控制模块提供低压供电；

所述控制模块与所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块相连接，用于检测所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块的工作参数，并根据该工作参数控制所述功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块。

优选地，还包括智能接口，所述智能接口与所述控制模块相连接，用于与外部设备相连接。

优选地，所述整流滤波模块包括保险丝F3、吸收电阻RT2，电容C4、电感T5、电容C6、整流桥D3和电容C12。

优选地，所述功率因数校正模块包括变压器T6、电阻R3、电阻R7、电阻R9、电阻R17、电阻R5、电阻R4、电阻R2、电阻R20、电阻R2022、电容C20、电容C14、电容C15、电容C17、芯片U2、二极管D2004和MOS管Q2。

优选地，所述第一变频模块包括电阻R38、电阻R39、电阻R37、电阻R23、电阻R24、电阻R26、三极管Q5、三极管Q6、MOS管Q3和MOS管Q4。

优选地，所述第二变频模块包括转换电感器T3、转换电感器T2、电容C22、电容C28、电容C11和电容C27。

优选地，所述高压启动模块为高压变换器T1。

优选地，所述辅助电源包括二极管D1、电容C1、电容C4、二极管D5、二极管D6、电容C3、稳压管D4、二极管D2、电感L1、稳压管D3、集成电路芯片U1、电容C29、电阻R1、集成电路芯片U3和电容C7；

所述控制模块为单片机。

优选地，所述第一变频模块输出的方波信号的频率范围在40KHz-200KHz之间；

所述第二变频模块根据所述第一变频模块输出的方波信号进行跟随变频，其输出的方波信号的频率范围在50Hz-500Hz之间。

与现有技术相比，采用本发明的技术方案，由于采用了二级变频方式，有效的消除了灯启动时大尖峰电压变化(dv/dt)对开关管的损坏，有效的消除了脉冲尖峰在点火启动时对灯电极的损伤，相对的延长了灯的使用寿命，同时减小了传导干扰因素，并可以保持有效灯使用寿命(3万小时)的光效不变，维持在初始光效状态。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式1的原理框图；

图2是本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式2的原理框图；

图3是本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式3的原理框图；

图4是本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器的电路原理图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的玻璃钢纤维混凝土复合管，详细说明如下：

参见图1，所示为本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式1的原理框图，包括整流滤波模块(101)、功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)和高压启动模块(105)，具体工作原理如下：

外接输入交流电压为镇流器供电，经整流滤波模块(101)对交流电进行整流滤波，再通过功率因数校正模块(102)进行功率因素校正，使功率因素在全电压输入(AV80V-265V50Hz/60Hz)范围内达到稳定的0.98以上，并输出恒定电压；再经第一变频模块(103)和第二变频模块(104)将功率因数校正模块(102)输出的恒定电压进行脉冲二级频率变换，第一变频模块(103)输出的方波频率为40KHz-200KHz，第二变频模块(104)输出的方波频率为50Hz-500Hz；再由高压启动模块(105)在所述镇流器(10)开启时产生瞬间高压信号，从而点亮XED灯(20)。XED灯(20)通过高压启动模块(105)输出的瞬间高压(20KV)电场产生等离子放电，并维持一定功率的放电状态，从而产生类似太阳光普的可见光。

本发明通过脉冲频率控制驱动XED光源，使XED光源工作在恒定或受调光控制功率状态，将驱动器的效率提高至96％或更高，达到节能的目的。功率驱动部分采用了二级跟随变频方式实现，频率变化是根据所要控制的负载功率参数，达到实现控制负载功率稳定可靠工作的目的。

参见图2，所示为本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式2的原理框图，还包括辅助电源(107)和控制模块(106)，所述辅助电源(107)与所述功率因数校正模块(102)相连接，用于为所述控制模块(106)提供低压供电；从而提供一个稳定的直流电压，以便集成电路芯片能可靠的进行工作。

所述控制模块(106)与所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)相连接，用于检测所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)的工作参数，并根据该工作参数控制所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)。

交流输入经功率因数校正模块(102)进行功率因数调整并将电压升到400V得到一个稳定不变的直流电压，根据负载的功率的不同，控制模块(106)进行处理，确保功率因素使终大于0.98以上，第一变频模块(103)将升压后得到的稳定直流电压进行脉冲方波变换控制，频率控制范围控制在40KHz-200HKz，其目的是为了提高输入部分的抗干扰性，有效提高CCC认证要求的ESD标准，频率的变化是由控制模块(106)检测到XED灯在不同工作状态各种参数进行调整变频；为了使得灯电极两端的工作温度保持足够水平，并达到平衡状态，同时为了消除灯两极电流的di/dt瞬间尖峰状态，第二变频模块(104)将第一变频模块(103)的频率转换成50Hz-500Hz脉冲频率，频率跟随第一变频模块(103)进行变化，频率范围控制在50Hz-500Hz之内，而后用这个方波脉动直流对XED灯(20)进行驱动控制。高压启动模块(105)是在开启工作时，从第二变频模块(104)中取出电压信号，形成一个瞬间电压，这个电压幅度达到23KV以上，同时有效峰值时间宽度大于100ns，这个电压所产生的电场将击穿XED灯(20)内的发光体，形成一个等离子状态，此时高压启动模块(105)将不再工作，而由第二变频模块(104)接管驱动，维持XED灯(20)进入等离子放电状态，这个放电过程中，离子不断的复合电离，在复合的过程中，电能转换成光能，以光的形式辐射。

在进行功率因数校正时，控制模块(106)首先根据输入交流电经过整流滤波模块(101)整流后得到的馒头波电压进行贞测，再根据XED灯(20)的工作功率，得到控制PFC的控制频率，使得输入的电压、电流的相位重合，从而得到最大的功率因素值。

在XED灯(20)启动时，控制模块(106)给第一变频模块(103)、第二变频模块(104)提供一个固定控制频率，这个频率目的是让高压启动模块(105)产生一个符合XED灯(20)启动的电压。

当XED灯(20)启动成功后，控制模块(106)控制对灯的各种参数进行跟踪分析，同时对第一变频模块(103)、第二变频模块(104)作出相应的变频控制，使用得XED灯(20)符合启动及正常工作要求，当XED灯(20)的参数发生变化时，各级控制频率也相应的改变，使XED灯(20)工作在最佳状态，保证XED灯(20)的寿命及光衰维持率。采用本发明技术方案，可以使总个驱动方案达到97％以上的负载效率，从而达到节能的目的，同时有效的解决电子镇流器入网的ESD干扰难于解决的问题。同时能保证在波动市电电压输入不稳定状态及负载功率不一样的情况下，确保功率因素维持不变水平。

参见图3，所示为本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器实施方式3的原理框图，还包括智能接口(108)，所述智能接口(108)与所述控制模块(106)相连接，用于与外部设备相连接。智能接口(108)是为了实现智慧型产品的控制，这一接口兼容电力载波、CDMA、GPRS、Dalai、5V电压、WiFi、APP等不同的控制方式进行控制灯的工作状态，有利于产品的智能化控制实现。

参见图4，所示为本发明基于二级变频控制技术的XED镇流器的电路原理图。

在一种优选的实施方式中，整流滤波模块(101)由F3保险丝、吸收电阻RT2，电容C4、电感T5、电容C6、整流桥D3、电容C12等电子元件组成；

在一种优选的实施方式中，功率因数校正模块(102)由变压器T6、电阻R3、电阻R7、电阻R9、电阻R17、电阻R5、电阻R4、电阻R2、电阻R20、电阻R2022、电容C20、电容C14、电容C15、电容C17、芯片U2、二极管D2004、MOS管Q2等电子元件组成；

在一种优选的实施方式中，第一变频模块(103)由电阻R38、电阻R39、电阻R37、电阻R23、电阻R24、电阻R26、三极管Q5、三极管Q6、MOS管Q3、MOS管Q4等电子元件组成；

在一种优选的实施方式中，第二变频模块(104)由转换电感器T3、转换电感器T2、电容C22、电容C28、电容C11、电容C27等电子元件组成；

在一种优选的实施方式中，高压启动模块(105)由高压变换器T1组成；

在一种优选的实施方式中，辅助电源(107)由二极管D1、电容C1、电容C4、二极管D5、二极管D6、电容C3、稳压管D4、二极管D2、电感L1、稳压管D3、集成电路芯片U1、电容C29、电阻R1、集成电路芯片U3、电容C7等电子元件组成；

在一种优选的实施方式中，控制模块(106)为MCU单片机U4，其外围电路由电阻R30、电阻R32、电阻R36、电容C20、电阻R18、电阻R19、电容C19、电容C18、电容C13、电阻R16、电阻R29、电容C30、电阻R31、电容C24、电容C25、电阻R33、电阻R15、电容C16、电阻R14、二极管D6A、二极管D6B、电阻R34、电容C26、电阻R35、电容C1、电容C10、电容C9、电容C8、电阻R12、电阻R13、电容C12、电阻R11、电阻R8等电子元件组成。

在图4所示的电路原理图中，部分连接关系和工作原理如下：

电阻R30的一端连到整流桥D3的正端，另一端与电阻R32的一端相连，电阻R32的另一端与电阻R36相连后与电容C13的一端相连，同时与MCU单片机集成电路U4的29脚相连，达到检测输入电压数据的检测作用，这一数据用来对功率因数校正控制作出设计整作用；

电阻R3的一端与整流桥D3的正端相连，电阻R3的另一端与电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与电阻R9的一端，与C14的一端，MCU单片机集成电路U4的13脚相连，作为MCU单片机检测输入电压经整流桥D3整流，并在经电容C12滤波，得到的半正弦波的波形进行检测，得到的数据经MCU单片机U4处理后，作为对PFC控制的开关控制，使输入的电流与电压相位一致，得到一个高功率因素值。电容C15的一端与变换器T6的副边一端相连，另一端与电阻R17的一端相连，电阻R17的一端与电容C17的一端相连，同时连到U4的第10脚，作为功率因数校正控制中的零电流开关检测；

电阻R8的一端与二极管D2004的负端相连，电阻R8的另一端与电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端与电容C12的一端、电阻R13的一端相连后与U4的第27脚相连，U4的27脚作为功率因数校正模块(102)经功率因素校正并升压后得到的直流稳定电压的检测，这个参数值经控制模块(106)后得到XED灯(20)在不同阶段工作的一个参量，以此对灯进行控制，控制是经第一变频模块(103)、第二变频模块(104)来实现；

U4的第4脚、第3脚分别与电阻R26、R39的一端相连后去控制第一变频模块(103)，实现第一级变频的驱动控制。U4的第18脚与电阻R14、R33相连，R33的另一端与电容与C25的一端相连，C25的另一端与二极管D6A正极相连，二极管D6A的正极与变压器T2的副边一端相连，U4第7脚与电阻R19、R31的一端相连，电阻R31的另一端与电容C24的一端相连，电容C24的另一端与二极管D6B的正极相连后与变压器T3的副边一端相连，二极管D6A与D6B的负端相连后与电阻R34、R35、电容C26的一端相连，电阻R35的另一端与电容C1相连后与U4的第19脚相连，这样U4的第19脚、第18脚、第7脚作为二极变频的控制处理。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，包括整流滤波模块(101)、功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)和高压启动模块(105)，其中，

所述整流滤波模块(101)与交流输入相连接，用于对交流电进行整流滤波；

所述功率因数校正模块(102)与所述整流滤波模块(101)相连接，用于进行功率因数校正；

所述第一变频模块(103)与所述功率因数校正模块(102)相连接，用于将所述功率因数校正模块(102)输出的直流电压进行脉冲方波变换；

所述第二变频模块(104)与所述第一变频模块(103)相连接，用于将所述第一变频模块(103)输出的脉冲方波信号转换为频率更低的脉冲方波信号；

所述高压启动模块(105)与所述第二变频模块(104)相连接，用于在所述镇流器(10)开启时产生瞬间高压信号点亮XED灯(20)；还包括辅助电源(107)和控制模块(106)，所述辅助电源(107)与所述功率因数校正模块(102)相连接，用于为所述控制模块(106)提供低压供电；

所述控制模块(106)与所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)相连接，用于检测所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)的工作参数，并根据该工作参数控制所述功率因数校正模块(102)、第一变频模块(103)、第二变频模块(104)，其中，控制模块(106)对功率因数校正模块、第一变频模块、第二变频模块控制是首先控制功率因数校正的控制频率，然后当XED灯启动时，将第一变频模块、第二变频模块提供固定控制频率，当灯启动成功时，对第一变频模块和第二变频模块进行变频控制，并当XED灯参数变化时，各级控制频率也相应的变化，从而逐步完成二级变频控制；还包括智能接口(108)，所述智能接口(108)与所述控制模块(106)相连接，用于与外部设备相连接；所述整流滤波模块(101)包括保险丝F3、吸收电阻RT2，电容C4、电感T5、电容C6、整流桥D3和电容C12；所述功率因数校正模块(102)包括变压器T6、电阻R3、电阻R7、电阻R9、电阻R17、电阻R5、电阻R4、电阻R2、电阻R20、电阻R2022、电容C20、电容C14、电容C15、电容C17、芯片U2、二极管D2004和MOS管Q2。

2.根据权利要求1所述的基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，所述第一变频模块(103)包括电阻R38、电阻R39、电阻R37、电阻R23、电阻R24、电阻R26、三极管Q5、三极管Q6、MOS管Q3和MOS管Q4。

3.根据权利要求1所述的基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，所述第二变频模块(104)包括转换电感器T3、转换电感器T2、电容C22、电容C28、电容C11和电容C27。

4.根据权利要求1所述的基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，所述高压启动模块(105)为高压变换器T1。

5.根据权利要求1所述的基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，所述辅助电源(107)包括二极管D1、电容C1、电容C4、二极管D5、二极管D6、电容C3、稳压管D4、二极管D2、电感L1、稳压管D3、集成电路芯片U1、电容C29、电阻R1、集成电路芯片U3和电容C7；

所述控制模块(106)为单片机。

6.根据权利要求1所述的基于二级变频控制技术的XED灯镇流器，其特征在于，所述第一变频模块(103)输出的方波信号的频率范围在40KHz-200KHz之间；

所述第二变频模块(104)根据所述第一变频模块(103)输出的方波信号进行跟随变频，其输出的方波信号的频率范围在50Hz-500Hz之间。