CN107072020A - 一种基于压电变压器的单级hid数字镇流器电路 - Google Patents

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乔凯
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Abstract

本发明公开了一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，包括：市电输入，所述市电输入与EMI电路电连接，所述EMI电路与整流电路电连接，所述整流电路分别与所述输入电压采样电路和半桥电路电连接，所述半桥电路与压电变压器电连接，所述压电变压器与HID负载的输入端电连接，所述HID负载的输出端与光源电压电流采样电路电连接，所述光源电压电流采样电路与控制电路电连接，所述控制电路与所述半桥电路电连接。该电路通过采用压电变压器作为主要驱动载体，为负载提供合适的工作条件，避免了EMC等问题，实现了HID数字镇流器的单级工作，极大缩小了产品体积并降低了产品成本。

Description

一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路
技术领域
本发明涉及电力电子基础电路技术领域，特别地，涉及一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路。
背景技术
传统的HID电子镇流器采用电磁变压器，整个电路拓扑为二级或者三级，包括AC/DC级(常采用CCM或者CRM来实现)，DC/DC级(常采用BUCK电路实现)和DC/AC级(半桥和全桥来实现)，其体积大，结构复杂，EMC问题较难解决。其中交流转直流电源电路按照输入电流的工作情况分为CCM电流连续型、DCM电流不连续型、CRM临界模式等几种类型，而这几种类型的单个电源模块工作输出电流都不能满足大功率的需求。
CCM电流连续型是开关频率是固定的，周期T不变，占空比随着输入电压的变化而变化，通过PFC电感和MOS的电流在AC线路电压的半个周期内任何时刻都不为零，而时刻跟随电压的变化轨迹，其平均电流AC呈正弦波，且保持和AC输入电压同相位。由于其电感电流不会降到零，电感电压变化小谐波IIR热损耗较小，有较小的电磁干扰，由于电流的变化幅度小，相比也有较小的磁芯损耗，由于MOS导通不在电感电流为零的时候，二极管的反向恢复电流会产生很大的开关应力，需要用快速反向恢复二极管以减小损耗。
DCM电流不连续型的特点是利用两个开关周期之间的电感电流存在死区，需要给控制电路提供一个电流过零点的反馈检测信息，由于其导通的时候电流为零，对二极管的要求较低。在同样的平均输入电流下，DCM需要较高的峰值电感电流。由于其电流变化幅度较大，峰值较高，电感有较大的磁芯，I2R热损耗较大，谐波失真度较大。
CRM临界模式输入电流在连续和不连续的临界点，同样是需要给控制电路提供一个电流过零点的反馈检测信息，CRM模式频率可变，电流几乎没有断电，电流降为零时MOS管导通，电流没有达到设定的参数值时，MOS管关断，输入电流跟随输入电压变化，CRM的特点是开关频率变化，且在正弦波电压过零时频率最高，在正弦电压峰值处的开关频率最低，一旦升压电感器中的电流下降为零，新的开关周期便接着开始，而不存在电流死区，CRM的缺点是在正弦过零的附近的开关频率相当高，频率变化使EMI比较严重。
而DC/DC级往往采用硬开关的BUCK电路来实现，其工作频率比较固定，因为是完全的硬开关，其功率器件发热严重，并且会产生很严重的EMC问题，造成自身成本高，并且很难解决。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，以解决镇流器电路体积大，结构复杂，EMC问题较难消除的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，包括：市电输入，所述市电输入与EMI电路电连接，所述EMI电路与整流电路电连接，所述整流电路分别与所述输入电压采样电路和半桥电路电连接，所述半桥电路与压电变压器电连接，所述压电变压器与HID负载的输入端电连接，所述HID负载的输出端与光源电压电流采样电路电连接，所述光源电压电流采样电路与控制电路电连接，所述控制电路与所述半桥电路电连接。
进一步地，所述整流电路输出直流电。
进一步地，所述半桥电路输出60kHz的交流方波信号。
进一步地，所述控制电路内设置有单片机。
进一步地，所述EMI电路内设置有共模电感。
本发明具有以下有益效果：本发明的一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，该电路通过采用压电变压器作为主要驱动载体，为负载提供合适的工作条件，避免了EMC等问题，实现了HID数字镇流器的单级工作，极大缩小了产品体积并降低了产品成本。
附图说明
下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明中EMI电路的电路原理图；
图3是本发明中整流电路的电路原理图；
图4是本发明中半桥电路和压电变压器的电路原理图；
图5是本发明中控制电路的电路原理图；
图6是本发明中光源电压电流采样电路的电路原理图；
图7是本发明中输入电压采样电路的电路原理图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
请参阅图1，一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，在市电输入的220V交流电压通过EMI电路后进入整流电路，整流电路将交流电压变换成直流电压后进入输入电压采样电路和半桥电路，输入电压采样电路对直流电压进行采样，半桥电路将直流电压逆变为高频交流信号后进入压电变压器，为压电变压器提供高频交流电压和电流，压电变压器为HID负载光源输出高频正弦波，保证HID光源正常工作状态，光源电压电流采样电路与控制电路在整个电路中起反馈电路信息和控制电路正常运行的作用。
请参阅图2，EMI电路中L1为共模电感，L1对共模噪声来说，相当于一个很大电感量的电感，故它能有效地抑制共模传导噪声；C1、C2、对共模噪声起旁路的作用，C3、C4、对差模噪声起抑制作用；L2是差模电感，差模电感的引入使电容C4的冲电电流减小，达到了抑制差模噪声的目的。
请参阅图3，整流电路中交流电压在正负半周交替经过四个整流二极管，通过整流电容C6进行储能，将交流电压转换成直流“馒头波”电压。
请参阅图4，半桥电路和压电变压器中由整流电路整流的直流电压输入半桥电路的逆变电路中，逆变电路的上桥臂M1和下桥臂M2交替开通和截止，当M1开通时，M2截止，M1截止时，M2开通，M1和M2的开关频率为60kHz，则输入到压电变压器的电压信号为60kHz的交流方波信号，压电变压器在负载HID光源开路的时候，输出电压高达数千伏，这足以将HID光源内的惰性物质激发，使其进入发光放电状态，而HID光源进入发光状态后阻抗迅速减小，压电变压器的输出所带负载由开路瞬间变为负阻状态，压电变压器由于其自身的恒流特性，输出60kHz的高频正弦波信号，HID光源在此正弦波驱动下恒功率工作。
请参阅图5，控制电路中半桥驱动芯片IR2104通过HO和LO两个端口分别驱动半桥电路的上下两个桥臂，其工作频率的大小由单片机16HV616的PWM端口给出，单片机的PWM输出通过软件控制其内部寄存器，输出占空比可调，频率可控的方波信号，IR2104的端口/SD为异常控制端口，与单片机的RC4口相连，单片机通过采样HID负载光源的电压，电流信号来判断负载是否工作正常，当异常出现时，RC4口输出低电平信号，关闭IR2104，则半桥电路停止工作，压电变压器也相应的停止输出，保护自身和负载。
请参阅图6和图7，光源电压电流采样电路和输入电压采样电路中，采样电路分别将负载HID光源的电压，电流和电网输入电压采样进控制电路中的单片机16HV616中，单片机通过采样值和相应的软件程序算法，调整整个电路的工作状态，保证电路的正常运行。
综上所述，本发明的工作原理是：来自电网的220V/50Hz的市电，通过EMI电路后进入整流电路后，整流电路将交流电压变换成直流电压后进入输入电压采样电路和半桥电路，输入电压采样电路对直流电压进行采样，半桥电路将直流电压逆变为高频交流信号后进入压电变压器，为压电变压器提供高频交流电压和电流，压电变压器为HID负载光源输出高频正弦波，保证HID光源正常工作状态，光源电压电流采样电路与控制电路在整个电路中起反馈电路信息和控制电路正常运行的作用。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，其特征在于，包括：市电输入，所述市电输入与EMI电路电连接，所述EMI电路与整流电路电连接，所述整流电路分别与所述输入电压采样电路和半桥电路电连接，所述半桥电路与压电变压器电连接，所述压电变压器与HID负载的输入端电连接，所述HID负载的输出端与光源电压电流采样电路电连接，所述光源电压电流采样电路与控制电路电连接，所述控制电路与所述半桥电路电连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，其特征在于：所述整流电路输出直流电。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，其特征在于：所述半桥电路输出60kHz的交流方波信号。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，其特征在于：所述控制电路内设置有单片机。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电变压器的单级HID数字镇流器电路，其特征在于：所述EMI电路内设置有共模电感。
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