CN108712812A - 一种无极灯电源驱动电路及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无极灯电源驱动电路，旨在提供一种稳定可靠的无极灯电源驱动电路，其技术方案要点是包括用于滤除电网的高频脉冲和输出直流脉动电压的EMI滤波整流电路、用于将直流脉动电压转换成400V直流电压的PFC功率因数校正电路、可通过调节其开关频率输出点燃无极灯电压的半桥电路、用于检测异常电压并关断PFC功率因数校正电路和半桥电路电源的单片机控制模块、为PFC功率因数校正电路、半桥电路单独供电的辅助电源。IRS27952与开关管Q2和Q3的内阻结合，控制由于用户因数短路或者开路引起的大电流，一百万分之一秒的时间迅速保护，任何情况下都不会烧毁电源，保护半桥电路。本发明公开了一种无极灯电源驱动电路控制方法。
Description
技术领域
本发明涉及无极灯领域，特别涉及一种无极灯电源驱动电路及控制方法。
背景技术
高频无极灯是一种通过高频电磁能以感应方式耦合到灯泡内，使灯泡内惰性气体雪崩电离形成等离子体，等离子体受激原子返回基态时辐射出 254nm的紫外线，灯泡内壁的荧光粉受紫外光激发而发出的一种强照度的可见光。现有的无极灯主要由三部分组成：镇流器、耦合器和无极灯。它的工作原理是：首先把市电转换为直流电，再变换成高频电能，高频电能通过无极灯中心部位的感应线圈(耦合器)产生强磁场，磁场能感应进无极灯内，使无极灯内气体雪崩电离形成等离子体，等离子体中的受激汞原子在返回基态过程中辐射出 254nm的紫外线，无极灯内壁荧光粉收到紫外线照射而转换成可见光。
目前，公告号为CN201623910U的中国专利公开了一种无极灯镇流器滤波电路，它包括EMI 电路还包括两个电解电容 C1、C2，二者串联后并联于 PFC 功率校正电路与高频逆变电路之间。
但是在点燃无极灯时，可能会出现无极灯老化、无极灯漏气、无极灯失效、磁环温度升高饱和、磁环碎裂、输出短路、输出开路等情况，可能导致电路中产生大电流破坏电路。
发明内容
本发明的第一目的是提供一种无极灯电源驱动电路，其具有有效保护电路的优点。
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：包括
EMI滤波整流电路，用于滤除电网的高频脉冲对电源的干扰，并输出直流脉动电压；
PFC功率因数校正电路，将直流脉动电压转换成400V直流电压输出；
半桥电路，可通过调节其开关频率输出点燃无极灯的电压，同时采样无极灯两端的电压VN并输出；
辅助电源，为PFC功率因数校正电路和半桥电路供电；
单片机控制模块，单片机控制模块包括单片机IC2，单片机IC2分别与PFC功率因数校正电路、半桥电路、辅助电源连接，单片机IC2检测VN，当VN的电压异常，单片机IC2关断PFC功率因数校正电路和半桥电路电源。
通过采用上述技术方案，EMI滤波整流电路输入端与电网连接，经EMI滤波整流电路整流滤波后在其输出端输出直流脉动电压；辅助电源的输入端接入直流脉动电压并进行转换，然后在其输出端输出15V直流电压给PFC功率因数校正电路和半桥电路供电；PFC功率因数校正电路输入端接入直流脉动电压并进行转换，然后在其输出端输出400V直流电压；半桥电路接入400V直流电压，通过调节其开关频率输出点燃无极灯的电压；单片机控制模块连接PFC功率因数校正电路、半桥电路、辅助电源，当检测到VN的电压异常，单片机IC2关断PFC功率因数校正电路和半桥电路电源，保护电路。
进一步设置：所述辅助电源包括电源开关芯片IC1和降压变压器L3，辅助电源输入端与EMI滤板整流模块连接，并在辅助电源输出端输出15V直流电压，电源开关芯片IC1采用GK124。
通过采用上述技术方案，降压变压器与电源开关芯片IC1配合输出稳定的15V直流电压。
进一步设置：所述单片机控制模块还包括三端稳压管D13，三端稳压管D13采用78L05，78L05连接辅助电源输出端将15V直流电压转换成5V直流电压供给单片机IC2。
通过采用上述技术方案，78L05输入15V直流电压，输出固定的5V直流电压。
进一步设置：所述半桥电路包括半桥驱动芯片IC4和两个开关管Q2和Q3，两个开关管Q2和Q3构成半桥结构，半桥驱动芯片IC4调节两个开关管Q2和Q3的开关频率使得半桥电路在输出端输出2000V电压。
通过采用上述技术方案，半桥电路在输出端输出2000V电压，这样可以满足点燃无极灯的条件。
进一步设置：所述半桥驱动芯片IC4采用IRS27952，当电流流经开关管Q2的内阻造成的压降超过3V关断半桥电路。
通过采用上述技术方案，当流经开关管Q2的电流变大，并使得流经Q2的内阻造成的压降超过3V时，IRS27952检测到该信号，迅速关断半桥电路，由于IRS27952的工作频率最高为500kHz，所以可达到纳秒级的保护。
进一步设置：所述PFC功率因数校正电路包括功率因数校正芯片IC3和开关管Q1，功率因数校正芯片IC3采用L6561。
通过采用上述技术方案，L6561内部的乘法器根据1脚和3脚采集的参数进行对比与运算，确定7脚的脉冲占空比，维持输出电压稳定。开关管Q1在L6561的7脚驱动脉冲的控制下工作在开关状态，通过改变开关管Q1的开关状态在PFC功率因数校正电路的输出端输出稳定的400V直流电压。
进一步设置：所述单片机IC2采用PIC12F675，PIC12F675的GP2端连接半桥电路检测VN，PIC12F675的GP0端通过反相器Q4连接功率因数校正芯片L6561的VCC端，PIC12F675的GP1端通过反相器Q5连接半桥驱动芯片IRS27952的VCC端。
通过采用上述技术方案，当PIC12F675的GP2端检测到异常电压时，PIC12F675通过反相器Q4和Q6关断向功率因数校正芯片L6561和半桥驱动芯片IRS27952供电。
本发明的第二目的是提供可以有效保护电路的一种无极灯电源驱动电路控制方法，
本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种无极灯电源驱动电路控制方法，上述的无极灯电源驱动电路，其特征在于：具体步骤如下：
S1:单片机PIC12F675的GP2端口检测到电源开始工作时开始计时，85ms内半桥电路输出最高电压点燃无极灯进行第一次启动；
S2：如果无极灯启动失败高压持续，也就是PIC12F675的GP2端口85ms时检测到高压信号，GP1输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电；同时半桥电路延时200ms，让PFC功率因数校正电路的输出直流电压由400V降至310V，GP0输出高电平，通过反相器Q5关断向半桥驱动芯片IC4供电；
S3：500ms后恢复功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电；
S4:进入第二次启动无极灯并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S5：连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式；
S6：接S1，如果无极灯点燃，单片机IC2在85ms检测不到持续高压，单片机IC2的GP1和GP0输出低电平，持续向功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电，进入工作模式；
S7：正常工作中，GP2端检测到不在检测范围内的异常输出信号时，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式；
S8：再次启动并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S9：如果连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式。
通过采用上述技术方案，这样不仅可以提高无极灯的点燃几率，而且可以有效地保护电源驱动电路。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、通过设置辅助电源给功率因数校正芯片IC3、单片机IC2、半桥驱动芯片IC4供电，保证功率因数校正芯片IC3、单片机IC2、半桥驱动芯片IC4稳定工作；
2、IRS27952与开关管Q2和Q3的内阻结合，控制由于用户因数短路或者开路引起的大电流，一百万分之一秒的时间迅速保护，任何情况下都不会烧毁电源，保护半桥电路；
3、单片机控制模块对输出端采样，对PFC功率因数校正电路、半桥电路的工作电压进行控制，实现启动失败重启10次、当无极灯老化启动电压变高或者失效时使启动电压变高、耦合电感饱和、无极灯失效启动不了时它能迅速切断电源进行有效保护。
附图说明
图1是实施例1中无极灯电源驱动电路的电路图；
图2是实施例2中无极灯电源驱动电路控制方法的时序图。
图中，1、EMI滤波整流电路；2、PFC功率因数校正电路；3、半桥电路；4、单片机控制模块；5、辅助电源。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：一种无极灯电源驱动电路，如图1所示，包括用于滤除电网的高频脉冲和输出直流脉动电压的EMI滤波整流电路1、用于将直流脉动电压转换成400V直流电压的PFC功率因数校正电路2、可通过调节其开关频率输出点燃无极灯电压的半桥电路3、用于检测异常电压并关断PFC功率因数校正电路2和半桥电路3电源的单片机控制模块4、为PFC功率因数校正电路2、半桥电路3和单片机控制模块4单独供电的辅助电源5。
EMI滤波整流电路1包括保险管F1、压敏电阻10D471、两个串联的共模滤波电感L1和L2，还包括五个电容C1、C2、C3、C4、C28和一个全波整流器，全波整流器由四个二极管D1组成桥式整流电路，全波整流器的中间抽头接地，压敏电阻10D471主要用于保护因电网电压瞬间增大时可能对LED电源驱动电路及LED造成的损坏。EMI滤波整流电路1不仅可以滤除外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时也起到减少电源本身对外界的电磁干扰。
辅助电源5包括整流二极管D3和滤波电容C10，滤波电容C14负极接地。辅助电源5还包括降压变压器L3，降压变压器L3的原边串联电容C24和二极管整流D5，电容C24上并联一个电阻R19。降压变压器L3的副边串联一个整流二极管D6并在辅助电源5的输出端输出15V直流电压。辅助电源5还包括一个电源开关芯片IC1，电源开关芯片IC1采用GK124，电源开关芯片IC1的1脚和2脚同时接地，3脚接电容C12，电容C12接地，同时引出串联的电阻R26、肖特基二极管D4和整流二极管D7最后接辅助电源5的输出端。电源开关芯片IC1的4脚串联电容C13和C11，C11负极接地，正极接辅助电源5的输出端。电源开关芯片IC1的5脚、6脚、7脚和8脚接降压变压器L3原边。
PFC功率因数校正电路2包括功率因数校正芯片IC3、电感L4、开关Q1、整流二极管D2和三个滤波电容C5、C25，功率因数校正芯片IC3采用L6561或者L6562，Q1是一个大功率开关管，能耐400V高压，栅极G是由L6561产生方波信号控制。在D2正极有一脉动电压，通过D2和C25整流后形成400V直流电压。辅助电源5输出的15V直流电压经过R12接入L6561的8脚为L6561供电。L6561的1脚和2脚带有电压比较电路，它能够利用电压比较来控制输出，即输入电压在85～300V之间，优选地在90～300V之间，或优选地在85～280V之间变化都能保证有稳定的输出电压。此外，该电路还可设置成当电压过低时停止输出。由于电路有过流保护及过压保护作用，可防止电网对主路高频瞬态冲击。L6561的3脚带有一乘法器，通过脉宽调制提高效率。L6561脚5带有一电流差放大器，从外部进入电流经过电流检测后达到过流保护。L6561内有OVP电路，有过压保护作用，防止电网对主路高频瞬态冲击。
输入电压的变化经R1、R24、R25分压后加到L6561的3脚，送到内部乘法器。输出电压的变化经R14、R17、R18分压后由L6561的1脚输入，经内部比较放大后，也送到内部乘法器。L6561乘法器根据输入的这些参数进行对比与运算，确定输出端7脚的脉冲占空比，维持输出电压的稳定。在一定的输出功率下，当输入电压降低，L6561的7脚输出的脉冲占空比变大；当输入电压升高，L6561的7脚输出的脉冲占空比变小。
开关管Q1在L6561的7脚驱动脉冲的控制下工作在开关状态。当Q1导通时，由全波整流器整流后的电压经电感L3、Q1的D-S极到地，形成回路；当Q1截止时，由全波整流器整流输出的电压经电感L3、D2、C25到地，对C25充电。同时，流过L3的电流呈减小趋势，电感两端必然产生左负右正的感应电压，这一感应电压与全波整流器整流后的直流分量叠加，在滤波电容C25正端形成400V左右的直流电压，这样不但提高了电源利用电网的效率，而且使得流过L3的电流波形和输入电压的波形趋于一致，从而达到提高功率因数的目的。
半桥电路3包括两个开关管Q2和Q3、电容C6、电感L5和半桥驱动芯片IC4，Q2和Q3组成半桥结构。半桥驱动芯片IC4控制Q2、Q3的开关，把稳定的直流电压按照200KHZ的频率交替开关，与L5、C7、C8谐振，在N1端输出高达2000V的电压，（满足无极灯的点燃条件）点燃无极灯，点燃无极灯后无极灯的内阻急剧下降，输出失去谐振，谐振电感给无极灯限流，使无极灯在额定功率中工作。
半桥驱动芯片IC4采用IR27952，IRS27952提供过流保护，每路工作频率最高为500kHz，可编程软起动时间和频率以及死区时间。IRS27952采用低边开关管的通态电阻提供过电流保护。通过外部的CT/SD引脚将电压下拉使其低于使能电压阈值，IRS27952即可以停止工作。IR27952驱动两个开关管Q2和Q3，有死区时间并且有50％的固定占空比，可根据反馈信号来调节开关频率，以针对负载和输入电压的变化来调节恒定电流。IRS27952与开关管Q2和Q3的内阻结合，控制由于用户因数短路或者开路引起的大电流，一百万分之一秒的时间迅速保护，任何情况下都不会烧毁电源，保护半桥电路3。
微机控制模块包括单片机IC2，单片机IC2采用PIC12F675，PIC12F675的VDD端和VSS端均连接至三端稳压管D13，三端稳压管D13采用78L05，三端稳压管D13连接至辅助电源5输出端，三端稳压管D13将15V直流电压转换成5V直流电压供给PIC12F675使用。
PIC12F675的GP0端通过电阻R22然后连接至半桥电路3，PIC12F675的GP1端通过电阻R15然后连接至PFC功率因数校正电路2。在电感L5上绕有副边线圈，用以检测输出电压VN，经过D8整流、C9滤波、R9、R10分压后QY端输出，供单片机IC2的GP2端口采样检测。供单片机IC2的GP1通过反相器Q4连接PFC功率校正因数芯片IC的VCC端；单片机IC2的GP0端通过反相器Q5连接半桥驱动芯片IC4，当检测到异常就高速关断PFC与半桥控制芯片的电源，保护电路。
实施例2：一种无极灯电源驱动电路控制方法，如图1和2所示，包括上述的无极灯电源驱动电路，具体步骤如下：
S1:单片机PIC12F675的GP2端口检测到电源开始工作时开始计时 ，85ms内半桥电路3输出最高电压点燃无极灯进行第一次启动；
S2：如果无极灯启动失败高压持续，也就是PIC12F675的GP2端口85ms时检测到高压信号，GP1输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电；同时半桥电路3延时200ms，让PFC功率因数校正电路2的输出直流电压由400V降至310V，GP0输出高电平，通过反相器Q5关断向半桥驱动芯片IC4供电；
S3：500ms后恢复功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电；
S4:进入第二次启动无极灯并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S5：连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式，进入保护模式后需要关闭电源重新上电才能再次进入启动模式；
S6：接S1，如果无极灯点燃，单片机IC2在85ms检测不到持续高压，单片机IC2的GP1和GP0输出低电平，持续向功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电，进入工作模式；
S7：正常工作中，由于无极灯老化、无极灯漏气、无极灯失效、磁环温度升高、磁环碎裂等异常信号，GP2端检测到不在检测范围内的异常输出信号时，检测范围为0.3V-2.45V，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式；
S8：再次启动无极灯并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S9：如果连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式，进入保护模式后需要关闭电源重新上电才能再次进入启动模式。
上述的实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (8)
1.一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：包括
EMI滤波整流电路（1），用于滤除电网的高频脉冲对电源的干扰，并输出直流脉动电压；
PFC功率因数校正电路（2），将直流脉动电压转换成400V直流电压输出；
半桥电路（3），可通过调节其开关频率输出点燃无极灯的电压，同时采样无极灯两端的电压VN并输出；
辅助电源（5），为PFC功率因数校正电路（2）和半桥电路（3）供电；
单片机控制模块（4），单片机控制模块（4）包括单片机IC2，单片机IC2分别与PFC功率因数校正电路（2）、半桥电路（3）、辅助电源（5）连接，单片机IC2检测VN，当VN的电压异常，单片机IC2关断PFC功率因数校正电路（2）和半桥电路（3）电源。
2.根据权利要求1所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述辅助电源包括电源开关芯片IC1和降压变压器L3，辅助电源（5）输入端与EMI滤波整流电路（1）连接，并在辅助电源（5）输出端输出15V直流电压，电源开关芯片IC1采用GK124。
3.根据权利要求2所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述单片机控制模块（4）还包括三端稳压管D13，三端稳压管D13采用78L05，78L05连接辅助电源（5）输出端将15V直流电压转换成5V直流电压供给单片机IC2。
4.根据权利要求3所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述半桥电路（3）包括半桥驱动芯片IC4和两个开关管Q2和Q3，两个开关管Q2和Q3构成半桥结构，半桥驱动芯片IC4调节两个开关管Q2和Q3的开关频率使得半桥电路（3）在输出端输出2000V电压。
5.根据权利要求4所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述半桥驱动芯片IC4采用IRS27952，当电流流经开关管Q2的内阻造成的压降超过3V关断半桥电路（3）。
6.根据权利要求5所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述PFC功率因数校正电路（2）包括功率因数校正芯片IC3和开关管Q1，功率因数校正芯片IC3采用L6561。
7.根据权利要求6所述的一种无极灯电源驱动电路，其特征在于：所述单片机IC2采用PIC12F675，PIC12F675的GP2端连接半桥电路（3）检测VN，PIC12F675的GP0端通过反相器Q4连接功率因数校正芯片L6561的VCC端，PIC12F675的GP1端通过反相器Q5连接半桥驱动芯片IRS27952的VCC端。
8.一种无极灯电源驱动电路控制方法，包括权利要求7所述的无极灯电源驱动电路，其特征在于：具体步骤如下：
S1:单片机PIC12F675的GP2端口检测到电源开始工作时刻开始计时，85ms内半桥电路（3）输出最高电压点燃无极灯进行第一次启动；
S2：如果无极灯启动失败高压持续，也就是PIC12F675的GP2端口85ms时检测到高压信号，GP1输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电；同时半桥电路（3）延时200ms，让PFC功率因数校正电路（2）的输出直流电压由400V降至310V，GP0输出高电平，通过反相器Q5关断向半桥驱动芯片IC4供电；
S3：500ms后恢复功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电；
S4:进入第二次启动无极灯并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S5：连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q5关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式；
S6：接S1，如果无极灯点燃，单片机IC2在85ms检测不到持续高压，单片机IC2的GP1和GP0输出低电平，持续向功率因数校正芯片IC3和半桥驱动芯片IC4供电，进入工作模式；
S7：正常工作中，GP2端检测到不在检测范围内的异常输出信号时，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式；
S8：再次启动无极灯并重复上述S1-S3，直至点燃无极灯；
S9：如果连续十次无法点燃无极灯，单片机IC2判定无极灯失效，单片机IC2的GP0和GP1同时输出高电平，通过反相器Q4关断向功率因数校正芯片IC3供电，通过反相器Q6关断向半桥驱动芯片IC4供电，进入保护模式。
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