CN112714529A - 一种紫外光灯激发方法、装置及电路 - Google Patents

一种紫外光灯激发方法、装置及电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紫外光灯激发方法、装置及电路。其中,所述紫外光灯激发方法包括:获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。采用本发明技术方案在进行不同功率等级和不同激发电压的紫外光灯应用中,能够稳定可靠的激发紫外光灯,使其正常工作。

Description

一种紫外光灯激发方法、装置及电路
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别涉及一种紫外光灯激发方法、装置及电路。
背景技术
现有技术紫外光灯、高压钠灯等气体放电电源应用中,可靠的高压激发电路对整个电源系统的安全运行十分重要。现有的高压激发电路主要由电感镇流器构成,通电的电感镇流器在断开时通过自感会在两端产生高脉冲电压,与电源电压叠加后加到灯管两端,使灯管内的惰性气体电离引起弧光放电。
在现有紫外光灯激发电路的实现过程中,发明人发现现有技术中存在如下问题:
1.电感镇流器虽然灵活简单,但其响应较慢,需要反复多次通断,不断进行惰性气体电离,才能保证灯管的正常发光工作。
2.电感镇流器通过自感产生的高压脉冲维持时间较短,对于不同规格的UV紫外光灯灯管,需要不断调整电感镇流器的硬件参数,适应性较差。
3.对于大功率紫外光灯,激发电压高达6KV,电感镇流器的体积较大,制造工艺比较复杂,不能精准输出激发紫外光灯所需的电压。
发明内容
鉴于上述问题,提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的紫外光灯激发方法、装置及电路。
依据本发明的一个方面,本发明提供了一种紫外光灯激发方法;该方法包括:
获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
依据本发明的另一个方面,本发明提供了一种紫外光灯激发装置;该装置包括:
信息获取单元,用于获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
信息处理单元,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
信息控制单元,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
信息输出单元,用于输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
依据本发明的再一个方面,本发明提供了一种紫外光灯激发电路;该电路包括:
输入整流支路,开关控制支路和输出谐振支路;
所述输入整流支路,用于将三相交流输入电压整流为直流电压,并将所述直流电压输入到所述开关控制支路;
所述开关控制支路,用于所述直流电压逆变为所述紫外光灯的工作阶段的交流电压;
所述输出谐振支路,用于将所述交流电压输入到所述紫外光灯,以便所述紫外光灯激发,并在激发后进入稳定工作阶段。
本发明的有益效果是:本发明技术方案通过获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。采用本发明技术方案在进行不同功率等级和不同激发电压的UV紫外光灯应用中,能够稳定可靠的激发UV紫外光灯,使其正常工作。
附图说明
图1是本发明提供的一种紫外光灯激发方法流程示意图;
图2是本发明提供的一种紫外光灯激发装置结构示意图;
图3是本发明提供的一种紫外光灯激发电路示意图;
图4是本发明提供的一种基于电流控制的谐振电压和电流波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
第一实施例,本发明提供了一种紫外光灯激发方法,如图1所示,本发明提供的一种紫外光灯激发方法,包括:
101:获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
102:根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
103:根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
104:输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
以上所述紫外光灯激发电路参数包括:紫外光灯灯管电流I2。
以上所述紫外光灯激发电路包括:输入整流支路,开关控制支路和输出谐振支路;
所述输入整流支路,用于将三相交流输入电压整流为直流电压,并将所述直流电压输入到所述开关控制支路;
所述开关控制支路,用于所述直流电压逆变为所述紫外光灯的工作阶段的交流电压;
所述输出谐振支路,用于将所述交流电压输入到所述紫外光灯,以便所述紫外光灯激发,并在激发后进入稳定工作阶段。
第二实施例,本发明提供了一种紫外光灯激发装置,如图2所示,本发明提供的一种紫外光灯激发装置,包括:
信息获取单元201,用于获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
信息处理单元202,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
信息控制单元203,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
信息输出单元204,用于输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
第三实施例,本发明提供了一种紫外光灯激发电路,如图3所示,本发明提供的一种紫外光灯激发电路,包括:输入整流支路,开关控制支路和输出谐振支路;
所述输入整流支路,用于将三相交流输入电压整流为直流电压,并将所述直流电压输入到所述开关控制支路;
所述开关控制支路,用于所述直流电压逆变为所述紫外光灯的工作阶段的交流电压;
所述输出谐振支路,用于将所述交流电压输入到所述紫外光灯,以便所述紫外光灯激发,并在激发后进入稳定工作阶段。
其中,所述输入整流支路包括:第一二极管D1,第二二极管D2,第三二极管D3,第四二极管D4,第五二极管D5,第六二极管D6和第一电容C1;
所述第一二极管D1正极端与所述第二二极管D2负极端相连,并连接三相交流输入电压的A相输入端;所述一二极管D1负极端分别与所述第三二极管D3负极端,所述第五二极管D5负极端以及所述第一电容C1相连;所述第二二极管D2正极端分别与所述第四二极管D4正极端,所述第六二极管D6正极端以及所述第一电容C1另一端相连;
所述第三二极管D3正极端与所述第四二极管D4负极端相连,并连接所述三相交流输入电压的B相输入端;
所述第五二极管D5正极端与所述第六二极管D6负极端相连,并连接所述三相交流输入电压的C相输入端。
需要说明的是,所述开关控制支路包括:第一开关管M1,第二开关管M2,第三开关管M3,第四开关管M4;
所述第一开关管M1的栅极,所述第二开关管M2的栅极,所述第三开关管M3的栅极和所述第四开关管M4的栅极连接信息控制单元;
所述第一开关管M1的漏极分别连接所述第三开关管M3的漏极以及所述输入整流支路的第一二极管D1的负极端;所述第一开关管M1的源极连接所述第二开关管M2的漏极;所述第二开关管M2的源极分别连接所述第四开关管M4的源极和所述第二开关管D2的正极端;
所述第三开关管M3的源极与所述第四开关管M4的漏极相连。
所述输出谐振支路包括:第一电感L1和第二电容C2;
所述第一电感L1一端连接所述第三开关管M3源极与所述第四开关管M4漏极连接端;所述第一电感L1另一端接所述第二电容C2一端;所述第二电容C2另一端连接所述第一开关管M1源极和所述第二开关管M2漏极连接端;所述紫外光灯并联在所述第二电容两端。
该电路还包括:电流检测单元;所述电流检测单元用于检测所述输出谐振支路电流。
针对现有技术中,由电感镇流器搭建而成的高压激发电路,需要多次反复通断,进行气体电离,才能保证灯管的可靠发光,响应较慢,且高压脉冲的维持时间较短;在高压大功率的UV紫外光灯应用场合中,电感镇流器的体积较大,制造工艺复杂;对于不同功率等级的UV紫外光灯管,电感镇流器参数适应性较差等这些问题。本发明技术方案通过DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)控制开关控制支路的全桥输出20K-100KHz的交流方波,加到与UV紫外光灯连接的输出谐振支路的上,实时采样输出谐振支路中的谐振电流方向,进而获得谐振频率,控制所述全桥的开关方向,进行自适应的电压谐振,使得在谐振电容上能够产生高达8KV的电压脉冲串,且根据谐振电流大小的控制,能够一直维持谐振高压脉冲的最高阈值不变,进而能够实现过压保护的目的,直到与谐振电容并联的UV紫外光灯灯管内的气体被电离击穿,灯管进入正常工作。
本方案提供的紫外光灯激发电路所产生的高压脉冲响应时间快,在一个谐振周期内,能够达到4倍的输入电压,且能够持续输出稳定的高压脉冲,保证灯管的可靠激发;通过设置谐振电流就可以适应不同功率等级,不同激发电压的UV紫外光灯,高频谐振电感体积小,制造工艺简单,可靠。
本方案提供的基于电流控制的一种用于稳定可靠激发UV紫外光灯的紫外光灯激发电路,如图3所示,
所述输入整流支路由二极管D1-D6和C1构成,将三相交流输入电压整流为直流电压;
所述开关控制支路的全桥逆变部分由Mos管M1-M4构成,将直流电压逆变为50Hz-100KHz的交流电压;UV紫外光灯的工作阶段有两个,激发阶段和稳定工作阶段;在激发阶段,全桥逆变的输出频率为20KHz-100KHz,根据输出谐振参数自适应;在稳定工作阶段,全桥逆变的输出频率为50Hz;
所述输出谐振支路的LC输出谐振部分由电感L1和电容C2构成,用于将全桥逆变输出的交流电压谐振到UV紫外光灯的激发电压,在电容C2上产生的谐振电压最高达8KV,加到与电容C2并联的UV紫外光灯的两端,激发后UV紫外光灯进入稳定工作阶段。
以上所述紫外光灯激发电路的工作原理具体如下,如图4所示为基于电流控制的谐振电压和电流波形图:
LC谐振频率Fs根据公式1设计为20KHz附近,这样全桥mos管的开关频率自动跟踪LC谐振频率,不致于开关频率过高,降低开关损耗。图1中,电流I1为C1的电容电流和UV灯管电流之和,电流I2为UV灯管电流,三相输入整流后的直流母线电容C1两端电压为V。数字信号处理器DSP实时采样I1、I2和V。
Figure BDA0002879320280000071
1、启动时,由于UV灯管未激发,此时UV灯管相当于开路状态,电流I1为电容C2的谐振电流,从左向右流向为参考正方向;DSP控制mos管M2和M3同时导通一个谐振周期50us,母线电压V经过M3,串联电感L1,给谐振电容C2充电,如图2所示;t0-t1时刻,C2的电压从0上升至母线电压V,电感L1电流从0上升至I;
2、t1-t2时刻,电感继续给电容C2充电,电感电流从I降低至0,电容C2电压从V上升至2V;综上分析,t0-t2阶段,电感L1电流I1>0,电流从0上升至I,又降至0,电流方向始终为正方向,电容C2从0上升至2V。
3、t2时刻,电容C2电压为2V,电感电流I1=0;t2-t3时刻,电容C2通过电感L1,mos管M3、M2放电,电流I1从0变为负。此时DSP检测到I1<0时,立即切换全桥mos的开关方向,关闭M2和M3,开通M1和M4。此时母线电压V通过M1、M4和谐振电容C2一起给电感L1反向充电,电容C2两端电压从2V下降至-V,电感电流从0开始反向上升至2I;
4、t3-t4时刻,电感L1通过M1,M4给电容C2反向充电,电流从反向2I开始下降至0,电容C2电压从-V下降至-4V;这个过程中,I1始终为负向。
5、t4时刻,电容C2电压为-4V,电感电流I1=0;t4-t5时刻,电容C2通过电感L1,mos管M1、M4放电,电流I1从0变为正。此时DSP检测到I1>0时,立即切换全桥mos的开关方向,关闭M1和M4,开通M2和M3。此时母线电压V通过M2、M3和谐振电容C2一起给电感L1正向充电,电容C2两端电压从-4V上升至V,电感电流从0开始正向上升至4I;
6、t5-t6时刻,电感L1通过M2,M3给电容C2正向充电,电流从正向4I开始下降至0,电容C2电压从V上升至6V;这个过程中,I1始终为正向。
综上所述,通过数字信号处理器DSP实时检测谐振电流I1的方向,来确定LC谐振网络的频率,进而控制全桥mos的开关方向,自适应的跟踪LC的谐振参数。在一个谐振周期内,可将电容C2的电压提高4倍,高压脉冲响应时间快。通过DSP实时控制谐振电流I1的大小,来达到控制电容C2两端谐振电压的目的,进而持续输出稳定的高压脉冲,保证灯管的可靠激发;通过通过控制谐振电流I1的大小可以适应不同功率等级,不同激发电压的UV紫外光灯。
本方案在进行不同功率等级和不同激发电压的UV紫外光灯应用中,能够稳定可靠的激发UV紫外光灯,使其正常工作。
图3中,D1-D6可以选用DSP45-16A,反向电压1600V,有效导通电流70A,作三相输入不可控整流使用。
C1可以选用200uF/900V电容,用作三相输入不可控整流滤波使用。
M1-M4可以选用SCT30N120,DS(漏源极电压)电压1200V,100℃时DS连续电流34A,用作全桥逆变功率开关用,将直流电压逆变为交流电压方波,交流电压的频率为谐振电路的谐振频率。
此处谐振电路即所述输出谐振支路由L1、C2构成。L1选用500uH,额定电流有效值20A;C2选用50nF/8000V金属膜电容。
本方案在进行不同功率等级和不同激发电压的UV紫外光灯应用中,能够稳定可靠的激发UV紫外光灯,使其正常工作。
第四实施例,本发明提供了一种紫外光灯,该紫外光灯包括:如上所述的紫外光灯激发电路。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。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,均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种紫外光灯激发方法,其特征在于,包括:
获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
2.如权利要求1所述的紫外光灯激发方法,其特征在于,所述紫外光灯激发电路包括:输入整流支路,开关控制支路和输出谐振支路;
所述输入整流支路,用于将三相交流输入电压整流为直流电压,并将所述直流电压输入到所述开关控制支路;
所述开关控制支路,用于所述直流电压逆变为所述紫外光灯的工作阶段的交流电压;
所述输出谐振支路,用于将所述交流电压输入到所述紫外光灯,以便所述紫外光灯激发,并在激发后进入稳定工作阶段。
3.如权利要求2所述的紫外光灯激发方法,其特征在于,所述紫外光灯激发电路参数包括:紫外光灯灯管电流I2。
4.一种紫外光灯激发装置,其特征在于,该装置包括:
信息获取单元,用于获取紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数;
信息处理单元,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振电流I1的方向及紫外光灯激发电路参数,确定所述紫外光灯激发电路的谐振频率;
信息控制单元,用于根据所述紫外光灯激发电路的谐振频率,控制所述紫外光灯激发电路的开关控制支路的开关方向;
信息输出单元,用于输出所述紫外光灯激发电路的谐振电压,以便控制所述紫外光灯的正常工作。
5.一种紫外光灯激发电路,其特征在于,该电路包括:输入整流支路,开关控制支路和输出谐振支路;
所述输入整流支路,用于将三相交流输入电压整流为直流电压,并将所述直流电压输入到所述开关控制支路;
所述开关控制支路,用于所述直流电压逆变为所述紫外光灯的工作阶段的交流电压;
所述输出谐振支路,用于将所述交流电压输入到所述紫外光灯,以便所述紫外光灯激发,并在激发后进入稳定工作阶段。
6.如权利要求5所述的紫外光灯激发电路,其特征在于,所述输入整流支路包括:第一二极管D1,第二二极管D2,第三二极管D3,第四二极管D4,第五二极管D5,第六二极管D6和第一电容C1;
所述第一二极管D1正极端与所述第二二极管D2负极端相连,并连接三相交流输入电压的A相输入端;所述一二极管D1负极端分别与所述第三二极管D3负极端,所述第五二极管D5负极端以及所述第一电容C1相连;所述第二二极管D2正极端分别与所述第四二极管D4正极端,所述第六二极管D6正极端以及所述第一电容C1另一端相连;
所述第三二极管D3正极端与所述第四二极管D4负极端相连,并连接所述三相交流输入电压的B相输入端;
所述第五二极管D5正极端与所述第六二极管D6负极端相连,并连接所述三相交流输入电压的C相输入端。
7.如权利要求6所述的紫外光灯激发电路,其特征在于,所述开关控制支路包括:第一开关管M1,第二开关管M2,第三开关管M3,第四开关管M4;
所述第一开关管M1的栅极,所述第二开关管M2的栅极,所述第三开关管M3的栅极和所述第四开关管M4的栅极连接信息控制单元;
所述第一开关管M1的漏极分别连接所述第三开关管M3的漏极以及所述输入整流支路的第一二极管D1的负极端;所述第一开关管M1的源极连接所述第二开关管M2的漏极;所述第二开关管M2的源极分别连接所述第四开关管M4的源极和所述第二开关管D2的正极端;
所述第三开关管M3的源极与所述第四开关管M4的漏极相连。
8.如权利要求7所述的紫外光灯激发电路,其特征在于,所述输出谐振支路包括:第一电感L1和第二电容C2;
所述第一电感L1一端连接所述第三开关管M3源极与所述第四开关管M4漏极连接端;所述第一电感L1另一端接所述第二电容C2一端;所述第二电容C2另一端连接所述第一开关管M1源极和所述第二开关管M2漏极连接端;所述紫外光灯并联在所述第二电容两端。
9.如权利要求8所述的紫外光灯激发电路,其特征在于,该电路还包括:电流检测单元;所述电流检测单元用于检测所述输出谐振支路电流。
10.一种紫外光灯,其特征在于,包括:如权利要求5-9中任意一项所述的紫外光灯激发电路。
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