CN1127886C - 高频驱动气体放电灯电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高频驱动气体放电灯电源，本发明的特点为由一个经功率因数校正的直流电源提供能量，由电感器和电容器串联并接于直流电源上，产生主频为、特征阻抗为、在电容器两端输出峰值为2Ec的正弦交流电压；两个电子开关并联在电容器两端；高频电感镇流器与气体放电灯串联后并联在电子开关两端。本发明具有低电流波峰比(对灯无冲击)、灯电流连续、无频闪、无声谐振的优点。

Description

高频驱动气体放电灯电源
                       技术领域
本发明涉及驱动气体放电灯的电源，具体的说是一种高频驱动气体放电灯电源。
                       背景技术
高强度、大功率气体放电灯需高达数千伏电压触发击穿气体，并且呈负阻特性，启动时间长、电流大，在工频(50-60赫芝)中，有工作电流死区，每秒钟重复上百次，产生较大的电流波蜂比，严重地影响了灯管的使用寿命，在三相供电系统中，零线所产生大谐波电流，对电网会引起供电系统的损坏和火灾隐患。目前为了解决上述问题，常采取使用电子镇流器启动高压气体放电灯，如中国专利局已公开的专利96119658.0中就提供了一种恒功率调整、高功率因数、低谐波含量、启动电流低、可允许高压灯两端长期开路、短路状态带电的高压气体放电灯电子镇流器，上述发明专利虽然解决上述的一些问题，但仍然存在采用硬开关技术、电路复杂、有高频谐波、调整繁琐的缺陷。
                       发明内容
本发明的目的是提供一种既具有上述发明的特点，又是一种高频正弦、低电流波峰比(对灯无冲击)、灯电流连续、无频闪、无声谐振的高频驱动气体放电灯电源，以克服上述的不足。
为了实现上述目的，本发明的特点为由一个经功率因数校正的直流电源Ec提供能量，由电感器L1和电容器C1串联并接于直流电源Ec上，产生主频为 f = 1 / ( 2 Π L 1 C 1 ) , 特征阻抗为
Figure C0110649300042
在电容器C1两端输出峰值为2Ec的正弦交流电压；
两个电子开关K1、K2串联后并联在电容器C1两端；
电子开关K1、K2上分别并联有续流二极管D1、D2；
有一高频电感镇流器L2与气体放电灯G串联后并联在电子开关K2两端。
上述电感器L1是由变压器B1构成，上述电子开关K1、K2由开关管Q1、Q2构成，上述高频电感镇流器L2由高频变压器B2构成，有一控制电路M控制开关管Q1、Q2的通断，有一个串联的负温度系数电阻NTC和隔直电容C3串联在气体放电灯G和直流电源Ec负极之间之间，还有一补偿电容C2一端接两个开关管Q1、Q2之间，其另一端连接于气体放电灯G和负温度系数电阻NTC之间。
上述控制电路M的输入端接有变压器B1的次级n12和检测电容器C1的电流互感器B3的输出信号n32，其输出有开关管Q1、Q2通断控制信号和气体放电灯G的启动信号a、b，该启动信号a、b接入高频变压器B2的次级n22，在控制电路M与电容器C1正级之间还连接有限流电阻R。
上述控制电路M由整流滤波直流电源、信号放大电路、比较鉴相电路、鉴频锁相电路、电平移动电路、电流跟随电路、双稳态电路及启动电路构成。
本发明由于采用隔离启动、分源维持的原则，使得本发明具有低电流波峰比(对灯无冲击)、灯电流连续、无频闪、无声谐振的优点。本发明电路简单、体积小。
                     附图说明
图1为本发明的电路拓扑图。
图2为本发明实施例电路原理图。
图3为本发明控制电路M的原理方框图。
                   具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步说明本发明。
在电力电网中经功率因数调整并稳压后的直流电源Ec供一个电感器L1、电容器C1串联后的谐振网络，(如图1)在电容器C1两端输出频率f＝1/L1C1、峰值为2Ec的正弦高频电压，经电子开关K1、K2和高频电感镇流器L2镇流后供给气体放电灯G的能量。
在实施例中变压器B1的初级n11和电容器C1组成主频谐振网络，开关管Q1、Q2是受控开关，控制电路M是信号检测、处理和开关管Q1、Q2的控制模块，高频变压器B2中的n21是高频镇流电感，气体放电灯G是负载，负温度系数电阻NTC是减少灯启动时浪涌电流的保护电阻，电容器C2是气体放电灯G启动通路和运行时的校正补偿电容，电阻器R是控制电路M工作初始能量提供时的限流电阻。
上述电路中，当电源Ec有电时，电源Ec对电容器C1充电，电容器C1电充满后，当控制电路M检则电容器C1的充电电流为零时，同时变压器B1的次级n12无信号(即变压器B1初级n11为零时)，控制电路M从启动电路a、b端发出灯启动脉冲信号，该脉冲信号通过高频变压器B2在其初级n21产生高压，由初级n21、气体放电灯G和补偿电容C2形成回路，使气体放电灯G点亮，同时控制电路M给开关管Q1信号使其导通，此时电容器C1放电，用以维持气体放电灯G发亮，此时高频变压器B2的次级n22反馈气体放电灯G的维持电流信号；当电容器C1放电完毕时，开关管Q1截止，二极管D2续流时，控制电路M给开关管Q2信号使其导通，由高频镇流电感n21的储能继续维持气体放电灯G发亮，直至开关管Q2截止时，控制电路M给开关管Q1信号使其导通(此时电容器C1已冲完电)，完成一个周期。
当气体放电灯G开路时，高频变压器B2的次级n22无反馈电流，控制电路M无法控制开关管Q2导通，并且变压器B1次级n12无能量储存，整个电路处于休眠状态；当气体放电灯G短路时，变压器B1次级n12反馈量大，此时控制电路M停止了开关管Q1、Q2的工作，电路也是休眠态，几乎不耗电(＜1W)。高频变压器B2的次级n23是作变压器时的输出绕组，可作其他用途。
控制电路M是一个独立的综合模块，控制电路M由整流滤波直流电源、信号放大电路、比较鉴相电路、鉴频锁相电路、电平移动电路、电流跟随电路及双稳态电路构成。其中：整流滤波直流电源的输入端经过电阻器R接电源Ec，通过一个三端稳压块输出整个控制电路M的工作电源；信号放大电路有三个运算放大器A1、A2、A3，三个运算放大器A1、A2、A3的正反向输入端分别连接变压器B1次级n12、电流互感器B3的输出信号n32、高频变压器B2的次级n22，运算放大器A1的输出端连比较鉴相电路的输入端，运算放大器A2的输出端连比较鉴相电路的输入端，同时接鉴频锁相电路的输入端，并连接双稳态电路的输入端，运算放大器A3的输出端连比较鉴相电路的输入端；电平移动电路的输入端连比较鉴相电路的输出端，其输出端与开关管Q1的基极相连接；电流跟随电路的输入端连鉴频锁相电路的输出端，其输出端与开关管Q2的基极相连接；双稳态电路的输出端连接启动电路中晶闸管的触发极，该启动电路输出启动脉冲信号a、b与高频变压器B2的次级n22相连接。
控制电路M把变压器B1次级n12将电源提供电流的大小给运放A1放大整形，运放A2将电容器C1的电流大小和相位放大整形，在电容器C1两端产上述两路信号经比较器，并鉴相后在电容器C1充电完毕时控制电子开关K1导通；由于变压器B2和有源器件(开关管等)的分布的无源参数(分布电容、线路感抗等)影响了主频，所以运放A2的信号与由高频变压器B2中的初级n21检测的负载电流信号经运放A3放大整形，经鉴相锁相后，由跟随器发出电子开关K2控制信号，经鉴相锁相信号控制比较鉴相器，因为高频变压器B2既是高频镇流电抗器，又是储能器，当储能供灯到一定量时，才能使电子开关K1导通(即电子开关K2必须可靠截止)；双稳电路控制给晶闸管发出高压灯触发启动脉冲，同时给电子开关K1发出优先导通信号，如果灯正常接入电路，变压器B1就有电流通过，该信号经运放A3放大整形后，封锁双稳态电路，使其无高压控制信号产生即晶闸管无触发信号，启动电路就不会产生高压接入高频变压器B2，从而保证器件的安全运行；控制电路的工作电源经变压器B1的次级n12取出，经稳压后供给；电平移动电路可经外接变压器和光电耦合。
本发明的开关管Q1、Q2可采用功率MOS管、IGB功率管、快速晶闸管等。
本发明的一些未详细描述的部分对于本领域技术人员毫无疑问是很明显的，所以无需描述。

Claims (4)

1、一种高频驱动气体放电灯电源，其特征在于：由一个经功率因数校正的直流电源(Ec)提供能量，由电感器(L1)和电容器(C1)串联并接于直流电源(Ec)上，产生主频为 f = 1 / ( 2 Π L 1 C 1 ) , 特征阻抗为
Figure C0110649300022
输出峰值为2Ec的正弦交流电压；
两个电子开关(K1)、(K2)串联后并联在电容器(C1)两端；
电子开关(K1)、(K2)上分别并联有续流二极管(D1)、(D2)；
有一高频电感镇流器(L2)与气体放电灯(G)串联后并联在电子开关(K2)两端。
2、依据权利要求1所述的高频驱动气体放电灯电源，其特征在于：电感器(L1)是由变压器(B1)构成，电子开关(K1)、(K2)由开关管(Q1)、(Q2)构成，高频电感镇流器(L2)由高频变压器(B2)构成，有一控制电路(M)控制开关管(Q1)、(Q2)的通断，有一个串联的负温度系数电阻NTC和隔直电容(C3)串联在气体放电灯(G)和直流电源(Ec)负极之间之间，还有一补偿电容(C2)一端接两个开关管(Q1)、(Q2)之间，其另一端连接于气体放电灯(G)和负温度系数电阻NTC之间。
3、依据权利要求2所述的高频驱动气体放电灯电源，其特征在于：控制电路(M)的输入端接有变压器(B1)的次级(n12)和检测电容器(C1)的电流互感器(B3)的输出信号(n32)，其输出有开关管(Q1)、(Q2)通断控制信号和气体放电灯(G)的启动信号(a)、(b)，该启动信号(a)、(b)接入高频变压器(B2)的次级(n22)，在控制电路(M)与电容器(C1)正级之间还连接有限流电阻(R)。
4、依据权利要求2或3所述的高频驱动气体放电灯电源，其特征在于：控制电路(M)由整流滤波直流电源、信号放大电路、比较鉴相电路、鉴频锁相电路、电平移动电路、电流跟随电路及双稳态电路构成，其中：
整流滤波直流电源的输入端经过电阻器(R)接电源(Ec)，通过一个三端稳压块输出整个控制电路(M)的工作电源；
信号放大电路有三个运算放大器(A1)、(A2)、(A3)，三个运算放大器(A1)、(A2)、(A3)的正反向输入端分别连接变压器(B1)次级(n12)、电流互感器(B3)的输出信号(n32)、高频变压器(B2)的次级(n22)，运算放大器(A1)的输出端连比较鉴相电路的输入端，运算放大器(A2)的输出端连比较鉴相电路的输入端，同时接鉴频锁相电路的输入端，并连接双稳态电路的输入端，运算放大器(A3)的输出端连比较鉴相电路的输入端；
电平移动电路的输入端连比较鉴相电路的输出端，其输出端与开关管(Q1)的基极相连接；
电流跟随电路的输入端连鉴频锁相电路的输出端，其输出端与开关管(Q2)的基极相连接；
双稳态电路的输出端连接启动电路中晶闸管的触发极，该启动电路输出启动脉冲信号(a)、(b)与高频变压器(B2)的次级(n22)相连接。
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