CN201114945Y - 高压放电灯电子镇流器 - Google Patents

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Abstract

高压放电灯电子镇流器，包括抗电磁干扰滤波电路、桥式整流电路、有源功率校正电路、点火电路、灯管电流电压检测电路，以及温度和故障检测电路，由微处理控制器与DC/DC调节功率和电流电路组成的脉宽调节控制器，由微处理控制器和低频方波转换电路组成的低频方波全桥变换器。本实用新型由MCU及其软件和电压驱动器组成全桥变换器，用低频方波为高压放电灯提供低频高电压交流电源。PMW脉宽调节控制器通过MCU检测高压放电灯输出的电压和电流，控制低频方波的宽度，在维持供电电流的恒定条件下控制功率，在灯管的不同工作阶段提供不同的电流和功率，从而降低高压放电灯伤害，达到节能效果，低频方波电源也不产生声共振。

Description

高压放电灯电子镇流器
技术领域
本实用新型涉及电子镇流器，特别是关于高压节能灯的电子镇流器。
背景技术
电子镇流器以其功率因数高，能有效地提高供电系统和电网的利用率，达到高效节能的效果，同时还具重量轻、无闪烁及噪声等优点，被快速发展和推广应用。高压放电灯是用途广泛的节能型光源，与其配套使用的电子镇流器性能有很高的要求，如要能输出足够大的功率，要提供足够高的触发电压，对输入电流谐波、射频干扰和电磁辐射等要具有足够的抑制能力，要消除声共振，确保放电电弧稳定，同时对镇流器故障和灯具损害有保护功能。CN200944693Y提出一种数字式电子镇流器，其控制部分采用MCU，依据控制软件可选择性实现数字式扫频谐振点火，数字式恒功率控制，复合调制消除声共振等。其控制方法是MCU直接产生高频扫频信号驱动，高频谐振点火。由于采用恒功率控制、限制了功率变化，存在入下问题：1)热灯管和冷灯管，从启动到稳定阶段，它们所需的功率并不一致。冷灯管启动后，功率是逐步上升，而热灯管功率变化剧烈。采用恒功率控制，在热灯管启动过程中，有可能灯会熄灭。2)新灯管、老灯管管压差异比较大。旧灯管阻抗大、不容易点亮。新灯管用同样的功率，会使灯管流过电流过大，会影响灯的寿命。另外高频输出控制的高压放电灯容易产生高频谐振引起共振噪声，这些问题影响高压放电灯的节能效果和使用寿命。
发明内容
本实用新型针对目前高压放电灯在使用中存在的问题，用一种低频工作的高压放电灯电子整流器，提供足够的启动电压，消除“声共振”并对电流谐波、射频干扰和电磁辐射有足够的抑制作用，达到输出功率大、功率因素高，节省电能，延长使用寿命的目的。
高压放电灯电子镇流器，包括抗电磁干扰滤波电路、桥式整流电路、有源功率校正电路、点火电路、灯管电流电压检测电路，以及温度和故障检测电路，其特征还有由微处理控制器与DC/DC调节功率和电流电路组成的脉宽调节控制器，由微处理控制器和低频方波转换电路组成的低频方波全桥变换器；DC/DC调节功率和电流电路接于有源功率校正电路与微处理控制器的输出端，和低频方波转换电路的输入端；低频方波全桥变换电路接入DC/DC调节功率和电流电路与微处理控制器的输出端和灯管的输入端。
本实用新型的电子镇流器采用微处理控制器及相应的控制软件与电压驱动器组合成功率因素校正和提供高压放电灯必要电流和电压，由MCU及其软件和电压驱动器组成全桥变换器，用低频方波为高压放电灯提供低频高电压交流电源。
PMW脉宽调节控制器通过MCU检测高压放电灯输出的电压和电流，控制低频方波的宽度，在维持供电电流的恒定条件下控制功率，在灯管的不同工作阶段提供不同的电流和功率，达到按需供应的目的，从而降低高压放电灯伤害，达到节能效果，低频方波电源也不产生声共振。
附图说明
图1为本实用新型结构框图。
图2为本实用新型实施电路图。
图3为本实用新型工作时电流电压功率变化图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型所述的电子镇流器包括抗电磁干扰滤波电路1、全桥整流电路2、有源功率校正电路3、DC/DC调节功率和电流电路4、低频方波转换电路5、点火控制电路7和微处理控制器8，以及电压电流检测，温度和故障检测等，以下结合图2和图3对各主要电路的结构和功能作进一步分别描述。
抗电磁干扰滤波电路1，即EM1滤波电路由电容C1、C2和电感T4、T5构成，电路的工作原理是利用电感T4、T5对低频交流市电呈现低阻抗，对高次谐波电流呈现高阻抗的特性；C1，C2对低频交流市电呈现高阻抗，对高波谐波电流呈现低阻抗的特性。这样，对电源电流的衰减甚微，同时抑制电流噪声。电路中电感采用口形铁氧体磁芯与之配套的塑料骨架。T4、T5对称的绕在同一磁芯上，这样在正常的工作电流范围内，由于磁性材料的磁性互相补偿，从而能避免磁通饱和。共模信号被大大抑制，对高频差模信号也有一定的抑制作用。
全桥整流电路2包括整流二极管桥路TD和电容C3，输出310V直流经电容C3滤波。
有源功率校正电路3，即APFC电路包括电感T1、控制芯片U1、(L6562)、MOS管Q1(IRF840)、电阻R58和电容C5，电感T1的1脚与Q1管一脚相连，Q1管另一脚通过电阻R58与U1的GD脚相连，U1的CS脚与Q1的基极相连。APFC级采用升压型DC/DC变换器，其输出电压为400V。APFC电路用来减少输入电流的谐波，提高功率因数，减少对电网的污染，此外它还给高频逆变器提供稳定的输入电压，使受高频逆变器输出驱动工作不受电网电压变化的影响，使灯能在较大的电网电压变化范围内正常启动和工作，这是传统电感镇流器无法实现的。
DC/DC调节功率和电流电路4包括微处理控制器U2(MCU)，选用型号为PIC16F73、驱动器芯片U5、MOS管Q2、电感T2、电容C15和电阻R55。微处理控制器U2的RC2脚通过电阻R55与驱动器芯片U5的H1N脚相连组成产生PMW脉宽调制电路，驱动器芯片U5的COM脚通过电容C15至电感T2的一端与MOS管Q2的基极相连。
高频降压电路是电子镇流器电路中最基本同时也是最关键的组成部分。当灯被点火后，灯电阻迅速减小约20欧姆，灯两端的电压迅速下降，大概从几千伏到二十伏左右，为了维持电弧放电，需要在不同的阶段提供给灯不同的电流和功率。其功率的控制是由MCU的PMW来完成，MCU通过检测灯输出的电压和电流，控制PMW的脉宽，达到控制的目的。
低频方波全桥转换电路5包括微处理控制器U2、驱动器U3、U4，MOS管Q3、Q4和Q5、Q6，微处理控制器U2的RB6、RB7脚分别与驱动器U3的H1N、L1N脚相连，驱动器U3的HO、LO脚分别与MOS管Q4、Q6的基极相连，微处理控制器U2的RB5、RB4脚分别与驱动器U4的H1N、L1N脚相连接，驱动器U4的HO、LO脚分别与MOS管Q3、Q5的基极相连。低频方波由微处理控制器U2内经PMW脉宽调制产生低频方法，微处理控制器U2的RB7和RB4分别与驱动器U4和U5的L1N脚相连接组成低频交变电路，由高低驱动器驱动MOS管Q3、Q5或Q4、Q6在高压放电灯两端电压切换工作，频率为160Hz，由于高压放电灯在此低频段工作，有效地解决声共振问题。
镇流器通电后，灯点火前、灯管相当于开路，点灯时，MCU控制电路输出低频方波，交替驱动导通。点火电路7包括高压触发二极管RV2、驱动器U4、电感T3和电容C23，高压触发二极管RV2的1脚与驱动器U4的VS脚相连，高压触发二极管RV2的2脚通过电容C23与电感T3的4脚相连。启动时全卤高压放电灯要求电子镇流器提供足够高的触发电压，使电弧管击穿，由电感T3和电容C23串联谐振电路产生4～5KV的高压，使电弧管击穿。为使辉光放电尽快转为弧光放电，必须有足够的功率不断地供给。
微处理控制器8采用Microchip PIC16F73为HID电子镇流器微处理器，它主频可达20MHZ，有4路A/D的MCU作为全桥转换器和控制器部件，原理图(2)。
与微处理控制器MCU相配套的控制流程软件包括电子镇流器工作过程控制软件，脉宽调制工作软件，检测控制温度功能，故障监测功能软件，开路、短路检测功能，工作电压监控功能和灯电流检测功能等故障检测。
MCU控制与检测：电子镇流器的微处理器(MCU)具有全桥转换功能，由高/低驱动器(1R2101)驱动4个MOS管，灯管两端电压切换频率为160HZ。系统具有“看门狗”功能。
故障控制功能：检测电子镇流器的工作温度、灯管工作电压、灯管电流，若产生超温、过压和过流时，MCU软件会执行故障处理程序，切断4个MOS管，保护灯管。
系统具有“看门狗”功能，当灯管点火亮后，高压放电灯阻抗下降到低电阻状态，瞬间造成电路的电流冲击，使APFC控制器失去了比较基础，可能会产生停振现象，在这种情况下采用“看门狗”技术，使零电流检测器置零，迅速开启MOS管Q0，使L6562恢复正常的工作。
以下结合图3简述高压放电灯电子镇流器控制软件工作过程：
预热阶段：点火之前需要有一定的时间建立一个足够高的电压，使得电路能够在接下来的时间产生高压脉冲，比如击穿高压触发二极管或使脉冲变压器饱和等。
点火阶段：对于一个冷态的金属卤化物灯，3～5KV的高压就可以将灯击穿，为了确保灯被击穿，要求在额定击穿高压的90％以上时脉冲宽度达到1uS以上，并且保证在每个逆变周期至少有一个高压脉冲。
接管阶段：当灯被点火后，马上进入这个阶段，灯电阻迅速减小到几十欧姆，灯两端的电压迅速下降，大概从几千伏下降到到二十伏左右，为了维持电弧放电，需要有一个比较大的输入电流。
加热阶段：电弧建立起来后，灯的特性很大程序上取决于它的温度。对于一个冷的灯管来说，它需要马上热起来以提供足够的电流以维持电弧，这就需要一个比较大的交流电流。
上升阶段：经过以上几个过程，电弧开始进入相对稳定的状态。然后通过这个阶段灯电压从20V开始上升到额定工作状态的电压85～100V左右，同时流过灯的电流从处始电流下降到稳定工作电流左右，灯的功率也相应地随着灯电压、电流变化。如图3的AB段为恒定控制，BC段为功率控制。
稳定阶段：金属卤化物灯在点火后，经过5分钟左右进入稳态。此时灯的等效电阻完全取决于灯的特性和使用时间，稳态工作下的金属卤化物灯的两端电压有一个最小、最大值(V，.-V.)，在此范围内金属卤化物灯需要工作在恒功率状态。如图3的C段以后都恒定功率控制。

Claims (6)

1、高压放电灯电子镇流器，包括抗电磁干扰滤波电路、桥式整流电路、有源功率校正电路、点火电路、灯管电流电压检测电路、以及温度和故障检测电路，其特征还有由微处理控制器和DC/DC调节功率和电流电路组成的脉宽调节控制器，由微处理控制器和低频方波转换电路组成的低频方波全桥变换器；DC/DC调节功率和电流电路接于有源功率校正电路与微处理控制器的输出端，和低频方波转换电路的输入端；低频方波全桥转换电路接入DC/DC调节功率和电流电路与微处理控制器的输出端和灯管的输入端。
2、根据权利要求1所述的高压放电灯电子镇流器，其特征是低频方波全桥转换(5)电路包括微处理控制器U2、驱动器U3、U4，MOS管Q3、Q4和Q5、Q6，微处理控制器U2的RB6、RB7脚分别与驱动器U3的H1N、L1N脚相连，驱动器U3的HO、LO脚分别与MOS管Q4、Q6的基极相连，微处理控制器RB5、RB4脚分别与驱动器U4的H1N、L1N脚相连接，驱动器U4的HO、LO脚分别与MOS管Q3、Q5的基极相连。
3、根据权利要求1所述的高压放电灯电子镇流器，其特征是DC/DC调节功率和电流电路(4)包括微处理控制器U2、驱动器芯片U5、MOS管Q2、电感T2、电容C15和电阻R55，微处理控制器U2的RC2脚通过电阻R55与驱动器芯片U5的H1N脚相连，驱动器U5的COM脚通过电容C15至电感T2的一端与MOS管Q2的基极相连。
4、根据权利要求1所述的高压放电灯电子镇流器，其特征是点火电路(7)包括高压触发二极管RV2、驱动器U4、电感T3和电容C23，高压触发二极管RV2的1脚与驱动器U4的VS脚相连，高压触发二极管RV2的2脚通过电容C23与电感T3的4脚相连。
5、根据权利要求1所述的高压放电灯电子镇流器，其特征是用于由微处理控制器U2的RC2脚通过电阻R55与驱动器芯片U5的H1N脚相连接组成产生PMW脉宽调制电路。
6、根据权利要求1所述的高压放电灯电子镇流器，其特征是由微处理控制器U2的RB7和RB4分别与驱动器U4和U5的L1N脚相连接组成低频交变电路。
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