CN201204738Y - 无电解电容hid灯电子镇流器 - Google Patents

无电解电容hid灯电子镇流器 Download PDF

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CN201204738Y CNU2008201043023U CN200820104302U CN201204738Y CN 201204738 Y CN201204738 Y CN 201204738Y CN U2008201043023 U CNU2008201043023 U CN U2008201043023U CN 200820104302 U CN200820104302 U CN 200820104302U CN 201204738 Y CN201204738 Y CN 201204738Y
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Abstract

本实用新型提供一种无电解电容HID灯电子镇流器，采用单片机产生多相高频方波脉冲群，用多组不同相位的高频方波脉冲，分别控制多相位电力电子开关的“通”和“断”，以多相高频APFC(有源功率因数补偿)实现用有源微分电能来抑平直流母线纹波的有源电路，来替代传统用无源电解电容贮存电荷抑平直流母线纹波的电路。采用本技术方案的HID灯电子镇流器的可靠性大幅度提升，实现总体性价比超越传统有电解电容的HID灯电感镇流器。

Description

无电解电容HID灯电子镇流器
技术领域
本实用新型涉及开关电源领域，特别涉及一种专为HID灯匹配的无电解电容的电子镇流器。
背景技术
电光源经历了第一代通电钨丝发热至白炽高温放光的白炽灯泡时代；第二代是光效比较白炽灯泡高数倍的荧光灯(包括直管荧光灯和节能灯)时代；第三代是控光性好且光效很高的点光源高强度气体放电灯(HID灯)时代；第四代是发光二极管(LED灯)时代。
白炽灯泡由于光效低，已经为当代节能减排大潮所淘汰。世界已进入高光效节能的绿色照明时代，其中，HID灯由于技术成熟，单灯功率远远超过荧光灯和半导体发光二极管(LED灯)所以，年产量数以亿计大批量工业化生产。但HID灯不能够像白炽灯泡那样直接联接电源点亮，必须要经过与HID灯适配的HID灯镇流器(电感镇流器或者电子镇流器)才能连接电源点亮HID灯，近年由于铜和铁材料升价，给HID灯电子镇流器发展提供了市场空间，从各方面比较而言，HID灯电感镇流器在耗电能、耗铜、耗铁、体积、重量、异常保护、IT数控方面，远远比不上HID灯电子镇流器；电感镇流器对交流电频率敏感，更不能用于直流电源，而电子镇流器可以用于直流电源，对交流电频率及电压适应范围很宽，这都是电感镇流器比不上的。
但是，HID灯电感镇流器的可靠超过HID灯电子镇流器。
据“木桶理论”分析：HID灯电子镇流器的可靠性，取决于其中可靠性最差的零件——电解电容——电解电容的不可靠性来源于其内部的电解质，除了客观上可能存在电解质化学污染之外；电解质的沸点温度制约了电解电容的工作温度(一般民品85℃，工业品105℃，特殊用途125℃)，电解质对电容极板的电化学作用，使其寿命较短(一般小于0.3万小时，特殊定制昂贵优质的也难突破1万小时)，所有电解电容顶端刻有K字形凹纹，就是允许一旦电解电容爆炸时从K字形部位爆开，因为电解电容温度上升到电解质沸点时，如同高压锅盖的排气阀喷气相似，电解质沸腾蒸气必然冲破K字凹纹部位，可见，电解电容生产制造者，对于电解电容可能爆炸的不可靠性，也是清楚的。要提升HID灯电子镇流器的可靠性，首先必须根本上取消这些可能爆炸的电解电容。
HID灯工作时，是由高气压玻璃密封灯泡内短电弧放电而发出弧光，据电弧理论及实测证实，HID灯动态特性是负电阻特性，为了使HID灯稳定工作，必须维持HID灯电弧稳定，为此要求HID灯电子镇流器电路直流母线电压稳定且纹波很小。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种无电解电容HID灯电子镇流器。
本实用新型以如下技术方案，解决上述无电解电容HID灯电子镇流器的技术问题：
该无电解电容HID灯电子镇流器电路由EMI滤波器、整流(AC-DC)部分、高频多相有源功率因数补偿部分、输出部分电路以及控制电路组成，整流部分、有源功率因数补偿部分(APFC)、逆变输出(DC-AC)等三部分电路依次串联，控制电路输入信号为整流部分的输入电源电压(UIN)、电子镇流器直流母线电压(Uo)、灯电流(Io)采样信号，单片机控制电路输出端接多相APFC数码管理及HID灯动态管理，实现对HID灯的恒功率控制。所述控制电路输入信号另有若干异常保护、若干温控、若干光控、若干时控和若干网络群控信号。
电路由单片机产生多相高频方波脉冲群，用多组不同相位的高频方波脉冲，分别控制多相位电力电子开关的“通”和“断”，以多相高频APFC(有源功率因数补偿)来实现用有源微分电能来抑平直流母线纹波的有源电路，来替代传统用无源电解电容贮存电荷抑平直流母线纹波的电路。
电解电容是一个欠稳定的固定电容量，贮存电荷有限，其抑平直流母线纹波的功能是有限的；而用多组不同相位变脉宽的有源微分电能，来抑平直流母线纹波的能力是可大可小机动灵活可控的，用数码方法控制多相APFC(有源功率因数补偿)的方法，可以不用电解电容，而能够实现与有电解电容相似或更优良的纹波系数。
当电源电压波动下浮时，直流母线电压下浮，看作谷值纹波增大时，自动负反馈数码系统迅即增加APFC的相数，增大脉宽，提高频率，即用增加有源微分电能，来填平下陷的谷值纹波。
反之，当电源电压波动上浮时，直流母线电压上浮，看作峰值纹波增大时，自动负反馈数码系统迅即减少APFC的相数，缩小脉宽，降低频率，即用减少有源微分电能，来削平上涨的峰值纹波。
本实用新型采用了高频整流电路，特别是多组多相高频APFC(有源功率因数补偿)电路，或者附加辅助以主频移相位九十度电角度的APFC移峰填谷电力电子学有源电路，即增加或减小有源微分电能的电路法，来取代传统电解电容贮能的无源电路，实现无电解电容HID灯电子镇流器的目标。
本实用新型的有益效果是，采用本技术方案的HID灯电子镇流器的可靠性大幅度提升，并且总体性价比超越传统有电解电容的HID灯电感镇流器。
附图说明
图1是无电解电容HID灯电子镇流器的控制方法示意图
图2为无电解电容HID灯电子镇流器拓扑原理图。
具体实施方式
结合图1说明本实用新型的实施方式如下：
从电解电容在传统有电解电容HID灯电子镇流器之中的功能看，电解电容是主要的作用，是把电力高峰值+△u0的电荷，贮存于电解电容之中，称为“充电”。然后，在电力下陷低谷值-△u0时释放出电荷，称为“放电”；电解电容用“充电”来吸收峰值纹波，又用“放电”来填谷值纹波，起着平滑直流母线电压U0纹波的作用。
一般无源等效，是用没有电解质的长寿命电容一微法，来取代有电解质的短寿命电解电容一微法，这种等电容替代方法，是实现无电解电容最基本但是消极的策略之一，治标不治本，带来成本增加，体积增大，实用性差。
本实用新型提供更积极的方法是：用数码技术，产生多相高频脉冲群，每相控制一路电力电子的“开”或“关”，进行APFC(有源功率因数补偿)的实质，是获得足够多的高频有源微分电能，来调控HID灯电子镇流器直流母线的纹波，或者，用单相高频波形移相九十度电角度移峰填谷辅助APFC的电力电子学有源方法，来取代电解电容，实现根本不用可靠性最差的电解电容，从根本上解决传统电子镇流器可靠性差的问题，是提升可靠性的积极方法。
本实用新型基于电力电子学的方式，提供不用电解电容的高可靠性、耐高温、寿命长达数万小时的电子镇流器，实现与HID灯泡本身寿命匹配，或更长寿命的HID灯电子镇流器控制方法。
本实用新型采用的具体措施为：
(1)根据HID灯功率、灯电压、灯电流，用数码方法，而非传统摸拟方法，设计与HID灯泡稳定工作所需要的稳压直流母线，为恒定灯电流的数控手段创造基础条件。
(2)用单片机软件方法而非传统摸拟方法，产生多相高频方波脉冲群。
(3)用多组不同相位高频方波脉冲，分别控制多相电力电子开关的“ON”(通)和“OFF”(断)，实现多相APFC(有源功率因数补偿)的有源方法，来抑平纹波，而不是用非电解电容一微法，等量替代电解电容一微法的消极的无源等电容替代方法，因为仅仅用非电解电容的电容量是固定的，该电容用来抑平直流母线纹波的能力是有限的，且不可控的。
(4)当电源电压波动使直流母线-△u0下浮时，上述APFC(有源功率因数补偿)的数码控制系统，迅即增加高频APFC的相数、增加脉宽、提高频率，即用增加有源微分电能来填平-△u0的谷值纹波。
(5)当电源电压波动使直流母线+△u0上浮时，上述APFC(有源功率因数补偿)的数码控制系统，迅即减少高频APFC的相数、缩小脉宽、降低频率，即用减少有源微分电能来削平+△u0的峰值纹波。
结合图2说明本实用新型的实施方式如下：
以单片机智能数码控制为核心，用软件的方法，而非传统摸拟方法，产生三相(或更多相)的高频矩形脉冲；这些高频矩形脉冲的相数Φ、脉冲宽度D，、频率f、均受控于输入电源电压UIN、电子镇流器直流母线电压Uo、灯电流Io，镇流器温度T℃，以及各种异常保护和各种时控、群控等功能控制，通过数码控制软件，实现满足HID灯电弧恒流工作为主导的恒功率控制。
当输出灯电流I0太大，灯功率超上限时，单片机智能数码控制指令压缩脉冲宽度，或减少APFC的相数，直到HID灯电流和灯功率下降回归额定值，然后维持电力电子开关工作参数不变，实现HID灯恒流恒功率输出。
当输出灯电流I0太小，灯功率超下限时，单片机智能数码控制指令扩展脉冲宽度，或增加APFC的相数，直到HID灯电流和灯功率上升回归额定值，之后维持电力电子开关工作参数不变，实现HID灯恒流恒功率工作。
当环境温度上升超过某上限时，单片机智能数码控制指令开动冷风冷却；当环境温度下降到某下限时，单片机智能数码控制指令开动热风升温；目的是使HID灯电子镇流器在允许温度范围内工作。
当需要夜间分时段降低照明功率，以节约照明用电时，也由单片机实现智能化时段控制节约用电。
当需要照明实现“有人或有车开来才足够功率照明，无人或无车通过时降低照明功率节约电能”，也由传感器侦知有人或有车，传递指令通过单片机实现智能化管理HID灯功率。
当需要照明系统群控时，由系统主令控制单片机，实现整个照明网络的智能化群控。

Claims (2)

1、一种无电解电容HID灯电子镇流器，由整流部分、高频多相有源功率因数补偿部分、输出部分电路以及控制电路组成，其特征是，整流部分、有源功率因数补偿部分(APFC)、逆变输出(DC-AC)等三部分电路依次串联，单片机智能控制电路输入信号为整流部分的输入电源电压(UIN)、电子镇流器直流母线电压(Uo)、灯电流(Io)采样信号，单片机控制电路输出端接多相APFC数码管理及HID灯动态管理。
2、如权利要求1所述的无电解电容HID灯电子镇流器，其特征是所述控制电路输入信号另有若干异常保护、若干温控、若干光控、若干时控和若干网络群控信号。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011137748A1 (zh) * 2010-05-06 2011-11-10 Yau Kin Hing 基于电感储能且无电解电容的直流电源电路
CN103079324A (zh) * 2013-01-04 2013-05-01 深圳市宝安区西乡啟骏电子厂 一种射频式的高效高压气体放电灯

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