CN201303455Y - 数字式高压钠灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种数字式高压钠灯电子镇流器，设有DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路受MPU单元电路控制，市电整流后的直流电压经过DC/DC变换电路后向启动电路输出另一直流电压，当启动电路上电压达到一定值时就激发高压包，从而点亮高压钠灯。MPU单元电路对整个电路进行实时检测，根据不同情况对电路作出控制。可以无冲击的启动；当负载发生故障时，能及时切断驱动信号，保护镇流器不被烧毁；当市电超出正常范围，关闭驱动信号，直至市电恢复正常后，重新启动。当输入电压变化时，通过闭环恒功率控制，保证灯功率不变，以提高高压钠灯的工作寿命。

Description

数字式高压钠灯电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及镇流器，尤其是高压钠灯用镇流器。

背景技术

高压钠灯是一种性能优异的高强度气体放电灯(HID)，其特点是光效高、寿命长、光色好，所以被广发应用。但其必须与镇流器配合一起实用，据统计，若全国高压气体放电灯都换上电子镇流器，全国全年可节电246亿千瓦时，可解决目前全国1/3的电力缺口。因此许多在高压钠灯电子镇流器领域的设计人员为了达到较高的技术指标和特点，在设计中融入了许多高新技术，如公开号为CN101163363A的一种高压钠灯电子镇流器，运用触发电路控制LC振荡电路产生高压脉冲，从而点亮高压钠灯。在镇流器上还设有电流取样磁环和MCU控制器，在LC振荡电路和高压钠灯之间设有电流取样磁环，电流取样磁环取得的灯电流信号输入MCU控制器，MCU控制器根据输入的电流值控制独立驱动电路和启动触发电路。虽然做了改进，但还存在一定的缺点，无法提供更高的击穿电压以适用高压钠灯冷、热启动的需要；无法做到高精度的闭环恒功率控制，从而没办法更进一步提高高压钠灯的工作寿命。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种数字式高压钠灯电子镇流器，可以较好的符合相关标准对高压钠灯的要求，无冲击的启动；当负载发生故障时，能及时切断驱动信号，保护镇流器不被烧毁；当市电超出正常范围，关闭驱动信号，直至市电恢复正常后，重新启动。当输入电压变化时，通过闭环恒功率控制，保证灯功率不变，以提高高压钠灯的工作寿命。

为解决上述技术问题本实用新型的技术方案是：一种数字式高压钠灯电子镇流器，包括滤波桥式整流电路、启动电路、全桥功率驱动电路、DC/DC变换电路、FET驱动器、电压和电流采样电路、MPU单元电路，所述MPU单元电路与所述全桥功率驱动电路连接；所述DC/DC变换电路与所述MPU单元电路连接，所述DC/DC变换电路的输入端与所述滤波桥式整流电路的输出端连接，所述DC/DC变换电路电压输出端与所述全桥功率驱动电路输入端连接；所述DC/DC变换电路设有高频变压器，所述高频变压器二次侧与启动电路连接，所述启动电路由电阻Rs、启动电容Cs、气体放电管Ds和高压包连接组成。

作为改进，所述MPU单元电路主频为20MHz并设有四路A/D端口，所述滤波桥式整流电路输出端设有市电采样电路，所述启动电路中的启动电容Cs两端设有电压采样电路，所述全桥功率输出电路上设有电流采样电路。所述市电采样电路、电压采样电路、电流采样电路均与MPU单元电路的A/D端口连接，MPU单元电路根据输入的市电电压值，随时检测市电电压的变化，当市电超出正常范围(180～260V)时，关闭驱动信号，直至市电恢复正常后，重新启动镇流器。MPU单元根据电压采样瞬时值u和电流采样瞬时值i，瞬时功率w＝u*i，然后对瞬时功率值与额定功率进行比较，判断增加或减小PWM信号的正向时间，PWM信号再由FET驱动器驱动DC/DC变换电路的大功率MOS管，从而控制高压钠灯以一定的功率工作。

作为改进，所述全桥功率驱动电路输出的其中两个臂连接有电平平移电路，有两个臂连接有电平变换电路，全桥功率驱动电路输出控制及时改变高压钠灯的灯电压极性，延长高压钠灯的工作寿命。

作为改进，所述DC/DC变换电路内设有MOS管，所述MOS管的栅极与所述FET驱动器连接，且MOS管的漏极与高频变压器一次侧连接；FET驱动器从MPU得到PWM信号，经变换后，信号直接控制MOS管开启或关断，同时在MPU关闭PWM信号时，MOS管处于截止状态，从而停止DC/DC变换电路工作。

作为改进，所述高频变压器的一次侧连接有磁复位网络，二次侧与恢复二极管连接。

本实用新型与现有技术相比所带来的有益效果是：

本实用新型所述的数字式高压钠灯电子镇流器，包括滤波桥式整流电路、DC/DC变换电路、启动电路、全桥功率驱动电路、MPU单元电路。

1.滤波桥式整流电路把市电电压经过滤波整流后得到一个直流电压输出，直流电压输出经过DC/DC变换电路后，启动电路得到直流电压，该电压被启动电容Cs吸收，当启动电容Cs的电压达到某一值时，气体放电管Ds击穿短路，激活高压包，并向钠灯发送超高电压以点亮钠灯。钠灯的启动过程更可靠，提供更高的击穿电压以适用高压钠灯冷、热启动的需要，且该启动方式对电路无冲击。

2.MPU单元电路直接对电路进行采样，对市电电压和钠灯的工作时的功率实时检测，及时的对电路进行控制，在市电电压过高时可以及时的关断DC/DC变换电路从而关断钠灯，保护钠灯免受损坏。

3.DC/DC变换电路、MPU单元电路、全桥功率驱动电路，之间通过电流电压的瞬时采样，形成一个可控制钠灯在接近恒功率状态下工作的闭环回路。

附图说明

图1为本实用新型工作原理图；

图2为本实用新型中启动电路工作原理图；

图3为本实用新型中全桥功率驱动电路原理图；

图4为本实用新型中电流电压采样工作原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型作进一步说明。

如图1～4所示，一种数字式高压钠灯电子镇流器，包括滤波桥式整流电路1、DC/DC变换电路2、启动电路8、全桥功率驱动电路3和主频为20MHz的MPU单元电路4。所述DC/DC变换电路2的输入端与所述滤波桥式整流电路1的输出端连接，所述DC/DC变换电路2设有50:20高频变压器16，滤波桥式整流电路1的输出端与高频变压器16一次侧连接，高频变压器16一次侧还设有磁复位网络10，并与一MOS管Q3漏极连接。所述高频变压器16二次侧与恢复二极管11一端连接，恢复二极管11的另一端即为DC/DC变换电路2电压输出端，该电压输出端与一滤波电容连接，且与全桥功率驱动电路3输入端连接，为钠灯在正常工作时提供正常电压。DC/DC变换电路2的电压输出端还依次连接有电阻Rs、启动电容Cs、气体放电管Ds和2:50高压包12。所述MPU单元电路4设有1个PWM信号输出端和4个A/D端口，PWM信号输出端连接有FET驱动器9，所述FET驱动器9与MOS管Q3的栅极连接；所述滤波桥式整流电路1输出端设有市电采样电路5，所述启动电路8中的启动电容Cs两端设有电压采样电路6，所述全桥功率驱动电路3上设有电流采样电路7；所述市电采样电路5、电压采样电路6、电流采样电路7均与MPU单元电路4的A/D端口连接。所述全桥功率驱动电路3设有四个功率管Q40～Q43选10N60，还有电平变换电路15和电平平移电路14。

如图1所示，MPU单元电路4控制整个电路，工作原理如下：MPU单元电路4上电复位后，以一定的功率瓦数驱动DC/DC变换电路2，同时启动全桥功率驱动电路3输出信号，当DC/DC变换电路2的输出电压高于一定值时，高压包12输出，高压钠灯被击穿，点着后，MPU单元电路4按既定功率瓦数对高压钠灯进入恒功率控制。

如图2所示，市电电压经过滤波桥式整流电路1后直接整流为300V直流电，供给DC/DC变换电电路，DC/DC变换电路2中的50:20高频变压器16以PC40磁芯为主体，采用单端反激变换电路，然后输出另一直流电压直接作用于启动电路8，启动电路8上的启动电容Cs不断积累来自DC/DC变换电路2输出的电量，当启动电容两端的电压达到某一值时，气体放电管Ds被击穿，并激发高压包12发送一超高电压，从而点亮高压钠灯。DC/DC变换电路2中的MOS管Q3选用G60N100D，控制MOS管Q3开闭的PWM信号的频率为100KHz，MPU的PWM信号通过FET驱动器9直接控制MOS管Q3的开闭，从而通过高频变压器16把电能提供给下一级。

如图3所示，全桥功率驱动电路3上的四个功率管Q40～Q43选10N60，功率管Q40和功率管Q41分别与电平平移电路连接，功率管Q42和功率管Q43分别与电平变换电路连接。四个功率管Q40～Q43最后连接到MPU单元电路4中，其开关状态由MPU控制电路进行控制，从而实现高压钠灯的灯电压极性变化。

如图4所示，MPU单元电路4主频20MHz，设有4路8Bit A/D端口，1路PWM信号输出端口，PWM信号频率为100KHz，Tpwm为PWM导通时间，灯电压采样电路6占一路A/D，1/51的分压系数，其电压基准为Vdd(+5V)，灯电流采样电路7占另一路A/D，用0.125欧姆电阻上的压降代表灯电流，其电压基准为1/5Vdd＝1V，市电采样电路5占一路A/D，1/101的分压系数，其电压基准为Vdd(+5V)，MPU采集灯电压u和灯电流i的瞬时值，瞬时功率w＝u*i，Δw＝w-W_const，当Δw＞0时，Tpwm＝Tpwm-1，当Δw＜0时，Tpwm＝Tpwm+1。W_const为额定功率，Tpwm为PWM的导通时间，因此MPU单元电路4按既定瓦数进行恒功率控制。

当市电电压超出正常范围时，MPU单元电路4根据采样回来的市电电压值作出判断，关闭PWM驱动信号，使得FET驱动器9不能工作，DC/DC变换电路2得不到驱动无法工作，高压钠灯也就无法被点燃。直至市电电压恢复正常后，MPU单元电路4根据采样回来的市电电压值，重新启动输出PWM驱动信号，FET驱动器9驱动DC/DC变换器，DC/DC变换电路2向启动电路8提供电压，进而点亮高压钠灯。当输入电压变化时，通过闭环恒功率控制，保证灯功率不变，以提高高压钠灯的工作寿命。

本实用新型的数字式高压钠灯电子镇流器，可以较好的符合相关标准对高压钠灯的要求，无冲击的启动。当负载发生故障时，能及时切断驱动信号，保护镇流器不被烧毁。当市电超出正常范围，关闭驱动信号，直至市电恢复正常后，重新启动。当输入电压变化时，通过闭环恒功率控制，保证灯功率不变，以提高高压钠灯的工作寿命。

Claims (6)

1.一种数字式高压钠灯电子镇流器，包括滤波桥式整流电路、启动电路、DC/DC变换电路、全桥功率驱动电路、FET驱动器、MPU单元电路、电压和电流采样电路，其特征在于：设有DC/DC变换电路，所述DC/DC变换电路与所述MPU单元电路连接，所述DC/DC变换电路的输入端与所述滤波桥式整流电路的输出端连接，所述DC/DC变换电路电压输出端与所述全桥功率驱动电路输入端连接；所述DC/DC变换电路内设有高频变压器，所述高频变压器二次侧与启动电路连接，所述启动电路由电阻Rs、启动电容Cs、气体放电管Ds和高压包依次连接组成。

2.根据权利要求1所述的数字式高压钠灯电子镇流器，其特征在于：所述MPU单元电路主频为20MHz并设有A/D端口，所述MPU单元电路有1路PWM输出连接到FET驱动器。

3.根据权利要求2所述的数字式高压钠灯电子镇流器，其特征在于：所述全桥功率驱动电路中连接有电平平移电路和电平变换电路。

4.根据权利要求3所述的数字式高压钠灯电子镇流器，其特征在于：所述DC/DC变换电路内设有MOS管，所述MOS管的栅极与所述FET驱动器连接，且MOS管的漏极与高频变压器一次侧连接。

5.根据权利要求1～4任意一项所述的数字式高压钠灯电子镇流器，其特征在于：所述滤波桥式整流电路输出端设有市电采样电路，所述启动电路中的启动电容Cs两端设有电压采样电路，所述全桥功率输出电路上设有电流采样电路；所述市电采样电路、电压采样电路、电流采样电路均与MPU单元电路的A/D端口连接。

6.根据权利要求1所述的数字式高压钠灯电子镇流器，其特征在于：所述高频变压器的一次侧连接有磁复位网络，二次侧与恢复二极管连接。

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