CN201315697Y - 大功率农用补光灯镇流器 - Google Patents

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罗堪
张华�
李可礼
朱世宇
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Abstract

一种大功率农用补光灯镇流器，它包括EMI滤波器、整流电路、有源功率因素校正PFC电路和逆变器；还设有过压过流电路，所述过压过流电路、EMI滤波器、整流电路、有源功率因素校正PFC电路和逆变器依次相连，逆变器输出的稳定交流电输入至点火电路，点火电路用于点燃HID灯；还设有MCU控制器，MCU控制器将逆变器和点火电路构成闭环，并对点火电路和逆变电路的工作状态进行判断和控制。在输入电压偏差很大时，仍能保持光源的恒定功率，稳定光照度；其自身功耗低，对电能利用率高，消除了频闪，抗干扰能力强，能有效避免声谐振现象，发光更稳定。并且点火成功率高，噪音低，能有效延长灯管的使用寿命。

Description

大功率农用补光灯镇流器
技术领域
本实用新型涉及一种电子镇流器，具体涉及一种性能稳定、效率高的大功率农用补光灯镇流器。
背景技术
随着现代农业技术的发展，对农作物的生长环境进行了大量的研究，由于我国冬季日照时间短，光照不足，果树以及温室大棚等都需要人工补光。目前普遍采用高压钠灯(High Pressure Sodium Lamp—HPSL)或高压气体放电灯(High intensity Discharge—HID即HID灯)作为农用补光灯，通过补光后，可以使大棚单位面积产量提高30％，同时果实类作物可使结果期缩短。
由于HID灯放电的负阻特性，在补光灯的工作电路中需连接镇流器。目前市场上与HID灯配套的镇流器仍以电感镇流器为主，这种传统的电感镇流器不仅体积大、重量重、噪音大、干扰大、温升高、而且自身功耗大、频闪严重、谐波大、灯管寿命短、维修费用高、功率因数较低，并且还要外接触发器、电容器等，这些都降低了HID灯的稳定性和发光效率。随着半导体工业的新起，更加高效节能的电子镇流器正在逐渐取代传统的电感镇流器，但是，目前主要的电子镇流器由于点火成功率不高，在高频运行下(一般为几十kHz到几百kHz)具有声谐振现象，会引起灯的电弧不稳，使得光输出不稳，会产生闪烁、滚动的情况，严重影响照明效果。特别是在农业照明环境中，自然条件比较恶劣，对大功率HID镇流器从工作稳定、环境适应性以及节能环保上都提出了更高的要求。
实用新型内容
针对现有技术中HID灯镇流器性能不稳定、能耗大的不足，本实用新型提供一种发光性能稳定、节能环保、噪音低、对电能利用效率高，还能延长灯管使用寿命的大功率农用补光灯镇流器。
本实用新型的技术方案是：大功率农用补光灯镇流器，它包括EMI滤波器、整流电路、有源功率因素校正PFC电路和逆变器；其特征在于：还设有过压过流电路，所述过压过流电路、EMI滤波器、整流电路、有源功率因素校正PFC电路和逆变器依次相连，逆变器输出的稳定交流电输入至点火电路，点火电路用于点燃HID灯；还设有MCU控制器，MCU控制器将逆变器和点火电路构成闭环，并对点火电路和逆变电路的工作状态进行判断和控制。
进一步的特征是：所述有源功率因素校正PFC电路是以集成IC为核心构成，其内部设置有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出以及过压、欠压和过流保护电路。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：
1、在输入电压偏差很大时，仍能保持光源的恒定功率，稳定光照度，极大的提高了产品的性能；发光性能稳定、对电能利用效率高，消除了频闪，抗干扰能力强，能有效避免声谐振现象，发光更稳定。
2、自身功耗低，温升小，使灯的总输入功率下降，同时具有很高的功率因数，对电能利用率高，有良好的节能效果。
3、点火成功率高，预热灯管后一次起点成功，避免了多次起点。
4、节能、环保和噪音小，并且使用时将灯管的功率和电流控制在很小的恒定值，能有效延长灯管的使用寿命。
附图说明
图1为本实用新型大功率农用补光灯镇流器的电路原理方框图；
图2为本实用新型大功率农用补光灯镇流器的一实施例的电路原理图；
图3为图2中过流过压保护和EMI的电路原理图；
图4为图2中EMI的滤波电路原理图；
图5为图2中整流滤波电路原理图；
图6为图2中PFC电路原理图；
图7为图2中逆变电路原理图；
图8为图2中点火电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型的大功率农用补光灯镇流器，作为限流器件与HID灯8(高压气体放电灯)连接，镇流器的输入端设置过压过流电路1并接入外部交流电，过压过流电路1的输出端与EMI(电磁干扰)滤波器2的输入端连接，经过EMI滤波器2过滤后的交流电接入整流滤波电路3，整流滤波电路3将交流电滤波整流后转换成直流电，并接入有源功率因数校正(PFC)电路4，PFC电路4与逆变器5连接，电流经逆变器5转换成稳定交流电后，输入点火电路6，并最终点燃HID灯8。
在镇流器内设置MCU(微控制单元)控制器7，MCU控制器7与逆变器5和点火电路6连接，并对逆变器5和点火电路6的工作状态进行判断和控制。
当本实用新型的大功率农用补光灯镇流器工作时，打开HID灯开关，接入外部交流电，通常使用民用电即可，在此以220V/50Hz的民用交流电进行说明。在过压过流电路1中先串联联接保险丝FU，如图3所示，当接入电流过大时，保险丝FU熔断，对整个电路短路过流时起保护作用；在保险丝FU后并联联接有压敏电阻RV，RV的阻值随电压的增高将急剧减小，如吸收雷电或电网瞬时高压形成冲击时，RV的阻值将迅速减小变为一个极小值，并吸收高压形成的电流，保障镇流器电路不被烧毁，因其耐受瞬时功率能力强，可长期工作。经过过压过流电路1的保护电路后的电流，接入EMI滤波器2。
如图4所示，在EMI滤波器2中，分别设置有L1＝L2，L3＝L4，L5＝L6的电感器件和电容C1、C2、C3、C4，其中C3＝C4；当电流经过，由于电感对射频干扰起阻流作用，小容量电容对射频干扰起近似短路作用，EMI滤波器2能有效抑制射频传导干扰；同时，由于电感器件L1～L6对电磁脉冲在相线与中线间产生的差模干扰呈高阻抗，C3和C4对电源线与地线之间产生的共模干扰呈低阻抗，EMI滤波器2同样能有效抑制电磁干扰；如果EMI滤波器2的阻抗设计与干扰源的阻抗不匹配，EMI滤波器2还能将干扰源的干扰沿其进入路径反射回去。经过EMI滤波器2过滤的交流电，滤除了外界电网的高频脉冲对电源的干扰，同时减少了开关电源本身对外界的电磁干扰，使频率为50Hz左右的交流电可以顺利通过滤波器，而高于50Hz以上的高频干扰杂波将被滤波器滤除。
交流电经EMI滤波器2过滤后，输入整流滤波电路3，整流滤波电路3由二极管和电容共同组成，如图5所示。利用二极管(整流元件)的单向导电性，使交流电流变成单向脉冲电流，即脉动直流电流；，在电路上并联有电容，利用了电容的性质，削去脉动直流电流的“峰”，填补脉动直流电流的“谷”，使输出电流曲线进一步趋向平缓，把脉动直流转变成平稳的直流电。
经整流滤波电路3转变后的直流电，输入到PFC电路4中，PFC电路4是以集成IC为核心构成，其内部设置有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出以及过压、欠压和过流保护电路。
如图6所示，B5的N1为PFC的电感器；D3为续流二极管；B5的N2为零电流检测绕组，同时经D1支路整流滤波，并为IC芯片提供直流电源；C8为补偿电容，主要确保电路能够可靠启动；R5与C9组成抗干扰电路，免除过流保护时，电路可能产生的误动作；R6为过流保护取样电阻；C20、C10为滤波电容。当B5的N1中电流为零时，IC芯片中的零电流检测器运作并发出信号，使IC芯片上编号为7的引脚输出宽度一定、幅度一定且周期可变的控制脉冲。在脉冲宽度持续期间将K1开通，N1中的电流上升并储能，从控制脉冲下降边缘开始，K1关断，电感器N1的自感电动势通过续流二极管D3向滤波电容C20和C10充电，从而在直流滤波电容上得到升压至400V的直流电压。分析电压波形发现，经过PFC电路4调整后，线路的功率因数接近于1，由此可见，电能的利用率得到了大幅度的提升。并且电路的零电压控制模式使K1只在电感中电流为零时才开通，故大大减小了开关管的应力和损耗，同时对续流二极管D3的恢复时间也没有严格要求，采用普通快恢复二极管即可满足使用要求。PFC电路4体积小，可以达到很高的功率因数，具有低损耗和高可靠性的优点，而且不随输入电压波动变化，可获得高度稳定的输出电压。
经PFC电路4输出的高稳定电压作用在逆变电路5上，逆变电路5的结构如图7所示，T1、T2为驱动变压器，Q1、Q2为功率场效应管，并构成半桥逆变电路。逆变电路5与MCU控制器7连接，MCU控制器7对逆变电路5中电路的输出DC-AC变换进行控制，当Q1打开时，Q2截止，Q2打开时，Q1截止，如此往返交替，将直流电流转变成高频稳定的交流电流，并通过点火电路6点燃HID灯，此时的电流具有高稳定性，能够极大的提高点火成功率。点火电路6同时也与MCU控制器7连接，并构成控制闭环，如图8所示，点火电路6上的传感器ANI和ANO检测到HID灯8点火成功后，将信号传递至MCU控制器7，MCU控制器7做出判断后马上控制电路转入正常工作状态，并控制电路的工作频率在较小范围内变化，从而避开灯泡的驻波点，能有效克服声频共振现象。

Claims (2)

1、大功率农用补光灯镇流器，它包括EMI滤波器(2)、整流电路(3)、有源功率因素校正PFC电路(4)和逆变器(5)；其特征在于：还设有过压过流电路(1)，所述过压过流电路(1)、EMI滤波器(2)、整流电路(3)、有源功率因素校正PFC电路(4)和逆变器(5)依次相连，逆变器(5)输出的稳定交流电输入至点火电路(6)，点火电路(6)用于点燃HID灯(8)；
所述有源功率因素校正PFC电路(4)是以集成IC为核心构成，其内部设置有自启动定时器、正交倍增器、零电流检测器、图腾柱驱动输出以及过压、欠压和过流保护电路。
2、根据权利要求1所述的大功率农用补光灯镇流器，其特征在于：还设有MCU控制器(7)，MCU控制器(7)将逆变器(5)和点火电路(6)构成闭环，并对点火电路(6)和逆变电路(5)的工作状态进行判断和控制。
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