CN201657471U

CN201657471U - 恒功率控制电路

Info

Publication number: CN201657471U
Application number: CN2010200469755U
Authority: CN
Inventors: 乔凯; 王迎丰; 鄂凌松; 都金龙
Original assignee: China Electronics Weihua Co Ltd
Current assignee: Beijing Fulham Electronics Co., Ltd.
Priority date: 2010-01-21
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2020-01-21

Abstract

本实用新型公开了一种用于HID灯镇流器的恒功率控制电路，包括：采样电路、数字控制电路、脉宽调制控制电路和逆变驱动电路，其中所述采样电路输出采样信号至所述数字控制电路和所述脉宽调制控制电路，所述数字控制电路输出基准电流信号至所述脉宽调制控制电路，所述脉宽调制控制电路输出方波信号至所述逆变驱动电路。采用本实用新型实现了实时采集灯电压与灯电流信号，并实时调整输出功率。

Description

恒功率控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种电力电子基础电路，尤其涉及一种用于HID灯镇流器的恒功率控制电路。

背景技术

高强度气体放电灯(HID灯)的恒功率控制，也被称为稳态控制。是指要保证高强度气体放电灯在正常工作时，输出功率保持不变。在HID灯电子镇流器中，恒功率控制一般是通过电子镇流器前级的直流转直流电路(DC-DC)电路，也就是升压或者降压电路实现的。

HID灯电子镇流器的电路结构各有不同，而恒功率控制方法在形式上也有很大差异，但是综合来看，主要可以将其分为直接控制和间接控制两大类。

直接控制方式是通过直接采集灯电压、灯电流信号来控制灯两端功率的方法。这种控制方法需要两个检测回路，分别用来检测灯两端的电压和流过灯的电流信号，再通过对电流和电压信号的处理，而后反馈到控制电路来实现的，但是该直接控制方式设计与实现起来较为复杂，需要额外搭建乘法器等复杂的外围电路等。

而间接恒功率控制方式主要是通过对HID灯电路的分析，确定HID灯的工作状态，只选出与灯功率相关的控制变量，进而进行反馈控制的方法。下面介绍近似恒功率的控制电路。如图1为近似恒功率控制电路图，也是现有运用最多的一种，它假定前级的输出电压不变，通过控制输出电流来近似的控制输出功率不变，因此是一种近似的恒功率控制方式。可以算出其输出功率的表达式为：

P_{o} = \frac{1}{K_{i}} \cdot [\frac{{2 V}_{ref}}{(1 + ϵ)} V_{o} - K_{v} V_{o}^{2}],

其中

K_{v} = \frac{R_{3}}{R_{1} + R_{2} + R_{3}},

K_i＝R₃，Vo为输出电压，V_ref为参考电压Po为输出功率。P_o是一个以V_o为自变量的二次函数，画出它的曲线图可以看出，它是一个过零点，切开口向下的抛物线，如图2输出功率曲线图所示，V_mid为灯管的中心电压。所以可知在抛物线顶点附近，也就是图2中V_min至V_max的一段电压的变化范围，有一个与最大输出功率近似相等的区域，并且在这一区域内有dP_o/dV_o近似为零，也就是说，当电压在V_min至V_max的一段范围内变化时，输出功率近似恒定，也就是实现了恒功率控制。

这种控制方法较为简单，一般只需要一个采样电路就可以实现对灯的恒功率控制，然而它也有明显的不足，因为这种方式是实现的近似恒功率的控制方法，所以在控制精度上有所欠缺。

实用新型内容

为了解决现有技术中控制精度欠缺，本实用新型提供一种恒功率控制电路，用于HID灯电子镇流器，从而实现了实时采集灯电压与灯电流信号，并实时调整输出功率。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于HID灯镇流器的恒功率控制电路，包括：采样电路、数字控制电路、脉宽调制控制电路和逆变驱动电路，其中所述采样电路输出采样信号至所述数字控制电路和所述脉宽调制控制电路，所述数字控制电路输出基准电流信号至所述脉宽调制控制电路，所述脉宽调制控制电路输出方波信号至所述逆变驱动电路。

所述数字控制电路为单片机。

所述逆变驱动电路为半桥逆变电路。

所述逆变驱动电路与所述HID灯镇流器的两个开关MOS管(场效应管)连接。

所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路。

所述电流采样电路输出采样电流信号至所述脉宽调制控制电路。

所述电压采样电路输出采样电压信号至所述数字控制电路。

因此，采用本实用新型实现了实时采集灯电压与灯电流信号，并实时调整输出功率。

附图说明

图1为现有近似恒功率控制电路图；

图2为现有近似恒功率控制电路中输出功率曲线图；

图3为本实用新型一种用于HID灯镇流器的恒功率控制电路示意图；

图4为本实用新型电压采样电路的示意图；

图5为本实用新型电流采样电路的示意图；

图6本实用新型恒功率控制电路中的数字控制电路的示意图；

图7本实用新型恒功率控制电路中的PWM控制电路图；

图8本实用新型恒功率控制电路中的逆变驱动电路的电路示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图3所示，为本实用新型一种用于HID灯镇流器10的恒功率控制电路示意图，包括：电压采样电路11、电流采样电路12、数字控制电路2、脉宽调制控制电路3和逆变驱动电路4，其中所述电压采样电路11和电流采样电路12输出采样信号包括采样电流信号和采样电压信号至所述数字控制电路2和脉宽调制控制电路3，所述数字控制电路2输出基准电流信号至所述脉宽调制控制电路3，所述脉宽调制控制电路3输出方波信号至所述逆变驱动电路。该电压采样电路11如图4所示，采样得到的原始电压信号经过C1，C2，C3滤波后，R1与R2对其进行分压，分压后的信号就是要输入到单片机中进行采样处理的电压采样信号，D1是一个5V稳压管，用来保证输入到单片机中的采样信号不会大于5V，否则会损坏单片机；电流采样电路12如图5所示，数字地与模拟地之间连接了一个采样电阻R，从电阻的一端得到的就是电流采样信号。该电流采样电路输出采样电流信号至所述脉宽调制控制电路。该电压采样电路输出采样电压信号至所述数字控制电路。HID灯镇流器部分在图中只示出了与本实用新型相关的部分即两个MOS开关S1和S2，以及HID灯，由于HID灯镇流器部分是现有技术不再详细描述。

通过本实用新型恒功率控制电路不再使用近似恒功率控制方式，而是实时采集灯电压与灯电流信号，并实时调整输出功率的方法。电压采样电路11实时地检测HID灯10的灯电压，并将采样的结果采样电压信号送入数字控制电路2，数字控制电路2通过对采样电压信号的处理，产生一个基准电流信号。基准电流信号与电流采样电路的采样电流信号一起输入到PWM控制电路3中，通过比较灯的实时电流即该采样电流信号与基准电流信号的大小，PWM控制电路3将会产生一个占空比变化的方波信号。而这个方波驱动信号直接控制了逆变驱动电路4的输出信号的开关占空比，逆变驱动电路与所述HID灯镇流器的两个开关MOS连接，这样就控制了HID灯镇流器的的半桥电路的S2和S3两个MOS开关管的导通与关断的时间长短，从而调整灯工作在额定功率下。

图6所示数字控制电路的示意图，数字控制电路为单片机。当电压采样电路将灯电压实时的采样到数字控制部分，也就是采样进单片机中以后，经过单片机的运算将会输出一个基准电流信号，而这个基准电流信号与实际采样的灯电流信号即采样电流信号进行比较，通过PWM控制电路3产生调整信号，使灯电流即该采样电流信号与基准电流信号一致，达到恒功率控制的目的。而这个基准电流信号的产生过程是这样的：假设HID灯的额定功率是P_l，而电压采样电路采样得到的灯电压(采样电压信号)是U_l，则基准电流信号I_s可以通过

I_{s} = \frac{P_{l}}{U_{l}}

得到。如图6所示的单片机，可以看出我们利用管脚7来接收采样电压信号。管脚6通过电阻R1和R2输出基准电流信号，由于单片机结构为现有技术，不再赘述。

图7所示为PWM控制电路图。该电路的工作原理是：当a点的电压值(即运算放大器的正向端所输入的基准电流信号)大于b点的电压值，即V_a＞V_b时，说明此时的灯电流(即电流采样电路所采集的电流信号，该采样电流信号是输入运算放大器的反向输入端)小于基准电流信号，U1输出高电平，则二极管D1会因为c点的电压高于b点的电压而导通，进而b点的电势得到提升。由于得到提升的b点电势高于d点的电势，在b点与d点之间会产生一个b→d的电流给电容C1充电，C1的电压线性上升，从而U2的OUT端输出的电流信号线性增加。

当a点的电压值小于b点的电压值时，说明此时的灯电流(即电流采样电路所采集的电流信号)大于基准电流信号，即V_a＜V_b，U1将会输出低电平，而二极管D1会因为c点的电压小于b点的电压而截止，由于第一阶段C1充电的缘故，b点电势会低于d点的电势，于是电容C1放电，它的电压线性下降，同时在b点与d点之间会产生一个b←d的电流，所以U2的OUT端输出的电流信号线性减小。

以上两个过程反复的进行，将会使得U2的OUT端输出近似为电流信号线性上升和线性下降的过程。将这个信号输入到PWM电源控制器如UC2845的电流取样输入端(ISENSE引脚)，根据PWM电源控制器UC2845自身的特性原理，在它的输出端(见管脚OUT)将会输出占空比不断变化的PWM调制信号。这个PWM调制信号驱动逆变驱动电路控制两个开关MOS管的开关占空比，从而实现PWM控制。由于PWM控制电路结构为现有技术，不再赘述。

图8所示的是逆变驱动电路的电路示意图，该逆变驱动电路为半桥逆变电路半桥驱动电路，具体可以采用IR2104半桥芯片，与图5所示电路结合，PWM调制信号驱动IR2104半桥芯片控制两个开关MOS管开关S1和S2的占空比，从而实现PWM控制。就可以改变半桥电路的开关占空比，从而调整输出功率为所需要的功率值。由于IR2104半桥芯片结构为现有技术，不再赘述。

因此，通过采用本实用新型实现了实时采集灯电压与灯电流信号，并实时调整输出功率。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种恒功率控制电路，其特征在于包括：采样电路、数字控制电路、脉宽调制控制电路和逆变驱动电路，其中所述采样电路输出采样信号至所述数字控制电路和所述脉宽调制控制电路，所述数字控制电路输出基准电流信号至所述脉宽调制控制电路，所述脉宽调制控制电路输出方波信号至所述逆变驱动电路。

2.如权利要求1所述的恒功率控制电路，其特征在于所述数字控制电路为单片机。

3.如权利要求2所述的恒功率控制电路，其特征在于所述逆变驱动电路为半桥逆变电路。

4.如权利要求3所述的恒功率控制电路，其特征在于所述逆变驱动电路与所述高强度气体放电灯镇流器的两个开关MOS管连接。

5.如权利要求4所述的恒功率控制电路，其特征在于所述采样电路包括电压采样电路和电流采样电路。

6.如权利要求5所述的恒功率控制电路，其特征在于所述电流采样电路输出采样电流信号至所述脉宽调制控制电路。

7.如权利要求6所述的恒功率控制电路，其特征在于所述电压采样电路输出采样电压信号至所述数字控制电路。