CN202206638U - 荧光灯异常状态保护检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种气体放电灯电子镇流器的灯异常状态保护检测电路，通过将灯异常状态取样电路置于与串联谐振电路的与荧光灯并联的谐振电容器通路中，并对取样信号进行倍压整流，或桥式整流，或全波整流，电阻分压来获取控制信号的办法，使用一套电路就能兼具“灯不激活”和“灯寿终局部整流效应”两种异常状态的保护。控制信号的极性可根据保护控制电路的要求通过改变整流二极管的连接方向进行变更。优点是，节省了电路设备，节省了成本。

Description

荧光灯异常状态保护检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种照明用荧光灯电子镇流器，特别涉及一种灯异常状态保护的检测电路。 

背景技术

交流供电的荧光灯的电子镇流器的基本组成示于图 1。交流电源 10 经电磁干扰抑制电路 20 以抑制镇流器对供电电网的高频电磁干扰，经整流器 30 将交流电压转变成直流电压，功率因素校正电路 40 用于减少输入电流的谐波失真，在半桥或推挽等不同架构的逆变器 50 中，将直流电压转换成高频交流电压，通过串联谐振或并联谐振的输出电路 60 驱动荧光灯负载 90。为了确保镇流器在灯负载出现各种异常状态时保护镇流器自身不受损坏或不引发安全事故，需要有异常状态保护检测电路 70 检出控制信号，通过保护控制电路 80 使逆变器 50 在出现镇流器灯负载开路（未接灯管，或管脚接触不良，或灯丝断开）、短路、灯不激活、灯寿终等异常情况时停止工作或限额输出。 

镇流器输出电路中谐振电感和谐振电容相串联的串联谐振电子镇流器，在荧光灯的两个电极去激活的异常状态，即灯丝完好但均不能被激活点亮时，谐振电流将会迅速增大，导致逆变器开关管电流随之上升，如果不加限制，就可能损坏开关管而导致镇流器失效。一种典型的串联谐振电子镇流器灯不激活异常状态保护检测电路如图 2 所示，取样变压器 TL 是在谐振电感上增加了一个次级绕组 n2，其初级绕组 n1 是串联谐振电感的组成部分。在异常检测电路 70 中，从取样变压器 TL 的次级绕组 n2 获得的取样信号由二极管 D1 进行半波整流，在滤波电容器 C1 上得到的整流直流电压经电阻 R1 和 R2 分压后获得适当电平的控制信号 Uc，通过保护控制电路 80 作用到镇流器逆变器 50，在出现灯不激活的异常状态时，使逆变器电路停振或降低输出功率，从而实现灯不激活异常状态的保护。控制信号 Uc 的起控电平由取样变压器 TL 的初级绕组 n1 和次级绕组 n2 之比以及分压电阻 R1 和 R2 的分压比共同确定，而改变图 2 中整流二极管 D1 的方向，可以得到正、负不同极性的异常状态控制信号 Uc。在灯正常工作状态下，滤波电容器 C1 上的取样电压经分压电阻 R1 和 R2 分压后的控制信号电平不足启动保护功能；在灯管启动时，尽管取样变压器 TL 的次级绕组 n2 上也会感应较高的电压，但在几十毫秒的短暂的启动瞬间，滤波电容器 C1 上来不及建立起足够的电压，因而保护控制电路 80 也不会启动而影响镇流器逆变器 50 的正常工作。只有当灯不激活状态出现时，在谐振电路电流 I0 增大到使逆变器开关管 Q1 和 Q2 中的电流到达允许的最大电流限值之前，取样变压器 TL 次级绕组 n2 上的取样电压经整流、滤波、分压后得到的控制信号 Uc 的电平便启动保护控制电路动作，使逆变器电路停振或降低输出功率。控制信号的动作电平一般设定在谐振电流超过正常工作电流一倍左右时保护电路启动。 

在灯寿命终了时，灯电极之一的发射能力降低，导致两端阴极发射不对称的灯寿终状态又称整流效应。在管径为 16 mm 的 T5 等细管径荧光灯发展起来之后，镇流器必须对灯寿终的局部整流效应的异常状态实施保护，以确保在灯寿终时不会因一端过度发热使灯头熔融而引发安全事故。在灯出现局部整流效应时，是灯在高频的某个半周期因某一阴极发射能力下降，导致瞬间灯电流下降，致使串联谐振电感和电容两端的电压会在该半周期内明显升高，并且，这种电压升高将持续在整个灯的点燃期间中，而该阴极电子发射不足必然引起温度的升高。而串联谐振电路电流的增大并不明显，因此，对于灯寿终的局部整流效应异常状态的检测，一般不采用电流取样而改用电压取样的方式。当灯管产生局部整流效应时，保护控制电路使电子镇流器逆变器进入低谐振或停振状态，从而不仅保护了电子镇流器本身，同时也使灯的阴极发射能力降低的一端免受附加的过高的加热功率而引发安全隐患，从而保证电子镇流器能全面符合标准的要求。 

由于在灯发生各种异常状态时，在不同的镇流器电路架构中，其表现形式不尽相同；即使在同一电路架构中，也呈现不同的特性。如上所述，对于串联谐振的镇流器，在灯不激活异常状态时，表现为谐振电路电流的急速增大；而在灯局部镇流效应时，则串联谐振电感和电容两端的电压呈某个半周不对称增大。因此，镇流器通常都会采用两套保护电路分别对灯不激活和灯寿终的局部整流效应异常状态实施保护，从而增加了设备和成本。 

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是采用一套灯异常保护检测电路实现“灯不激活”和“灯寿终局部整流效应”两种异常状态的保护。 

本实用新型的技术方案是这样实现的：包括取样变压器，二极管整流器，滤波电容器和电阻分压器电路，其特征在于：在串联谐振驱动荧光灯负载电路中，取样变压器初级绕组与串联谐振电容串接后，与荧光灯并接，取样变压器次级绕组与整流电路连接，整流器输出送至保护控制电路。 

所述整流电路采用倍压整流输出；或桥式整流输出；或全波整流输出，经分压电阻分压后送至保护控制电路。 

所述整流输出的电压，藉助整流二极管的连接方向，控制输出电压的极性为正或为负。 

本实用新型的优点是，通过将灯异常状态取样电路置于与串联谐振电路的与灯管并联的谐振电容器通路中，并对取样信号进行倍压整流（或桥式整流，全波整流）来获取控制信号的办法，只用一套电路就能兼具“灯不激活”和“灯寿终局部整流效应”两种异常状态的保护，电路元器件减少，提高了镇流器的可靠性，也降低了成本。 

附图说明

图 1为常用的 荧光灯电子镇流器方框图； 

图 2为常用的串联谐振电子镇流器灯不激活异常状态保护电路图；

图 3 串联谐振电路电流矢量示意图；

图 4为本实用新型的保护检测电路图（取样信号倍压整流，负控制电压输出）；

图5 为本实用新型的另一实施例图（取样信号倍压整流，正控制电压输出）；

图6为本实用新型的另一实施例图（取样信号桥式整流，负控制电压输出）；

图7为本实用新型的另一实施例图（取样信号桥式整流，正控制电压输出）；

图8为本实用新型的另一实施例图（取样信号全波整流，负控制电压输出）；

图9为本实用新型的另一实施例图（取样信号全波整流，正控制电压输出）；

图中标号说明

10—交流电源；                    TL—谐振电感取样变压器；

20—电磁干扰抑制电路；         TI—取样变压器；

30—整流器；                       L—谐振电感；

40—功率因素校正电路；          C0—谐振电容；

50—逆变器；                         Lamp—荧光灯；

60—输出电路；                      n1—取样变压器初级；

70—异常状态保护检测电路；    n2—取样变压器次级；

80—保护控制电路；               R1，R2—分压电阻；

90—荧光灯负载；                  D1,D2,D3,D4—整流二极管；

+Vdc—直流电压；                 C1,C2—滤波电容器；

Gnd—地；                         Q1，Q2—半桥逆变器开关管；

Uc—控制电压；                   I0—谐振电路电流；

Ic—谐振电容电流；             IL—灯电流。   

具体实施方式

在灯管寿终的局部整流效应时，灯在高频的某个半周呈辉光放电状态，灯电流在一个方向因电极发射能力降低而减小，灯电压则在该方向上增加。在串联谐振的镇流器电路中，谐振电容 C0 与灯 Lamp 是并联连接的，在灯不激活的异常状态时，没有灯电流 IL 流过灯管 Lamp，谐振电感电流 I0 与谐振电容电流 Ic 相等；在灯寿终的局部整流效应时，流过谐振电感的谐振电流 I0 是灯电流 IL 和谐振电容电流 Ic 的矢量和，灯电流 IL 比谐振电容电流 Ic 滞后 90 度，如图 3 所示。在灯寿终的局部整流效应时，灯电流 IL 比正常状态有所减小，从图 3 的矢量图可以看出，灯从正常状态变为局部整流效应的异常状态时，谐振电感电流 I0 的变化量（I02 - I01）将小于谐振电容电流 Ic 的变化量（Ic2 – Ic1）。鉴于在局部整流效应时谐振电感中电流的增大没有谐振电容中电流的增大明显，为了有效地提取等异常状态的信息，在图 4 到 图 9 的本实用新型的镇流器灯异常状态保护检测电路中，将取样信号从谐振电感移到了与谐振电容器 C0 串联的取样变压器 T1 中取出，取样变压器 T1 的初级绕组 n1 与谐振电容器 C0 串联后与灯 Lamp 并联。 

由于在灯寿终的局部整流效应时的电压和电流波形是非对称的。常规的电流取样采用半波整流无法检测到确定的异常状态控制电压。本实用新型采用倍压电路（图 4 和图 5），或桥式整流（图 6 和图 7），或全波整流（图 8 和图 9）对异常状态的取样信号进行整流以检测获取保护控制电压 Uc。 

下面以图 4 为例作进一步说明。 

在出现灯不激活异常状态时，流过取样变压器 T1 初级绕组 n1 的电流 Ic 就是通过串联谐振电路的电流 I0， 

在镇流器半桥逆变电路开始工作后，由于没有灯管电阻并联在谐振电容 C0 两端，谐振电流将迅速增大，设置在当异常状态电流达到接近正常状态电流的一倍左右时，在取样变压器 T1 次级的取样电压由二极管 D1 和D2 和电容器 C1 和 C2 组成的倍压整流电路，在滤波电容器 C1 上的电压经电阻 R1 和 R2 分压后得到的控制电压 Uc 刚好使保护控制电路 80 工作，从而使半桥逆变器 50停振或降低输出功率，实现灯不激活异常状态的保护。

在发生灯寿终的局部整流效应的异常状态时，流过谐振电容 C0 或取样变压器 T1 初级绕组 n1 的电流因灯两端电压的不对称特性也具有正、负半周不对称的特性，并在只有一个电极具有发射电子能力的全整流态的极限状态，可能达到正常状态时电流值的接近一倍的大小。按标准，镇流器应确保在灯局部整流效应使灯阴极电路中增加的功率损耗小于由灯管管径确定的限值（如对于 T5 和 T4 灯管，该最大功耗限值分别为 7.5W 和 5W）。也就是说，取样信号应在灯局部整流效应达到全整流态之前的符合上述标准规定的状态下启动保护功能而使逆变器电路停止工作。调整取样变压器初级绕组 n1 和次级绕组 n2 的匝数比以及分压电阻 R1 和 R2 的分压比，可以实现异常状态保护检测电路输出的控制电压 Uc 在所要求的局部整流效应状态点上启动保护电路的动作。 

由于灯不激活异常状态的取样电流总是大于灯局部整流效应时的取样电流，因此，只要局部整流效应的异常状态下能启动保护功能，就一定能在出现灯不激活的异常状态时启动保护功能。 

与图 4 采用倍压整流一样，图 6 和图 7 中采用的桥式整流电路，或图 8 和图 9 中采用的全波整流电路也都能检出正、负半周不对称的电压信号的峰峰值，克服了半波整流不能甄别正负半周非对称电压的缺点。 

通过同时改变整流二极管 D1，D2，或 D1，D2，D3，和D4 的方向，可以获得需要的控制电压 Uc 的极性，图 4，图 6 和图 8 得到的是负极性的控制电压 –Uc，图 5，图 7 和图 9 得到的是正极性的控制信号 +Uc。 

这样，用一套灯异常状态保护检测电路同时实现对灯不激活和灯局部整流效应两种异常状态的保护。 

以下结合附图 4，图 5，图 6，图 7，图 8 和图 9对本实用新型作进一步的描述。图 4 是取样信号倍压整流，输出负控制电压 –Uc；图5 是取样信号倍压整流，输出正控制电压 +Uc；图 6 是取样信号桥式整流，输出负控制电压 –Uc；图 7 是取样信号桥式整流，输出正控制电压 +Uc；图 8 是取样信号全波整流，输出负控制电压  –Uc；图 9 是取样信号全波整流，输出正控制电压 +Uc。 

串联谐振电路的谐振电感 L 的一端接半桥逆变器开关管 Q1 和 Q2 的中点，谐振电感 L 的另一端与灯 Lamp 的一个阴极以及谐振电容 C0 的一端接在一起。谐振电容 C0 的另一端串联连接取样变压器 T1 的初级绕组 n1 后与灯 Lamp 的另一个阴极即地电位相接。 

按图 4，取样变压器次级绕组 n2 的一端接地 Gnd，另一端接滤波电容 C2 的一端，滤波电容 C2 的另一端与整流二极管 D1 的负极和整流二极管 D2 的正极连接在一起。整流二极管 D2 的负极接接地 Gnd；整流二极管 D1 的正极接滤波电容 C1 的一端，滤波电容 C1 的另一端接地 Gnd。串联连接的分压电阻 R1 和 R2 并联在滤波电容 C1 的两端。分压电阻 R1 和 R2 的公共接点输出的控制电压 –Uc 送到保护控制电路 80，在灯异常状态时启动保护控制电路 80 使半桥逆变器 50 停振或降额输出。 

同时改变图 4 中整流二极管 D1 和 D2 的极性方向，即为图 5 的取样信号倍压整流，输出正控制电压 +Uc。 

按图 6，取样变压器次级绕组 n2 的两端分别与桥式整流二极管 D1 负极和 D2 正极的公共端以及桥式整流二极管 D3 负极和 D4 正极的公共端相连接。桥式整流二极管 D1 和 D3 的正极与滤波电容 C1，分压电阻 R1 的一端连接在一起，桥式整流二极管 D2 和 D4 的负极，滤波电容 C1 的另一端，分压电阻 R2 的一端接地 Gnd。分压电阻 R1 和 R2 的公共接点输出的控制电压 –Uc 送到保护控制电路 80，在灯异常状态时启动保护控制电路 80 使半桥逆变器 50 停振或降额输出。 

同时改变图 6 中桥式整流二极管 D1，D2，D3 和 D4 的极性方向，即为图 7 的取样信号桥式整流，输出正控制电压 +Uc。 

按图 8，取样变压器次级绕组 n2 的两端分别与整流二极管 D1和 D2 的负极相连接，取样变压器次级绕组 n2 的中心抽头接地 Gnd。整流二极管 D1和 D2 的正极与滤波电容 C1，分压电阻 R1 的一端连接在一起，滤波电容 C1 的另一端，分压电阻 R2 的一端接地 Gnd。分压电阻 R1 和 R2 的公共接点输出的控制电压 –Uc 送到保护控制电路 80，在灯异常状态时启动保护控制电路 80 使半桥逆变器 50 停振或降额输出。 

同时改变图 8 中桥式整流二极管 D1 和 D2 的极性方向，即为图 9 的取样信号全波整流，输出正控制电压 +Uc。 

根据不同的取样信号整流方式，选取取样变压器初、次级绕组的匝数比 n1/n2以及分压电阻 R1 和 R2 的分压比，使得在灯寿终的局部整流效应异常状态到达规定的程度（对于 T5 和 T4 灯管，局部整流效应使灯的阴极发射能力降低的一端的附加功耗分别小于 7.5W 和 5W）时，由灯异常保护检测电路输出的控制电压 Uc 的幅度达到保护控制电路 80 的起控点。控制电压 Uc 的极性也由保护控制电路 80 的要求确定。 

Claims (3)

1.一种荧光灯异常状态保护检测电路，包括取样变压器，二极管整流器，滤波电容器和电阻分压器电路，其特征在于：在串联谐振驱动荧光灯负载电路中，取样变压器初级绕组与串联谐振电容串接后，与荧光灯并接，取样变压器次级绕组与整流电路连接，整流器输出送至保护控制电路。

2.按权利要求 1 所述的荧光灯异常状态保护检测电路，其特征在于：所述整流电路采用倍压整流输出；或桥式整流输出；或全波整流输出，经分压电阻分压后送至保护控制电路。

3.按权利要求2 所述的荧光灯异常状态保护检测电路，其特征在于：所述整流输出的电压，藉助整流二极管的连接方向，控制输出电压的极性为正或为负。

Images