CN202750319U - 高强度放电灯电子镇流器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种高强度放电灯电子镇流器，包括EMI滤波器、PFC功率因数校正电路、BUCK降压电路、用于将BUCK降压电路输出的直流电转换为交流电的全桥谐振电路、及BUCK控制器和全桥控制器；其中，全桥控制器配置为点火时控制全桥谐振电路对150V直流电进行LC谐振产生高频正弦波电压，在高强度放电灯被点亮后的一定时间内控制全桥谐振电路输出高频正弦波电压，在高强度放电灯正常工作时控制全桥谐振电路输出低频方波电压。由于本实用新型的电子镇流器在光源点亮和其后一段的工作时间内，电子镇流器输出高频正弦波电压，使得光源输出非常稳定，没有任何闪烁现象出现，给用户带来非常舒适的使用体验。
Description
技术领域
本实用新型属于照明电子领域，特别涉及一种高强度放电灯（包括高压钠灯、金属卤化物灯等）电子镇流器。
背景技术
高强度放电（HID——High Intensity Discharge）灯，例如高压钠灯（HPSL）、金属卤化物灯等，因具有极好的光效（80～140lm/W）和合适的光波长，而被广泛用于户外照明，如广场、道路、码头等。但是，传统的电感式镇流器存在功率因数低和自身损耗大的缺点。大量低功率因数电器的使用，会对电网造成谐波污染，不但增加了供发电设备的负荷，使供发电设施得不到充分利用，而且严重影响其它用电设备的正常运行。
绿色照明事业在世界范围的蓬勃发展，推进了电子镇流器的广泛使用。电子镇流器不但可以做到很高的功率因数（接近1），具有显著的节能效果，而且还能在很宽的电压范围内点灯工作，很好地解决了电感式镇流器的缺点。由于HID灯的功率相对于荧光灯大得多，用量也极大，所以HID灯电子镇流器的开发应用，具有更加深远的意义。
用于小功率金属卤化物灯的电子镇流器为了避免声共振现象的发生继而损坏光源，通常选用低频方波驱动，驱动频率为100Hz～400Hz。
HID灯电子镇流器因使用场所和其本身的特性，要求较为严格。它的基本要求是：
1）具有较高的功率因数（≥0.99）；
2）适应温度范围－20～50℃，且防雨雪；
3）输出到灯的功率必须恒定；
4）为防电极极化，灯的电流必须是交流，而且须防声共振；
5）必须有2.5～4kV的点灯触发电压，灯点亮后高压须消除，不影响灯的正常工作；
6）较高的功率（一般人行道为75W，道路为250W，广场为400W，最高达1000W）；
7）对各种故障（灯短路、灯开路或无灯、弧光不正常、灯过压、灯过流以及电路本身的故障）的识别及保护功能完善。
由图1所示的现有技术的高强度放电灯电子镇流器的输出波形可以看出，现有技术的高强度放电灯电子镇流器在点火时的启动电压为在400V方波的边沿上抖出3kV以上的高压，从而击穿电极，使灯点亮。然而，采用这种点火方式的电子镇流器存在以下问题：
1、由于BUCK降压电路的输出电压一般在320V～400V的范围内，所以全桥谐振电路一般选用500V耐压的MOS管，而全桥谐振电路是工作在低频，所以全桥谐振电路的损耗几乎是由MOS管的导通功耗决定，从而导致整体效率偏低，一般为0.88～0.9；
2、电子镇流器从开始工作就一直输出低频方波，光源在点亮后的一段时间里面，光源输出不稳，带来明显的闪烁现象；
3、因为采用升压变压器和谐振电容组成串联谐振线路，使得稳定工作以后电压换向时仍然会在边沿上产生震荡，从而产生噪音；
4、高压产生电路由L、C充放电辅助以升压变压器来完成，增加很多器件，带来镇流器成本增加。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种高强度放电灯电子镇流器，以防止高强度放电灯的光源在点亮后的一段时间内因光源输出不稳而导致的明显的闪烁现象。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种高强度放电灯电子镇流器，包括：
用于对交流输入进行滤波的EMI滤波器、
用于对滤波后的交流电的功率因数进行校正并产生稳定的直流电的PFC功率因数校正电路、
用于进行降压、恒流控制和恒功率控制的BUCK降压电路、
用于将所述BUCK降压电路输出的直流电转换为交流电的全桥谐振电路、及
用于控制所述BUCK降压电路的BUCK控制器和用于控制所述全桥谐振电路的全桥控制器；
所述EMI滤波器、PFC功率因数校正电路、BUCK降压电路和全桥谐振电路顺序连接，所述BUCK控制器与所述BUCK降压电路连接，所述全桥控制器与所述全桥谐振电路连接；
所述BUCK控制器配置为点火时控制所述BUCK降压电路输出150V直流电，在所述高强度放电灯达到额定功率前控制所述BUCK降压电路输出恒定电流，并在所述高强度放电灯达到额定功率后控制所述BUCK降压电路输出恒定功率；
所述全桥控制器配置为点火时控制所述全桥谐振电路对所述150V直流电进行LC谐振产生用于点亮所述高强度放电灯的高频正弦波电压，在所述高强度放电灯被点亮后的一定时间内控制所述全桥谐振电路输出高频正弦波电压，并在所述高强度放电灯正常工作时控制所述全桥谐振电路输出低频方波电压。
作为优选，还包括第一反馈电路、PFC控制器、第二反馈电路和第三反馈电路，所述PFC功率因数校正电路的输出顺序经过所述第一反馈电路和PFC控制器后反馈至所述PFC功率因数校正电路，所述BUCK降压电路的输出顺序经过所述第二反馈电路和BUCK控制器后反馈至所述BUCK降压电路，所述全桥谐振电路的输出顺序经过所述第三反馈电路和全桥控制器后反馈至所述全桥谐振电路。
作为进一步地优选，所述全桥谐振电路包括：NMOS管Q7、Q8、Q9和Q5，以及电感T4和电容C5和C4；其中，Q7和Q9的漏极连接所述BUCK降压电路的输出端，Q7的源极连接Q8的漏极，Q9的源极连接Q5的漏极，Q8和Q5的源极接地；T4、C5和C4串联在Q7的源极和Q9的源极之间；Q7的栅极经电阻TR23接收驱动信号输入，Q8的栅极经电阻TR24接收驱动信号输入，Q9的栅极经电阻TR25接收驱动信号输入，Q5的栅极经电阻TR26接收驱动信号输入，Q7的源极和Q9的源极分别接收检测信号输入，Q7的栅极和源极之间串联电阻TR28，Q8的栅极和源极之间串联电阻TR29，Q9的栅极和源极之间串联电阻TR32，Q5的栅极和源极之间串联电阻TR33，T4与C5之间的连接点和Q9的源极为所述全桥谐振电路的输出端。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、由于点火时本实用新型的电子镇流器的BUCK降压电路输出的电压控制在150V，因此全桥谐振电路的NMOS管可以选择200V耐压，而NMOS管的导通电阻和NMOS管的耐压有很大关联，因此全桥谐振电路的功耗可以大幅度降低，能够带来整机2～3%的效率提高，使得整机效率达到92%～95%；
2、由于本实用新型的电子镇流器在光源点亮时和其后一段的工作时间内，镇流器输出高频正弦波电压，使得光源输出非常稳定，没有任何闪烁现象出现，给用户带来非常舒适的使用体验；
3、高频正弦波电压由全桥谐振电路谐振产生，不需要额外增加的L，C器件，精简了电路并降低了成本；
4、由于去掉了升压变压器等结构，电子镇流器在正常工作时不会在输出电压的换向边沿上产生抖动，所以不会产生噪音。
附图说明
图1为现有技术的高强度放电灯电子镇流器的输出波形图；
图2为本实用新型的高强度放电灯电子镇流器的结构框图；
图3为本实用新型的高强度放电灯电子镇流器的BUCK降压电路的电路图；
图4为本实用新型的高强度放电灯电子镇流器的全桥谐振电路的电路图；
图5为本实用新型的高强度放电灯电子镇流器的全桥谐振电路在点火时的启动电压波形图；
图6为本实用新型的高强度放电灯电子镇流器的全桥谐振电路在正常工作时的电压波形。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细说明。
如图2所示，本实施例的高强度放电灯电子镇流器包括：
用于对交流输入(例如220V交流电)进行滤波的EMI滤波器1，电源线是干扰传入设备和传出设备的主要途径，通过电源线，电网的干扰会传入设备，干扰设备的正常工作，同样设备产生的干扰也可能通过电源线传到电网上，干扰其他设备的正常工作，因此本实施例中在设备的电源进线处加入EMI滤波器1；
用于对滤波后的交流电的功率因数进行校正并产生稳定的直流电的PFC功率因数校正电路2，其主要用于改善功率因数并产生一稳定的直流母线电压，传统的PFC功率因数校正电路2的输出为400V的直流电压；
用于进行降压、恒流控制和恒功率控制的BUCK降压电路3，BUCK降压电路3的电路结构如图3所示，在本实施例中，BUCK降压电路3采用下BUCK结构，即MOS管不在总线电压线上，而在下边，这样的好处是驱动部分的VCC可以和总线电压共地，需要单独隔离电源供电；BUCK降压电路3的工作原理是：当启动时，BUCK降压电路3的控制IC采集BUCK电压信号，控制BUCK降压电路3的输出电压为150V；当启动结束，HID灯5预热一段时间后，后边的全桥谐振电路4进入低频工作状态，此时控制IC采样功率检测信号，进入恒功率控制；及
用于将所述BUCK降压电路3输出的直流电转换为交流电的全桥谐振电路4，如图4所示，在本实施例中，作为优选实施方式，所述全桥谐振电路4包括：NMOS管Q7、Q8、Q9和Q5，以及电感T4和电容C5和C4；其中，Q7和Q9的漏极连接所述BUCK降压电路3的输出端，Q7的源极连接Q8的漏极，Q9的源极连接Q5的漏极，Q8和Q5的源极接地；T4、C5和C4串联在Q7的源极和Q9的源极之间；Q7的栅极经电阻TR23接收驱动信号输入，Q8的栅极经电阻TR24接收驱动信号输入，Q9的栅极经电阻TR25接收驱动信号输入，Q5的栅极经电阻TR26接收驱动信号输入，Q7的源极和Q9的源极分别接收检测信号输入，Q7的栅极和源极之间串联电阻TR28，Q8的栅极和源极之间串联电阻TR29，Q9的栅极和源极之间串联电阻TR32，Q5的栅极和源极之间串联电阻TR33，T4与C5之间的连接点和Q9的源极为所述全桥谐振电路4的输出端；
及用于控制所述BUCK降压电路3的BUCK控制器31和用于控制所述全桥谐振电路4的全桥控制器41。
所述EMI滤波器1、PFC功率因数校正电路2、BUCK降压电路3和全桥谐振电路4顺序连接，所述BUCK控制器31与所述BUCK降压电路3连接，所述全桥控制器41与所述全桥谐振电路4连接；其中，
所述BUCK控制器31配置为点火时控制所述BUCK降压电路3输出150V直流电，在HID灯5达到额定功率前控制所述BUCK降压电路3输出恒定电流，并在HID灯5达到额定功率后控制所述BUCK降压电路3输出恒定功率；
所述全桥控制器41配置为点火时控制所述全桥谐振电路4对所述150V直流电进行LC谐振产生用于点亮HID灯5的高频正弦波电压，在HID灯5被点亮后的一定时间内控制所述全桥谐振电路4输出高频正弦波电压，并在HID灯5正常工作时控制所述全桥谐振电路4输出低频方波电压。
点火时，所述BUCK降压电路输出150V直流电，所述全桥谐振电路4对所述150V直流电进行LC谐振产生高频正弦波电压以点亮HID灯5；HID灯5被点亮后，所述全桥谐振电路4在一定时间内继续输出高频正弦波电压；最后，所述全桥谐振电路4的输出由高频正弦波电压转换为低频方波电压。
在本实施例中，作为优选实施方式，还包括第一反馈电路、PFC控制器21、第二反馈电路、和第三反馈电路，所述PFC功率因数校正电路2的输出顺序经过所述第一反馈电路和PFC控制器21后反馈至所述PFC功率因数校正电路2，所述BUCK降压电路3的输出顺序经过所述第二反馈电路和BUCK控制器31后反馈至所述BUCK降压电路3，所述全桥谐振电路4的输出顺序经过所述第三反馈电路和全桥控制器41后反馈至所述全桥谐振电路4。
由于点火时本实施例的电子镇流器的BUCK降压电路3输出的电压控制在150V，因此全桥谐振电路4的NMOS管可以选择200V耐压，而NMOS管的导通电阻和NMOS管的耐压有很大关联，因此全桥谐振电路4的功耗可以大幅度降低，能够带来整机2～3%的效率提高，使得整机效率达到92%～95%。
为了改善因为BUCK降压电路3输出的电压的降低而带来的启动困难问题，本实施例的电子镇流器中，全桥谐振电路4采用全桥谐振方式，150V直流电压经LC谐振产生高频高压去点亮光源，点火电压波形如图5所示。这种点火方式同时解决了OCV要求和额外高压产生电路的问题，减少了元器件使用数量，提高了效率和可靠性。
光源点亮后，电子镇流器继续使用高频正弦波去驱动光源，等到灯管电压达到一定值后，再切换到低频方波工作，这样可以完全消除低频方波启动所带来的初期光输出不稳定导致的闪烁现象；同时因为去掉了升压变压器等结构，电子镇流器在正常工作时不会在输出电压的换向边沿上产生抖动，所以不会产生噪音。电子镇流器在HID灯5正常工作时输出的电压波形如图6所示。
本实施例的电子镇流器的全桥谐振电路4的工作状态可以包括以下三个阶段：
1、启动时，全桥谐振电路4输出高频交流电压，频率从100kHz向下扫到25kHz，由T4和C5、C4产生三次谐振，在HID灯5两端产生3KV的高压，击穿HID灯5的电极，点亮HID灯5，点火电压波形如图5所示；
2、当点亮HID灯5以后，全桥仍然以25kHz的频率继续工作，HID灯5工作在恒流阶段，HID灯5功率在不断上升；
3、当HID灯5经过恒流升功率阶段，HID灯5功率稳定上升，这时全桥谐振电路4进入低频方波工作状态，全桥输出100Hz的方波，频率很低，由于声共振的频率一般在30Hz～50kHz之间，所以HID灯5不会产生声共振现象，也不会闪烁，HID灯5能稳定的工作，正常工作电压波形如图6所示。
以上实施例仅为本实用新型的示例性实施例，不用于限制本实用新型，本实用新型的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本实用新型的实质和保护范围内，对本实用新型做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本实用新型的保护范围内。
Claims (3)
1.一种高强度放电灯电子镇流器，包括：
用于对交流输入进行滤波的EMI滤波器、
用于对滤波后的交流电的功率因数进行校正并产生稳定的直流电的PFC功率因数校正电路、
用于进行降压、恒流控制和恒功率控制的BUCK降压电路、
用于将所述BUCK降压电路输出的直流电转换为交流电的全桥谐振电路、及
用于控制所述BUCK降压电路的BUCK控制器和用于控制所述全桥谐振电路的全桥控制器；
所述EMI滤波器、PFC功率因数校正电路、BUCK降压电路和全桥谐振电路顺序连接，所述BUCK控制器与所述BUCK降压电路连接，所述全桥控制器与所述全桥谐振电路连接；其特征在于，
所述BUCK控制器配置为点火时控制所述BUCK降压电路输出150V直流电，在所述高强度放电灯达到额定功率前控制所述BUCK降压电路输出恒定电流，并在所述高强度放电灯达到额定功率后控制所述BUCK降压电路输出恒定功率；
所述全桥控制器配置为点火时控制所述全桥谐振电路对所述150V直流电进行LC谐振产生用于点亮所述高强度放电灯的高频正弦波电压，在所述高强度放电灯被点亮后的一定时间内控制所述全桥谐振电路输出高频正弦波电压，并在所述高强度放电灯正常工作时控制所述全桥谐振电路输出低频方波电压。
2.根据权利要求1所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于，还包括第一反馈电路、PFC控制器、第二反馈电路和第三反馈电路，所述PFC功率因数校正电路的输出顺序经过所述第一反馈电路和PFC控制器后反馈至所述PFC功率因数校正电路，所述BUCK降压电路的输出顺序经过所述第二反馈电路和BUCK控制器后反馈至所述BUCK降压电路，所述全桥谐振电路的输出顺序经过所述第三反馈电路和全桥控制器后反馈至所述全桥谐振电路。
3.根据权利要求1或2所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于，所述全桥谐振电路包括：NMOS管Q7、Q8、Q9和Q5，以及电感T4和电容C5和C4；其中，Q7和Q9的漏极连接所述BUCK降压电路的输出端，Q7的源极连接Q8的漏极，Q9的源极连接Q5的漏极，Q8和Q5的源极接地；T4、C5和C4串联在Q7的源极和Q9的源极之间；Q7的栅极经电阻TR23接收驱动信号输入，Q8的栅极经电阻TR24接收驱动信号输入，Q9的栅极经电阻TR25接收驱动信号输入，Q5的栅极经电阻TR26接收驱动信号输入，Q7的源极和Q9的源极分别接收检测信号输入，Q7的栅极和源极之间串联电阻TR28，Q8的栅极和源极之间串联电阻TR29，Q9的栅极和源极之间串联电阻TR32，Q5的栅极和源极之间串联电阻TR33，T4与C5之间的连接点和Q9的源极为所述全桥谐振电路的输出端。
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