CN203279319U - 一种高压气体放电灯的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高压气体放电灯的驱动电路包括有源功率因数校正电路；降压逆变电路，转换有源功率因数校正电路输出的直流信号为交流信号，并为高压气体放电灯提供交流信号，其中，所述降压逆变电路包括两个降压电路，每个降压电路分别设有一个开关元件，两个降压电路共用一个设有副绕组的电感元件；零电流检测电路，包括两个开关电路及连接在电感元件副绕组两端的第一检测电路和第二检测电路；低频信号产生电路，用于生成低频方波信号；第一控制器，连接所述的零电流检测电路和所述降压逆变电路，所述第一控制器利用所述低频方波信号控制所述两个降压电路交替工作；所述两个开关电路分别与第一检测电路和第二检测电路连接，两个开关电路在所述的低频方波信号控制下交替导通接地，使第一检测电路和第二检测电路交替接地。

Description

一种高压气体放电灯的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种气体放电灯的驱动电路，特别是一种高压气体放电灯的驱动电路。

背景技术

高压气体放电灯（HID）是一种高效节能电光源，具有光效高、寿命长等显著优点。传统的与之配套的电感镇流器由于需要耗用大量铜、铁等金属材料而且工作效率较低，有较明显的闪烁，不能满足绿色照明的用电要求。随着对照明要求越来越高， HID普遍采用电子镇流器与之配套。HID电子镇流器一般采用三级电路，有源功率因数校正电路（APFC）、降压电路和全桥逆变电路实现。

采用三级电路结构的缺点是成本较高，效率相对较低。为了节约成本和提高效率，也可通过二级电路，APFC有源功率因数校正电路、双降压逆变电路实现。双降压逆变电路一般采用双电感结构，但为了节约成本，两个降压电路可能采用图1所示的同一个电感L。图1中低频方波信号控制两降压电路交替工作的，高电平时第一个降压电路工作，低电平时第二个降压电路工作。在两个降压电路的低频工作周期，开关元件Q1和Q2以高频开关方式工作。通常检测电感的电流过零信号，驱动降压开关工作导通，以减小开关噪声。

双降压逆变电路采用双电感结构，比较容易做到可靠的电感零电流检测。但对上述采用同一个电感L的两个降压电路，在一个降压电路工作时，电感的电流过零检测的放电电流使在电感的副绕组产生的电压是同名端F为正，异名端E为负；当另一个降压电路工作，其在电感的副绕组产生的电压是同名端为F负，异名端为E为正，这样想通过采样电感副绕组的电压作为零电流检测的信号则比较困难，需要的电路比较复杂。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种具有可靠的电感零电流检测的高压气体放电灯的驱动电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高压气体放电灯的驱动电路， 包括:

有源功率因数校正电路；

降压逆变电路，转换有源功率因数校正电路输出的直流信号为交流信号， 并为高压气体放电灯提供交流信号，其中，所述降压逆变电路包括两个降压电路，每个降压电路分别设有一个开关元件，两个降压电路共用一个设有副绕组的电感元件；零电流检测电路，包括两个开关电路及连接在电感元件副绕组两端的第一检测电路和第二检测电路；

低频信号产生电路，用于生成低频方波信号；

第一控制器，连接所述的零电流检测电路和所述降压逆变电路，所述第一控制器利用所述低频方波信号控制所述两个降压电路交替工作；

上述的两个开关电路分别与第一检测电路和第二检测电路连接，两个开关电路在所述的低频方波信号控制下交替导通接地，使第一检测电路和第二检测电路交替接地。

优选的，上述第一检测电路为一个阻性元件，连接电感元件副绕组的一端，第二检测电路为另一个阻性元件，连接电感元件副绕组另一端，上述两个开关电路分别连接电感元件副绕组的两端，两个开关电路交替导通使第一检测电路和第二检测电路交替接地。

优选的，所述第一检测电路包括两个阻性元件串联与电感元件副绕组一端连接，所述第二检测电路包括两个阻性元件串联并与电感元件副绕组另一端连接，其中，所述两个开关电路分别与第一检测电路和第二检测电路的两个阻性元件之间连接，来控制第一检测电路和第二检测电路交替接地。

优选的，高压气体放电灯的驱动电路，还包括一个第二控制器，降压逆变电路还包括另外两个串接的开关元件，所述第二控制器利用所述低频方波信号控制所述的另外两个串接的开关元件交替导通。

优选的，第一控制器根据零电流检测电路输出的正电压方波的下降沿或上升及下降沿来确定电感元件放电完成的时间。

优选的，上述的开关电路至少包括一个开关元件，开关元件为MOS管、三极管、或其它具有开关功能的器件。

采用低频方波信号控制开关电路使第一检测电路和第二检测电路交替接地，这样使零电流检测电路输出的正电压方波对应电感元件的放电。通过检测正电压方波的下降沿或上升沿及下降沿就可以准确可靠地检测出电感元件是否放电完成，其电流是否为零。这样一来可以使降压逆变电路中的开关元件每次导通时电流都从零开始上升，有效地减小了驱动电路的噪声并降低了驱动电路的能耗，使其工作更加稳定可靠。

根据以下参考附图对本实用新型的描述，本实用新型的其他目标和效用将变得显而易见，并且读者可全面了解本实用新型。

附图说明

图1是现有的高压气体放电灯驱动电路的示意图；

图2是根据本实用新型实施例的高压气体放电灯的驱动电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的高压气体放电灯的驱动电路示意图；

图4是根据本实用新型实施例的一个降压电路工作时，高压气体放电灯的驱动电路工作的波形示意图；

图5是根据本实用新型实施例的第二个降压电路工作时，高压气体放电灯的驱动电路工作的波形示意图；

图6是根据本实用新型实施例的高压气体放电灯的驱动电路示意图。

在上述附图中，相同附图标记指示相同、相似或相应的元件或功能。

具体实施方式

下文将参照图式通过实施例来详细描述本实用新型的具体实施例。

图2是描述了本实用新型的一个实施例，图2中省略了APFC有源功率因数校正电路。HV是APFC有源功率因数校正电路输出的比较稳定的直流电压，一般为400V。参照图2，降压逆变电路包括两个降压电路，开关元件Q1、二极管D2、电感元件L、电容C3、电容C1、电容C2组成两个降压电路中的第一个降压电路。开关元件Q2、二极管D1、电感元件L、电容C3、电容C1、电容C2组成两个降压电路中的第二个降压电路。高压气体放电灯HID和电容C3并联，连接在电感元件L和电容C1和C2之间。降压逆变电路转换有源功率因数校正电路输出的直流信号为交流信号提供给高压气体放电灯HID。 第一个降压电路与第二个降压电路采用同一个电感元件L，电感元件上设有副绕组。零电流检测电路11 包括由电阻元件R15构成的第一检测电路和开关电路Q3，这里开关电路为一开关元件Q3。Q3一端接地，另一端与R15的一端连接并与电感元件L的副绕组的一端E连接。零电流检测电路还包括由电阻元件R16构成的第二检测电路和另一开关电路Q4，这里另一开关电路是一开关元件Q4。Q4的一端接地，另一端与电阻元件R16的一端连接并连接电感元件副绕组的另一端F。第一检测电路的电阻元件R15的另一端与第二检测电路的电阻元件R16的另一端连接并与第一控制器13的零电流检测输入端相连。低频信号产生电路12与第一控制器13的低频信号输入端和零电流检测电路11连接。第一控制器13利用低频信号产生电路12生成的低频方波信号控制上述第一降压电路和第二降压电路交替工作，当方波信号为高电平时，第一个降压电路工作，方波信号为低电平时第二个降压电路工作。上述相同的低频方波信号也用来控制开关元件Q3和Q4交替导通，使连接电感元件L副绕组两端的第一检测电路和第二检测电路交替接地。

当低频方波信号是高电平时，第一个降压电路工作，电感元件副绕组一端，异名端E接地，第一控制器13向开关元件Q1输出高频驱动信号使开关元件Q1导通或截止，Q1导通时，电感元件L充电，电流从电感元件L的一端，异名端B流向另一端，同名端A，电感的副绕组产生的电压是异名端E为正，另一端，同名端F为负，此时零电流检测信号电路输出为负电压方波。Q1 截止时，电感元件L放电，电流从异名端B流向同名端A，电感元件L的副绕组产生的电压是同名端F为正，异名端E为负， 零电流检测电路输出是正电压的方波。当低频方波信号是低电平，第二个降压电路工作，电感元件L副绕组同名端F接地，第一控制控制器13向Q2输出高频驱动信号。Q2导通时，电感元件L充电，电流从同名端A流向异名端B，电感元件L的副绕组产生的电压是同名端F为正，异名端E为负，此时第一控制器13的零电流检测信号输入端为负电压。Q2截止时，电感元件L放电，电流从同名端流A向异名端B，电感元件的副绕组产生的电压是异名端E为正，同名端F为负， 第一控制器13的零电流检信号输入端是正电压的方波。这样第一控制器通过检测正电压方波的下降沿，或着检测正电压方波的上升及下降沿就可以确定两个降压电路中的电感元件L的是否放电完成，从而检测出电感元件L的电流是否过零。

图3是本实用新型高压气体放电灯的驱动电路的一个实施例的示意图。参照图3，HV是APFC输出的比较稳定的直流电压，一般为400V，图3中省略了APFC有源功率因数校正电路。降压逆变电路包括两个降压电路。开关元件Q1、二极管D2、电感元件L、电容C3、电容C1、电容C2组成两个降压电路中的第一个降压电路。开关元件Q2、二极管D1、电感元件L、电容C3、电容C1、电容C2组成两个降压电路中的第二个降压电路。高压气体放电灯HID和电容C3并联，连接在电感元件L和电容C1和C2之间。第一个降压电路与第二个降压电路采用同一个电感元件L，L设有副绕组。D1、D2为续流二极管，电容C3的作用是滤波，电容C1、C2作用是将HV分压及隔断直流信号，通过交流信号。Q3、Q4、Q5开关元件，可以是MOS管、三极管、及其它具有开关功能的器件。 

零电流检测电路11包括两个开关电路，其中一个为开关元件Q4，另外一个开关电路包括两个开关元件Q3和Q5，低频方波信号通过控制Q3的导通或截止来控制Q5的截止或导通。第一检测电路由电阻R1和R3构成，其中电阻R1的和R3串接成串接电路，串接电路一端连接电感元件L的副绕组一端，异名端E，串接电路的另一端连接第一控制器13的零电流检测信号输入端， 电阻R1与R3之间通过开关电路Q4控制接地。零电流检测电路的第二检测电路包括电阻元件R2和R4，电阻R2和R4串联成串联电路，串联电路的一端连接第一控制器的零电流检测信号输入端，串联电路的另一端连接电感元件L副绕组的另一端，同名端F，电阻 R2与R4之间连接由Q3和Q5组成的另一个开关电路，通过Q5导通控制第二检测电路接地。低频信号产生电路12与第一控制器13的低频方波信号输入端和零电流检测电路11连接。第一控制器13利用低频信号产生电路12生成的低频方波信号控制上述第一降压电路和第二降压电路交替工作，第一个降压电路工作，开关元件Q4、Q3导通，Q5截止，第一控制器向开关元件Q1输高频驱动信号，Q1导通，电流流向从HV→Q1→L→HID→C2→地形成回路，电感元件L充电，R3的电压为负电压，输入第一控制器13的零电流检测信号输入端。开关元件Q1 截止时，电感元件L放电，储存的电能从电感元件L的同名端A→HID→C2→地→D2→电感元件L的异名端B形成回路，电感元件L的副绕组产生的电压由R1、R3、R4、R2分压，其中R3的电压为正电压方波，输入第一控制器13的零电流检测信号输入端。当低频方波信号是低电平，第二个降压电路工作，开关元件Q4、Q3截止，Q5导通，第一控制器向Q2输高频驱动信号。当Q2导通时，电流从HV→C1→HID→L→Q2→地形成回路，电感元件L充电，电感L的副绕组产生的电压由R2、R4、R1、R3分压，其中R4的电压为负电压方波输入零电流检测端。当Q2截止时，电感元件L储存的电能从L的异名端B→D1→HV→C1→HID→L的同名端B形成回路，电感放电，电感的副绕组产生的电压由R2、R4、R1、R3分压，其中R4的电压为正电压方波输入零电流检测端。这样通过检测零电流检测信号输入端的正电压方波的下降沿或上升及下降沿就可以准确地检测出双降压电路中的电感元件L的是否放电完成，从而检测出电感元件L的电流是否过零。

图3是第一个降压电路工作时，高压气体放电灯的驱动电路工作的信号波形，参照图3，波形1是零电流检测电路输出信号波形，波形2是第一控制器13输出到开关元件Q1的高频驱动信号波形，波形3是低频方波信号，波形4是通过电感元件L的电流波形。参照图3，电感元件L电流充放电，在副绕组产生的电压是方波信号，当电感元件L开始放电时，零电流检测电路输出交流方波为从低电平升到高电平是上升沿，当电感元件L放电完成，零电流检测电路输出方波信号为从高电平降到低电平，是下降沿，因此第一控制器13可根据零电流检测信号输入端的信号为下降沿确定电感放完电；为了检测更可靠，先检测零电流检测信号输入端的上升沿，再检测下降沿确定电感放完电。

图4是第二个降压电路工作时，高压气体放电灯的驱动电路的信号波形示意图，波形1是零电流检测电路输出的信号波形，波形2是开关元件Q2的高频驱动信号波形，波形3是低频方波信号，波形4是流过电感元件L的电流信号波形。参照图4，第一控制器13可根据零电流检测信号输入端的信号为下降沿确定电感放完电；为了检测更可靠，先检测零电流检测信号输入端的上升沿，再检测下降沿确定电感放完电。

图5是本实用新型高压气体放电灯一个实施例的电路示意图，参照图5，本实施例中用开关元件Q6、Q7代替了图3实施例中降压逆变器电路中的电容C1和C2，并增加了一个第二控制器14。第二控制器14的低频信号输入端与低频信号产生电路12连接，利用低频信号产生电路12生成的低频方波信号控制上述Q6和Q7交替导通，当低频方波信号为高电平时，Q7导通，Q6截止，当低频方波信号为低电平， Q6导通，Q7截止。本实施例中，当降压逆变电路中两个降压电路中的第一个降压电路工作，开关元件Q4、Q3、Q7导通，Q5、Q6截止，第一控制器13向开关元件Q1输高频驱动信号，开关元件Q1导通，电流流向从HV→Q1→L→HID→Q7→地形成回路，电感元件L充电，R3的电压为负电压方波，输入第一控制器13的零电流检测信号输入端。当开关元件Q1 截止，电感元件L放电，储存的电能从电感元件L的同名端A→HID→Q7→地→D2→电感元件L的异名端B形成回路，电感元件L的副绕组产生的电压由R1、R3、R4、R2分压，其中R3的电压为正电压方波，输入第一控制器13。当低频方波信号是低电平，第二个降压电路工作，开关元件Q4、Q3、Q7截止，Q5和Q6导通，控制器向Q2输高频驱动信号。当Q2导通时，电流从HV→Q6→HID→L→Q2→地形成回路，电感元件L充电，电感L的副绕组产生的电压由R2、R4、R1、R3分压，其中R4的电压为负电压方波输入零电流检测信号输入端。当Q2截止时，电感元件L储存的电能从L的异名端B→D1→HV→Q6→HID→L的同名端A形成回路，电感放电，电感的副绕组产生的电压由R2、R4、R1、R3分压，其中R4的电压为正电压方波输入零电流检测信号输入端。这样通过检测正电压方波的上升及下降沿就可以准确地检测出双降压电路中的电感元件L的是否放电完成，从而检测出电感元件L的电流是否过零。另一方面通过开关元件替代电容元件，使其驱动电路加适合大功率高压气体放电灯。

上述实施例只是例示性的，并且不希望它们限制本实用新型的技术方法。虽然已参照优选实施例详细描述了本实用新型，但所属领域的技术人员将了解，可在不偏离本实用新型技术方法的精神和范畴的情况下修改或等同替换本实用新型的技术方法，这些修改和等同替换也属于本实用新型权利要求书的保护范畴。

Claims (6)

1.一种高压气体放电灯的驱动电路，包括: 有源功率因数校正电路；降压逆变电路，转换有源功率因数校正电路输出的直流信号为交流信号，并为高压气体放电灯提供交流信号，其中，所述降压逆变电路包括两个降压电路，每个降压电路分别设有一个开关元件（Q1，Q2），两个降压电路共用一个设有副绕组的电感元件（L）；

零电流检测电路（11），包括两个开关电路及连接在电感元件副绕组两端的第一检测电路和第二检测电路；

低频信号产生电路（12），用于生成低频方波信号；

第一控制器（13），连接所述的零电流检测电路和所述降压逆变电路，所述第一控制器利用所述低频方波信号控制所述两个降压电路交替工作；

其特征在于，所述两个开关电路分别与第一检测电路和第二检测电路连接，所述两个开关电路在所述的低频方波信号控制下交替导通接地，使第一检测电路和第二检测电路交替接地。

2.根据权利要求1所述的高压气体放电灯的驱动电路，其特征在于，所述第一检测电路包括一个阻性元件（R15），连接电感元件副绕组的一端，第二检测电路包括另一个阻性元件（R16），连接电感元件副绕组另一端，所述的两个开关电路分别连接电感元件副绕组的两端，两个开关电路交替导通使第一检测电路和第二检测电路交替接地。

3.根据权利要求1所述的高压气体放电灯的驱动电路，其特征在于，所述第一检测电路包括两个阻性元件(R1,R3)串联与电感元件副绕组一端连接，所述第二检测电路包括另外两个阻性元件(R2,R4)串联并与电感元件副绕组另一端连接，其中，所述两个开关电路分别与第一检测电路和第二检测电路的两个阻性元件之间连接。

4.根据权利要求1的高压气体放电灯的驱动电路，其特征在于，还包括一个第二控制器，降压逆变电路还包括另外两个串接的开关元件（Q6，Q7），所述第二控制器利用所述低频方波信号控制所述的另外两个串接的开关元件交替导通。

5.根据权利要求1到4任一所述的高压气体放电灯的驱动电路，其特征在于，所述第一控制器根据零电流检测电路输出的正电压方波的下降沿或上升及下降沿来确定电感元件放电完成的时间。

6.根据权利要求1到4任一所述的高压气体放电灯的驱动电路，其特征在于，所述开关电路至少包括一个开关元件，开关元件为MOS管、三极管、或其它具有开关功能的器件。

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