CN207969056U - 一种两级低频方波电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种两级低频方波电子镇流器，包括对市电进行整流滤波形成直流电源的整流滤波电路和功率因数校正的PFC电路，还包括开关阵列和MCU控制电路；MCU产生频率相同相位相反的低频脉冲信号PWM1和PWM3分别接场效应管Q1的场效应管Q3的栅极；MCU产生频率相同相位相反的高频脉冲控制信号PWM2和PWM4，PWM4与高频脉冲信号HDRL经过逻辑运算以后接场效应管Q4的栅极，PWM2与高频脉冲信号HDRH经过逻辑运算以后接场效应管Q2的栅极。本实用新型通实现全桥电路逆变和降压功能，将原来的3级变成2级，减少大功率元件，降低材料成本、提高工作效率、提高可靠性，从而提高市场竞争力。

Description

一种两级低频方波电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及电子镇流器领域，特别是涉及一种两级低频方波电子镇流器电路。

背景技术

由于气体放电灯(如荧光灯、霓虹灯、金卤灯等)是一种具V-I特性的负阻性电光源，即为负值，当灯电流上升时，灯管的工作电压下降，但是供电电压不会下降，多出的这点电压加到灯管后会使灯电流进一步上升，如此循环，最终烧坏灯管或灯管熄灭，所以要使灯管正常工作，应配以镇流元件，用以限制和稳定灯电流。这个限流装置叫做镇流器。目前气体放电灯如CMH、MH、HPS等陶瓷气体放电灯，常用的镇流器有两种：电感式镇流器和电子镇流器。由于电感式镇流器工作在工频市电频率，体积大、笨重，还需消耗大量铜和硅钢等金属材料，散热困难、工作效率低、灯发光有频闪，所以现在一些电光源界的科技工作者纷纷寻找新的镇流方法，而高频交流电子镇流器就是一种有效方法。

目前的电子镇流器低频输出，都用到三级结构：BOOST电路，全桥电路、BUCK电路，每种电路都用MOS管和大功率二极管，这样产品的材料成本高，同时功耗也高，即工作效率低。在实践中，一般采用的是市电，需要进行整流滤波以后才能成为直流由BOOST电路进行升压，而升压电路往往采用技术成熟的PFC电路，可以有效地提高功率因数，因此，目前电子镇流器低频输出应该是包括四级即对市进行整流滤波形成直流电源的整流滤波电路和PFC电路、全桥电路、BUCK电路，只是将市电整流滤波电路和PFC电路称为一级，还是叫三级结构。

实用新型内容

本实用新型针对目前三级结构的镇流器工作效率低的不足，提供一种两级低频方波电子镇流器。

本实用新型的技术方案是：一种两级高低频方波电子镇流器，包括对市进行整流滤波形成直流电源的整流滤波电路和PFC电路，还包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4组成的开关阵列和MCU控制电路；

PFC电路中电解电容E3的阳极分别与场效应管Q1和场效应管Q2的漏极相连；电解电容E3的阴极分别与场效应管Q3和场效应管Q4的源极相连；场效应管Q1的源极接场效应管Q3的漏极，场效应管Q2的源极接场效应管Q4的漏极；场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极的公共端接气体放电灯LAMP的一端、场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极的公共端与气体放电灯LAMP的另一端电连接；

所述的MCU产生频率相同相位相反的低频脉冲信号PWM1和PWM3分别接场效应管Q1的场效应管Q3的栅极；所述的MCU产生频率相同相位相反的高频脉冲控制信号PWM2和PWM4，PWM4与高频脉冲信号HDRL经过逻辑运算以后接场效应管Q4的栅极，PWM2与高频脉冲信号HDRH经过逻辑运算以后接场效应管Q2的栅极。

本实用新型通过MCU软件和外围控制电路，实现全桥电路逆变和降压功能，现有电路拓扑使用全桥+BUCK电路结构，这样电路结构就将原来的3级变成2级，减少大功率元件，降低材料成本、提高工作效率、提高可靠性，从而提高市场竞争力。

进一步的，上述的两级低频方波电子镇流器中：还包括镇流电感T2，共模电感L3；场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极的公共端接镇流电感T2的一端，镇流电感T2的另一端接共模电感L3的第三引脚，共模电感L3的第四引脚接气体放电灯LAMP的一极；场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极公共端接共模电感L3的第二引脚，共模电感L3 的第一引脚接气体放电灯LAMP的另一极。

进一步的，上述的两级低频方波电子镇流器中：还包括对镇流电感T2进行限流的限流控制电路；所述的限流控制电路包括高性能固定频率电流模式控制器U3，镇流电感T2电流取样信号ISE通过比例放大器U5A放大，再通过比较器U7A与基准信号PWM比较后输入控制器U3，改变与PWM2和PWM4逻辑运算的后的高频脉冲信号的占空比。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细地说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例1开关阵列电路原理图。

图2为本实用新型实施例1MCU及外围电路原理图。

图3为本实用新型实施例1限流控制电路原理图(1)。

图4为本实用新型实施例1限流控制电路原理图(2)。

图5为本实用新型实施例1驱动电路原理图。

图6为本实用新型实施例1开关时序图。

具体实施方式

本实施例是一种CMH、MH、HPS等金卤灯的方波电子镇流器，是一种高低频方波电子镇流器，在150Hz低频方波(PWM波形)上，加入50KHz高频方波信号加入到金卤灯的两极，与目前，普遍采用的BOOST电路(整流+PFC)、全桥整流、BUCK电路不同，本实施例中，将后面两极采用由MCU控制的如图1所示的开关阵列来实现，MCU加入到由Q1、Q2、Q3、Q4 四个场效应管(MOS)管栅极上的控制信号时序图如图5所示。在本实施例中使用的低频方波的频率是150Hz，高频方波的频率是50KHz，在实践中，根据需要，低频方波的频率也可以50-300Hz之间，高频的频率也可以在.10KHz-500KHz之间，主要是根据灯本身的性质来选择的。

如图1所示，PFC电路中电解电容E3的阳极分别与场效应管Q1和场效应管Q2的漏极相连；电解电容E3的阴极分别与场效应管Q3和场效应管Q4的源极相连；场效应管Q1 的源极接场效应管Q3的漏极，场效应管Q2的源极接场效应管Q4的漏极。

场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极的公共端接气体放电灯LAMP的一端、场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极公共端接镇流电感的一端；镇流电感的另一端和气体放电灯LAMP的另一端连接。

MCU产生频率相同相位相反的低频脉冲信号PWM1和PWM3分别接场效应管Q1的场效应管Q3的栅极；MCU产生频率相同相位相反的高频脉冲控制信号PWM2和PWM4，PWM4与高频脉冲信号HDRL经过逻辑“与”运算以后接场效应管Q4的栅极，PWM2与高频脉冲信号 HDRH经过逻辑“与”运算以后接场效应管Q2的栅极，这样加到场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4栅极上的控制信号时序如图6所示。

如图1所示，在开关阵列中，还包括镇流电感T2，共模电感L3；这两个电感是用于接入到气体放电灯LAMP或者金卤灯等两端的电路，场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极的公共端接镇流电感T2的一端，镇流电感T2的另一端接共模电感L3的第三引脚，共模电感L3的第四引脚接气体放电灯LAMP的一极；场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极公共端接共模电感L3的第二引脚，共模电感L3的第一引脚接气体放电灯LAMP的另一极。镇流电感T2的电流大小需要得到控制，因此，在MCU产生的控制信号中，有控制镇流电感T2的分量，它加入到如图5所示的栅极信号中，为了实现对镇流电感T2电流的控制，需要对镇流电感T2进行检测，本实施例中，由于镇流电感T2的电流其实就是输入到气体放电灯LAMP或金卤灯两端的电流，与功率有关，因此，可以通过对加入到开关阵列的电源的输出电流进行检测来反映镇流电感T2的电流的，因此，本实施例通过检测PFC 电路中输出的电解电容E3的阴极电流来反映镇流电感T2的电流，如图1所示，在电解电容E3的阴极利用三个检流电阻R41、电阻R22、电阻R21产生电流取样信号ISEN。

利用电流取样信号ISEN限流控制电路实现对镇流电感T2的电流限流，如图3所示，是限流控制电路原理图，它产生对镇流电感T2的电流限流的控制信号HDRL和HDRH两个信号输出到MCU，MCU根据这两个信号产生相应的方波(PWM)信号，当检测到电流取样信号 ISEN大于门限值时，控制PWM信号的脉冲占空比度减小，当ISEN小于另外一个门限值时，控制PWM信号的脉冲占空比度适当地增加，以保证镇流电感T2的电流稳定，也就是灯的功率稳定。如图3所示，这个控制电路采用了一个控制芯片U3它是一个高性能固定频率电流模式控制器，本实施例中使用的电流控制芯片U3，它是专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需最少外部元件就能获得成本效益高的解决方案。该芯片 U3具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。电流取样比较器和大电流图腾柱输出，是驱动功率MOSFET的理想器件。如图3和图4所示，电流取样信号ISEN经过可变电阻RW1，电容C15，电阻R21，电阻R22，电容C18后，进入比例运算放大器U5A的正端，放大后的信号和基准信号PWM由比较器U7A比较，输出的一个电平信号给控制芯片U3的2脚，通过该电平信号大小调整高频脉冲信号PWMB和PWMD 的占空比来控制镇流电感T2的电流。2脚电平信号变大，HDRH和HDRL的占空比就变小，电平信号变小，则HDRH和HDRL的占空比就会变大，HDRH，HDRL信号通过驱动电路按到 Q2，Q3。在U3芯片内产生控制信号，通过微处理器MCU产生的驱动控制信号HDRL1和HDRH1，其实就是两个进序信号控制两个三极管对Q8、Q3或者Q7和Q1组成的开关，将高性能固定频率电流模式控制器芯片U3第6引脚输出的控制信号通过开关产生HDRL和HDRH两个信号输出到MCU。本实施例中，控制芯片U3采用UC2843系列芯片，采用双列直插8脚封装；电流脉冲宽度调制器,输入电压范围5～30V,最大功耗＝1W,振荡器频率≥500kHz,基准电压＝5V,电压调整率＝6mV,电流调整率＝6mA,输出端最大电流＝1000mA,最大占空度＝95％。内含振荡器、高增益误差放大、锁存器、推挽输出电路等，具有过压、过流检测保护功能。基准信号PWM是MCU产生的8KHz基准信号，改变PWM的占空比可以调节镇流器输出功率； PWM增大输出功率增加，PWM减小输出功率减少。

本实施例中，MCU采用型号为PIC16L1713的单片机，它是一款28引脚8位CMOS ROM单片机U4，如图2所示，工程师根据该单片机的资料编辑计算机软件产生对场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4的控制信号如图6所示，脉冲宽度由反映镇流电感T2的电流的HDRL和HDRH两个PWM信号信号控制。

单片机输出的控制信号还需要进行电流放大和电压匹配才能实现对场效应管驱动，如图4所示是驱动电路原理图，本实施例中采用的驱动芯片的型号是IR2113S，它是一种开关驱动电路，是一种普遍使用的廉价的开关驱动电路，其外转电路少，容易设计，如图5所示。

Claims (3)

1.一种两级低频方波电子镇流器，包括对市电进行整流滤波形成直流电源的整流滤波电路和功率因数校正的PFC电路，其特征在于：还包括场效应管Q1、场效应管Q2、场效应管Q3、场效应管Q4组成的开关阵列和MCU控制电路；

PFC电路中电解电容E3的阳极分别与场效应管Q1和场效应管Q2的漏极相连；电解电容E3的阴极分别与场效应管Q3和场效应管Q4的源极相连；场效应管Q1的源极接场效应管Q3的漏极，场效应管Q2的源极接场效应管Q4的漏极；场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极的公共端接气体放电灯LAMP的一端、场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极的公共端与气体放电灯LAMP的另一端电连接；

所述的MCU控制电路产生频率相同相位相反的低频脉冲信号PWM1和PWM3分别接场效应管Q1的场效应管Q3的栅极；所述的MCU控制电路产生频率相同相位相反的高频脉冲控制信号PWM2和PWM4，PWM4与高频脉冲信号HDRL经过逻辑运算以后接场效应管Q4的栅极，PWM2与高频脉冲信号HDRH经过逻辑运算以后接场效应管Q2的栅极；

所述的高频脉冲信号HDRL和高频脉冲信号HDRH反映镇流电感T2电流大小情况的PWM信号。

2.根据权利要求1所述的两级低频方波电子镇流器，其特征在于：还包括镇流电感T2，共模电感L3；场效应管Q2的源极和场效应管Q4的漏极的公共端接镇流电感T2的一端，镇流电感T2的另一端接共模电感L3的第三引脚，共模电感L3的第四引脚接气体放电灯LAMP的一极；场效应管Q1的源极和场效应管Q3的漏极公共端接共模电感L3的第二引脚，共模电感L3的第一引脚接气体放电灯LAMP的另一极。

3.根据权利要求2所述的两级低频方波电子镇流器，其特征在于：还包括对镇流电感T2进行限流的限流控制电路；所述的限流控制电路包括高性能固定频率电流模式控制器U3，镇流电感T2电流取样信号ISEN通过比例放大器U5A放大，再通过比较器U7A与基准信号PWM比较后输入控制器U3，改变与PWM2和PWM4逻辑运算的后的高频脉冲信号的占空比。