CN220107839U - 一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源 - Google Patents

Abstract

一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，包括：PWM控制电路、原边开关电路、反激变压器、输出谐振电路、输入电源和负载，PWM控制电路与原边开关电路连接，原边开关电路与反激变压器连接，输出谐振电路与反激变压器连接，输入电源与PWM控制电路、原边开关电路和反激变压器连接，负载与反激变压器和输出谐振电路连接。与传统技术相比，设计谐振式反激变换器拓扑，简化了电路，降低了成本。利用原边反向续流器件将变压器多余的能量回送到输入电源，同时实现原边开关电路零电压开通，提高电源效率。用于高电压脉冲输出电源，用较低的成本来实现气体放电紫外线灯的高效率驱动。PWM控制在原边续流期间开通开关器件，实现零电压开通，提高效率。

Description

一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源

技术领域

本实用新型涉及一种电源电路，具体涉及一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源。

背景技术

对于很多气体放电紫外线灯，特别是准分子灯，因为灯管的结构特性，需要用到高电压电源来驱动。根据灯管功率不同，电压范围从几千伏特，到上万伏特电压。并且灯管击穿以后并不能像低压气体紫外线灯或者荧光灯那样维持一个稳定的放电电弧，而且是需要反复使用高电压来击穿灯管。高电压的频率通常从几十千赫兹到上百千赫兹。准分子紫外线灯的阻抗特性呈现为一个容性特性，因此电压的幅值，电压的变化率和电压的频率，都直接决定了灯的工作电流和效率。

目前市面上实现高频高压的电源通常有两种拓扑结构。一种是采用推挽拓扑，控制低电压原边的两个开关管轮流导通，产生交流电压，再经过变压器升压产生副边的高电压。另一种采用半桥或者全桥拓扑，通过控制一边或者相对的上下开关管轮流导通，在原边的电感和电容上产生交流电压，再经过变压器升压产生副边的高电压。

采用这两种拓扑结构的电源在能量传输上本质上是相同的。在原边开关管导通的时候，电源的输入直流电压(或者经过整流升压后的直流母线电压)对变压器原边充电，同时经过变压器副边对负载放电，变压器原副边的能量交换是发生在同一时刻，变压器不存储能量。在这种工作模式下，电源的输出电压通常为交流的正弦波，其电压变化率较小。高压气体紫外线灯阻抗特性近似容性负载，因此对比于时间宽度很窄的脉冲电压，在相同电压幅值下这种交流正弦波形产生的电流也较小，紫外线的转化效率较低。另外，很多准分子紫外线灯的电极设计是不对称的，对电子容易发射的电极施加负电压才有效的激发电子产生紫外线，而施加正电压是不会产生电子发射，也不能产生紫外线辐射，因此施加交流电压也会存在效率的降低。再次，采用推挽电路或者半桥或者全桥电路，需要用到2个或者4个开关元器件，并且变压器需要较高的变比来产生高压输出，控制复杂，总成本较高。

为了解决上述问题，我们做出了一系列改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，以克服现有技术所存在的上述缺点和不足。

一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，包括：PWM控制电路、原边开关电路、反激变压器、输出谐振电路、输入电源和负载，所述PWM控制电路与原边开关电路连接，所述原边开关电路与反激变压器连接，所述输出谐振电路与反激变压器连接，所述输入电源与PWM控制电路、原边开关电路和反激变压器连接，所述负载与反激变压器和输出谐振电路连接；

其中，所述PWM控制电路包括：PWM波形发生电路和开关驱动电路，所述原边开关电路包括：开关电路和反向续流电路，所述反激变压器包括：变压器第一绕组和变压器第二绕组，所述输出谐振电路包括：谐振电容，所述PWM波形发生电路与开关驱动电路连接，所述开关电路与反向续流电路并联，所述变压器第一绕组与原边开关电路连接，所述变压器第二绕组与谐振电容连接。

进一步，所述PWM波形发生电路和开关驱动电路为独立的电路或集成的功能电路，所述反向续流电路为独立的电路或与开关电路集成的功能模块或开关电路寄生的器件，所述谐振电容为独立的电容或反激变压器寄生的电容或负载寄生的电容。

进一步，所述PWM控制电路在反向续流电路导通期间开通开关电路。

本实用新型的有益效果：

本实用新型与传统技术相比，设计谐振式反激变换器拓扑，简化了电路，降低了成本。副边降低输出谐振电容容量，利用变压器和谐振电容振荡实现高压脉冲输出。利用原边反向续流器件将变压器多余的能量回送到输入电源，同时实现原边开关电路零电压开通，提高电源效率。用于高电压脉冲输出电源，用较低的成本来实现气体放电紫外线灯的高效率驱动。PWM控制在原边续流期间开通开关器件，实现零电压开通，提高效率。

附图说明：

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的波形示意图。

附图标记：

PWM控制电路100、PWM波形发生电路110、开关驱动电路120。

原边开关电路200、开关电路210、反向续流电路220。

反激变压器300、变压器第一绕组310、变压器第二绕组320。

输出谐振电路400、谐振电容410。

输入电源500、负载600。

脉冲电压700、脉冲电压第一阶段710、脉冲电压第二阶段720、原边开关电流810、反向电流820、输出电流830。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本实用新型作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。

实施例1

图1为本实用新型的结构示意图。图2为本实用新型的波形示意图。

如图1和2所示，一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，包括：PWM控制电路100、原边开关电路200、反激变压器300、输出谐振电路400、输入电源500和负载600，PWM控制电路100与原边开关电路200连接，原边开关电路200与反激变压器300连接，输出谐振电路400与反激变压器300连接，输入电源500与PWM控制电路100、原边开关电路200和反激变压器300连接，负载600与反激变压器300和输出谐振电路400连接；

其中，PWM控制电路100包括：PWM波形发生电路110和开关驱动电路120，原边开关电路200包括：开关电路210和反向续流电路220，反激变压器300包括：变压器第一绕组310和变压器第二绕组320，输出谐振电路400包括：谐振电容410，PWM波形发生电路110与开关驱动电路120连接，开关电路210与反向续流电路220并联，变压器第一绕组310与原边开关电路200连接，变压器第二绕组320与谐振电容410连接。

PWM波形发生电路110和开关驱动电路120为独立的电路或集成的功能电路，反向续流电路220为独立的电路或与开关电路210集成的功能模块或开关电路210寄生的器件，谐振电容410为独立的电容或反激变压器200寄生的电容或负载600寄生的电容。

PWM控制电路100控制原边开关电路200的开通和关断，原边开关电路200开通期间，原边开关电流810流过输入电源500、变压器第一绕组310和开关电路210，将能量存储在反激电压器300中，原边开关电路200关断期间，输出电流830流过变压器第二绕组320、输出谐振电路400和负载600，在负载600上产生脉冲电压700，脉冲电压第一阶段710中能量由反激变压器300传输给输出谐振电路400和负载600，脉冲电压第二阶段720中能量由输出谐振电路400和负载600传输给反激变压器300，脉冲电压700结束以后，反向续流电路220导通，反向电流820流过反向续流电路220、变压器第一绕组310和输入电源500，能量由反激变压器300传输给输入电源500。

PWM控制电路100在反向续流电路220导通期间开通开关电路210，实现开关电路210的零电压开通。

本实用新型的原理是，设计谐振式反激变换器，简化了电路，并且适用于脉冲电压输出。第一，谐振式反激变换器原边开关电路200只需要一颗开关器件，成本降低，控制简单。第二，谐振式反激变换器输出谐振电路400去掉了输出端的整流器件，因此变压器第二绕组320和谐振电容410能够实现完整的LC振荡周期，在负载600上产生一个完整的脉冲电压。当变压器能量释放的时候，通过LC振荡产生非常高的输出脉冲电压。该高电压不依赖于反激变压器300的原副边绕组匝比产生，只决定于LC振荡参数和能量释放前存储在反激变压器300中的能量大小。第三，当反激变压器300中能量降为零的时候，变压器第二绕组320电流为零，此时是谐振电容410和负载600上能量最大，电压最高的时候。因为输出电路没有整流器件的存在，谐振电容410和负载600上存储的多余能量可以反向流回到反激变压器300中，直到能量传输完成，谐振电容410和负载600电压降到零时候，实现完整的脉冲半波输出。第四，在谐振电容410和负载600能量传输到反激变压器300中以后，原边的反向续流电路220在变压器第一绕组310的反向电压作用下导通，反激变压器300存储的能量反向传输到输入电源500中。因为反向续流电路220的导通，在下一次开关电路210开通之前，开关电路210两端的电压是零，实现零电压开通，减少开关损耗。第五，通过控制开关电路210的导通时间，增加或者减少存储在反激变压器300中的能量，来提高或者降低输出脉冲电压的幅值。因此可以实现更多的控制，比如调光应用。

本实用新型通过设计谐振式反激变换器，简化了电路，通过去掉输出整流器件实现完整的LC谐振，产生脉冲电压输出，实现用较低的成本来达到气体放电紫外线灯的高效率驱动。

以上对本实用新型的具体实施方式进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。

Claims (3)

1.一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，其特征在于，包括：PWM控制电路(100)、原边开关电路(200)、反激变压器(300)、输出谐振电路(400)、输入电源(500)和负载(600)，所述PWM控制电路(100)与原边开关电路(200)连接，所述原边开关电路(200)与反激变压器(300)连接，所述输出谐振电路(400)与反激变压器(300)连接，所述输入电源(500)与PWM控制电路(100)、原边开关电路(200)和反激变压器(300)连接，所述负载(600)与反激变压器(300)和输出谐振电路(400)连接；

其中，所述PWM控制电路(100)包括：PWM波形发生电路(110)和开关驱动电路(120)，所述原边开关电路(200)包括：开关电路(210)和反向续流电路(220)，所述反激变压器(300)包括：变压器第一绕组(310)和变压器第二绕组(320)，所述输出谐振电路(400)包括：谐振电容(410)，所述PWM波形发生电路(110)与开关驱动电路(120)连接，所述开关电路(210)与反向续流电路(220)并联，所述变压器第一绕组(310)与原边开关电路(200)连接，所述变压器第二绕组(320)与谐振电容(410)连接。

2.根据权利要求1所述的一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，其特征在于：所述PWM波形发生电路(110)和开关驱动电路(120)为独立的电路或集成的功能电路，所述反向续流电路(220)为独立的电路或与开关电路(210)集成的功能模块或开关电路(210)寄生的器件，所述谐振电容(410)为独立的电容或反激变压器(300)寄生的电容或负载(600)寄生的电容。

3.根据权利要求1所述的一种气体放电紫外线灯的新型谐振式反激脉冲电源，其特征在于，所述PWM控制电路(100)在反向续流电路(220)导通期间开通开关电路(210)。