CN2255694Y - 一种变换镇流装置 - Google Patents

Abstract

一种变换镇流装置，属半导体变流技术领域，主要解决变流开关元件的开关耗损和整流滤波的功率因数和电流谐波，主要由推拉整流滤波电路、变流开关电路、驱动电路、谐振电感和负载电路组成，其中推拉整流滤波电路是接在交流供电电源与变流开关电路直流供电源之间，这种变换镇流装置是应用于日光灯和气体放电灯的电子镇流。

Description

一种变换镇流装置

一种变换镇流装置，属半导体变流技术应用领域，主要由推拉整流滤波电路、变流开关电路、驱动电路、谐振电感和负载电路组成。可应用于荧光灯或气体放电灯电子镇流。

要实现变换镇流有一个关键的问题就是变流开关元件的理想驱动，它直接关系到技术的成败、质量和可靠性。作为三极管这种开关元件由于开关速度比场效应管差，要想很简单地实现理想驱动，特别是在谐振变流中更是困难，因此许多人对此是回避用三极管而用场效应管和其它元件，而场效应管由于在栅源间存在电容，实现很简单的合理驱动也并不是很容易。在谐振变流镇流应用中，用电流互感变压器反馈驱动三极管，人们一般在三极管的输入回路串一个小于10Ω的电阻，这对降低三极管耗损和合理驱动是不利的。另外由于大多数要使用交流电源，而对交流源应用普通的整流、滤波方法，都有功率因数低，电源电流谐波大，一般改决的方法为有源滤波和类似的基本方法，如在整流与负载供电电源间加一级直流—直流变换器或开关电源，这对镇流应用受到成本的限制，另外由于元件的增多，特别是要用到有源器件，影响可靠性因素增多；在许多应用装置如开关电源，高频感应加热，电子镇流器等，都可以用谐振变流方式实现，能不能用谐振变流应用的特点来解决功率因数和电流谐波的问题，而又能使输出电压或电流满足一定的波峰系数，是很值得研究的问题。作为应用之一的日光灯或气体放电灯的电子镇流器还存在一个预热、启动、保护的问题，要解决之实质还是属于对谐振电压和电流的控制问题。与日光灯灯管灯丝串联且又与灯管并联的灯管旁路电容，是灯未启辉时，谐振回路的一个主谐振电容，灯未启辉时，此电容两端电压将很高，远超过灯启辉的开路电压条件，已有预热技术，如适时预热和热敏预热，都忽视这个开路电压条件下进行的。另外预热和保护可以兼容，是对灯管的预热、发射、放电状态必须要有一个合适的传感方法，要实现这个方法，也必须遵循有关标准对“开路电压”和辉光放电的限制条件，否则是无意义的。

为此本实用新型技术是争对上述问题而研究的，是一种变换镇流技术，能较好地解决变流开关元件的过损耗而导致的过温升问题，能较好地降低整流滤波造成的电流谐波和功率因数低的问题，并且具有成本低，只须增加无源器件，可靠性也提高。另外，提出了一个行之有效和预热启辉保护方法，它能有效地检测灯丝预热程度，发射电子能力、灯管状态，并能根据检测结果使执行元件动作，控制谐振回路的电流和灯管两端的谐振电压。

下面结合附图对本技术作结构、原理、实施说明。

附图1是电路原理图。

附图2是附图1的部分电路的变形电路结构。

附图3是灯管状态识别控制电路。

附图4是灯管识别控制对象的一种例图。

附图5是灯管识别控制对象的另一种例图。

在附图1中，电路结构：整流桥1的a、b两点直接或经滤波器接交流供电源，它的一直流输出端C接一个二极管D₁到i点，D₁上还并电容C₃，整流桥1的另一直流输出端d接二极管D₂到j点，D₂上还并电容C₄，然后在i、j两点之间接串联变流开关T₁与T₂组成变流开关电路，其串接点为S，是谐振电流的一输出端，i、j是变流开关电路的两供电端，且在i点接一个二极管D₃到g点，D₃上并电容C₆，还在j点接一个二极管D₄到另一设定点到h点，在D₄上并电容C₇，那么在g、h两点间接一个谐振电流整流滤波电路2，电路2的两直流输出端分别为g和h，交流输入端分别为f和e点，在f、e之间接谐振分压电容C₅，也可接分压谐振电感或谐振电感的一部分自耦线圈，由此构成一种推拉整流的必要

电路结构；另外在c、e点间接电容C₁，在e d间接电容C₂。C₁、C₂为谐振电容。在S、f点之间接驱动变压器的初极线圈n₁与谐振电感L₂与负载电路3的串联电路；负载电路3是荧光灯或气体放电灯及的灯管、或发光体及附属电路。n₂、n₃为驱动变压器的次级线圈，驱动变压器是一般电流互感变压器，作为反馈驱动，Rb为T₁或T₂的驱动输入回路电阻，n₂(n₃)、Rb与发射结串联，Do是并在Rb上的二极管，而Rb是在22-82Ω范围内，对于一般中功率开关管最适值40-60Ω。电阻R₀₁、电容C₀₁、二极管D₀₁、双向触发二极管D₀₄组成启动电路。分别与T₁、T₂并联的D₀₂、D₀₃为钳位二极管。

其原理叙述：在供电源峰值区，若T₂导通，则谐振电流从C点经C₁到e点，经C₅到f点，经负载电路3、L₂、n₁到S点，经T₂到j点，经D₂到d点。另一方面，C₂上的电压经e、f、s、j、d点谐振放电；若T₁导通，则谐振电流从C点经D₁到i点，经T₁到S点，经n₁、L₂、电路3到f点，经C₅到e点经C₂到d点。另一方面，C₁上的电压经c、i、s、f、e点谐振放电。由于供电源在峰值区给变流器的供电能量最大，故上述电流也大，往往远超过有效值或额定值，应予以限制和利用。本技术是把过大的峰值在C₅上产生的电压进整流滤波，过多的能量，主要储在C₈和C₉中，而C₈、C₉又是可看成为在供电峰值区时，并联在C、d间的通常一部分滤波电容，那么实际上在供电电压峰值区，有两个电流给C₈、C₉充电，这样就大大降低了单靠整流桥1的充电电流，从而也降低了整流桥1的输入电流的峰值和高次谐波，大大改善了这个峰值电流在电网中的危害，而中国专利2140130这个问仍然突出。C₈、C₉在不接L₁时用一个电容代替，如图2中的Cg。在谷值供电电压区，由于g、h间比C、d间电压高，设T₁导通，则谐振电流经g、i、T、s、f、e、d、j、h点，部分能量在C₄上储存；设T₂导通，则谐振电流经g、i、c、e、f、s、j、h点，部分能量在C₃上储存，而C₃、C₄上的电压与整流桥1的输出电压迭加又大于g、h点间的电压，故供电源仍然给C₆、C₇、C₈、C₉充电，这样通常整流滤波存在的功率因数低，电流谐波大的问题就解决了。

上述C₃可用C₃串电感L₆代替，C₄可用C₄串电感L₇代替，而L₂、L₆、L₇可同绕在一个磁芯上，也可相互独立。

由于有117V、110V和220V两类供电电源，为了使变换镇流装置在100-130V也能正常工作，只要把储能滤波电容C₈与C₉的串接点直接或经一个电感L₁或电容或滤波网络接整流桥的a点或b点就可。为了实现100V-130V的另种应用，可把D₃、D₄、C₆、C₇和整流滤波电路2去掉，C₅可短接，然后在原i、j间接两个串联电容，且把它们的串接点直接或串一个电感或电容或滤波网络与a点或b点连接，C₅不短接时，可在i、f间和f、j间分别接一个二极管，反馈C₅上的能量。把C₁或C₂去掉，D₂或D₁短接就可构成简易应用。滤波网络可以是有源滤波方式，根据开关电源基本原理设计。

如上所述结构，也可省去C₆和C₇，这时用一个高频电容并在i、j间。也可将C₆和C₇分别接在i、h和g、j之间，构一种变形结构；如上所述结构也可去掉D₃和D₄，保留与其并联电容C₆和C₇构成一种变形结构；还可把D₃、D₄、C₆、C₇和电路2去掉，C₅可短接，而在i、j间接一个并有电容的二极管与一个整流滤波电路串联的电路，而在这个整流滤波电路的交流输入端接谐振回路的反馈输出电压，这个电压可由谐振电感L2的互感线圈输出，也可将一个变压器串入谐振回路中，它的次级输出反馈电压，构成一种变形应用结构；如上所述结构，可把电路3与f点连接的那一端直接与C₁和C₂的串接点连接，去掉C₅使电路2不经过谐振电流，而在谐振回路中串入变压器，把变压器的次级两端接入f、e点构成一种反馈电路；如上所述电路结构，把C₆和C₇去掉，而在i点接一个电容CA到G点，从G点接一个二极管D_C到Q点，从Q点接一个电容C₈到j点，然后在g、G点间和h、Q点间分别接二极管D_A、D_B如附图2所示，构成一个变形应用结构。D₃、D_A、D_C、D_B、D₄、C_A、C_g、C_B构成一种逐流电路。如上所述结构，可以把D₃、D₄、C₆、C₇、电路2去掉，C₅可短接，而在i、j之间接一个无极性电容并且在它的两端并接一个电感与一个有极性电容的串联电路，构成的滤波网或其它已有技术滤波网络，也可在i、j间接逐流电路或多级逐流电路取代这个电路，C₅也可不短接，而在i、f间和f、j间分别接二级管构成反馈的变形结构。

电路3是荧光灯管及附属电路，附属电路是指加在灯管两端的电容电路和控制电路，以及灯管的预热、发射放电状态的传感或检测器件，这些实质是对灯管的谐振电压和电流的控制问题，下面具体说明灯管的预热、保护及检测控制方法和结构。

如图3所示，在灯管一端的一根灯丝电极M与另一端的灯丝电极N之间接电容Ca、Cb与灯管状态检测识别变压器Bt的一个初级圈nb的串联电路，且在灯管的另一个灯丝电极R串Bt的另一初级线圈na引出，na也可串联在任意一段主负载电流中，且在Ca、Cb任意一电容上接常闭控制开关Kx，且Bt是一个三芯柱磁芯或由双环合并构成的三芯柱磁芯，在中心柱即公共磁路芯上绕次级线圈nc、na、nb则是分别绕在另两路磁路芯上，na、nb在公共磁路上产生的磁通相反，nc输出差值信号电压Vx，用Vx去控制Kx断开或下述Ky闭合。

其原理为：当电源接通时，Kx为闭合状态或立即进入导通状态，此时，谐振电流经灯丝、Kx、Cb、nb、另一端灯丝、na，由于Cb可设计为容量大，故电流可受到一定的限制，另外，也导致M、N两点间的电压很低远小于标准所定的开路电压，此时，灯丝预热，但不能产生辉光放电，故na和nb的电流相等，nc有较小的差值信号输出，Kx状态不变。当灯丝预热到一定程度时，由于Cb上有一定的电压，则在灯管内部会产生一定的放电电流，此时，nc立即输出差值信号，如同漏电保护保护器的传感变压器的工作原理，使Kx动作断开，而Ca容量小，故其端电压立即上升到足够的开路电压，灯管启辉。若灯管始终不能启辉，则Kx保持闭合，从而达到保护。这样，还可以使na、nb线圈匝数不等而产生预差值信号，利用这个信号驱动定时元件，再触发Kx动作，也可达到预热的目的，此时保护则是利用差值信号的幅值剧增而触发Kx恢复并自锁原状实现保护，此时，其它电路结构不变。

如图3所示的预热保护检测电路，Bt是分别由两个电流互感器组成，nc是它们的次级反相串联线圈，输出差值信号Vx；如图3所示的电路，是在M、N间直接接电容Ca与Cb的串联电路，而把原nb与Kx串联后，再并接在Ca、Cb的其中一个上，这时na、nb、nc还可是绕在同一公共磁路上的线圈，其原理不变；如图3所示的电路，其结构还可以是把Kx去掉，使Ca、Cb用电容Co代替，Kx与电容Cp串联后再并联在Co上，其它结构不变的预热、保护控制电路。这时，Co相当于原来的Ca，Cp则相当于Cb，原理类似不再述。

如上所述的Kx可以是继电器，使用其常闭触点，也可以是无触点电子开关或延时无触点电子开关，也可以是输入信号接继电器触点的无触点电子开关，无触点电子开关的开关元件也可以是用继电器触点代替。

如上所述的预热、保护、检测方法，控制对象是灯管、灯丝的旁路电容Ca或Cb或Co、Cp的增大或减少，也可控制变流开关Tx的驱动输入回路的开关元件Ky，Tx是T1或T1′或T2′，Ky与电阻R0的并联电路串入Tx的输入回路中，如图4所示；控制对象还可以是谐振变流自应变控制方法中的控制调整件，这里令其为Ky，那么Ky与电阻R′并联接在整流器4的两输出端，4的两输入端接谐振变流自应变拉制方法中所述三芯柱磁芯的控制线圈如图5所示；控制对象还可以是交流电源输入回路的无触点电子开关或继电器。

如上所述的检测变压器Bt也可以是只有一个初级线圈的电流互感器，其初级串入灯管灯丝电容回路，次级线圈输出预热取样电流信号，根据诸振变流自应变控制方法限制预热电流或开路电压。

Claims (5)

1、一种变换镇流装置主要由推拉整流滤波电路、变流开关电路、驱动电路、谐振电感和负载电路组成，其特征在于：

a、用电流反馈互感变压器的次级线圈串联22-82Ω的电阻并接在变流开关元件的发射结，并且在22-82Ω电阻上并联二极管，构成降低变流开关元件的开关损耗的驱动输入回路的必要结构和参数特征；

b、整流桥1的一直流输出端C接一个二级管D₁到变流开关电路一供电端i点，D₁上并电容C₃，另一直流输出端d接二极管D₂到变流开关另一供电j点，D₂上并电容C₄，然后在i点接一个二级管D₃到设定点g点，D₃上并电容C₆，还在j点接一个二极管D₄到另一设定点h点，在D₄上并电容C₇，那么在g、h两点间接一个谐振电流的整流滤波电路2，其两直流输出端分别为g和h，交流输入端分别为f和e，在f、e之间接谐振分压电容C₅，也可接分压谐电感或谐振电感的一部分自耦线圈，由此构成一种推拉整流的必要结构特征；

c、在灯管的一端的一根灯丝电极M与另一端的灯丝电极N之间接电容Ca、Cb与灯管状态识别变压器Bt的一个初级线圈nb的串联电路，且在灯管另一端的另一个灯丝电极R串Bt的另一初级线圈na引出，na也可串联在任意一段主负载电流中，且在Ca、Cb的任意一电容上接常闭控制开关Kx，而Bt是一个三芯柱磁芯或由双环合并构成的三芯柱磁芯，在中心柱即公共磁路芯上绕次线圈nc，na、nb则是分别绕在另两路磁路芯上，它们在磁路芯上产生的磁通相反，nc输出差值信号电压Vx，用Vx去控制Kx或另外控制对象开关元件ky，构成预热保护控制电路。

2、如权利要求1所述的变换镇流装置，其特征在于：仅在变流开关电路的两直流供电端i、j间接两个串联电容，且把它们的串接点直接或串一个电感或滤波网络与整流桥1的交流输入端a点或b点连接，就可适于100V-130V交流供电电源。

3、如权利要求1所述变换镇流装置，其特征在于：也可把电容C₆与C₇分别接在i、h和g、j之间。

4、如权利要求1所述的变换镇流装置，其特征在于：在i点接一个电容C_A到设定G点，从G点接一个二极管D_C到设定Q点，从Q点接一个电容C_B到j点，然后在二极管D₃与设定点g的连接点与G点间和二极管D₄与设定点h的连接点与Q点间分别接二极管D_A和D_B，这样二极管D₃、D_A、D_C、D_B、D₄和电容C_A、C_g、C_B构成一种逐流电路。

5.如权利要求1所述的变换镇流装置，其特征在于：在灯丝电极M、N之间直接接电容Ca与Cb的串联电路，而把识别变压器的一个初级线圈nb与控制开关kx串联后再并接在电容Ca或Cb上，这时线圈na、nb、nc还可是绕在同一公共磁路上的线圈。

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