CN2438294Y - 高强度气体放电灯用的交流电子镇流器 - Google Patents

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Abstract

一种高强度气体放电灯用的交流电子镇流器,包括:a、滤波器:用于将电源的正弦波进行滤波处理,b、整流器:用于将滤波器送来的电源信号进行整流处理,c、有源功率因数校正(APFC)电路;输入脉动直流电压,用于产生直流电源、并对电容充电使其达到所需电压值;d、压控振荡器:用于产生调频信号,e、高频变换电路(也称半桥逆变电路):接受压控振荡器的调频信号,用于产生频率变化的开关,f、高压点火电路:用于产生高压脉冲信号。

Description

高强度气体放电灯用的交流电子镇流器
本实用新型涉及连接放电灯和电源的镇流器，特别是用于高强度气体放电灯(HID)中的高压钠灯、金属卤化物灯的电子镇流器。
目前绝大多数高强度气体放电灯都是配用电感式镇流器加触发器。主要缺点是：功率因数低(0.4～0.5)、启动电流大(1.6～1.7倍额定电流)、笨重且本身功耗大、灯频闪、适应电源范围窄(202～233V)。虽然见有高强度气体放电灯电子镇流器的专利报道，如英国专利GB2265773A(50W)，欧洲专利EP595414A2(100W)，美国专利US5381076(32W)等，但仍未能进入实用化阶段。
电子镇流器的基本功能是能够点灯，这功能包含两个方面的意义：一是触发启动；二是限制电流，保证稳定的点燃。HID灯电子镇流器未能像荧光灯电子镇流器那样广泛普及。其重要原因是没有有效的解决HID灯“音频谐振”现象。HID灯在高频电源供电下，出现电弧不稳定现象，这种现象是由发光管内的音频谐振引起的，轻则使灯光抖动并产生噪音，重则熄弧及烧毁灯管。
本实用新型的目的是提供一种解决音频谐振的电子镇流器。
本实用新型包括：
a、滤波器：用于将电源的正弦波进行滤波处理；
b、整流器：用于将滤波器送来的电源信号进行整流处理：
c、有源功率因数校正(APFC)电路：输入脉动直流电压，用于产生直流电源、并对电容充电使其达到所需电压值；
d、压控振荡器：用于产生调频信号；
e、高频变换电路(也称半桥逆变电路)：接受压控振荡器的调频信号，用于产生频率变化的开关信号；
f、高压点火电路：用于产生高压脉冲信号。
其中：滤波器的输入端与电源连接，滤波器的输出端与整流器的输入端连接，整流器的正输出端与有源功率因数校正(APFC)电路的输入端连接，有源功率因数校正(APFC)电路的电源输出端分别与压控振荡器、高频变换电路的电源输入端连接，有源功率因数校正(APFC)电路的另一端输出端与高压点火电路的输入端连接，高频变换电路的输出端与高压点火电路的输入端连接，高压点火电路的输出端外接负载。
本实用新型具有以下特点：
1、镇流器本身具有功率因数校正、触发启动及镇流功能；
2、启动电流小于工作电流，对电网冲击小，使用方便；
3、减少镇流器损耗，提高发光效率，减轻镇流器重量；
4、采用“自动频移”控制方法，消除音频谐振现象，大大延长灯泡的使用寿命；
5、功率因数大于0.995，灯电流波峰比小于1.7。
附图1为本实用新型的一个实施例的方框图。
附图2为本实用新型的一个实施例的原理图。
参见图1，电源1经电磁干扰(EMI)滤波器2、全桥整流器3、有源功率因数校正(APFC)电路4、压控振荡器5、高频变换器电路6、点火电路7，驱动半桥逆变电路中两个功率开关MOSFET(M2,M3)，给HID灯(LAMP)提供高频电源。
本实用新型更为详细的电路如图2所示。
滤波器由电容(C1、C2、C3、C4)、电感器(T1、T2)构成，整流器由全桥整流电路B1构成，有源功率因数校正(APFC)电路由电感器T3、有源功率因数校正(APFC)模块、功率开关M1、快恢复整流二极管D10、电阻(R7、R8、R9)构成，压控振荡器选用模块VCO构成，高频变换电路由高频变换器PWM、功率开关(M2、M3)构成，高压点火电路由电解电容C17、电容(C13、C14)、电感器T4、电阻(R15、R16)、硅双向开关(SIDAC)构成。
市电经短路保护用熔断器F1，过压保护用压敏电阻RV及由电容(C1、C2、C3、C4)、电感(T1、T2)组成的电磁干扰(EMI)滤波器，滤除传导干扰。经全桥整流电路B1整流，在C5两端获得脉动直流电压。经由电感器T3输入到有源功率因数校正(APFC)模块的输入脚(2、3)，在模块(APFC)的电源输出端(4)输出15V直流电源电压到压控振荡器(VCO)的电源输入端(20)、高频变换器(PWM)的电源输入端(200)，并通过模块(APFC)的旁侧电路，功率开关M1、快恢复整流二极管D10、电阻(R7、R8、R9)在电解电容C17两端获得稳定的400V直流电压，并产生与交流输入电压趋于同相位的正弦电流，获得0.995以上的高功率因数。模块(APFC)的输出脚6输出交变的电压控制信号，到压控振荡器(VCO)的信号输入端(10)，压控振荡器(VCO)的信号输出端(30)输出调频信号到高频变换器(PWM)的信号输入端(100)，高频变换器(PWM)的输出端(300、500)接功率开关(M2、M3)，高频变换器(PWM)的输出端(400)通过电容(C13)外接负载，功率开关(M2、M3)的输出端接高压点火电路的电阻(R15)、电容(C13、C14、C17)、电感器(T4)，高压点火电路中，硅双向开关(SIDAC)外接电阻(R16)、电感器(T4)，高频变换电路的作用是将400V直流电压，转换为高频开关电压，通过电容C13、电感器T4为HID灯提供工作电源，通过电阻R15、R16、电容C14、硅双向开关(SIDAC)、电感器T4提供高压脉冲信号。
本实用新型实施例
参见图2，以250W高压钠灯电子镇流器实施例说明如下：
市电经4A熔断器F1、10D471压敏电阻RV，通过C1=C2、T1=T2、C3=C4组成的电磁干扰(EMI)滤波器滤波及由4只1N5408整流二极管组成的全桥整流电路B1整流，在C5(1μF)两端产生300V直流脉动电压，此电压进入模块(APFC)，启动有源功率因数校正，由电感器T3(818μH)、模块(APFC)、功率开关M1(IRFP450)、D10(MUR460)、电解电容C17(220μF/450V)、电阻R7(0.25Ω/5W)、R9(10KΩ1/4W)，R8(1.6M1/2W)，组成有源校正电路，产生高于0.995的功率因数，并在电容C17两端产生稳定的400V直流电压。模块(APFC)同时产生15V左右的直流电压为压控振荡器(VCO)、高频变换器(PWM)提供电源。模块(APFC)输出的低频交流电压控制信号给压控振荡器(VCO)，高频变换器PWM主振荡频率约为25kHz，输出占空比约为50％高频开关信号，分别驱动功率开关(M1、M2)，由于压控振荡器(VCO)输出调频信号，迭加于高频变换器电路的振荡回路，使高频变换电路输出频率变化的开关信号，从而消除了音频谐振现象。
开关信号通过聚丙烯电容C13(2.2μF/400V)，扼流电感线圈T4(350μH)，为高压钠灯泡提供高频开关电源，电容C17两端的直流电压400V通过R15(300KΩ1/2W)、R16(200KΩ/2W)，对C14(1μF/400V)充电，达到硅双向开关(SIDAC)(K2401F1)击穿电压200V，在匝数比为2∶40的扼流电感线圈T4两端产生3～5KV电压脉冲。此电压脉冲使高压钠灯泡中的气体开始击穿，由辉光放电到弧光放电，流经高压钠灯泡的电流受扼流电感线圈T4阻抗限制，使灯很快达到其正常的稳定工作状态。图2中输出回路略加改动即可变为金属卤化物灯电子镇流器。
本实用新型与现有电感式镇流器性能对比见表1。
250W电子镇流器与电感镇流器特性指标表1
    电子式     电感式
  输入电压   AC150～270V   AC220～233V
  启动电流   0.4～0.5A     5A
  工作电流     1.2A     3A
  功率因数     0.997     0.4～0.5
  输入功率     250W     285W
  光    通
  重    量

Claims (6)

1、一种高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于包括：
a、滤波器：用于将电源的正弦波进行滤波处理；
b、整流器：用于将滤波器送来的电源信号进行整流处理；
c、有源功率因数校正(APFC)电路：输入脉动直流电压，用于产生直流电源、并对电容充电使其达到所需电压值；
d、压控振荡器：用于产生调频信号；
e、高频变换电路(也称半桥逆变电路)：接受压控振荡器的调频信号，用于产生频率变化的开关信号；
f、高压点火电路：用于产生高压脉冲的信号。
2、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于滤波器的输入端与电源连接，滤波器的输出端与整流器的输入端连接，整流器的正输出端与有源功率因数校正(APFC)电路的输入端连接，有源功率因数校正(APFC)电路的电源输出端分别与压控振荡器、高频变换电路的电源输入端连接，有源功率因数校正(APFC)电路的另一端输出端与高压点火电路的输入端连接，高频变换电路的输出端与高压点火电路的输入端连接，高压点火电路的输出端外接负载。
3、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于滤波器由电容(C1、C2、C3、C4)、电感器(T1、T2)构成，整流器由全桥整流电路B1构成，有源功率因数校正(APFC)电路由电感器T3、有源功率因数校正(APFC)模块、功率开关M1、快恢复整流二极管D10、电阻(R7、R8、R9)构成，压控振荡器选用模块VCO构成，高频变换电路由高频变换器PWM、功率开关(M2、M3)构成，高压点火电路由电解电容C17、电容(C13、C14)、电感器T4、电阻(R15、R16)、硅双向开关(SIDAC)构成。
4、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于市电经短路保护用熔断器F1，过压保护用压敏电阻RV及由电容(C1、C2、C3、C4)、电感(T1、T2)组成的电磁干扰(EMI)滤波器，滤除传导干扰。经全桥整流电路B1整流，在C5两端获得脉动直流电压。经由电感器T3输入到有源功率因数校正(APFC)模块的输入脚(2、3)，在模块(APFC)的电源输出端(4)输出15V直流电源电压到压控振荡器(VCO)的电源输入端(20)、高频变换器(PWM)的电源输入端(200)，并通过模块(APFC)的旁侧电路，功率开关M1、快恢复整流二极管D10、电阻(R7、R8、R9)在电解电容C17两端获得稳定的400V直流电压，并产生与交流输入电压趋于同相位的正弦电流，获得0.995以上的高功率因数。模块(APFC)的输出脚6输出交变的电压控制信号，到压控振荡器(VCO)的信号输入端(10)，压控振荡器(VCO)的信号输出端(30)输出调频信号到高频变换器(PWM)的信号输入端(100)，高频变换器(PWM)的输出端(300、500)接功率开关(M2、M3)，高频变换器(PWM)的输出端(400)通过电容(C13)外接负载，功率开关(M2、M3)的输出端接高压点火电路的电阻(R15)、电容(C13、C14、C17)、电感器(T4)，高压点火电路中，硅双向开关(SIDAC)外接电阻(R16)、电感器(T4)，高频变换电路的作用是将400V直流电压，转换为高频开关电压，通过电容C13、电感器T4为HID灯提供工作电源，通过电阻R15、R16、电容C14、硅双向开关(SIDAC)、电感器T4提供高压脉冲信号。
5、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于市电经4A熔断器F1、10D471压敏电阻RV，通过C1=C2、T1=T2、C3=C4组成的电磁干扰(EMI)滤波器滤波及由4只1N5408整流二极管组成的全桥整流电路B1整流，在C5(1μF)两端产生300V直流脉动电压，此电压进入模块(APFC)，启动有源功率因数校正，由电感器T3(818μH)、模块(APFC)、功率开关M1(IRFP450)、D10(MUR460)、电解电容C17(220μF/450V)、电阻R7(0.25Ω/5W)、R9(10KΩ1/4W)，R8(1.6M1/2W)，组成有源校正电路，产生高于0.995的功率因数，并在电容C17两端产生稳定的400V直流电压，模块(APFC)同时产生15V左右的直流电压为压控振荡器(VCO)、高频变换器(PWM)提供电源。模块(APFC)输出的低频交流电压控制信号给压控振荡器(VCO)，高频变换器PWM主振荡频率约为25kHz，输出占空比约为50％高频开关信号，分别驱动功率开关(M1、M2)，由于压控振荡器(VCO)输出调频信号，迭加于高频变换器电路的振荡回路，使高频变换电路输出频率变化的开关信号，从而消除了音频谐振现象。
6、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯用的交流电子镇流器，其特征在于开关信号通过聚丙烯电容C13(2.2μF/400V)，扼流电感线圈T4(350μH)，为高压钠灯泡提供高频开关电源，电容C17两端的直流电压400V通过R15(300KΩ1/2W)、R16(200KΩ/2W)，对C14(1μF/400V)充电，达到硅双向开关(SIDAC)(K2401F1)击穿电压200V，在匝数比为2∶40的扼流电感线圈T4两端产生3～5KV电压脉冲。此电压脉冲使高压钠灯泡中的气体开始击穿，由辉光放电到弧光放电，流经高压钠灯泡的电流受扼流电感线圈T4阻抗限制，使灯很快达到其正常的稳定工作状态。
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