CN2492040Y - 高压钠灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型给照明电器领域提供了一种高压钠灯电子镇流器。其特征是镇流器中有电源净化电路,整流电路,削峰滤波电路,启动控制显示电路,振荡变频电路,功率输出电路及异常状态保护电路,异常状态保护电路在功率输出电路之中连接,直接对异常状态实施保护各电路按次序电连接后再与高压钠灯连接。不干扰电网环境,节电显著,光效高,显色指数好,功率因数高,配电损耗低,节约能源,保护环境,无频闪,无噪声,节约铜和矽钢片,性能可靠,使用安全,寿命长,延长灯泡寿命,元件少,制造简单,成本低廉,集镇流器,触发器,补偿电容器于一体,可用于高压钠灯、低压钠灯、金属卤化物灯。

Description

高压钠灯电子镇流器

本实用新型涉及的是一种镇流器，特别涉及的是照明电器领域的一种高压钠灯电子镇流器，可适用于低压钠灯和金属卤化物灯等放电灯。

高压钠灯等放电灯是国家推广应用的高效节能光源，已广泛用于城市道路、广场、车站、码头、工厂的道路照明及城市草坪、树木和高大建筑物的亮化夜景照明，但使用这些放电灯必须配备专用的镇流器装置连接于电源和一只或几只高压钠灯等放电灯之间，它的主要作用是依靠电感、电容或电感与电容相接合的方式将灯电流限制在所需值，只有这种装置还不能点亮高压钠灯等放电灯，还需要配接能产生3000V以上电压的触发器才能点亮高压钠等放电灯。由于电源中串入此电感，使功率因数变得很低，还必须配接补偿电容器，将功率因数提高一点。这种镇流器自身耗电量在标称功率的20％以上，线路功率因数在0.4左右，或者更低。功率因数降到0.3以下时，配电损耗就增加到同容量白炽灯的11.1倍，这与高效节能的高压钠灯等放电灯配套极不相称。并且这种电感镇流器工作时容易产生噪声和传导干扰，污染电网环境和自然环境，而且每年要消耗大量的铜和矽钢片。笨重，安装接线复杂，由于功率因数低，损耗大，因而在安装配线时，与同容量的白炽灯相比，线径要增大很多倍，使工程费用增加很多。高压钠灯等放电灯功率大，用量多，目前在城市及道路已形成网、群、片，数量庞大，这就使电感式镇流器的不足之处显得更加突出，急需有一种新的装置取而代之。节能灯、荧光灯电子镇流器的积极效果已被广泛公认，但节能灯、荧光灯的购造原理与高压钠灯等放电灯不同，而且功率远比高压钠灯等放电灯小，节能灯、荧光灯电子镇流器技术不能用于高压钠灯等放电灯。高压钠灯等放电灯电子镇流器，从1988年起国内外就有研究，而且研究的人越来越多，但至今仍是未突破的难题，很难适于实用，其存在的问题是：1、高频传导干扰大、电流波形畸变大、高次谐波含量高、波峰系数高、干扰污染电网，经过电网再互相干扰，使灯的起动造成困难或损坏。2、触发启动的次数过多，易引起大功率开关晶体管损坏。3、由于输出波形畸变，或有缺陷，或为非正玄波，电流、电压相位差大，功率因数达不到设计的效果。4、功率输出端普遍应用LC串联电路，但无可靠措施预防电感与电容串联电路发生谐振时产生的比电源电压高出上100倍的高电压造成的危害，加上触发启动的次数多，灯未接入或短路时，特别是灯未接入时，一通电触发启动即坏，首先遭破坏的是电容器，再就是电感线圈，甚至使大功率开关管、整流管、外搭的保险系全部损坏，外搭接的保险系不合要求时，熔断后还会波及到其它网络大面积熄灯。5、高压钠灯等放电灯电子镇流器虽然也设置有保护电路，但都是采用的经故障检测、取样、传感，执行电路等过程间接进行保护，执行元件又有无触点和有触点之分，保护速度太慢，对前述异常状态来不及起到保护作用，高压钠灯等放电灯电子镇流器已经坏了，就是国外设计的放电灯电子镇流器保护电路也是采用的这种形式。6、声频共振问题未解决好，使高压钠灯等放电灯产生灯光闪烁，跳动等使高压钠灯等放电灯电子镇流器经不起这波浪式的浪涌电流的冲击而损坏。7、电子报1999年3月7日第十期第十三版刊载的国外设计的高压钠灯电子镇流器，称是目前较先进的设计之一，也存在污染电网，节电效率不高，要用3000V以上的高压脉冲连续不断的触发来启动钠灯，保护电路仍是间接式的，而短路时保护电路要消耗15W以上的电功率，开路时保护电路要消耗7W以上的电功率，这种小功率消耗反而使高压钠灯电子镇流器发热严重，容易损坏，仍不能适于实用在路灯路灯群网络现场，而且进口模块就使用了三个，外围元件太多，特别是场效应大功率开关晶体管就用了三只，元件多故障点就多，成本太高，价格和性能都不适于实用。而且材料介绍到最后，撰稿人自己也说要达到标准还得要认真设计，这就说明还是不能适于实用。

(三)发明内容：

1、本实用新型要解决的技术问题

鉴于上述原因，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种不污染，不干扰电网环境，节电显著，光效高，显色指数好，功率因数高，配电损耗低，节约能源，保护环境，无频闪、无噪声，节约铜和矽钢片，性能可靠，使用安全，寿命长，延长灯管(泡)寿命，元件少，制造简单，成本低廉，集镇流器、触发器，补偿电容器于一体的高压钠灯电子镇流器。

2、本实用新型解决上述问题的技术方案

本实用新型对上述技术问题是这样解决的：本实用新型中有电源净化电路，整流电路、削峰滤波电路，启动控制显示电路，振荡变频电路，功率输出电路及异常状态保护电路，异常状态保护电路在功率输出电路之中连接直接对异常状态施行保护，各电路按次序电连接后，再与高压钠灯电连接(参见图1～图3、图4、图5、)，整流电路采用桥式全波振流电路，连接在电源净化电路之后。

上述的电源净化电路中有电感线圈L1-1和L1-2，L2-1和L2-2，有连接在L1-1和L1-2与L2-1和L2-2之间的电容器C1，有连接L2-1和在L2-2与整流电路之间的电容器C2(参见图1，图2)。

上述的整流电路采用桥式全波整流电路，由晶体整流二极管VD1-4完成，连接在电源净化电路之后，削峰滤波电路之前，经后面要述的削峰滤电路后，为电子镇流器的各部份电路提供直流工作电源(参见图1，图2)。

上述的削峰滤波电路中连接有电解电容器C3、C4、C5，有分别连接在C3、C4、C5的晶体整流二极管VD5～VD9，各种元件照(图1，图2)连接后，电解电容的正端和负端再分别连接于整流电路输出的正端和负端(参见图1，图2)。

上述的启动控制显示电路中有连接于整流电源正端的电阻R1，另一端分成两个支路分别电连接，一路经红色发光二极管LED红与双向可控硅VT第一阳极连接，第二阳极连接于整流电源负端；另一路经绿色发光二极管LED绿，与电阻R2连接后再与电解电容器C6正端连接，C6的负端与整流电源的负端连接，电阻R2与电解电容器C6之间连接有双向触发二极管VD10，双向触发二极管VD10的另一端连接电阻R4和R5，电阻R4的另一端与双向可控硅VT的控制栅极连接，电阻R5的另一端与振荡线圈L3-2，稳压二极管VS2的阳极和场效应开关晶体管VF2栅极相连接(参见图1，图2)不要显示可按图3连接。

上述的振荡变频电路中有连接于整流电源正端与场效应开关晶体管VF1原极的电阻R3和C7，有连接于场效应开关晶体管VF1栅极G和源极S的稳压二极管VS1，及振荡线圈L3-1和与振荡线圈串联的C8，有场效应开关晶管VF2栅极G和源极S上连接的稳压二极管VS2及振荡线圈L3-2及其串联连接的C9，场效应开关晶体管VF1的漏极D与整流电源正端相连接，源极S与场效应开关晶体管VF2的漏极D相连接，VF2的源极S与整流电源的负端相连接，振荡线圈L3-3连接在场效应开关晶体管VF1的源极S和场效开关晶体管VF-2的漏极D相连接的连接点上(参见图1，图2)。

上述功率输出电路及异常状态保护电路中有与振荡线圈L3-3串联连接的电感线圈L4，电感线圈L4通过自复保险系ZF1，ZF2与电容器C10一端相串联，电容器C10另一端与电感线圈L5和电容器C11相并联的一端串联相接，电感线圈L5和电容器C11并联的另一端连接在电容器C12，C13串联连接的连接点上，电容器C12，C13串联后的两端点分别连接于整流电源的正端和负端，灯泡一端连接在自复保险系ZF1，ZF2串联连接点中间，另一端连接在电容器C10与C11和电感线圈L5连接点之间(参见图1，图2)。

3、和已有的电感镇流器相比，本实用新型具有如下有益效果：

1、节电效果显著：110W的高压钠灯使用电感镇流器要消耗电源提供的视在功率为AC220×电流1.56A，而用本实用新型的电子镇流器只消耗电源提供的视在功率AC220V×电流不超过0.5A，并且光效Im/w还比电感镇流器高；400W的高压钠灯使用电感镇流器要消耗电源提供的视在功率为AC220V×电流5.5A以上，而用本实用新型的电子镇流器只消耗电源提供的视在功率为AC220V×电流不超过1.8A，并且光效Im/w还比电感镇流器高。

2、功率因数高：高压钠灯使用电感镇压流镇流器时线路功率因数，一般都在0.4左右或者更低，造成对供电设备无功损耗特别大，而用本实用新型的电子镇流器线路功率因数为1或超前或置后0.999，可使供电设备的无功损耗特别小，几乎小到零。

3、节约大量有色金属和矽钢片：高压钠灯使用电感镇流器由于线路功率因数低，在安装配线时，线径要大到实际使用功率的7倍，而每年电感镇流器本身还要消耗大量的铜和矽钢片；使用本实用新型的电子镇流器，由于功率因数高，在安装配线时只按实际需要的功率配线就行了，而且不需消耗大量的铜和矽钢片。

4、适应电压范围宽，不受电压波动的影响：高压钠灯使用电感镇流器，电压超过5％时容易产生自熄，低于10％时光通就降低，光色变差，电压再降低就会熄灭；而用本实用新型电子镇流器电压升高到260V时也能维持工作，电压低到60V以下还能维持工作，100V以下能够启动燃灯，电源电压低15％时光通，光色都无明显变化。

5、启动电流小于工作电流：电感镇流器及任何机电产品启动时从电源吸取的电流都是大于工作电流的数倍，而本实用新型的电子镇流器110W的启动时从电源吸取的电流才0.2A左右，渐渐升到稳定工作电流0.5A以内；400W的启动时从电源吸收取的电流才0.7A左右，渐渐升到稳定工作电流1.8A以内。这对电子镇流器和高压灯因无大电流冲击，从而肯定使寿命延长。

6、灯开路或短路时不波及影响网群内其它灯的照明，高压钠灯使用电感镇流器配套灯短路时会烧坏保险系，甚至波及其它路灯网群造成熄灯，用本实用新型的电子镇流器与高压钠灯配套，灯开路或短路时线路提供的电流自动降为零，不坏保险，不会波及其它路灯网群造成熄灯。

7、本实用新型电子镇流器无低频交流嗡声，无50HZ频闪效应，更无声频共振，无电磁传导干扰，灯电流波形为正玄波，不污染电网环境和自然环境，而使用电感镇流器与灯配套就存在交流嗡声，频闪效应，污染自然环境，谐波畸变严重，灯电流波形不是正玄波，有电磁传导干扰污染电网环境。

8、电感镇流器110W的不含触发器，补偿电容器就有3.5kg，而且接线多(镇流器、触发器、补偿电容器都需接线)，不能接错；而本实用新型电子镇流器重量轻，不灌封只有0.35kg，灌封也超不过0.50kg，接线简单，只有一对电源线及一对灯泡线，接错了也不会损坏，调头就行了。

9、元件少，成本低，制作简单容易，而电感镇流器要加触发器，补偿电容器成本反而高了。

10、电感镇流的线包容易产生短碰壳，与目前水泥杆改为钢杆灯具有欠安全，而电子镇流器防护采用金属外壳时机芯是悬浮在外壳中的，另一种是采用塑料壳的方式，这只要是布线无破损，绝对不会漏电到钢杆上，保证接触钢杆不会出危险。

下面结合附图详细说明本实用新型的实施倒：

图1是本实用新型的电路框图。

图2是本实用新型的电路原理图。

图3是本实用新型启动控制不用显示的电路图。

图4是本实用新型的机芯结构平面图。

图5是本实用新型的外形图。

参见图1、图2，本实用新型中有电源净化电路1、整流电路2、削峰滤波电路3、启动控制显示电路4、振荡变频电路5、功率输出电路及异常状态保护电路6。功率输出电路及异常状态保护电路6接高压钠等放电灯7。

电源净化电路1这部份电路的作用是隔离整流电路和电子镇流器工作时产生的谐波传导出去干扰和污染电网，同时也隔离电网串入电子镇流器的各种脉冲干扰，从而使电子镇流器在路灯网群中不会产生高频传导互相干扰，保证正常工作。电感的直流阻抗很小，对交流的阻抗频率越高越大，电容洽洽与电感相反，频率越低阻抗越高，频率越高的交流电阻抗越低，而且相当于短路，干扰频率都是高次谐波，通不过电感，只通过电容被短路滤除掉，把电感和电容适当的组合起来，就能完成隔离干扰的任务，这就是电源净化电路能起到隔离干扰作用的科学原理。(参见图1，图2)。

整流电路2采用单相桥式全波整流，整流后的电流经削峰滤波电路送往启动控制显示电路，振荡变频电路，功率输出电路及异常状态保护电路。

削峰滤波电路3三只电解电容器的连接是C3的正端连接在电源正端，负端连接在VD6端，VD6正端连接在C4正端，C4负端连接在VD8负端，VD8负端，VD8正端连接在C5正端，C5负端连接在电源负端上，VD5正端连接在C3正端，负羰连接在C4正端，VD9正端连接在C4负端，负端连接C5负端，VD7的正端连接在C3的负端，负端连接在C5的正端，这种滤波方式与普遍使用的电容滤波器不同，普遍使用的电容滤波器由于电容器的充放电作用，使整流后的直流电压升高到电源电压有效值的峰值，即AC200V的1.414倍，约等于311V，这种峰值会引响到电流波形，使功率因数变低，由于刚接通电源时还需很多电流向电容器充电，对晶体整流二极管的容量要求就要大一些，本削峰滤电路也使用了电容器，但它被晶体整流二极管把充放电升起来的峰值电压钳住削掉了，它只存在有效值电压，这个有效值电压与电源电压相等，电流与电压也基本上是同相的，它与后面要述的功率输出电路配合就可保证线路功率因数能够达到1或超前或置后0.999之间变化，而且接通电源时不会有大的电流向电容器充电，对晶体整流二极的选取的容量可只考滤满足负载有足够富裕的容量就行了。

启动控制显示电路4，这个电路的工作过程是，接通电源后，电源经电阻R1，绿色发光二极管LED绿，电阻R2向电解电容C6充电，充电时的快慢即开通电源后启动时间的长短由电阻R2阻值的大小，或电解电容C6容量的大小控制，当C6上电压充至双向触二极管VD10导通，双向触发二极管VD10导通电压约在20V～30V左右，这个导通触发信号，一路经电阻R5限流后触发场效应开晶体管VF2，一路经电阻R4限流后触发双向可控硅VT，电阻R4的阻值大于电阻R5，以保证先触发场效应开关晶体管VF2，后触发双向可控硅VT，VT触发前红色发光二极管LED红无通路不发光绿色发光二极管LED绿通电发光，当VT触发导通后，红色发光二极管LED红通电发光，这时绿色发光二极管，电阻R2，电容C6都被双向可控硅短路，不会再产生触发电压，可控硅的特性是触发导通后，失去了控制电压，只要电压不过零会一直保持导通，这个触发控制显示电路因是连接在直流电源上的，不象交流电每个周期都会过零，可以触发一次就自己保持记忆，就是负载发生了异常状态这个记忆也牢固的保持不变，这个电路与前述的削峰滤波电路及后面的功率输出电路中的异常状态保护电路配合，使电子镇流器寿命长的可靠性提供了保证。当功率输出端出现异常状态时，异常的故障消除后，这个电路仍保持着记忆，不产生触发工作，必须关断电源待红灯熄灭后再开通电源才能再进行工作。这个电路是电容器的充电与放电和可控硅元件及其应用两部份元件特性的具体应用。

振荡变频电路5，当起动控制显示电路中双向触发二极管VD10突然导通，这个导通电压经R5限流，限压后加到场效应开晶体管VF2的栅极G，使场效应开关晶体管立即导通，由于振荡线圈L3-3，L3-2，L3-3互相的作用使场效应晶体管VF1、VF2输流不断的交替截止导通，产生自由振荡，这个振荡必须和后面的功率输出出电路及异常状态保护电路配合工作才能延续下去，电阻R3的作用是给场效应开关晶体管VF2提供一辅助起始启动电压而设，电容器C7的作用是消除场效应开关晶体VF1，VF2关断过程中产生的寄生振荡，电容太小对降低管子温升有一定好处，但高次谐波增加，电容太大，管子温升偏高，但高次谐波减少，C7的大小应选取适当，C8，C9是振荡线圈L3-1，L3-2建立交流工作点为场效应开关晶体管VF1，VF2提供工作电压和启动电流小于工作电流而设的，稳压二极管VS1，VS2是将场效应开关晶体管VF1，VF2的栅极G和源极S稳定在要求的电压范围内，保证场效应晶体管VF1，VF2安全正常工作。功率输出电路及异常状态保护电路6，从图中可看出电感线圈L4(自复保险ZF1，ZF2的电阻值很小可忽略不计)与电容器C10是串联的，称为串联谐振电路。电感线圈L5和电容器C11是并联的称为并谐振电路。这两个电路有不同的特点也有共同的特点，串联谐振的特点是：1、电源与电感、电容是彼此串联的，或者说电源串入谐振回路之中。2、电路的总阻抗最小。3、电路的电流最大。4、电容器两端或线圈两端的电压比电源电压大许多倍。并联谐振的特点是：

1、电感线圈与电容先并联后再接到电源上，或者说电源处在谐振回路之外。

2、电路的总阻抗最大。

3、电路的总电流最小。

4、电容器支路或线圈支路通过的电流比电路总电流大许多倍，它们的共同特点是：1、XL＝XC，2、

3、电路为一纯电阻，电源电压与总电流同相位。

本实用新型高压钠灯，电子镇流器：充分运用谐振电路的共同特点，加上前述的削峰滤波电路，电子镇流器的功率因数能保证达到1、或超前或置后0.999，而且谐波畸变最小，波峰系数最低。2、充分运用并联谐振的选频特性使谐波含量最低，。3、充分运用串联谐振与并联谐振的频率差加在高压钠灯的两端消除掉声频共振。4、同时使高压钠灯适应电压变化范围很宽。5、灯开路时谐振造成的危害最大，既要充分利用谐振的特点，同时又要预防谐振时造成的危害，特别是串联谐振造成的危害特别严重，因此，在串联谐振电路电感线圈L4与电容器C10之间接入了自复保险丝ZF1、ZF2，ZF1的容量比ZF2大，当灯开路时，电感线圈L4和电容器C10串联谐振要引起几十倍甚至几百倍的高电压，这时自复保险丝ZF2不等危险电压造成，阻抗就立即变为无穷大断开电路，使振荡变频L3-3无反馈信号也立即停止工作，线路功率立即变为零，当灯泡两端短路时，电容器C10和自复保险丝ZF2被短接，这时电感线圈L4和自复保险丝ZF1通过大电流使自复保险丝阻抗变大减小线路功率，经过T时间后ZF1阻抗变为无穷大，开关振荡电路停止工作，线路功率也变为零，由于还有前述的启动控制显示电路控制始终不再触发那怕故障出现十天半月无人查觉，高压钠灯电子镇流器也不会损坏。自复保险丝ZF1和ZF2的抗会随温度、电压、电流的变化而变化，因此，温度、电压、电流升高时，线路功率和输出功率都会降低，温度、电压、电流过高时高压钠灯电子镇流器也会得到保护，电容器C12，C13与前述的振荡变频电路及串并联谐振电路的连接很明显的是一个全桥的输出方式，这种方式保证了正玄波形的完整对称，谐波不畸变，波形不失真。

参见图1，图2，本实用新型工作时，AC220V50HZ交流电先经净化后，再整流滤波成有效直流电，经振荡变频电路和功率输出电路逆变成20KHZ-30KHZ的交流电点燃高压钠灯。

可按图4将图1，图2各部份电路分别封装成模块，模块1内封装了电源净化电路1和整流电路2，模块出线只有交流电源进线①、②和直流电源出线；③、④4脚，模块2只封装了削峰滤波电路3，引出脚只有正端①和负端②2脚；模块3封装了启动控制显示电路4，引出脚只有正端①、负端②和R5引出线③3脚，模块3引出线的③与模块4引出线的②连接；模块4封装了振荡变频电路5，引出脚有VF11G端①，VF2G端②，VF1D端③VF1S和VF2D端及L3-3连接端④，VF2S端⑤，L3-3引出端⑥，C12、13连接点之间⑦共7个引出脚，①-⑤脚用线引出连接固定在散热器6上的VF1及VS1和VF2及VS2，模块4的⑥脚与模块5的②脚连接，模4的⑦脚与模块5的①脚连接，模块5封装了功率输出电路和异常状态保护电路6，有①②③④，模块5的③，④端导线连接接灯泡。每个模块的正端和负端分别与直流电源的正端和负端连接，连接后加绝缘处理，灌封的模块最好使用绝缘导热材料。采用这种结构绝缘，防水，防盐雾，防酸雨都好，而且不怕热胀冷缩的危害，维修只换有问题块子，很方便。

图5所示是本实用新型的外形图，将组装好的镇流器芯装入开散热孔10的塑料防护壳9内，电线7、8分别接AC220V电源和高压钠灯。采用金属外壳，机芯要玄浮安装在壳内，体积显得大些，两种机壳的主要作用都是既能散热，又能保证触接通电产品的安全。

Claims (8)

1、高压钠灯电子镇流器，其特征在于镇流器中有电源净化电路，整流电路，削峰滤波电路，启动控制显示电路，振荡变频电路，功率输出电路及异常状态保护电路，异常状态保护电路在功输出电路之中连接，直接对异常状态实施保护，各电路按次序电连接后再与高压钠连接。

2、如权利要求1所述的高压钠灯电子镇流器，其特征在于所述的功率输出电路中接有异常状态保护电路。

3、如权利要求2所述的高压钠灯电子镇流器，其特征在于所述的异常状态保护电路是功率输出电路中接的自复保险丝ZF1和ZF2，ZF1一端与电感线圈L4相接，另一端与ZF2相接，ZF2的另一端与电容器C10相接。

4、如权利要求1所述的高压钠灯电子镇流器，其特征在于所述的电源净化电路中有L1-1，L1-2，电容C1和L2-1，L2-2，电容C2。

5、如权利要求1所述的高压钠灯电子镇流器，其特征在于所述的削峰滤电路中有电容C3，C4，C5及VD5-VD9。

6、如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的启动控制显示电路中，有R1、R2、R4、R5，LED红，LED绿，VT，V10。

7、如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于所述的振荡变频电路中有R3，R7，振荡线圈L3-1，串联于振荡线圈L3-1的C8，VF1、VS1电感线圈L3-2，串联于L3-2的C9，VF2，VS2，L3-3，电容C12，C13。

8、如权利要求1的所述高压钠灯电子镇流器，其特征在于所述的功率输出电路中有L4通过自复保险丝ZF1，ZF2与C10的串联谐电路和串联于L5和C11并联的并联谐振电路。

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