CN2620960Y - 电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电子镇流器，包括：一个射频干扰滤波与整流电路，一个功率因数校正电路，一个高频变换电路，一个输出驱动电路，一个调光控制电路，一个短路保护电路，一个开路保护电路，一个单片微处理器控制电路，用于推动各类高强度放电灯之用，其特征在于，所述电子镇流器能经由单片微处理器作多种工作频率的操作，并且，所述电子镇流器可透过开路与短路保护线路作保护作用，并且所述电子镇流器能透过单片微处理器作调光控制。

Description

电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及一种节能电光源，具体地说，本实用新型涉及用于节能电光源的电子镇流器。

背景技术

高强度放电(HID)灯，亦称为高亮度放电灯或高压气体放电灯，是近年比较广泛使用的新型节能电光源，常见的有HID灯主要有三种，即汞(蒸气)灯、钠灯和金属卤化物灯。其中，钠灯又分为低压钠灯(LPS)灯和高压钠灯(HPS)灯两种类型。由于汞灯的光效相对较低，正被HPS灯和金属卤化物灯所代替。高频电子镇流器在九十年代才开始应用于各种应急灯、霓虹灯和荧光灯上，但此类电子镇流器并不能点燃HID灯。因为HID灯要求电子镇流器在输出功率、触发启动电压等均比荧光灯高，所以，它的保护线路和调光控制线路的设计也比较困难。

高频电子镇流器是将工频(50/60HZ)的交流电变换为较高频率的交流电，并能使一个或多个HID灯正常启动和稳定工作的变换器。其核心是高频变换电路。典型电路主要由射频干扰(RFI)与整流滤波电路，功率因数校正(PFC)升压型变换电路，DC/AC逆变器电路，输出谐波电路等组成。

(一)、射频干扰(RFI)滤波与整流电路

HID灯交流电子镇流器的输入电路主要由电磁干扰(EMI)滤波和保护元件所组成。它置于交流电源进线与整流电路之间。EMI滤波器一般由电感(L)和电容(C)元件组成，用来阻止镇流器产生高次谐波反馈到输入交流电网，以抑制对电网的污染和对电子设备的干扰。同时也可以防止来自电网的干扰侵入到电子镇流器。目前抑制EMI的技术措施有屏蔽、接地(浮地、单点地和接地网等)与滤波。其中，滤波技术是抑制传导干扰最有效和最经济的手段。但传统的滤波器设计方法并不适用EMI滤波器。EMI滤波器要求有尽可能宽的阻带和失配工作条件。除市电工频外，其它频率都可看作为有害的干扰频率。

HID灯交流电子镇流器输入电路EMI滤波器有C型(纯电容)、L型(一个电感和一个电容)、T型(两只电感、一个电容)、π型(一个电感和两只电容)、双π型(对称绕在同一磁芯上的两个电感和两只电容)等。对于较大功率的电子镇流器，其输入电路中的EMI滤波器大多采用以双π型滤波器为基础的复合式混合型结构。目前被广为采用的EMI滤波器如图1所示。电子镇流器的输入整流电路大多采用桥式整流，未采取功率因数校正(PFC)措施的电子镇流器，大多采用电解电容作为滤波器，为高频逆变器提供直流电源。

为提高电子镇流器的可靠性与安全性，在其输入端采取的保护手段主要有过电压保护和过电流保护。常采用保险丝(FU)作过电流保护；负温度系数的热敏电阻(RT)作抑制接通电源瞬间的浪涌电流冲击；压敏电阻(RV)作瞬态电压抑制器。

(二)、功率因数校正(PFC)电路

线路功率因数在HID灯交流电子镇流器中是一个非常重要的技术指标。功率因数校正(PFC)也称谐波滤波，主要分为无源PFC(PPFC)和有源PFC(APFC)两种。

电子镇流器的PPFC电路中不含有有源元件，全部由电容、二极管、电感和电阻等无源元件连接而成。目前比较流行的PPFC典型电路主要有：无源谐波滤波逐流电路和高频能量反馈式无源谐波滤波电路。无源谐波滤波逐流电路的原理是基于电子镇流器输入端的电源电流追逐电源电压瞬时变化轨迹。实现方法是降低输出直流电压，在每一个半周期内，将交流输入电压高于直流输出电压的时间拉长，整流二极管的导通角就可以增大，电源电流过零的死区时间则缩短。高频能量反馈式无源谐波滤波电路是一种利用高频能量控制电容充电过程的PPFC网络。电子镇流器采用PPFC电路只需很少的无源元件，比较适合于价廉物美的产品。虽然PPFC电路可以将系统的功率因数提高到0.95以上，但大部分PPFC电路对输入电源电流的谐波抑制远达不到L级畸变的水平，灯电流波峰比高于产品标准规定(≤1.7)要求。故从技术水平上看，PPFC是难以与APFC电路相媲美的。当PPFC电路的复杂程度和成本与APFC电路相接近时，显然人们会选用APFC技术。开发新一代的PPFC电路，应从它的高性价比着手。且必须借助于先进的电子镇流器综合参数测量仪和谐波分析系统。

有源功率因数校正(APFC)电路与PPFC电路的主要不同点是除了使用无源元件外，还采用了晶体管和专用集成电路(ASIC)。APFC电路置于桥式整流器与滤波用电容之间，实际上是一种DC-DC变换器。APFC变换器电路主要有升压、降压、升压-降压和回扫四种类型。由于升压型APFC电路在一定的输出功率下可以减小输出电流，因而可以减小滤波电容的电容值和体积，故在电子镇流器中被广泛采用。如图2所示。升压电感器电流可工作于断续模式、不定频率，峰值电流控制型APFC预调整器在300W以下的电子镇流器中应用比较常见。峰值电流控制APFC变换器可以通过控制其工作频率、电流、电感扼流圈电流等进行控制。随着微电子技术的发展，使由分立元件设计的APFC电路集成化成为可能。20世纪80年代中期，西门子公司率先推出电子镇流器和开关电源用的APFC控制IC，如TDA4812、TDA4862等。目前，比较有代表性的APFC控制器IC有美国硅通(Silicon General)公司1992年公布的APFC控制器SG3561A，韩国三星公司的KA7542，摩托罗拉公司生产的MC34261/MC34262等。

APFC预调整器应用于电子镇流器的作用有：一是有效地抑制了电源的波形失真，完全可以达到并可远远低于L级低畸变指标要求；二是能将系统功率因数提高到几乎是1的水平；三是输出低纹波的直流电压，能确保镇流器配接的灯管电流波峰系数小于1.7；四是当输入交流电压在较大范围内波动时，可以获得稳定的直流电压，减小了瞬态能量对电子元器件的冲击，提高了电子镇流器的可靠性与安全性，同时可以保证管灯电压和灯电流稳定。本实用新型所采用的APFC技术是摩托罗拉公司生产的MC34262，其价值和效果都非常出色。

(三)、高频变换器电路

交流电子镇流器中的逆变器电路，也称高频变换电路，是电子镇流器电路中最基本同时也是最重要的部分。电子镇流器逆变器电路是一个DC/AC电源变换器，其功能主要是产生30KHZ以上的高频电压和电流。对于100W以上的HID灯，尤其是较大功率的HID灯，往往不再采用自激式振荡电路，而是采用他激式高频变换电路。在他激式逆变电路中，用作开关的功率晶体管，其驱动信号由专门的脉冲产生器及驱动电路提供。HID灯电子镇流器高频变换器大多都是利用单独脉冲产生器及驱动电路驱动。脉冲产生及控制电路可以利用开关电源用脉宽调制(PWM)控制IC。如UC3842等。HID灯中较有代表性的控制IC有UCC3305，它是一块单片控制IC，可用于直流供电灯的控制，也可用在交流供电的HID灯。UCC3305具有HID灯要求的启动、控制和保护功能。主输出可推动半桥式和全桥式逆变功率级电路。常用自由振荡IC直接驱动MOSFET。高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动器IC，就是为专门驱动功率开关MOSFET或IGBT而设计的一种专用集成电路(ASIC)。常用的有美国国际整流(IR)公司在90年代初推出的高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动器IC IR2151、IR2152等，意法半导体(ST)公司生产的电子镇流器用高压高速自振荡MOS栅极半桥驱动器ICL6574。

(四)输出驱动电路

其基本类型主要有回扫式逆变器、推挽式逆变器、半桥式逆变器和全桥式逆变器等几种。回扫式逆变器电路一般采用低压直流电源供电，主要用在4～13W的手提灯、应急灯等，不适宜用在HID灯。全桥式逆变器电路需要4个功率开关晶体管，在不增加晶体管电流的情况下，其输出电压可以增加一倍。比较适合用于电压较高的荧光灯电子镇流器中。其中，半桥式逆变器中的电压馈电半桥式逆变器最为流行，如图3所示。常用作开关输出的有西子公司的BIP304型IGBT等。在由分立元件组成的典型电压馈电半桥式逆变电路中，两只功率开关器件依靠脉冲变压器来驱动。这种逆变器电路不能自启动，必须依靠由电容、电阻、双向二极管等组成的启动电路提供触发脉冲才能引起振荡。用两只功率晶体管既作开关，同时也是振荡元件。这种逆变器的开关时间参数和增加调光控制等附加功能已难令人满意。自振荡半桥IC的出现，可以很好地克服以上弊端。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种适用于高强度放电灯的电子镇流器。

根据本实用新型的一种电子镇流器，包括：一个单片总处理器，其特征在于，能作开路及短路保护，并且可调光控制；

其开路与短路保护是由光耦合作检测，然后推动晶体管，最后输送到单片微处理器的中断脚上。

其中调光控制是由单片微片理器的输出脉冲波的频率与时间控制；

其短路检测电路是按电灯输出点作检测的；

其开路检测电路是由高频高压整流，再经光耦合管作检测的。

附图说明

通过以下结合附图的说明，本实用新型将变得更加清晰。附图中：

图1是射频干扰滤波与整流电路；

图2是功率因数校正电路；

图3是高频变换器电路和输出驱动电路；

图4是调光控制电路；

图5是短路保护电路；

图6是开路保护电路。

图7单片微处理器控制电路。

具体实施方式

(一)调光电路

为适应环境及个人工作的需要，通常要对灯的亮度进行调节。传统的利用调压技术通过调节灯管两端的电压实现灯光调节是不实际的，利用PWM技术调节通过灯管的电流可以进行灯光调节，但必须注意电路中的磁平衡。通过控制电子镇流器控制IC自带的调节功能引脚，可以很好地实现灯光调节。如图4所示电路为调光电路。来自驱动电路的高频电压经电容C3、变压器T2耦合，D2、C5整流滤波后，调节R1阻值，即可调节流经的C-E极电流，从而可改变T2初级绕组的压降，该电压经T2反馈到次级，经D5、D6、R4、C4整流滤波后送到可调光控制IC的引脚，通过改变该引脚的电压来实现调光。

(二)短路保护电路

如图5所示为短路保护电路。HID灯正常工作时，来自灯管一端的高压经电阻R2限流，D1整流后使Q1导通，U1的光电转换器工作，R3输出一低电平到APFC电路，APFC正常工作。当HID灯因某种原因使两端短路时，其两端电压为零，晶体管Q1截止，光电耦合器U1不工作，R3输出高电平，使APFC电路不工作，振荡器停振，主要电路无高压输出，从而使镇流器得到了有效的保护。

(三)开路保护电路

如图6所示为开路保护电路。当HID灯正常工作时，其灯管两端电压较低，经电阻R5、电容C3、二极管D1、D2、电容C1整流滤波后，因其电压较低，不足以使二极管D3击穿导通，光电耦合器U1、晶结管Q1均不工作。当HID灯管被人为取开或因故障不能启动时，其两端电压较高，高频电压经R5、C3、D1、D2、C2等整流滤波，达到D3击穿电压时，如果灯管仍未点亮，则D3导通，光电耦合器U1工作，经电容C2延时后晶体管Q1饱和导通，其集电极C-发射极E的极间电压近似为零，并将APFC控制IC的引脚电压短接到地，APFC电路同样不工作，关断输出高压，保护了镇流器电路。电容C2在此处的延时主要是防止通电时的瞬间高压仍起的误保护。

(四)单片微处理器控制电路

单片微处理器控制电路如图7所示。输出脚42与43接至晶体管Q7和Q8的基极B，当输出脚42和43为低电压时，晶体管Q7和Q8的集电极C有高电压输出，从而可推动如图4显示的T1及T2。图7中的高与低分别接至图4的T1和T2的输入端，因此该单片微处理器可取替ICL6574。而且该单片微处理器也可根据输出的脉冲波形对高强度放电灯作调光控制。

图1所示射频干扰流波与整流电路能将将200伏特交流电波转变成大约300伏特的直流，然后通过如图2所示的功率因数校正电路作升压及功率因数校正，就能得到大约400伏特的直流作输出推动用途，输出电路按照图3的高频变换器电路和输出驱动电路，其中的ICL6574就用单片微处理器代替，详细连接如图7所示。

图7中所U4是保护输入介面，其保护信号是由图5的短路保护电路与图6的开路保护电路检测，输送到图7中的U4，再输动晶体管Q6，将信号送往单片微处器的中断脚14上，以而单片微处理器，停止对晶体管Q8与晶体管Q7的脉冲波输出，以达到保护作用。

Claims (5)

1.一种电子镇流器，包括：

一个单片总处理器，其特征在于，能作开路及短路保护，并且可调光控制。

2.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于其开路与短路保护是由光耦合作检测，然后推动晶体管，最后输送到单片微处理器的中断脚上。

3.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于其中调光控制是由单片微片理器的输出脉冲波的频率与时间控制。

4.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于其短路检测电路是按电灯输出点作检测的。

5.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于其开路检测电路是由高频高压整流，再经光电耦合管作检测的。

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