CN2798498Y - 低纹波输出高功率因数的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种低纹波输出高功率因数电子镇流器，包括抗干扰电路、整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、高频反馈电路、驱动控制电路、异常保护电路、输出谐振电路、高频整形电路，所述高频整形电路是在半桥逆变电路输出端与输出谐振电路及高频反馈电路之间设置有抑制纹波和对正弦波整形的LC电路，所述LC电路的输入端与半桥逆变电路输出端相连接，LC电路的输出端同时与输出谐振电路及高频反馈电路相连接。本实用新型使用无源功率因数校正技术，实现低纹波灯电流，灯管频闪深度小于7％，电参数全面达到3C标准(功率因数达到0.97以上，输入总谐波含量低于7％，灯电流波峰系数小于1.5)，达到了无频闪和高电性能指标。

Description

低纹波输出高功率因数的电子镇流器

                        技术领域

本实用新型涉及控制放电灯用的电子镇流器，特别涉及一种低纹波输出高功率因数的荧光灯电子镇流器。

                        背景技术

荧光灯的频闪对人体健康和心理的影响国外在90年代中已有定论，国内对这一问题近年来也得到越来越多的重视。所谓频闪是指气体放电光源在工作时其光通量随电源电压的变化而产生的100赫兹的波动，频闪会影响人体的视觉健康和心理健康，影响工作效率；研究表明，当频闪深度低于7％时，其对人体的影响可以忽略。电子镇流器输出灯电流的纹波是引起频闪的主要原因。目前市场上能做到使荧光灯灯管的频闪深度在7％以下只有采用有源功率因数校正电路或无功率因数校正电路的电子镇流器。前者电参数能全面达到国家标准，成本高，在发达国家已得到普及，但其存在电路复杂、性价比不合理的缺点；使用无功率因数校正的电子镇流器，虽然频闪深度也能控制到7％以下，但由于采用了大电容滤波电路却没有功率因数校正措施，只有当电源电压高于滤波电容电压时，整流二极管才能导通，因此电网侧输入电流为高充电尖峰的脉冲波，谐波含量高达100％以上，功率因数仅0.5左右，性能指标不符合国家国际标准。与以上两种镇流器技术相对的是采用无源功率因数校正电路的电子镇流器，是目前在国内应用最为广泛的电子镇流器技术，包括逐流电路和高频泵式反馈电路，前者由于原理上的障碍，频闪深度大于35％，灯电流波峰比大于1.7的缺点不可能克服；后者电参数能做到全面达标，但目前的高频泵式反馈电路形式灯电流100赫兹纹波的含量过高，导致灯管频闪深度均大于20％。

专利号为ZL93112478.6的中国发明专利“无频闪节能荧光灯装置”，通过在连接灯管的电路前使用整流滤波装置给灯管提供纹波极低的直流电来实现无频闪，但使用直流给荧光灯供电会使灯管的正极长期受到电子单方向的轰击而出现电极过早老化和灯管早期发黑现象，影响灯管的寿命。专利号为ZL99808297.X的中国发明专利“无频闪荧光灯”公开了一种专用的荧光灯管，其正极灯丝上不涂电子粉且略粗于负极，可解决前述专利存在的灯管寿命的问题，但由于需要使用专用灯管，其普及受到限制。公开号为CN1455633的中国发明专利申请公开了一种“无频闪节能直流荧光灯”，也是使用专用的直流荧光灯管，同样存在上述的缺点。

                        发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种可实现低纹波灯管电流，频闪深度小于7％，同时具有高功率因数，谐波含量低，灯电流波峰系数低，性价比优于有源功率因数校正电子镇流器的低纹波输出高功率因数的电子镇流器。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：本低纹波输出高功率因数电子镇流器包括抗干扰电路、整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、高频反馈电路、驱动控制电路、异常保护电路、输出谐振电路，其特征在于：还包括高频整形电路，所述高频整形电路是在半桥逆变电路输出端与输出谐振电路及高频反馈电路之间设置有抑制纹波和对正弦波整形的LC电路，所述LC电路的输入端与半桥逆变电路输出端相连接，LC电路的输出端同时与输出谐振电路及高频反馈电路相连接。

所述驱动控制电路由脉冲宽度调制(PWM)控制集成电路与和时基控制集成电路连接组成；其作用是为半桥逆变电路提供频率和占空比非常准确稳定的方波驱动信号，使之不受负载和市电变化的干扰；同时解决了其他电路使用磁环作自激振荡时驱动半桥逆变电路时，电路稳定性差、镇流器寿命受磁环寿命制约等缺点。

所述驱动控制电路、高频整形电路、高频反馈电路和输出谐振电路共同连接组成预热延时电路，对灯管实现预热启动。相对于现有的采用热敏电阻(PTC)作预热启动的技术，以及使用镇流器控制集成电路通过变频进行预热启动的技术，本技术方案具有功耗低(预热完成后功耗为零)和结构简单、成本低的优点，可有效防止灯管两头过早发黑，延长灯管的使用寿命。

所述异常保护电路与所述PWM控制集成电路相连接，可以控制切断集成电路的工作电压；所述异常保护电路可包括可控硅、双向触发管、热敏电阻(PTC)，双向触发管通过可控硅与热敏电阻相连接：本异常保护电路可同时对电压及温度的异常升高进行过载保护，能安全、可靠地保护镇流器和光源不受损坏。

所述高频反馈电路主要由泵升电容、反馈整流二极管并联组成，所述泵升电容、反馈整流二极管的一端连接至高频整形电路的LC电路的电感与输出谐振电路的电感之间，将反馈信号(即高频整形电路对输出波形进行整形后得到的信号)由两电感之间取出，由泵升电容进行高频反馈至反馈整流二极管的正极端，再由滤波电路滤波，从而得到纹波很小的直流母线电压。

所述滤波电路与整流电路连接，滤波电路主要由滤波电容构成，所述滤波电容连接于高频反馈电路的反馈整流二极管之后，对低频整流和高频反馈整流后的电压进行滤波，以降低母线直流电源的纹波；所述滤波电容可使用大于22uf的大电容，以较好地降低母线直流电源的纹波。

所述半桥逆变电路通过隔离变压器与驱动控制电路相连接；当半桥逆变电路产生异常或产生幅值较高干扰时，不会导致驱动控制电路的损坏，可降低对驱动控制电路的影响。所述半桥逆变电路包括两个金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)和隔离变压器；MOSFET和隔离变压器的使用，使半桥逆变电路和驱动控制电路的安全可靠性大幅提高。半桥逆变电路同时与滤波电路相连接，滤波电路得到的直流工作电压提供给半桥逆变电路作为其工作电压。

本实用新型的主要工作原理是：本电子镇流器在半桥逆变电路的基础上增加了一级LC谐振和二极管钳位的整形电路，LC和钳位二极管构成的高频整形电路同时与输出谐振电路及高频反馈电路连接作用，将高频反馈从LC电路的整形谐振电感与输出谐振电路的谐振电感之间取出；由于反馈点在负载(灯管)之前，并经过了LC和钳位二极管整形，所以反馈电流平顺，从而使母线直流供电电压的纹波大大减少，频闪指标得到很好的改善。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：本低纹波输出高功率因数电子镇流器使用无源功率因数校正技术，实现低纹波灯电流，灯管频闪深度小于7％，达到有源功率因数校正同等技术水平，电参数全面达到3C标准(功率因数达到0.97以上，输入总谐波含量低于10％，灯电流波峰系数小于1.5)，电路使用的预热延时方式实现零功率损耗，同时成功解决了目前无源功率因数校正电路和无功率因数校正电路中存在的低灯电流纹波和电性能参数互相矛盾的问题。此外，本技术方案在电子镇流器上首创使用高可靠性、低成本的开关电源控制芯片组，作为电子镇流器的控制电路，使电路实现高稳定性和可靠性，克服了目前使用磁环的自激式振荡电路的不稳定性和整机寿命受制于磁环的缺点。

                        附图说明

图1是本实用新型的电路方框图

图2是本实用新型一种实施方式的电路图。

图3是图2所示电路预热延时的工作原理图。

图4是本实用新型另一种实施方式的电路图。

图5是本实用新型又一种实施方式的电路图。

图6是本实用新型再一种实施方式的电路图。

图7是本实用新型第五种实施方式的电路图。

                        具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

图1示出了本实用新型的电路原理，由图1可见，本低纹波输出高功率因数电子镇流器由抗干扰电路(1)、整流电路(2)、滤波电路(3)、半桥逆变电路(4)、高频整形电路(5)高频反馈电路(6)、驱动控制电路(7)、异常保护电路(8)、输出谐振电路(9)连接组成。

图1所示各电路模块的具体结构如图2所示，由图2可见，抗干扰电路(1)主要由压敏电阻Rv、电感L1、L2、电容C1、C2、C3、C4等组成，抗干扰电路(1)前连接了保险丝Fu，电源电压经抗干扰电路(1)后，滤除了高频信号。

整流电路(2)主要由整流二极管D1、D2、D3、D4和电容C5组成，整流电路(2)与抗干扰电路(1)相连接，对经过滤波的电源电压进行整流。

滤波电路(3)主要由滤波电容C6等构成，滤波电容C6使用大于22uf的大电容，滤波电路(3)与整流电路(2)连接，滤波电容C6连接在二极管D5后，对低频整流和高频反馈整流后的电压进行滤波，以降低直流电源的纹波。

半桥逆变电路(4)由两个MOSFET Q1、Q2，二极管D12、D13、D14、D15、D16、D17、电阻R7、R9和隔离变压器T1等组成；半桥逆变电路(4)与滤波电路(3)连接，滤波电路(3)得到的直流工作电压提供给半桥逆变电路(4)作为其工作电压。

高频整形电路(5)主要包括：电感L3、电容C15、二极管D8、D9等，电感L3、电容C15形成LC电路。高频整形电路(5)的输入端连接在半桥逆变电路(4)的两个串联的MOSFET之间的输出点，高频整形电路(5)的输出端同时与输出谐振电路的谐振电感的一端及高频反馈电路泵升电容的一端相连接。本高频整形电路对反馈信号进行整形，从而达到抑制纹波的目的。

高频反馈电路(6)主要由电容C7、二极管D5并联组成；高频整形电路(5)对输出波形进行整形后，由C7进行高频反馈至D5的正极端(B点)，再由滤波电路(3)滤波，从而得到纹波很小的直流电压。

驱动控制电路(7)包括：时基控制集成电路IC1、PWM控制集成电路IC2、电阻R2、R3、R4、R5、R6、R8、二极管D6、D11、电容C8、C9、C10、C11、C12、C13等，驱动控制电路(7)通过隔离变压器T1连接半桥逆变电路(4)，当半桥逆变电路(4)产生异常或产生幅值较高干扰时，不会导致驱动控制电路(7)的损坏。

异常保护电路(8)包括电阻R12、R13、R14、电容C14、双向触发管D10、可控硅Q3、热敏电阻PTC。双向触发管D10通过可控硅Q3与热敏电阻PTC相连接，热敏电阻PTC可设置为与IC2第7脚串连连接的形式，亦可设置于D、E点之间；异常保护电路(8)连接于滤波电路(3)输出的正极端。当发生异常时，高频反馈加在电源正极，电压上升，异常保护电路(8)动作，关断驱动控制电路(7)的供电；或PTC检测到元器件的温度过高，当温度达到PTC的居里点时，PTC动作关断驱动控制电路(7)的供电。

输出谐振电路(9)包括L4、C16等。输出谐振电路(9)一端与高频整形电路(5)相连接，另一端与负载连接。电路开始工作时，LC电路产生谐振高压驱动负载工作。

本低纹波输出高功率因数电子镇流器的工作原理是：市电经桥式整流，得到直流电压Vdc，经R2降压向IC2提供+16V的启动电压，进入正常工作状态后，电感L3的自馈线圈产生高频电压，经电阻R9、R13限流，D7整流，作为IC2的工作电压；为防止IC2的工作频率随负载及市电电压的波动而变化，本电路引入同步时钟信号，控制IC2的工作频率和占空比；由于IC2是单端输出电路，用于驱动半桥逆变电路(4)，因此采用隔离变压器T1实现驱动集成电路与主功率电路的隔离。在振荡器IC1的控制下，IC2的6脚输出稳定的方波信号，该信号经过电容C13隔离，在隔离变压器T1原边线圈产生信号电流，在隔离变压器T1副边产生两个反相的驱动信号，使高、低端两个MOSFET轮流工作，为灯管提供连续的高频电流。高频反馈电路的原理是：当电源整流后的电压瞬时值Vi大于位于二极管D5负极后的电容C6的直流电压Vdc时，Vi通过D5对C6进行充电。而当Vi小于Vdc时，虽然D5将会截止，但此时Vi可以对C7进行充电而保持输入电流的连续，减少输入电流畸变，达到较高的功率因数；Vdc经过大电容C6的滤波，得到比较平的直流电压，通过控制Q1、Q2交替导通，使直流电压逆变得到高频交流电；L3、C15在该高频信号的作用下，发生串联谐振，在A点产生幅值较高的谐振电压，当其电压高于Vdc时，D5导通，A点电压就会被钳位在Vdc；另外由于D9的作用，使得A点谐振电压的负半周被截去，所以A点电压的高频波形将会是正弦波的正半周，而其电压高于Vdc部分已被截去，所以包络线比较平直，对彻底消除频闪、改善灯电流波峰比起到关键作用。

通过由驱动控制电路(7)、高频整形电路(5)、高频反馈电路(6)和输出谐振电路(9)共同连接组成的预热延时电路可对灯管实现预热启动，具体原理如下：半桥逆变电路(4)工作瞬间，L3和C15首先产生串联谐振，产生一个峰值正弦波电压，并由高频整形电路(5)整形；由于高频整形电路(5)、高频反馈电路(6)和输出谐振电路(9)的作用，半桥逆变电路(4)输出的信号向两个方向传递：第一个方向：当L3、C15产生的谐振电压VA＞Vdc时，VA经泵升电容C7、二极管D5对C6充电，使电流输入波形与电压同步，且接近正弦波，从而提高功率因数，减小了输入电流总谐波含量；当VA＜Vdc时，D5截止，高频反馈电路(6)停止工作，在此充电过程中，L3、C15、D8、D9、C6、C7与半桥逆变电路(4)形成一个等效的电压源(见图3)；第二个方向：L3、C 15产生的谐振电压信号同时向L4、C16和负载传递，L4、C16也产生串联谐振，但由于L4、C15的谐振频率远高于半桥逆变电路(4)的工作频率，所以谐振电压很低，远不能达到点燃灯管的条件，只是为灯管提供一个用于预热的电压、电流，此时灯管处于预热状态。当高频反馈电路(6)停止工作后，半桥逆变电路(4)的全部能量经过L3、L4直接向负载转移，L3+L4与C16的谐振额率与半桥逆变电路(4)的工作频率相同或相近，于是产生了幅值很高的谐振电压，从而点燃灯管完成预热启动。

实施例2

图4示出了本实用新型另一种实施方式，由图4可见，本实施方式的电路采用具有高低端驱动的集成电路IC来代替实施例1中的IC1和IC2，集成电路的高、低输出端(7脚和5脚)分别输出相位相反的方波，驱动两个MOSFET交替开关工作，此高、低端驱动的集成电路也可以实现准确的频率和占空比控制，且不受负载和市电变化的干扰。本实施方式的电路其它部分同实施例1。

实施例3

图5示出了本实用新型的又一种实施方式，本实施方式的电路除下述特征外同实施例2：使用三极管代替半桥逆变电路中的Q1、Q2，实现开关转换。

实施例4

图6示出了本实用新型的再一种实施方式，在图6中，高频整形电路包括：电感L1、电容C4、二极管D7、D8，其中电感L1、电容C4形成LC电路，高频反馈电路包括电容C1、C2、C3、二极管D5、D6；本实施方式的作用原理是：市电经桥式(D1、D2、D3、D4)整流后，得到脉动的直流电压Vi，当Vi＞Vdc时，Vi通过D5、D6对C6进行充电；而当Vi＜Vdc时，虽然D5、D6将会截止，但此时Vi可以对C1、C2、C3进行充电而保持输入电流的连续，减少输入电流畸变，达到较高的功率因数。Vdc经过大电容C6的滤波，得到比较平的直流电压，通过控制Q1、Q2交替导通，逆变得到高频交流电；L1、C4在该高频信号的作用下，发生串联谐振，在A点产生幅值较高的谐振电压，当其电压高于Vdc时，D5导通，D6截止，A点电压就会被钳位在Vdc；另外由于D8的作用，使得A点谐振电压的负半周被截去，所以A点电压的高频波形将会是正弦波的正半周，而其电压高于Vdc部分已被截去，包络线则比较平直，对彻底消除频闪、改善灯电流波峰比起到关键作用。本实施方式的高频整形电路和高频反馈电路亦可以实现提高镇流器的功率因数，降低总谐波含量的效果。

实施例5

图7示出了本实用新型第五种实施方式，在图7中，高频整形电路包括：电感L1、电容C3、二极管D7、D8，其中电感L1、电容C3形成LC电路，高频反馈电路包括电容C2二极管D5；与实施例4相比，本实施例电路中增加一个钳位二极管D0，一个续流电感L0，以进一步提高镇流器的功率因数，降低总谐波含量，抑制电磁兼干扰。本实施方式的作用原理是：市电经桥式(D1、D2、D3、D4)整流后，当电源电压瞬时值Vac＞Vdc时，整流后的脉动直流Vi通过D0、L0、D5对C2进行充电；而当Vac＜Vdc时，虽然D5将会截止，但此时Vi可以对C0、C2进行充电而保持输入电流的连续，减少输入电流畸变，达到较高的功率因数；Vdc经过大电容C6的滤波，得到比较平之的直流电压，通过控制Q1、Q2交替导通，逆变得到高频交流电，L1、C3在该高频信号的作用下，发生串联谐振，在A点产生幅值较高的谐振电压，但是当其电压高于Vdc时，D5导通，A点电压就会被钳位在Vdc；另外由于D8的作用，使得A点谐振电压的负半周被截去，所以A点电压的高频波形将会是正弦波的正半周，而其电压高于Vdc部分已被截去，包络线则比较平直，对彻底消除频闪、改善灯电流波峰比起到关键作用。

本行业的技术人员可以意识，在本实用新型的精神范围内，对所公开的实施方式可以作出许多变化。例如：可将镇流器控制电路换成磁环的自激振荡电路驱动半桥逆变电路等，输出电路也可以有其他配置，只要基本上是串连谐振电路就属本实用新型构思下的技术方式；其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种低纹波输出高功率因数电子镇流器，包括抗干扰电路、整流电路、滤波电路、半桥逆变电路、高频反馈电路、驱动控制电路、异常保护电路、输出谐振电路，其特征在于：包括高频整形电路，所述高频整形电路是在半桥逆变电路输出端与输出谐振电路及高频反馈电路之间设置有抑制纹波和对正弦波整形的LC电路，所述LC电路的输入端与半桥逆变电路输出端相连接，LC电路的输出端同时与输出谐振电路及高频反馈电路相连接。

2、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述驱动控制电路由脉冲宽度调制控制集成电路与和时基控制集成电路连接组成。

3、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述驱动控制电路、高频整形电路、高频反馈电路和输出谐振电路共同连接组成预热延时电路。

4、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述异常保护电路与所述PWM控制集成电路相连接；所述异常保护电路包括可控硅、双向触发管、热敏电阻，双向触发管通过可控硅与热敏电阻相连接。

5、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述高频反馈电路包括泵升电容、高频反馈二极管，所述泵升电容、高频反馈二极管的一端连接至高频整形电路的电感与输出谐振电路的电感之间。

6、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述滤波电路与整流电路连接，滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容连接于高频反馈电路的反馈二极管之后；所述滤波电容大于22uf。

7、根据权利要求1所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述半桥逆变电路通过隔离变压器与驱动控制电路相连接。

8、根据权利要求7所述的低纹波输出高功率因数电子镇流器，其特征在于：所述半桥逆变电路包括相连接的两个金属氧化物半导体场效应管和隔离变压器。

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