CN2817288Y

CN2817288Y - 一种高强度气体放电灯电子镇流器

Info

Publication number: CN2817288Y
Application number: CN 200520063230
Authority: CN
Inventors: 袁荣荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-15
Filing date: 2005-08-15
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2015-08-15

Abstract

一种高强度气体放电灯电子镇流器，其电路包括依序联接的滤波EMC及桥式整流电路、有源功率因数控制电路APFC、脉冲宽度调制PWM开关电源电路、低频方波驱动及其控制的半桥电子开关组成的逆变电路，以及各电路的周边电路，桥式整流电路通过滤波EMC与市电联接。本实用新型将常规HID逆变电路的单电源供电改为双电源，通过脉冲宽度调制PWM开关电源变压器变压，并经整流滤波后，得到两组电参数一致且串联的直流电源，轮流向负载供电。其体积小，结构简单，成本低，性能稳定，损耗低，效率高，温升低，有效消除了负载声共振，电路对负载兼容与适应性好，可实现电路输出与市电的隔离，负载电气安全性高。

Description

一种高强度气体放电灯电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及一种简称为HID的高强度气体放电灯的电子镇流器，特别是指一种HID电子镇流器电路中的低频方波半桥逆变电路和电源电路。

背景技术

高强度气体放电灯(简称HID)是一种高光效、长寿命、高显色性的照明产品，因其优越的性能而广泛应用于室内外照明、汽车大灯照明等。并随着技术的成熟其价格不断下降。但HID不能象荧光灯那样以高频电子镇流器直接、简单地取代落后、低效的工频电感镇流器，因而其应用受到不小的限制，主要原因在于：

1、HID点火电压高，冷态点火电压约为2500～5000V，而热态点火电压更高达到数万伏，需有专用的点火电路。

2、HID直流～交流逆变电路在一定的工作频率段如1K_HZ-300K_HZ易发生声共振而不能正常工作，因此普通的高频电子镇流器不能直接用于驱动HID。

鉴于以上原因并伴随技术的进步，现已有几种镇流逆变电路解决方案，如：采用超高频驱动控制电路，高频半桥逆变电子开关工作频率在300K_HZ以上，避开声共振频段(见附图10示例)；采用变化频率驱动控电路，使开关频率工作于不固定的变化状态，在声共振驻波未形成前令开关频率变化以消除声共振(见附图11示例)；利用类似UBA2032、UCC3305等专业芯片以低频方波驱动组成桥式电路(见附图12示例)。然而，以上各种方案均有较大的不足，以至现市售的的HID电子镇流器都不同程度地存在以下一些问题，如体积过大、损耗大、效率低，需要较大的散热功率；工作性能及稳定性差，易发生电路故障；比较成熟的低频桥式电路需要专用的方波驱动IC，电路复杂成本高，性价比差等。因此造成HID电子镇流器至今未能普遍商品化。

发明内容

本实用新型需解决的问题是提供一种体积小、成本低、性能优良的应用电路，以此突破HID电子镇流器商品化的难题。

根据上述需解决的问题设计了一种高强度气体放电灯电子镇流器，该镇流器的电路包括依序联接的滤波EMC及桥式整流电路、有源功率因数控制电路APFC、脉冲宽度调制PWM开关电源电路、低频方波驱动及其控制的半桥电子开关组成的逆变电路，以及各自电路的周边电路，桥式整流电路通过滤波EMC与市电联接，低频逆变电路则驱动负载HID，该电子镇流器电路的核心是双电源供电低频方波半桥逆变电路，即由脉冲宽度调制PWM开关电源电路所产生的两个电参数一致的直流电源、串联轮流为负载供电的双电源供电低频方波半桥逆变电路。

双电源供电低频方波半桥逆变电路包括与低频方波驱动控制电路联接的是由类似两只三极管或两只场效应管Q₃、Q₄的半桥电子开关，电子开关分别与负载HID及联接于脉冲宽度调制PWM开关电源变压器T₁次级的整流滤电路联接。变压器T₁次级可用半波整流电路或全波整流电路或桥式整流电路，变压器T₁及与其次级联接的整流滤波电路均属于脉冲宽度调制PWM开关电源电路的周边电路。

脉冲宽度调制PWM开关电源电路的周边电路还包括串联于变压器T₁初级的负载电流检测采样电路，该负载电流检测电路由互感器T₃采样后，经二极管D₆、D₇及电阻R₁、电容C₇将电流信号处理并反馈到脉冲宽度调制PWM开关电源电路。控制HID在启动、运行时的电压、电流。与变压器T₁的初级联接的脉冲宽度调制电路PWM可采用正、反激PWM或半桥PWM或推挽PWM等。脉冲宽度调制电路PWM通过有源功率因数控制电路APFC及其周边电路获得电源，有源功率因数控制电路APFC及其周边电路则通过桥式整流电路、滤波EMC与电网电源联通。

电网电源经滤波EMC电路中的电感L₁、电容C₁和桥式整流滤波后，通过场效应管Q₅和有源功率因数控制电路APFC升压，在贮能元件电容C₀的两端取得直流电源，向脉冲宽度调制PWM开关电源电路供电。脉冲宽度调制PWM开关电源电路及其电平切换电路驱动类似三极管或场效应管的电子开关元件，并经电子开关元件推动变压器T₁输出，输出再经整流滤波后产生两组电参数一致的直流电源串联，向低频方波逆变电路供电。另外，负载HID一端与半桥电子开关中点联接，另一端则通过产生触发电压的点火变压器T₂与串联电源的中点相联，得到工作能量。

本实用新型将常规HID的直流～交流逆变电路的单电源供电改为双电源。作为对单电源供电的取代，由脉冲宽度调制PWM开关电源变压器变压，并经整流滤波后，得到两组电参数一致的直流电源，组成串联结构，在低频方波开关信号驱动下轮流向负载供电。因此，本实用新型具有如下特点：其一，电路结构简单且成本低廉，运用普通开关电源技术和元件，性能稳定可靠，售价可与电感式HID镇流器接近；其二，输出低频方波电压、电流，有效地消除了HID声共振，且开关损耗低；其三，电路效率大于90％，温升低，体积小，使照明灯具造型易于艺术化；其四，由于变压器对电压、电流的双重调控，电路对负载兼容与适应性好，使不同品牌或参数差异的HID均能符合工作和使用要求；其五，可以实现电路输出与市电电网的隔离，提高了负载的电气安全性。

附图说明

附图1是本实用新型实施时位于变压器初级侧的脉冲宽度调制PWM开关电源电路及其周边电路的正、反激联接示意图；附图2是脉冲宽度调制PWM开关电源电路及其周边电路的半桥联接示意图；附图3是脉冲宽度调制PWM开关电源电路及其周边电路的推挽联接示意图；附图4是本实用新型实施时位于变压器次级侧的输出整流滤波时半波整流联接示意图；附图5是输出整流滤波时全波整流联接示意图；附图6是输出整流滤波时桥式整流联接示意图；附图7是本实用新型电路的工作原理示意图；附图8是附图7的电路原理方框示意图；附图9是本实用新型一实施示例的电路原理示意图；附图10是现有的超高频率单电源半桥HID电子镇流器；附图11是现有的变化频率单电源半桥HID电子镇流器；附图12现有的低频方波单电源全桥HID电子镇流器。

具体实施方式

参见附图7、8。本实用新型的设计思路是通过两个电压、电流受位于变压器初级边的脉冲宽度调制PWM开关电源电路控制，并能独立供电的两组直流电源串联，借助各自的电子开关的轮流导通而轮流向负载供电，两开关受相位相差180度的低频方波信号控制。因两开关轮流导通，在负载上产生了互反的工作低频方波电压和电流，故能有效地消除声共振并减少开关损耗。现根据附图并从图中的电路组合中选取一种组合方式(图9)为实施例作进一步详述。由图1～6电路，初级侧及次级侧电路相互间组合和匹配方式可根据具体的需求而定，而目的均是产生两组电参数一致的直流电源并组成串联结构，再此就不加赘述。

图9给出了双电源供电低频方波半桥逆变HID电子镇流器电路工作原理示意图。图中，变压器初级边的脉冲宽度调制PWM开关电源电路采用半桥PWM结构，而HID双直流供电电源采用全波整流，经滤波获得。

电网电源通过整流滤波，由电感L₁、二极管D₁、场效应管Q₅、电容C₀及APFC(功率因数校正)控制等升压后，在C₀两端得到一个约400伏的直流电源，经电容C₃、C₄分压后向电子开关Q₁、Q₂供电，在PWM控制+电平切换的驱动下，推动高频变压器T₁工作。其次级输出再经二极管D₂～D₅全波整流及C₅、C₆滤波后，产生两组电参数一致的直流电源并串联，两直流电源分别与电子开关场Q₃、Q₄联接，而低频方波驱动控制电路使Q₃、Q₄轮流导通，相应地使C₅、C₆端的两组直流电源轮流向负载HID供电，在HID上形成低频方波电压、电流，而HID则将电能转换为光能。电路中的电流互感器T₃、二极管D₆、D₇、电阻R₁、电容C₇等组成负载电流检测电路，作为电流控制信号反馈至脉冲宽度调制PWM开关电源电路，调控输出电压、电流。

当电路中两直流电源形成后，电路开始启动，点火器变压器T₂产生的高压将HID击穿使之导通，由于HID的固有特性，具有极大的启动电流，PWM控制得到负载检测电流反馈信号后，减小脉冲宽度，以限制HID启动电流。在启动过程中，HID电流将逐渐下降，其端电压则逐渐上升，PWM电路根据反馈信号作相应调整，使输出电参数符合启动时的电压、电流变化要求，直至HID进入稳定运行状态后，就为其提供两组电参数一致的恒压、恒流的工作电源。HID不管是在启动或运行过程中，由电容C₅、C₆端提供的电源均因Q₃或Q₄的导通或断开而向负载轮流供电。

电路中的变压器初级侧工作于高频开关状态，次级侧产生两组直流电源所驱动的负载则工作于低频开关状态。对电路结构的补充说明：

1、在双电源供电低频方波半桥逆变HID电子镇流器的电路中，可以采用一个高频变压器的两个绕组产生两组直流电源；也可以使用两个独立的高频变压器产生两组直流电源，其性质和目的是完全一样的。而高频变压器的初、次级侧的电路结构也可灵活多样，目的都是为HID提供两组电参数一致的直流工作电源。

2、基于双电源供电方式，逆变电路可用低频方波开关信号控制。也可以用受低频方波开关信号调制的高频方波开关信号控制，使电路半桥轮流以BUCK形式工作。目的都是为HID提供低频方波工作电压、电流。而电路中的电流检测根据需要也可形式多样，反馈信号至PWM控制。

3、本实用新型可实际应用于室内外的金卤灯、高压钠灯等交流电源的照明灯具。也可用于汽车氙气灯、手持式氙气灯等直流电源的照明灯具。

Claims

1、一种高强度气体放电灯电子镇流器，该镇流器的电路包括依序联接的滤波EMC及桥式整流电路、有源功率因数控制电路APFC、脉冲宽度调制PWM开关电源电路、低频方波驱动及其控制的半桥电子开关组成的逆变电路，各电路还包含其周边电路，桥式整流电路通过滤波EMC与市电联接，低频逆变电路则驱动负载HID，其特征是由脉冲宽度调制PWM开关电源电路所产生的两个电参数一致的直流电源，串联轮流为负载供电的双电源供电低频方波半桥逆变电路。

2、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是所述的双电源供电低频方波半桥逆变电路，包括与低频方波驱动控制电路联接的是由类似三极管或场效应管Q₃、Q₄组成的半桥电子开关，电子开关分别与负载HID及联接于脉冲宽度调制PWM开关电源变压器T₁次级的整流滤波电路联接，半桥电子开关中点与双直流电源串联电路中点之间为逆变输出。

3、根据权利要求2所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是变压器T₁次级为半波整流电路或全波整流电路或桥式整流电路，并具有相应滤波电路。变压器T₁及与其次级联接的整流滤波电路均属于脉冲宽度调制PWM开关电源电路的周边电路。

4、根据权利要求2所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是脉冲宽度调制PWM开关电源电路的周边电路还包括从变压器T₁初级采样的负载电流检测电路，该负载电流检测电路由互感器T₃从变压器T₁初级采样后经二极管D₆、D₇及电阻R₁、电容C₇将信号反馈到脉冲宽度调制PWM开关电源电路。

5、根据权利要求4所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是与变压器T₁的初级联接的脉冲宽度调制PWM开关电源电路可以是正、反激PWM或半桥PWM或推挽PWM等。

6、根据权利要求2或4所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是脉冲宽度调制PWM开关电源电路通过有源功率因数控制电路APFC及其周边电路获得电源，有源功率因数控制电路APFC及其周边电路则通过桥式整流电路、滤波EMC与电网电源联通。

7、根据权利要求6所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是电网电源经滤波EMC及桥式整流电路中的电感L₁、电容C₁整流滤波后，经电感L₂、场效应管Q₅和有源功率因数控制电路APFC升压，在贮能元件电容C₀的两端取得直流电源，向脉冲宽度调制PWM开关电源电路供电。

8、根据权利要求7所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是脉冲宽度调制PWM开关电源电路及其电平切换电路驱动开关元件如三极管或场效应管，并经该开关元件推动变压器T₁初级，次级输出再经整流滤波后产生两组电参数一致的直流电源并串联，向低频方波逆变电路供电。

9、根据权利要求1所述的高强度气体放电灯电子镇流器，其特征是负载HID一端与半桥电子开关中点联接，另一端则通过产生点火电压的点火变压器T₂与串联电源的中点联接。