專利名稱：低紋波輸出高功率因數的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及控制放電燈用的電子鎮(zhèn)流器，特別涉及一種低紋波輸出高功率因數的熒光燈電子鎮(zhèn)流器。
背景技術：
熒光燈的頻閃對人體健康和心理的影響國外在90年代中已有定論，國內對這一問題近年來也得到越來越多的重視。所謂頻閃是指氣體放電光源在工作時其光通量隨電源電壓的變化而產生的100赫茲的波動，頻閃會影響人體的視覺健康和心理健康，影響工作效率；研究表明，當頻閃深度低于7％時，其對人體的影響可以忽略。電子鎮(zhèn)流器輸出燈電流的紋波是引起頻閃的主要原因。目前市場上能做到使熒光燈燈管的頻閃深度在7％以下只有采用有源功率因數校正電路或無功率因數校正電路的電子鎮(zhèn)流器。前者電參數能全面達到國家標準，成本高，在發(fā)達國家已得到普及，但其存在電路復雜、性價比不合理的缺點；使用無功率因數校正的電子鎮(zhèn)流器，雖然頻閃深度也能控制到7％以下，但由于采用了大電容濾波電路卻沒有功率因數校正措施，只有當電源電壓高于濾波電容電壓時，整流二極管才能導通，因此電網側輸入電流為高充電尖峰的脈沖波，諧波含量高達100％以上，功率因數僅0.5左右，性能指標不符合國家國際標準。與以上兩種鎮(zhèn)流器技術相對的是采用無源功率因數校正電路的電子鎮(zhèn)流器，是目前在國內應用最為廣泛的電子鎮(zhèn)流器技術，包括逐流電路和高頻泵式反饋電路，前者由于原理上的障礙，頻閃深度大于35％，燈電流波峰比大于1.7的缺點不可能克服；后者電參數能做到全面達標，但目前的高頻泵式反饋電路形式燈電流100赫茲紋波的含量過高，導致燈管頻閃深度均大于20％。
專利號為ZL93112478.6的中國發(fā)明專利“無頻閃節(jié)能熒光燈裝置”，通過在連接燈管的電路前使用整流濾波裝置給燈管提供紋波極低的直流電來實現無頻閃，但使用直流給熒光燈供電會使燈管的正極長期受到電子單方向的轟擊而出現電極過早老化和燈管早期發(fā)黑現象，影響燈管的壽命。專利號為ZL99808297.X的中國發(fā)明專利“無頻閃熒光燈”公開了一種專用的熒光燈管，其正極燈絲上不涂電子粉且略粗于負極，可解決前述專利存在的燈管壽命的問題，但由于需要使用專用燈管，其普及受到限制。公開號為CN1455633的中國發(fā)明專利申請公開了一種“無頻閃節(jié)能直流熒光燈”，也是使用專用的直流熒光燈管，同樣存在上述的缺點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現有技術存在的缺點，提供一種可實現低紋波燈管電流，頻閃深度小于7％，同時具有高功率因數，諧波含量低，燈電流波峰系數低，性價比優(yōu)于有源功率因數校正電子鎮(zhèn)流器的低紋波輸出高功率因數的電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的目的通過下述技術方案實現本低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器包括抗干擾電路、整流電路、濾波電路、半橋逆變電路、高頻反饋電路、驅動控制電路、異常保護電路、輸出諧振電路，其特征在于還包括高頻整形電路，所述高頻整形電路是在半橋逆變電路輸出端與輸出諧振電路及高頻反饋電路之間設置有抑制紋波和對正弦波整形的LC電路，所述LC電路的輸入端與半橋逆變電路輸出端相連接，LC電路的輸出端同時與輸出諧振電路及高頻反饋電路相連接。
所述驅動控制電路由脈沖寬度調制(PWM)控制集成電路與和時基控制集成電路連接組成；其作用是為半橋逆變電路提供頻率和占空比非常準確穩(wěn)定的方波驅動信號，使之不受負載和市電變化的干擾；同時解決了其他電路使用磁環(huán)作自激振蕩時驅動半橋逆變電路時，電路穩(wěn)定性差、鎮(zhèn)流器壽命受磁環(huán)壽命制約等缺點。
所述驅動控制電路、高頻整形電路、高頻反饋電路和輸出諧振電路共同連接組成預熱延時電路，對燈管實現預熱啟動。相對于現有的采用熱敏電阻(PTC)作預熱啟動的技術，以及使用鎮(zhèn)流器控制集成電路通過變頻進行預熱啟動的技術，本技術方案具有功耗低(預熱完成后功耗為零)和結構簡單、成本低的優(yōu)點，可有效防止燈管兩頭過早發(fā)黑，延長燈管的使用壽命。
所述異常保護電路與所述PWM控制集成電路相連接，可以控制切斷集成電路的工作電壓；所述異常保護電路可包括可控硅、雙向觸發(fā)管、熱敏電阻(PTC)，雙向觸發(fā)管通過可控硅與熱敏電阻相連接；本異常保護電路可同時對電壓及溫度的異常升高進行過載保護，能安全、可靠地保護鎮(zhèn)流器和光源不受損壞。
所述高頻反饋電路主要由泵升電容、反饋整流二極管并聯組成，所述泵升電容、反饋整流二極管的一端連接至高頻整形電路的LC電路的電感與輸出諧振電路的電感之間，將反饋信號(即高頻整形電路對輸出波形進行整形后得到的信號)由兩電感之間取出，由泵升電容進行高頻反饋至反饋整流二極管的正極端，再由濾波電路濾波，從而得到紋波很小的直流母線電壓。
所述濾波電路與整流電路連接，濾波電路主要由濾波電容構成，所述濾波電容連接于高頻反饋電路的反饋整流二極管之后，對低頻整流和高頻反饋整流后的電壓進行濾波，以降低母線直流電源的紋波；所述濾波電容可使用大于22uf的大電容，以較好地降低母線直流電源的紋波。
所述半橋逆變電路通過隔離變壓器與驅動控制電路相連接；當半橋逆變電路產生異?；虍a生幅值較高干擾時，不會導致驅動控制電路的損壞，可降低對驅動控制電路的影響。所述半橋逆變電路包括兩個金屬氧化物半導體場效應管(MOSFET)和隔離變壓器；MOSFET和隔離變壓器的使用，使半橋逆變電路和驅動控制電路的安全可靠性大幅提高。半橋逆變電路同時與濾波電路相連接，濾波電路得到的直流工作電壓提供給半橋逆變電路作為其工作電壓。
本發(fā)明的主要工作原理是本電子鎮(zhèn)流器在半橋逆變電路的基礎上增加了一級LC諧振和二極管鉗位的整形電路，LC和鉗位二極管構成的高頻整形電路同時與輸出諧振電路及高頻反饋電路連接作用，將高頻反饋從LC電路的整形諧振電感與輸出諧振電路的諧振電感之間取出；由于反饋點在負載(燈管)之前，并經過了LC和鉗位二極管整形，所以反饋電流平順，從而使母線直流供電電壓的紋波大大減少，頻閃指標得到很好的改善。
本發(fā)明相對于現有技術具有如下的優(yōu)點及效果本低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器使用無源功率因數校正技術，實現低紋波燈電流，燈管頻閃深度小于7％，達到有源功率因數校正同等技術水平，電參數全面達到3C標準(功率因數達到0.97以上，輸入總諧波含量低于10％，燈電流波峰系數小于1.5)，電路使用的預熱延時方式實現零功率損耗，同時成功解決了目前無源功率因數校正電路和無功率因數校正電路中存在的低燈電流紋波和電性能參數互相矛盾的問題。此外，本技術方案在電子鎮(zhèn)流器上首創(chuàng)使用高可靠性、低成本的開關電源控制芯片組，作為電子鎮(zhèn)流器的控制電路，使電路實現高穩(wěn)定性和可靠性，克服了目前使用磁環(huán)的自激式振蕩電路的不穩(wěn)定性和整機壽命受制于磁環(huán)的缺點。


圖1是本發(fā)明的電路方框2是本發(fā)明一種實施方式的電路圖。
圖3是圖2所示電路預熱延時的工作原理圖。
圖4是本發(fā)明另一種實施方式的電路圖。
圖5是本發(fā)明又一種實施方式的電路圖。
圖6是本發(fā)明再一種實施方式的電路圖。
圖7是本發(fā)明第五種實施方式的電路圖。
具體實施例方式
下面結合實施例及附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。
實施例1圖1示出了本發(fā)明的電路原理，由圖1可見，本低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器由抗干擾電路(1)、整流電路(2)、濾波電路(3)、半橋逆變電路(4)、高頻整形電路(5)高頻反饋電路(6)、驅動控制電路(7)、異常保護電路(8)、輸出諧振電路(9)連接組成。
圖1所示各電路模塊的具體結構如圖2所示，由圖2可見，抗干擾電路(1)主要由壓敏電阻Rv、電感L1、L2、電容C1、C2、C3、C4等組成，抗干擾電路(1)前連接了保險絲Fu，電源電壓經抗干擾電路(1)后，濾除了高頻信號。
整流電路(2)主要由整流二極管D1、D2、D3、D4和電容C5組成，整流電路(2)與抗干擾電路(1)相連接，對經過濾波的電源電壓進行整流。
濾波電路(3)主要由濾波電容C6等構成，濾波電容C6使用大于22uf的大電容，濾波電路(3)與整流電路(2)連接，濾波電容C6連接在二極管D5后，對低頻整流和高頻反饋整流后的電壓進行濾波，以降低直流電源的紋波。
半橋逆變電路(4)由兩個MOSFET Q1、Q2，二極管D12、D13、D14、D15、D16、D17、電阻R7、R9和隔離變壓器T1等組成；半橋逆變電路(4)與濾波電路(3)連接，濾波電路(3)得到的直流工作電壓提供給半橋逆變電路(4)作為其工作電壓。
高頻整形電路(5)主要包括電感L3、電容C15、二極管D8、D9等，電感L3、電容C15形成LC電路。高頻整形電路(5)的輸入端連接在半橋逆變電路(4)的兩個串聯的MOSFET之間的輸出點，高頻整形電路(5)的輸出端同時與輸出諧振電路的諧振電感的一端及高頻反饋電路泵升電容的一端相連接。本高頻整形電路對反饋信號進行整形，從而達到抑制紋波的目的。
高頻反饋電路(6)主要由電容C7、二極管D5并聯組成；高頻整形電路(5)對輸出波形進行整形后，由C7進行高頻反饋至D5的正極端(B點)，再由濾波電路(3)濾波，從而得到紋波很小的直流電壓。
驅動控制電路(7)包括時基控制集成電路IC1、PWM控制集成電路IC2、電阻R2、R3、R4、R5、R6、R8、二極管D6、D11、電容C8、C9、C10、C11、C12、C13等，驅動控制電路(7)通過隔離變壓器T1連接半橋逆變電路(4)，當半橋逆變電路(4)產生異?；虍a生幅值較高干擾時，不會導致驅動控制電路(7)的損壞。
異常保護電路(8)包括電阻R12、R13、R14、電容C14、雙向觸發(fā)管D10、可控硅Q3、熱敏電阻PTC。雙向觸發(fā)管D10通過可控硅Q3與熱敏電阻PTC相連接，熱敏電阻PTC可設置為與IC2第7腳串連連接的形式，亦可設置于D、E點之間；異常保護電路(8)連接于濾波電路(3)輸出的正極端。當發(fā)生異常時，高頻反饋加在電源正極，電壓上升，異常保護電路(8)動作，關斷驅動控制電路(7)的供電；或PTC檢測到元器件的溫度過高，當溫度達到PTC的居里點時，PTC動作關斷驅動控制電路(7)的供電。
輸出諧振電路(9)包括L4、C16等。輸出諧振電路(9)一端與高頻整形電路(5)相連接，另一端與負載連接。電路開始工作時，LC電路產生諧振高壓驅動負載工作。
本低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器的工作原理是市電經橋式整流，得到直流電壓Vdc，經R2降壓向IC2提供+16V的啟動電壓，進入正常工作狀態(tài)后，電感L3的自饋線圈產生高頻電壓，經電阻R9、R13限流，D7整流，作為IC2的工作電壓；為防止IC2的工作頻率隨負載及市電電壓的波動而變化，本電路引入同步時鐘信號，控制IC2的工作頻率和占空比；由于IC2是單端輸出電路，用于驅動半橋逆變電路(4)，因此采用隔離變壓器T1實現驅動集成電路與主功率電路的隔離。在振蕩器IC1的控制下，IC2的6腳輸出穩(wěn)定的方波信號，該信號經過電容C13隔離，在隔離變壓器T1原邊線圈產生信號電流，在隔離變壓器T1副邊產生兩個反相的驅動信號，使高、低端兩個MOSFET輪流工作，為燈管提供連續(xù)的高頻電流。高頻反饋電路的原理是當電源整流后的電壓瞬時值Vi大于位于二極管D5負極后的電容C6的直流電壓Vdc時，Vi通過D5對C6進行充電。而當Vi小于Vdc時，雖然D5將會截止，但此時Vi可以對C7進行充電而保持輸入電流的連續(xù)，減少輸入電流畸變，達到較高的功率因數；Vdc經過大電容C6的濾波，得到比較平的直流電壓，通過控制Q1、Q2交替導通，使直流電壓逆變得到高頻交流電；L3、C15在該高頻信號的作用下，發(fā)生串聯諧振，在A點產生幅值較高的諧振電壓，當其電壓高于Vdc時，D5導通，A點電壓就會被鉗位在Vdc；另外由于D9的作用，使得A點諧振電壓的負半周被截去，所以A點電壓的高頻波形將會是正弦波的正半周，而其電壓高于Vdc部分已被截去，所以包絡線比較平直，對徹底消除頻閃、改善燈電流波峰比起到關鍵作用。
通過由驅動控制電路(7)、高頻整形電路(5)、高頻反饋電路(6)和輸出諧振電路(9)共同連接組成的預熱延時電路可對燈管實現預熱啟動，具體原理如下半橋逆變電路(4)工作瞬間，L3和C15首先產生串聯諧振，產生一個峰值正弦波電壓，并由高頻整形電路(5)整形；由于高頻整形電路(5)、高頻反饋電路(6)和輸出諧振電路(9)的作用，半橋逆變電路(4)輸出的信號向兩個方向傳遞第一個方向當L3、C15產生的諧振電壓VA＞Vdc時，VA經泵升電容C7、二極管D5對C6充電，使電流輸入波形與電壓同步，且接近正弦波，從而提高功率因數，減小了輸入電流總諧波含量；當VA＜Vdc時，D5截止，高頻反饋電路(6)停止工作，在此充電過程中，L3、C15、D8、D9、C6、C7與半橋逆變電路(4)形成一個等效的電壓源(見圖3)；第二個方向L3、C15產生的諧振電壓信號同時向L4、C16和負載傳遞，L4、C16也產生串聯諧振，但由于L4、C15的諧振頻率遠高于半橋逆變電路(4)的工作頻率，所以諧振電壓很低，遠不能達到點燃燈管的條件，只是為燈管提供一個用于預熱的電壓、電流，此時燈管處于預熱狀態(tài)。當高頻反饋電路(6)停止工作后，半橋逆變電路(4)的全部能量經過L3、L4直接向負載轉移，L3+L4與C16的諧振額率與半橋逆變電路(4)的工作頻率相同或相近，于是產生了幅值很高的諧振電壓，從而點燃燈管完成預熱啟動。
實施例2圖4示出了本發(fā)明另一種實施方式，由圖4可見，本實施方式的電路采用具有高低端驅動的集成電路IC來代替實施例1中的IC1和IC2，集成電路的高、低輸出端(7腳和5腳)分別輸出相位相反的方波，驅動兩個MOSFET交替開關工作，此高、低端驅動的集成電路也可以實現準確的頻率和占空比控制，且不受負載和市電變化的干擾。本實施方式的電路其它部分同實施例1。
實施例3圖5示出了本發(fā)明的又一種實施方式，本實施方式的電路除下述特征外同實施例2使用三極管代替半橋逆變電路中的Q1、Q2，實現開關轉換。
實施例4圖6示出了本發(fā)明的再一種實施方式，在圖6中，高頻整形電路包括電感L1、電容C4、二極管D7、D8，其中電感L1、電容C4形成LC電路，高頻反饋電路包括電容C1、C2、C3、二極管D5、D6；本實施方式的作用原理是市電經橋式(D1、D2、D3、D4)整流后，得到脈動的直流電壓Vi，當Vi＞Vdc時，Vi通過D5、D6對C6進行充電；而當Vi＜Vdc時，雖然D5、D6將會截止，但此時Vi可以對C1、C2、C3進行充電而保持輸入電流的連續(xù)，減少輸入電流畸變，達到較高的功率因數。Vdc經過大電容C6的濾波，得到比較平的直流電壓，通過控制Q1、Q2交替導通，逆變得到高頻交流電；L1、C4在該高頻信號的作用下，發(fā)生串聯諧振，在A點產生幅值較高的諧振電壓，當其電壓高于Vdc時，D5導通，D6截止，A點電壓就會被鉗位在Vdc；另外由于D8的作用，使得A點諧振電壓的負半周被截去，所以A點電壓的高頻波形將會是正弦波的正半周，而其電壓高于Vdc部分已被截去，包絡線則比較平直，對徹底消除頻閃、改善燈電流波峰比起到關鍵作用。本實施方式的高頻整形電路和高頻反饋電路亦可以實現提高鎮(zhèn)流器的功率因數，降低總諧波含量的效果。
實施例5圖7示出了本發(fā)明第五種實施方式，在圖7中，高頻整形電路包括電感L1、電容C3、二極管D7、D8，其中電感L1、電容C3形成LC電路，高頻反饋電路包括電容C2二極管D5；與實施例4相比，本實施例電路中增加一個鉗位二極管D0，一個續(xù)流電感L0，以進一步提高鎮(zhèn)流器的功率因數，降低總諧波含量，抑制電磁兼干擾。本實施方式的作用原理是市電經橋式(D1、D2、D3、D4)整流后，當電源電壓瞬時值Vac＞Vdc時，整流后的脈動直流Vi通過D0、L0、D5對C2進行充電；而當Vac＜Vdc時，雖然D5將會截止，但此時Vi可以對C0、C2進行充電而保持輸入電流的連續(xù)，減少輸入電流畸變，達到較高的功率因數；Vdc經過大電容C6的濾波，得到比較平之的直流電壓，通過控制Q1、Q2交替導通，逆變得到高頻交流電，L1、C3在該高頻信號的作用下，發(fā)生串聯諧振，在A點產生幅值較高的諧振電壓，但是當其電壓高于Vdc時，D5導通，A點電壓就會被鉗位在Vdc；另外由于D8的作用，使得A點諧振電壓的負半周被截去，所以A點電壓的高頻波形將會是正弦波的正半周，而其電壓高于Vdc部分已被截去，包絡線則比較平直，對徹底消除頻閃、改善燈電流波峰比起到關鍵作用。
本行業(yè)的技術人員可以意識，在本發(fā)明的精神范圍內，對所公開的實施方式可以作出許多變化。例如可將鎮(zhèn)流器控制電路換成磁環(huán)的自激振蕩電路驅動半橋逆變電路等，輸出電路也可以有其他配置，只要基本上是串連諧振電路就屬本發(fā)明構思下的技術方式；其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，包括抗干擾電路、整流電路、濾波電路、半橋逆變電路、高頻反饋電路、驅動控制電路、異常保護電路、輸出諧振電路，其特征在于包括高頻整形電路，所述高頻整形電路是在半橋逆變電路輸出端與輸出諧振電路及高頻反饋電路之間設置有抑制紋波和對正弦波整形的LC電路，所述LC電路的輸入端與半橋逆變電路輸出端相連接，LC電路的輸出端同時與輸出諧振電路及高頻反饋電路相連接。
2.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述驅動控制電路由脈沖寬度調制控制集成電路與和時基控制集成電路連接組成。
3.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述驅動控制電路、高頻整形電路、高頻反饋電路和輸出諧振電路共同連接組成預熱延時電路。
4.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述異常保護電路與所述PWM控制集成電路相連接；所述異常保護電路包括可控硅、雙向觸發(fā)管、熱敏電阻，雙向觸發(fā)管通過可控硅與熱敏電阻相連接。
5.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述高頻反饋電路包括泵升電容、高頻反饋二極管，所述泵升電容、高頻反饋二極管的一端連接至高頻整形電路的電感與輸出諧振電路的電感之間。
6.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述濾波電路與整流電路連接，濾波電路包括濾波電容，所述濾波電容連接于高頻反饋電路的反饋二極管之后；所述濾波電容大于22uf。
7.根據權利要求1所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述半橋逆變電路通過隔離變壓器與驅動控制電路相連接。
8.根據權利要求7所述的低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述半橋逆變電路包括相連接的兩個金屬氧化物半導體場效應管和隔離變壓器。
全文摘要
本發(fā)明提供一種低紋波輸出高功率因數電子鎮(zhèn)流器，包括抗干擾電路、整流電路、濾波電路、半橋逆變電路、高頻反饋電路、驅動控制電路、異常保護電路、輸出諧振電路、高頻整形電路，所述高頻整形電路是在半橋逆變電路輸出端與輸出諧振電路及高頻反饋電路之間設置有抑制紋波和對正弦波整形的LC電路，所述LC電路的輸入端與半橋逆變電路輸出端相連接，LC電路的輸出端同時與輸出諧振電路及高頻反饋電路相連接。本發(fā)明使用無源功率因數校正技術，實現低紋波燈電流，燈管頻閃深度小于7％，電參數全面達到3C標準(功率因數達到0.97以上，輸入總諧波含量低于7％，燈電流波峰系數小于1.5)，達到了無頻閃和高電性能指標。
文檔編號H05B41/14GK1735311SQ20051003509
公開日2006年2月15日 申請日期2005年6月13日 優(yōu)先權日2005年6月13日
發(fā)明者張周, 馮昭揚, 謝運祥, 盧柱強, 張祖正 申請人:馮昭揚