專利名稱：一種高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種簡稱為HID的高強度氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，特別是指一種HID電子鎮(zhèn)流器電路中的低頻方波半橋逆變電路和電源電路。
背景技術(shù)：
高強度氣體放電燈(簡稱HID)是一種高光效、長壽命、高顯色性的照明產(chǎn)品，因其優(yōu)越的性能而廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外照明、汽車大燈照明等。并隨著技術(shù)的成熟其價格不斷下降。但HID不能象熒光燈那樣以高頻電子鎮(zhèn)流器直接、簡單地取代落后、低效的工頻電感鎮(zhèn)流器，因而其應(yīng)用受到不小的限制，主要原因在于1、HID點火電壓高，冷態(tài)點火電壓約為2500～5000V，而熱態(tài)點火電壓更高達到數(shù)萬伏，需有專用的點火電路。
2、HID直流～交流逆變電路在一定的工作頻率段如1KHZ-300KHZ易發(fā)生聲共振而不能正常工作，因此普通的高頻電子鎮(zhèn)流器不能直接用于驅(qū)動HID。
鑒于以上原因并伴隨技術(shù)的進步，現(xiàn)已有幾種鎮(zhèn)流逆變電路解決方案，如采用超高頻驅(qū)動控制電路，高頻半橋逆變電子開關(guān)工作頻率在300KHZ以上，避開聲共振頻段(見附圖10示例)；采用變化頻率驅(qū)動控電路，使開關(guān)頻率工作于不固定的變化狀態(tài)，在聲共振駐波未形成前令開關(guān)頻率變化以消除聲共振(見附圖11示例)；利用類似UBA2032、UCC3305等專業(yè)芯片以低頻方波驅(qū)動組成橋式電路(見附圖12示例)。然而，以上各種方案均有較大的不足，以至現(xiàn)市售的的HID電子鎮(zhèn)流器都不同程度地存在以下一些問題，如體積過大、損耗大、效率低，需要較大的散熱功率；工作性能及穩(wěn)定性差，易發(fā)生電路故障；比較成熟的低頻橋式電路需要專用的方波驅(qū)動IC，電路復雜成本高，性價比差等。因此造成HID電子鎮(zhèn)流器至今未能普遍商品化。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型需解決的問題是提供一種體積小、成本低、性能優(yōu)良的應(yīng)用電路，以此突破HID電子鎮(zhèn)流器商品化的難題。
根據(jù)上述需解決的問題設(shè)計了一種高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器的電路包括依序聯(lián)接的濾波EMC及橋式整流電路、有源功率因數(shù)控制電路APFC、脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路、低頻方波驅(qū)動及其控制的半橋電子開關(guān)組成的逆變電路，以及各自電路的周邊電路，橋式整流電路通過濾波EMC與市電聯(lián)接，低頻逆變電路則驅(qū)動負載HID，該電子鎮(zhèn)流器電路的核心是雙電源供電低頻方波半橋逆變電路，即由脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路所產(chǎn)生的兩個電參數(shù)一致的直流電源、串聯(lián)輪流為負載供電的雙電源供電低頻方波半橋逆變電路。
雙電源供電低頻方波半橋逆變電路包括與低頻方波驅(qū)動控制電路聯(lián)接的是由類似兩只三極管或兩只場效應(yīng)管Q3、Q4的半橋電子開關(guān)，電子開關(guān)分別與負載HID及聯(lián)接于脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源變壓器T1次級的整流濾電路聯(lián)接。變壓器T1次級可用半波整流電路或全波整流電路或橋式整流電路，變壓器T1及與其次級聯(lián)接的整流濾波電路均屬于脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路的周邊電路。
脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路的周邊電路還包括串聯(lián)于變壓器T1初級的負載電流檢測采樣電路，該負載電流檢測電路由互感器T3采樣后，經(jīng)二極管D6、D7及電阻R1、電容C7將電流信號處理并反饋到脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路?？刂艸ID在啟動、運行時的電壓、電流。與變壓器T1的初級聯(lián)接的脈沖寬度調(diào)制電路PWM可采用正、反激PWM或半橋PWM或推挽PWM等。脈沖寬度調(diào)制電路PWM通過有源功率因數(shù)控制電路APFC及其周邊電路獲得電源，有源功率因數(shù)控制電路APFC及其周邊電路則通過橋式整流電路、濾波EMC與電網(wǎng)電源聯(lián)通。
電網(wǎng)電源經(jīng)濾波EMC電路中的電感L1、電容C1和橋式整流濾波后，通過場效應(yīng)管Q5和有源功率因數(shù)控制電路APFC升壓，在貯能元件電容C0的兩端取得直流電源，向脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路供電。脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路及其電平切換電路驅(qū)動類似三極管或場效應(yīng)管的電子開關(guān)元件，并經(jīng)電子開關(guān)元件推動變壓器T1輸出，輸出再經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生兩組電參數(shù)一致的直流電源串聯(lián)，向低頻方波逆變電路供電。另外，負載HID一端與半橋電子開關(guān)中點聯(lián)接，另一端則通過產(chǎn)生觸發(fā)電壓的點火變壓器T2與串聯(lián)電源的中點相聯(lián)，得到工作能量。
本實用新型將常規(guī)HID的直流～交流逆變電路的單電源供電改為雙電源。作為對單電源供電的取代，由脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源變壓器變壓，并經(jīng)整流濾波后，得到兩組電參數(shù)一致的直流電源，組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，在低頻方波開關(guān)信號驅(qū)動下輪流向負載供電。因此，本實用新型具有如下特點其一，電路結(jié)構(gòu)簡單且成本低廉，運用普通開關(guān)電源技術(shù)和元件，性能穩(wěn)定可靠，售價可與電感式HID鎮(zhèn)流器接近；其二，輸出低頻方波電壓、電流，有效地消除了HID聲共振，且開關(guān)損耗低；其三，電路效率大于90％，溫升低，體積小，使照明燈具造型易于藝術(shù)化；其四，由于變壓器對電壓、電流的雙重調(diào)控，電路對負載兼容與適應(yīng)性好，使不同品牌或參數(shù)差異的HID均能符合工作和使用要求；其五，可以實現(xiàn)電路輸出與市電電網(wǎng)的隔離，提高了負載的電氣安全性。


附圖1是本實用新型實施時位于變壓器初級側(cè)的脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路及其周邊電路的正、反激聯(lián)接示意圖；附圖2是脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路及其周邊電路的半橋聯(lián)接示意圖；附圖3是脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路及其周邊電路的推挽聯(lián)接示意圖；附圖4是本實用新型實施時位于變壓器次級側(cè)的輸出整流濾波時半波整流聯(lián)接示意圖；附圖5是輸出整流濾波時全波整流聯(lián)接示意圖；附圖6是輸出整流濾波時橋式整流聯(lián)接示意圖；附圖7是本實用新型電路的工作原理示意圖；附圖8是附圖7的電路原理方框示意圖；附圖9是本實用新型一實施示例的電路原理示意圖；附圖10是現(xiàn)有的超高頻率單電源半橋HID電子鎮(zhèn)流器；附圖11是現(xiàn)有的變化頻率單電源半橋HID電子鎮(zhèn)流器；附圖12現(xiàn)有的低頻方波單電源全橋HID電子鎮(zhèn)流器。
具體實施方式
參見附圖7、8。本實用新型的設(shè)計思路是通過兩個電壓、電流受位于變壓器初級邊的脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路控制，并能獨立供電的兩組直流電源串聯(lián)，借助各自的電子開關(guān)的輪流導通而輪流向負載供電，兩開關(guān)受相位相差180度的低頻方波信號控制。因兩開關(guān)輪流導通，在負載上產(chǎn)生了互反的工作低頻方波電壓和電流，故能有效地消除聲共振并減少開關(guān)損耗。現(xiàn)根據(jù)附圖并從圖中的電路組合中選取一種組合方式(圖9)為實施例作進一步詳述。由圖1～6電路，初級側(cè)及次級側(cè)電路相互間組合和匹配方式可根據(jù)具體的需求而定，而目的均是產(chǎn)生兩組電參數(shù)一致的直流電源并組成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，再此就不加贅述。
圖9給出了雙電源供電低頻方波半橋逆變HID電子鎮(zhèn)流器電路工作原理示意圖。圖中，變壓器初級邊的脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路采用半橋PWM結(jié)構(gòu)，而HID雙直流供電電源采用全波整流，經(jīng)濾波獲得。
電網(wǎng)電源通過整流濾波，由電感L1、二極管D1、場效應(yīng)管Q5、電容C0及APFC(功率因數(shù)校正)控制等升壓后，在C0兩端得到一個約400伏的直流電源，經(jīng)電容C3、C4分壓后向電子開關(guān)Q1、Q2供電，在PWM控制+電平切換的驅(qū)動下，推動高頻變壓器T1工作。其次級輸出再經(jīng)二極管D2～D5全波整流及C5、C6濾波后，產(chǎn)生兩組電參數(shù)一致的直流電源并串聯(lián)，兩直流電源分別與電子開關(guān)場Q3、Q4聯(lián)接，而低頻方波驅(qū)動控制電路使Q3、Q4輪流導通，相應(yīng)地使C5、C6端的兩組直流電源輪流向負載HID供電，在HID上形成低頻方波電壓、電流，而HID則將電能轉(zhuǎn)換為光能。電路中的電流互感器T3、二極管D6、D7、電阻R1、電容C7等組成負載電流檢測電路，作為電流控制信號反饋至脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路，調(diào)控輸出電壓、電流。
當電路中兩直流電源形成后，電路開始啟動，點火器變壓器T2產(chǎn)生的高壓將HID擊穿使之導通，由于HID的固有特性，具有極大的啟動電流，PWM控制得到負載檢測電流反饋信號后，減小脈沖寬度，以限制HID啟動電流。在啟動過程中，HID電流將逐漸下降，其端電壓則逐漸上升，PWM電路根據(jù)反饋信號作相應(yīng)調(diào)整，使輸出電參數(shù)符合啟動時的電壓、電流變化要求，直至HID進入穩(wěn)定運行狀態(tài)后，就為其提供兩組電參數(shù)一致的恒壓、恒流的工作電源。HID不管是在啟動或運行過程中，由電容C5、C6端提供的電源均因Q3或Q4的導通或斷開而向負載輪流供電。
電路中的變壓器初級側(cè)工作于高頻開關(guān)狀態(tài)，次級側(cè)產(chǎn)生兩組直流電源所驅(qū)動的負載則工作于低頻開關(guān)狀態(tài)。對電路結(jié)構(gòu)的補充說明1、在雙電源供電低頻方波半橋逆變HID電子鎮(zhèn)流器的電路中，可以采用一個高頻變壓器的兩個繞組產(chǎn)生兩組直流電源；也可以使用兩個獨立的高頻變壓器產(chǎn)生兩組直流電源，其性質(zhì)和目的是完全一樣的。而高頻變壓器的初、次級側(cè)的電路結(jié)構(gòu)也可靈活多樣，目的都是為HID提供兩組電參數(shù)一致的直流工作電源。
2、基于雙電源供電方式，逆變電路可用低頻方波開關(guān)信號控制。也可以用受低頻方波開關(guān)信號調(diào)制的高頻方波開關(guān)信號控制，使電路半橋輪流以BUCK形式工作。目的都是為HID提供低頻方波工作電壓、電流。而電路中的電流檢測根據(jù)需要也可形式多樣，反饋信號至PWM控制。
3、本實用新型可實際應(yīng)用于室內(nèi)外的金鹵燈、高壓鈉燈等交流電源的照明燈具。也可用于汽車氙氣燈、手持式氙氣燈等直流電源的照明燈具。
權(quán)利要求1.一種高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器的電路包括依序聯(lián)接的濾波EMC及橋式整流電路、有源功率因數(shù)控制電路APFC、脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路、低頻方波驅(qū)動及其控制的半橋電子開關(guān)組成的逆變電路，各電路還包含其周邊電路，橋式整流電路通過濾波EMC與市電聯(lián)接，低頻逆變電路則驅(qū)動負載HID，其特征是由脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路所產(chǎn)生的兩個電參數(shù)一致的直流電源，串聯(lián)輪流為負載供電的雙電源供電低頻方波半橋逆變電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是所述的雙電源供電低頻方波半橋逆變電路，包括與低頻方波驅(qū)動控制電路聯(lián)接的是由類似三極管或場效應(yīng)管Q3、Q4組成的半橋電子開關(guān)，電子開關(guān)分別與負載HID及聯(lián)接于脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源變壓器T1次級的整流濾波電路聯(lián)接，半橋電子開關(guān)中點與雙直流電源串聯(lián)電路中點之間為逆變輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是變壓器T1次級為半波整流電路或全波整流電路或橋式整流電路，并具有相應(yīng)濾波電路。變壓器T1及與其次級聯(lián)接的整流濾波電路均屬于脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路的周邊電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路的周邊電路還包括從變壓器T1初級采樣的負載電流檢測電路，該負載電流檢測電路由互感器T3從變壓器T1初級采樣后經(jīng)二極管D6、D7及電阻R1、電容C7將信號反饋到脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是與變壓器T1的初級聯(lián)接的脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路可以是正、反激PWM或半橋PWM或推挽PWM等。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路通過有源功率因數(shù)控制電路APFC及其周邊電路獲得電源，有源功率因數(shù)控制電路APFC及其周邊電路則通過橋式整流電路、濾波EMC與電網(wǎng)電源聯(lián)通。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是電網(wǎng)電源經(jīng)濾波EMC及橋式整流電路中的電感L1、電容C1整流濾波后，經(jīng)電感L2、場效應(yīng)管Q5和有源功率因數(shù)控制電路APFC升壓，在貯能元件電容C0的兩端取得直流電源，向脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路供電。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路及其電平切換電路驅(qū)動開關(guān)元件如三極管或場效應(yīng)管，并經(jīng)該開關(guān)元件推動變壓器T1初級，次級輸出再經(jīng)整流濾波后產(chǎn)生兩組電參數(shù)一致的直流電源并串聯(lián)，向低頻方波逆變電路供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征是負載HID一端與半橋電子開關(guān)中點聯(lián)接，另一端則通過產(chǎn)生點火電壓的點火變壓器T2與串聯(lián)電源的中點聯(lián)接。
專利摘要一種高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其電路包括依序聯(lián)接的濾波EMC及橋式整流電路、有源功率因數(shù)控制電路APFC、脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源電路、低頻方波驅(qū)動及其控制的半橋電子開關(guān)組成的逆變電路，以及各電路的周邊電路，橋式整流電路通過濾波EMC與市電聯(lián)接。本實用新型將常規(guī)HID逆變電路的單電源供電改為雙電源，通過脈沖寬度調(diào)制PWM開關(guān)電源變壓器變壓，并經(jīng)整流濾波后，得到兩組電參數(shù)一致且串聯(lián)的直流電源，輪流向負載供電。其體積小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，性能穩(wěn)定，損耗低，效率高，溫升低，有效消除了負載聲共振，電路對負載兼容與適應(yīng)性好，可實現(xiàn)電路輸出與市電的隔離，負載電氣安全性高。
文檔編號H05B41/282GK2817288SQ200520063230
公開日2006年9月13日 申請日期2005年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月15日
發(fā)明者袁榮榮 申請人:袁榮榮