專利名稱：一種電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子設備及其控制技術領域，尤其涉及一種照明技術領域和電能控制與變換技術領域中的一種電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置。
背景技術：
高強度氣體放電燈(包括高壓鈉燈和金屬鹵化物燈，下文通稱HID燈)是電光源產(chǎn)品中重要的一員，和白熾燈相比，HID燈在發(fā)光效率上有了很大的提高。然而，要保持光色質量的穩(wěn)定性和一致性卻不是那么容易做到的。HID燈的應用范圍很廣，如商店照明、展示照明、商業(yè)街道照明、廣告牌照明與影視照明燈等，由于其光通量大，具有優(yōu)秀的光色性能，能夠創(chuàng)造出最佳的照明效果，其卓越的顯色性和光色的穩(wěn)定性能夠將被照物體的自然本色以最好的狀態(tài)顯示出來，所以HID燈的應用前景十分廣泛。
為以便于理解本實用新型，首先介紹HID燈的電氣特性及控制規(guī)律。
HID燈的典型的電氣特性分為三個區(qū)，分別為未觸發(fā)階段、起動階段與恒功率階段，如圖1所示當t＜t1時為未觸發(fā)階段；當t1＜t＜t2為起動階段；當t＞t2為恒功率階段。下面解釋各個工作區(qū)域電氣特性的原因以及相應的控制規(guī)律。
一、未觸發(fā)階段在未觸發(fā)階段，由于燈泡內的氣體原子未被電離，所以燈泡的兩極之間沒有載流子存在。因此在未觸發(fā)階段，HID燈相當于開路，燈的端電壓就是鎮(zhèn)流器的輸出電壓，燈的電流和功率均為零。當鎮(zhèn)流器的輸出電壓達到燈的觸發(fā)電壓Uk時，燈內氣體原子得到足夠的能量而被電離并產(chǎn)生許多電子——離子對，此時電子變?yōu)樽杂呻娮?，等效一個自由的負電荷，離子可等效為一個帶正電的電荷。因此電子和離子均可以參與導電，稱這種電子——離子對為載流子。
提供合適的觸發(fā)電壓是電子鎮(zhèn)流器設計者應考慮的一個問題。在觸發(fā)燈的瞬間，如果鎮(zhèn)流器提供的電壓遠大于燈的觸發(fā)電壓Uk，觸發(fā)瞬間會損傷燈的電極，縮短燈的使用壽命；然而，如果鎮(zhèn)流器提供的電壓小于Uk，燈內的氣體不能被電離，不能形成弧光，燈就不能開始工作?？傊峁┮粋€合適的觸發(fā)電壓是一個重要的問題。理想情況是鎮(zhèn)流器提供的電壓恰好等于或略大于燈的觸發(fā)電壓。但是設計者遇到的困難是，對相同輸出功率的HID燈，觸發(fā)電壓不是一個固定不變的電參數(shù)。對于輸出功率相同、類型相同的HID燈，不同生產(chǎn)廠家提供的燈泡，其觸發(fā)電壓有較大的差異；同一個廠家提供的同一個型號的燈泡，其觸發(fā)電壓也是不同的；甚至同一個燈泡，其觸發(fā)電壓還受環(huán)境溫度、濕度以及周圍電場分布等因素影響。因此，鎮(zhèn)流器提供的電壓必須隨時、隨地適當調整，即鎮(zhèn)流器必須具有自適應提供觸發(fā)電壓的能力。
HID燈被觸發(fā)的瞬間，其的電氣特性具有如下兩個顯著特點特點1燈的端電壓瞬間由觸發(fā)電壓(甚高壓)躍變?yōu)?0％～30％的額定工作電壓(低壓)。
特點2燈的電流瞬間由零躍變到140％～150％的額定輸出電流。
上述兩個特點共同作用可用于判斷HID燈是否被觸發(fā)。
二、起動階段在HID燈被鎮(zhèn)流器提供的高電壓觸發(fā)瞬間，位于兩個電極之間的氣體原子被電離，形成自由電子和離子對，由于這些自由電子已獲得足夠高的能量，當這些自由電子碰撞其他未被電離的氣體原子時，被碰撞的原子被電離，形成新的自由電子——離子對，新的自由電子又可以碰撞其他原子，產(chǎn)生更多的自由電子和離子對，因此產(chǎn)生雪崩效應，自由電子——離子對(統(tǒng)稱為載流子)突然劇增。由于此時載流子均可以參與導電，形成了以兩個電極為中心的、截面積較大的、近似于圓柱形的導電溝道，此時燈呈現(xiàn)低電阻特性。此時，自由電子一離子對處于飽和狀態(tài)，可以為外電源提供足夠的載流子。
在燈觸發(fā)以后，以兩極為中心的圓柱形的導電溝道中存在著大量自由電子和離子對，這些電子——離子對將作擴散運動和漂移運動。在兩個電極外加電場的作用下，部分電子——離子對將沿兩個電極方向作定向漂移運動，形成燈的放電電流。這部分電子——離子對參與了導電所以稱之為載流子。又因為從柱形導電溝道的軸心到燈泡管壁形成較大濃度梯度，則另一部分電子——離子對從軸心向管壁作擴散運動，在擴散運動的過程中電子和離子復合成原子。(作擴散運動的電子——離子對，雖然帶電但不能傳導電流，因此不是載流子)。這些原子集中到管壁，與導電溝道的中心軸之間形成了較大的原子濃度梯度差，原子由管壁向中心軸作擴散運動，到達圓柱形導電溝道，由于中心柱的溫度較高，電子得到足夠的能量再次被電離。導電溝道的溫度愈高，原子被電離速率愈快。
在起動過程中，電離的速率遠小于電子——離子復合速率。其原因有兩個。原因一，由于在燈起動初期，燈泡的管壁、周圍的環(huán)境、燈泡內的氣體、圓柱形導電溝道等具有較低溫度，所以電離的速度要小一些；原因二，較大的漂移運動使得有更多的電子——離子對參與導電，減少參與擴散運動的電子——離子對數(shù)目。在起動過程中，鎮(zhèn)流的作用是，限制并逐步減少參與漂移的電子——離子對數(shù)，使等內部及其環(huán)境溫度逐步升高，提高參與擴散運動電子——離子對數(shù)目以及增強復合速率，達到電離速率遠小于復合速率之目的。在這種工作狀況，導電溝道的截面積和內部載流子的濃度均在逐步減小，燈的端電壓逐步升高，電流逐步減小，其等效電阻也隨之逐步增加，且燈的損耗功率應逐步增大。
從使用者的角度看，在HID燈被觸發(fā)的瞬間，燈的管壁的溫度等于外界的環(huán)境溫度，盡管導電溝道的溫度不是很高，但管壁的溫度仍遠遠小于導電溝道的溫度。在燈的起動過程，由于導電溝道的熱輻射作用，管壁的溫度應均勻上升。由于電弧的中心不會恰好位于燈管的幾何中心位置，會使燈管壁的溫度分布不均勻，如果起動電流過大，會使管壁的某些局部溫度迅速上升，來不及向周圍傳導，造成燈管壁局部損傷。正確的方法是，燈的電流不要太大，且逐步減小，電壓和燈功耗逐步上升，其輸出功率增長的速率應小于管壁熱傳導速率。相反，如果起動電流過小，圓柱形導電溝道中的溫度太低，幾乎不能使原子電離，因此，隨著時間增加，由觸發(fā)引起的電子—離子對因復合而消耗殆盡，從而使弧光放電無法維持，出現(xiàn)熄弧現(xiàn)象。因此需要研究出合理起動規(guī)律，達到既能維持弧光放電，又能使燈泡管壁溫度均勻升高的目的。本專利提出的起動控制規(guī)律是，限制HID燈起動瞬間的最大電流，以指數(shù)或近似指數(shù)的規(guī)律逐步減小電流和增加燈的耗散功率。具體方法是，在燈被觸發(fā)的瞬間，將燈的電流限制在(140％～150％)的額定值，同時控制燈的耗散為(20％～30％)的額定功率，經(jīng)過一段時間后達到穩(wěn)態(tài)。
在起動過程中，燈的耗散功率不斷增加，導電溝道區(qū)域的溫度將不斷升高。隨著溫度的升高，電離的速率大大增加，復合的速率則不斷下降。需要說明的是，電離速率增加，又助于擴散運動的進行，減少了參與漂移運動的電子——離子對，使導電溝道的截面積逐漸減小。當達到穩(wěn)態(tài)時，電離的速率與復合的速率近似相等。但由于燈中心區(qū)的溫度還沒有到達穩(wěn)態(tài)，隨著燈的溫度不斷緩慢升高，電離的速率略大于復合的速率。
三、恒功率階段亦稱穩(wěn)態(tài)區(qū)當燈的電氣特性達到穩(wěn)態(tài)后，由于燈中心區(qū)的溫度還會緩慢增加，電離的速度可能還有所增長；另一個原因是，由于燈的端電壓已足夠高，加上中心區(qū)域的溫度較高，這也有助于增長電離速度。上述兩個原因的共同結果是，當燈達到電氣穩(wěn)定后，電離的速率還是大于復合的速率，因此燈管內的氣體仍有足夠的電子——離子對。參與導電的載流子的數(shù)目是由外部鎮(zhèn)流器控制的。外部鎮(zhèn)流器提供的電流愈大，參與導電的載流子數(shù)目愈大，其等效電阻愈小，燈的端電壓愈低。如圖2所示。因此鎮(zhèn)流器的作用是，當燈達到穩(wěn)態(tài)后，主要通過控制燈的電流，使燈內氣體的擴散運動和漂移運動均達到穩(wěn)態(tài)，電離的速率恰好等于復合速率，達到燈的端電壓基本保持不變，實現(xiàn)恒功率控制。在點A處，電源電壓Vs、放電電壓Vd和放電電流i之間復合關系Vs＝Vd+iR，式中R為電子鎮(zhèn)流器的等效電阻。
但是僅僅采用穩(wěn)定電流的方法是不能實現(xiàn)恒功率控制的，原因在于燈的端電壓不是一個固定的常數(shù)，即使燈的電流是相同的。燈端電壓不是恒定的，其原因如下1、放電電弧的長度是決定燈端電壓的一個重要因素?？梢韵胂瘢烹婋娀∠裣翟趦蓚€電端點的一條橡皮飄帶，這個飄帶的長度受燈的擺放位置、地磁的引力、燈內氣體溫度場的分布、運動方向等諸多因素影響。因此，即使采用恒流供電，燈的端電壓也會因使用的地區(qū)不同、燈的擺放位置不同等產(chǎn)生相應的變化。
2、不同廠家生產(chǎn)的同一個型號的HID燈，兩個電極之間的距離會有較大差異，即同一個廠家生產(chǎn)的同一類型的燈，兩極之間的距離也有一定的分散性。
3、隨著燈的使用時間增加，兩電極之間的距離在不斷增加，因此，管壓也在增加。
因此，HID燈與普通白熾燈不同的是HID燈在應用過程中需要配合使用電子鎮(zhèn)流器才能正常工作。目前電子鎮(zhèn)流器一般有一種典型的電子鎮(zhèn)流器拓撲結構和兩種調制技術。
典型的電子鎮(zhèn)流器拓撲結構為輸出低頻方波電壓和電流的電子鎮(zhèn)流器拓撲結構，包括一個有源功率因數(shù)校正電路、降壓型BUCK變換器和逆變器。有源功率因數(shù)校正電路用于提高輸入端的功率因數(shù)、減少輸入電流的高次諧波，并為BUCK變換器提供一個400V左右的恒定電壓；BUCK變換器作為電流和功率調節(jié)器，使其輸出電流、電壓和功率與燈的電氣特性相匹配；逆變器將BUCK變換器的輸出變換成HID燈所需的交流信號，因此這種電子鎮(zhèn)流器存在以下缺點環(huán)節(jié)多，導致效率低、電磁干擾大。(參考文獻為美國專利，US,6,278,245B1)調制技術之一是一種中頻調制技術，電子鎮(zhèn)流器工作在大于20kHz而小于100kHz的某一個頻率段上，采用頻率調制、角度調制和幅度調制。電子鎮(zhèn)流器采用這種中頻調制技術的目的在于使輸出功率的頻譜分布在某一頻段上，以避免因功率譜過于集中而使HID燈出現(xiàn)“聲共振”現(xiàn)象。采用這種中頻調制技術的電子鎮(zhèn)流器的主要缺點包括控制電路復雜、不能普遍應用于各種規(guī)格、類型和型號的HID燈。(參考文獻為美國專利，US,6,184,633B1)調制技術之二是一種高頻調制技術，電子鎮(zhèn)流器工作在大于100kHz的某一個頻率段上。通常，當HID燈的工作頻率大于100kHz時不會出現(xiàn)“聲共振”現(xiàn)象。采用這種高頻調制技術電子鎮(zhèn)流器的主要缺點有效率較低、電磁干擾大，不易達到有關國際和國家標準的要求。(參考文獻為美國專利，US,6,181,076B1)目前常用的控制技術，當電子鎮(zhèn)流器輸出功率較小時，這種控制技術基本能滿足高強度氣體放電燈的要求，使系統(tǒng)穩(wěn)定工作，但實驗結果表明，當電子鎮(zhèn)流器輸出功率較大時，這種控制技術無法滿足高強度氣體放電燈的要求且系統(tǒng)難以穩(wěn)定工作。
這就需要的一種電子鎮(zhèn)流器及HID燈控制裝置控制的方法，可以驅動各種規(guī)格、類型和型號的HID燈，同時提高效率，減少電磁干擾，提高產(chǎn)品的可靠性，降低成本，輸出功率等級高。
實用新型內容鑒于上述現(xiàn)有技術所存在的問題，本實用新型的目的是提供一種電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置，可以驅動各種規(guī)格、類型和型號的高強度氣體放電燈，同時提高效率，減少電磁干擾，提高產(chǎn)品的可靠性，降低成本，輸出功率等級高。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種電子鎮(zhèn)流器，包括整流器電路輸入端連接交流電源，對輸入的交流電源進行整流后輸出端接功率因數(shù)校正電路；功率因數(shù)校正電路輸入端連接整流器電路，對整流后的電源進行功率因數(shù)校正，輸出端接串并聯(lián)諧振逆變器電路；串并聯(lián)諧振逆變器電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路，將功率因數(shù)校正后的電源進行高頻諧振變換成適合負載工作的高頻交流電源，輸出端接負載。
所述的串并聯(lián)諧振逆變器電路包括半橋式變換電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路的輸出端，包括第一功率開關管、第二功率開關管和第一功率二極管、第二功率二極管，兩個功率開關管串聯(lián)，第一功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極接功率因數(shù)校正電路的輸出，兩個功率二極管分別與兩個功率開關管并聯(lián)，兩個功率二極管的負極分別與兩個功率開關管的漏極相聯(lián)，兩個功率開關管的柵極與所述的驅動電路相連；半橋式變換電路的輸出端連接串并聯(lián)諧振槽路；串并聯(lián)諧振槽路輸入端接半橋式變換電路，輸出端接負載，由依次串聯(lián)的第一電容、電感和第二電容組成，串并聯(lián)諧振槽路并聯(lián)在第二功率開關管的漏極與源極之間，第一電容的一端與第二與功率開關管的漏極相聯(lián)，第二電容的一端與第二功率開關管的源極相聯(lián)，負載與第二電容并聯(lián)。
所述的第一功率開關管與第二功率開關管為IRFP450型功率場效應管MOSFET；或所述的第一功率二極管和第二功率二極管為MUR460；或所述的電感為100μH~200μH；或所述的第一電容和第二電容為1nF~20nF。
一種基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，包括電子鎮(zhèn)流器和驅動電路與電子鎮(zhèn)流器和控制電路連接，執(zhí)行控制電路的指令來驅動電子鎮(zhèn)流器；控制電路與驅動電路和信號采集電路相連，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況產(chǎn)生控制信號，并將控制指令發(fā)給驅動電路；信號采集電路與電子鎮(zhèn)流器、高強度氣體放電燈和控制電路連接，采集電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況。
所述的驅動電路包括壓控振蕩器輸入端接控制電路，輸出端接T觸發(fā)器，輸入電壓信號，輸出成比例的頻率信號；T觸發(fā)器輸入端接壓控振蕩器，輸出端接驅動器，將壓控振蕩器的信號進行二分頻處理成兩路互為反相的控制信號；驅動器輸入端接驅動器，輸出端接電子鎮(zhèn)流器，包括第一驅動器與第二驅動器，根據(jù)T觸發(fā)器輸出的控制信號控制電子鎮(zhèn)流器中的半橋式變換電路的兩個功率開關管。
所述的控制電路包括控制開關輸入端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組，輸出端連接驅動電路的壓控振蕩器；根據(jù)選擇狀態(tài)控制器的控制信號將狀態(tài)控制器組中對應的狀態(tài)控制器的信號輸出至壓控振蕩器；選擇狀態(tài)控制器輸入端接信號采集電路，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況，產(chǎn)生相應的選擇不同的狀態(tài)控制器的控制信號，輸出至控制開關和狀態(tài)控制器組；狀態(tài)控制器組包括一個或一個以上的狀態(tài)控制器，輸入端可連接信號采集電路和/或選擇狀態(tài)控制器，根據(jù)采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況與選擇狀態(tài)控制器的控制信號將對應的狀態(tài)控制器的輸出信號作為輸出信號；此輸出信號經(jīng)輸出端輸出至控制開關。
所述的狀態(tài)控制器組包括觸發(fā)控制器產(chǎn)生未觸發(fā)階段的控制信號，輸出端連接控制開關的一個輸入端；起動控制器產(chǎn)生起動階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端；恒功率控制器產(chǎn)生恒功率階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端。
所述的起動控制器包括起動放大器可為誤差放大器，一個輸入端接信號采集電路，另一個輸入端接指數(shù)電壓發(fā)生器，輸出端接控制開關；指數(shù)電壓發(fā)生器輸入端接選擇狀態(tài)控制器，輸出端接放大器。
所述的恒功率控制器包括恒功率放大器一個輸入端除法器，另一個輸入端通過參考電壓源接地，輸出端接控制開關；乘法器輸入端接信號采集電路，輸出端接除法器；除法器輸入端接乘法器，輸出端接放大器。
所述的信號采集電路包括電壓處理電路輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電壓信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組；電流處理電路輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電流信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組。
由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置，在結構上不同的階段分別采用了不同的結構，實現(xiàn)了分時區(qū)控制的方案，對高強度氣體放電燈在未觸發(fā)階段、起動階段和穩(wěn)態(tài)階段的不同特性設計了不同的控制技術在未觸發(fā)階段為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈觸發(fā)電壓的分散性，采用了自動掃描，逐步增大觸發(fā)電壓直到高強度氣體放電燈觸發(fā)的控制技術，在起動階段采用實時控制技術；在穩(wěn)態(tài)階段，為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈的參數(shù)分散性，采用恒功率控制技術?？梢则寗痈鞣N規(guī)格、類型和型號的高強度氣體放電燈，同時提高效率，減少電磁干擾，提高產(chǎn)品的可靠性，降低成本，輸出功率等級高。


圖1為高強度氣體放電燈的電氣特性圖；圖2為高強度氣體放電燈的負載特性圖；圖3為本實用新型所述的電子鎮(zhèn)流器的電路圖；圖4為本實用新型所述的電子鎮(zhèn)流器的電路原理框圖；圖5為本實用新型所述的電子鎮(zhèn)流器的電路中各關鍵點的波形圖；圖6為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的原理框圖一；圖7為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的原理框圖二；圖8為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的觸發(fā)控制器的輸出電壓與時間關系圖；圖9為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的起動控制器的結構原理圖；圖10為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的恒功率控制器的結構原理圖；圖11、為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的控制方法的控制時序圖；圖12、為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的控制方法的控制過程中，高強度氣體放電燈未觸發(fā)前的高強度氣體放電燈的端電壓與工作頻率關系圖；圖13、為本實用新型所述的基于電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的控制方法的控制過程中，高強度氣體放電燈起動過程中的高強度氣體放電燈的端電壓與工作頻率關系圖。
具體實施方式
本實用新型所述的一種電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置控制的方法的具體實施方式
如下其電子鎮(zhèn)流器的具體實施方式
——實施例一如圖3與圖4所示，一種電子鎮(zhèn)流器，包括整流器電路、功率因數(shù)校正電路、功率因數(shù)校正電路與串并聯(lián)諧振逆變器電路。所述的串并聯(lián)諧振逆變器電路包括半橋式變換電路與串并聯(lián)諧振槽路。整流器電路依次連接功率因數(shù)校正電路、半橋式變換電路與串并聯(lián)諧振槽路。其中整流器電路由一橋式整流器構成，輸入端連接交流電源，對輸入的交流電源進行整流后輸出端接功率因數(shù)校正電路；當然在橋式整流器與交流電源之間還可接入濾波電路，在對交流電源整流前先對其進行濾波。
功率因數(shù)校正電路由一功率開關管S與電容C并聯(lián)而成，功率開關管S的源極與漏極為輸入端接整流器電路的輸出端，且在源極與整流器電路的輸出端間串聯(lián)有第一電感L1；源極與電容C并聯(lián)的結點處還串聯(lián)有電容C。此電路對整流后的電源進行功率因數(shù)校正，輸出端接串并聯(lián)諧振逆變器電路。
串并聯(lián)諧振逆變器電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路，將功率因數(shù)校正后的電源進行高頻諧振變換成適合負載工作的電源，輸出端接負載。
所述的串并聯(lián)諧振逆變器電路包括半橋式變換電路與串并聯(lián)諧振槽電路。其中半橋式變換電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路的輸出端，包括第一功率開關管S1、第二功率開關管S2和第一功率二極管D1、第二功率二極管D2，兩個功率開關管串聯(lián)，第一功率開關管S1的源極與第二功率開關管S2的漏極接功率因數(shù)校正電路的輸出，兩個功率二極管分別與兩個功率開關管并聯(lián)，兩個功率二極管的負極分別與兩個功率開關管的漏極相聯(lián)，兩個功率開關管的柵極與所述的驅動電路相連；半橋式變換電路的輸出端連接串并聯(lián)諧振槽電路；串并聯(lián)諧振槽路輸入端接半橋式變換電路，輸出端接負載，由依次串聯(lián)的第一電容C1、電感L和第二電容C2組成，串并聯(lián)諧振槽路并聯(lián)在第二功率開關管S2的漏極與源極之間，第一電容C1的一端與第二與功率開關管S2的漏極相聯(lián)，第二電容的一端與第二功率開關管的S2源極相聯(lián)，負載與第二電容C2并聯(lián)。
上述的第一功率開關管S1與第二功率開關管S2為IRFP450型功率場效應管MOSFET；上述的第一功率二極管D1和第二功率二極管D2為MUR460；上述的電感L與第一電感L1為100μH~200μH；所述的第一電容C1和第二電容C2為1nF~20nF。
圖5為圖3所示電路中各關鍵點的波形圖(a)中Vg1與Vg2分別是圖3中功率開關管S1與第二功率開關管S2的驅動信號；圖(b)中ID1與ID2分別是圖3中功率二極管D1與第二功率二極管D2的電流波形；圖(c)中IS1與IS2分別是圖3中功率開關管S1與第二功率開關管S2的電流波形；圖(d)是功率開關管S1的電壓波形；圖(e)是第二功率開關管S2的電壓波形。
其基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置的具體實施方式
——實施例二如圖6與圖7所示，一種基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，包括電子鎮(zhèn)流器、驅動電路、控制電路與信號采集電路，其中驅動電路與電子鎮(zhèn)流器和控制電路連接，執(zhí)行控制電路的指令來驅動電子鎮(zhèn)流器；驅動電路包括，壓控振蕩器VFO、觸發(fā)器與驅動器，其中壓控振蕩器VFO輸入端接控制電路，輸出端接觸發(fā)器，輸入電壓信號，輸出成比例的頻率信號。
觸發(fā)器輸入端接壓控振蕩器VFO，輸出端接驅動器，將壓控振蕩器VFO的信號處理成控制信號控制；所述的觸發(fā)器采用T觸發(fā)器，壓控振蕩器VFO的輸出信號進行二分頻并形成兩路互為反相的Q和Q信號。
驅動器輸入端接驅動器，輸出端接電子鎮(zhèn)流器，包括第一驅動器與第二驅動器，根據(jù)觸發(fā)器輸出的信號控制控制電子鎮(zhèn)流器中的半橋式變換電路的兩個功率開關管。
控制電路與驅動電路和信號采集電路相連，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況產(chǎn)生控制信號，并將控制指令發(fā)給驅動電路；控制電路包括控制開關、選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組，其中控制開關輸入端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組，輸出端連接驅動電路的壓控振蕩器VFO；根據(jù)選擇狀態(tài)控制器的控制信號將狀態(tài)控制器組中對應的狀態(tài)控制器的信號輸出至壓控振蕩器VFO。
選擇狀態(tài)控制器輸入端接信號采集電路，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況，產(chǎn)生相應的選擇不同的狀態(tài)控制器的控制信號，輸出至控制開關和狀態(tài)控制器組。選擇狀態(tài)控制器有兩路輸入信號U01和U02，兩路輸出信號分別為P1和P2。剛開機瞬間，開關S位于①位置。當選擇狀態(tài)控制器檢測到燈端有一個負躍變且等電流有一個負躍變時，P2發(fā)出信號，使得起動控制器B2中的指數(shù)發(fā)生器開始工作，同時P1發(fā)生信號使開關S位于②位置。當選擇狀態(tài)控制器檢測到燈的端電壓和電流達到其額定值，P1發(fā)出信號，使開關位于③位置。
狀態(tài)控制器組包括一個或一個以上的狀態(tài)控制器，輸入端可連接信號采集電路和/或選擇狀態(tài)控制器，根據(jù)采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況與選擇狀態(tài)控制器的控制信號將對應的狀態(tài)控制器的輸出信號作為輸出信號；此輸出信號經(jīng)輸出端輸出至控制開關；所述的狀態(tài)控制器組包括觸發(fā)控制器B1、起動控制器B2與恒功率控制器B3，其中觸發(fā)控制器B1產(chǎn)生未觸發(fā)階段的控制信號，輸出端連接控制開關的一個輸入端。觸發(fā)控制器UB1是一個掃描電壓發(fā)生器。其輸出電壓與時間的關系如圖8所示，在開機瞬間，觸發(fā)控制器開始工作，其輸出電壓線性下降，其最大值UH和最小值UL。當UB1＝UH，壓控振蕩器VFO輸出最高頻率，當UB1＝UL時，對應壓控振蕩器VFO輸出最低頻率。自動掃描逐步增大輸出電壓，直到電子鎮(zhèn)流器提供的觸發(fā)電壓恰好等于或略大于此時、此地該燈所需地觸發(fā)電壓，高強度氣體放電燈開始觸發(fā)。
起動控制器B2產(chǎn)生起動階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端。如圖9所示，起動控制器B2包括起動放大器與指數(shù)電壓發(fā)生器其中起動放大器可為誤差放大器，一個輸入端接信號采集電路，另一個輸入端接指數(shù)電壓發(fā)生器，輸出端接控制開關。
指數(shù)電壓發(fā)生器輸入端接選擇狀態(tài)控制器，輸出端接放大器。
在圖9中A1為誤差放大器。控制信號P2控制指數(shù)電壓發(fā)生器是否工作。當P2為高電平時，指數(shù)電壓發(fā)生器以指數(shù)規(guī)律衰減，并為誤差放大器A1提供一個參數(shù)電壓。
恒功率控制器B3產(chǎn)生恒功率階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端。如圖10所示的恒功率控制器B3包括恒功率放大器、乘法器與除法器，其中恒功率放大器一個輸入端除法器，另一個輸入端通過接地電容接地，輸出端接控制開關；乘法器輸入端接信號采集電路，輸出端接除法器；除法器輸入端接乘法器，輸出端接放大器。除法器的作用是用一個固定電壓與U01和U02的乘積相除，使得輸出信號U03正比于U01與U02即正比于輸出功率。
信號采集電路與電子鎮(zhèn)流器、高強度氣體放電燈和控制電路連接，采集電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況。所述的信號采集電路包括電壓處理電路與電流處理電路，其中電壓處理電路通常包括一個電壓傳感器，輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電壓信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組；包括燈端電壓采樣網(wǎng)絡、整流器、濾波器，其輸入信號為燈的端電壓Ulamp-高頻交流信號，其輸出電壓U01-近似于直流電壓，U01正比于Ulamp的有效值。
電流處理電路通常包括一個電流傳感器，輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電流信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組。包括電流采樣網(wǎng)絡、整流器和濾波器，其輸入信號為燈的電流Ilamp-高頻信號，其輸出電壓U02，U02正比于的Ilamp有效值。
為了便于深入理解本實用新型，下面介紹一下基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置控制的方法的具體實施方式
——實施例三一種基于所述基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置控制的方法，包括第一步、控制電路根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器和高強度氣體放電燈的工作狀態(tài)，通過驅動電路驅動電子鎮(zhèn)流器；具體分為以下幾步1、信號采集電路采集電子鎮(zhèn)流器和高強度氣體放電燈的工作狀態(tài)的信息，輸出控制信號給選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組；具體還可分為以下幾步(1)、信號采集電路的電壓處理電路，采集高強度氣體放電燈的高頻交流電壓信號UR經(jīng)處理后成一與UR有效值成正比的近似直流電壓信號U01；同時，(2)、信號采集電路的電流處理電路，采集高強度氣體放電燈的高頻交流電流信號IR經(jīng)處理后成一與IR有效值成正比的近似直流電壓信號U02；并將U01與U02作為選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組的輸入信號。
2、選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組根據(jù)步驟A1所述的控制信號，將相應的狀態(tài)控制器輸出端與驅動電路通過控制開關接通；將狀態(tài)控制器輸出端的控制信號輸出到驅動電路；具體還可分為以下幾步(1)、選擇狀態(tài)控制器輸入兩路信號U01與U02，輸出兩路控制信號P1與P2；(2)、在剛接通電源高強度氣體放電燈剛開始工作時，沒有控制信號P1與P2；控制開關接通觸發(fā)控制器與驅動電路；或者，當高強度氣體放電燈被觸發(fā)后，選擇狀態(tài)控制器輸出控制信號P1與P2，P1使控制開關接通起動控制器與驅動電路；P2使指數(shù)電壓發(fā)生器開始工作，起動放大器輸出控制信號給驅動電路；
或者，當高強度氣體放電燈被起動后，高強度氣體放電燈工作狀態(tài)達到穩(wěn)態(tài)，選擇狀態(tài)控制器再輸出控制信號P1，接通恒功率控制器與驅動電路；恒功率控制器的恒功率放大器輸出控制信號給驅動電路。
3、驅動電路驅動電子鎮(zhèn)流器工作，控制高強度氣體放電燈的工作過程。
第二步、電子鎮(zhèn)流器根據(jù)驅動信號在高強度氣體放電燈工作的不同階段輸出相應的參數(shù)的輸出電信號來驅動高強度氣體放電燈工作。具體分為以下幾步1、在未觸發(fā)階段，從觸發(fā)控制器獲得的觸發(fā)驅動信號，控制電子鎮(zhèn)流器輸出線性增加的輸出電壓，達到觸發(fā)電壓時，高強度氣體放電燈開始觸發(fā)；或者，2、在起動階段，從起動控制器獲得的起動驅動信號，此起動驅動信號隨著高強度氣體放電燈的工作電流的變化控實時制電子鎮(zhèn)流器輸出適應起動特性的輸出電壓，高強度氣體放電燈正常起動；或者，3、在穩(wěn)定工作階段，從恒功率控制器獲得的恒功率驅動信號，此恒功率驅動信號受高強度氣體放電燈的工作電流與工作電壓的閉環(huán)控制，電子鎮(zhèn)流器輸出的是功率恒定的一組參數(shù)，高強度氣體放電燈工作在恒定功率的穩(wěn)定工作階段。
控制過程的具體過程如下控制電路工作的時序圖如圖11所示。時區(qū)①對應著自動掃描逐步增加輸出電壓直到輸出電壓等于燈的觸發(fā)電壓為止，時區(qū)①結束，時區(qū)②開始，以此類推。
1、未觸發(fā)階段控制規(guī)律圖12給出在未未觸發(fā)階段電子鎮(zhèn)流器輸出電壓Ulamp與工作頻率之間的關系。在圖11中，當開機的瞬間，t＝0時刻，開關S與觸發(fā)控制器B1相連，這時刻觸發(fā)控制器B1的輸出電壓UB1從最大值UH開始線性下降，壓控振蕩器VFO的輸入頻率線性下降，即電路的工作頻率逐步下降，此時主電路的輸入電壓逐步自動增加，當燈的端Ulamp等于觸發(fā)電壓Uk，燈內氣體被擊穿，開始弧光放電。
2、起動階段的控制規(guī)律圖13給出了起動階段電子鎮(zhèn)流器輸出電壓與工作頻率之間的關系。在觸發(fā)瞬間，燈的等效電阻很小，所以對應較低的輸出電壓，當燈達到穩(wěn)態(tài)后，其等效電阻較大，對應較大的輸出電壓。當燈被觸發(fā)后，選擇狀態(tài)控制器發(fā)出兩個信號P1和P2。P1使S置于②端，P2使起動控制器B2內的指數(shù)發(fā)生器開始工作。這時電流反饋開始工作，控制電路的工作頻率為f2。隨著燈的電流下降，燈的端電壓提高，工作頻率由f2向f3過渡。如果這個電流控制的閉環(huán)回路的環(huán)路增益無限大，輸出電流將以參數(shù)量-指數(shù)規(guī)律變化。在圖11中，ION、UON為燈的額定電流和電壓。
3、恒功率控制當燈達到穩(wěn)態(tài)后，選擇狀態(tài)控制器的輸出信號P1使得開關擲于③的位置。這時輸出電壓和輸出電流均參與了反饋，形成了一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。輸出功率完全受恒功率控制器B3內部的參考電壓控制。
本實用新型對高強度氣體放電燈在未觸發(fā)階段、起動階段和穩(wěn)態(tài)階段的不同特性設計了不同的控制技術在未觸發(fā)階段為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈觸發(fā)電壓的分散性，采用了自動掃描，逐步增大觸發(fā)電壓直到高強度氣體放電燈觸發(fā)的控制技術，在起動階段采用實時控制技術；在穩(wěn)態(tài)階段，為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈的參數(shù)分散性，采用恒功率控制技術。
本實用新型與已有技術比較如表1所示表1

由于本實用新型所述的電子鎮(zhèn)流器中含有一個高Q值的串并聯(lián)諧振槽路，當系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時，串并聯(lián)諧振槽路輸出的電壓為近似的正弦波，正弦波不易誘發(fā)HID燈的聲共振現(xiàn)象；在未觸發(fā)階段，HID燈等效為一個阻值很高的電阻，作為串并聯(lián)諧振槽路的負載，此時串并聯(lián)諧振槽路可以提供一個數(shù)千伏的高壓作為觸發(fā)信號，因此無需外加觸發(fā)器。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求1.一種電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包括整流器電路輸入端連接交流電源，對輸入的交流電源進行整流后輸出端接功率因數(shù)校正電路；功率因數(shù)校正電路輸入端連接整流器電路，對整流后的電源進行功率因數(shù)校正，輸出端接串并聯(lián)諧振逆變器電路；串并聯(lián)諧振逆變器電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路，將功率因數(shù)校正后的電源進行高頻諧振變換成適合負載工作的高頻交流電源，輸出端接負載。
2.根據(jù)權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的串并聯(lián)諧振逆變器電路包括半橋式變換電路輸入端連接功率因數(shù)校正電路的輸出端，包括第一功率開關管、第二功率開關管和第一功率二極管、第二功率二極管，兩個功率開關管串聯(lián)，第一功率開關管的源極與第二功率開關管的漏極接功率因數(shù)校正電路的輸出，兩個功率二極管分別與兩個功率開關管并聯(lián)，兩個功率二極管的負極分別與兩個功率開關管的漏極相聯(lián)，兩個功率開關管的柵極與所述的驅動電路相連；半橋式變換電路的輸出端連接串并聯(lián)諧振槽路；串并聯(lián)諧振槽路輸入端接半橋式變換電路，輸出端接負載，由依次串聯(lián)的第一電容、電感和第二電容組成，串并聯(lián)諧振槽路并聯(lián)在第二功率開關管的漏極與源極之間，第一電容的一端與第二與功率開關管的漏極相聯(lián)，第二電容的一端與第二功率開關管的源極相聯(lián)，負載與第二電容并聯(lián)。
3.根據(jù)權利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述的第一功率開關管與第二功率開關管為IRFP450型功率場效應管MOSFET；或所述的第一功率二極管和第二功率二極管為MUR460；或所述的電感為100μH~200μH；或所述的第一電容和第二電容為1nF~20nF。
4.一種基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，包括電子鎮(zhèn)流器和驅動電路與電子鎮(zhèn)流器和控制電路連接，執(zhí)行控制電路的指令來驅動電子鎮(zhèn)流器；控制電路與驅動電路和信號采集電路相連，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況產(chǎn)生控制信號，并將控制指令發(fā)給驅動電路；信號采集電路與電子鎮(zhèn)流器、高強度氣體放電燈和控制電路連接，采集電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的驅動電路包括壓控振蕩器輸入端接控制電路，輸出端接T觸發(fā)器，輸入電壓信號，輸出成比例的頻率信號；T觸發(fā)器輸入端接壓控振蕩器，輸出端接驅動器，將壓控振蕩器的信號進行二分頻處理成兩路互為反相的控制信號；驅動器輸入端接驅動器，輸出端接電子鎮(zhèn)流器，包括第一驅動器與第二驅動器，根據(jù)T觸發(fā)器輸出的控制信號控制電子鎮(zhèn)流器中的半橋式變換電路的兩個功率開關管。
6.根據(jù)權利要求4所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的控制電路包括控制開關輸入端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組，輸出端連接驅動電路的壓控振蕩器；根據(jù)選擇狀態(tài)控制器的控制信號將狀態(tài)控制器組中對應的狀態(tài)控制器的信號輸出至壓控振蕩器；選擇狀態(tài)控制器輸入端接信號采集電路，根據(jù)信號采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況，產(chǎn)生相應的選擇不同的狀態(tài)控制器的控制信號，輸出至控制開關和狀態(tài)控制器組；狀態(tài)控制器組包括一個或一個以上的狀態(tài)控制器，輸入端可連接信號采集電路和/或選擇狀態(tài)控制器，根據(jù)采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況與選擇狀態(tài)控制器的控制信號將對應的狀態(tài)控制器的輸出信號作為輸出信號；此輸出信號經(jīng)輸出端輸出至控制開關。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的狀態(tài)控制器組包括觸發(fā)控制器產(chǎn)生未觸發(fā)階段的控制信號，輸出端連接控制開關的一個輸入端；起動控制器產(chǎn)生起動階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端；恒功率控制器產(chǎn)生恒功率階段的控制信號，輸入信號有采集電路采集的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈的工作情況信號與選擇狀態(tài)控制器的控制信號，輸出端接控制開關的一個輸入端。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的起動控制器包括起動放大器可為誤差放大器，一個輸入端接信號采集電路，另一個輸入端接指數(shù)電壓發(fā)生器，輸出端接控制開關；指數(shù)電壓發(fā)生器輸入端接選擇狀態(tài)控制器，輸出端接放大器。
9.根據(jù)權利要求7所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的恒功率控制器包括恒功率放大器一個輸入端除法器，另一個輸入端通過參考電壓源接地，輸出端接控制開關；乘法器輸入端接信號采集電路，輸出端接除法器；除法器輸入端接乘法器，輸出端接放大器。
10.根據(jù)權利要求4所述的基于上述電子鎮(zhèn)流器的高強度氣體放電燈控制裝置，其特征在于，所述的信號采集電路包括電壓處理電路輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電壓信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組；電流處理電路輸入端接電子鎮(zhèn)流器和/或高強度氣體放電燈，采集高頻交流電流信號處理成直流電壓信號，輸出端連接選擇狀態(tài)控制器與狀態(tài)控制器組。
專利摘要本實用新型的電子鎮(zhèn)流器及高強度氣體放電燈控制裝置，在結構上不同的階段分別采用了不同的結構，實現(xiàn)了分時區(qū)控制的方案，對高強度氣體放電燈在未觸發(fā)階段、起動階段和穩(wěn)態(tài)階段的不同特性設計了不同的控制技術在未觸發(fā)階段為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈觸發(fā)電壓的分散性，采用了自動掃描，逐步增大觸發(fā)電壓直到高強度氣體放電燈觸發(fā)的控制技術，在起動階段采用實時控制技術；在穩(wěn)態(tài)階段，為了使電子鎮(zhèn)流器適應高強度氣體放電燈的參數(shù)分散性，采用恒功率控制技術?？梢则寗痈鞣N規(guī)格、類型和型號的高強度氣體放電燈，同時提高效率，減少電磁干擾，提高產(chǎn)品的可靠性，降低成本，輸出功率等級高。
文檔編號H05B41/28GK2842983SQ20052012798
公開日2006年11月29日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權日2005年9月28日
發(fā)明者張衛(wèi)平 申請人:北方工業(yè)大學