專利名稱：通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及HID燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，更具體地說是一種適用于驅(qū)動標(biāo)準(zhǔn)高強(qiáng)度氣體放電燈(包括高壓鈉燈、金屬鹵化物燈)的驅(qū)動器，也即鎮(zhèn)流器，屬于照明電子領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度氣體放電光源HID，如高壓鈉燈HPS、金屬鹵化物燈MH是六十年代研制、八十年代形成規(guī)模生產(chǎn)，較高壓汞燈光效高(1 1. 5倍)，顯色性好(Ra > 60)，壽命6000小時以上，廣泛用于道路、場館、大型照明工程等。為使HID燈(特別是MH)向室內(nèi)照明發(fā)展，HID燈正向燈功率大型或小型化、光色穩(wěn)定性(低色溫)好、高顯色性和超長壽命方向發(fā)展。配套電器附件對HID光源的發(fā)展具有舉足輕重的作用，其研究重點是一體式電子鎮(zhèn)流器。包括解決承受高壓/大電流沖擊、降低溫升、二次熱啟動和高頻聲頻共振、恒功率控制等技術(shù)難題?，F(xiàn)有HID電子鎮(zhèn)流器的主功率電路結(jié)構(gòu)基本可分為兩種，S卩"三級結(jié)構(gòu)"和"兩級結(jié)構(gòu)"。其中，"三級結(jié)構(gòu)"由PFC有源功率因數(shù)校正電路、Buck降壓電路和橋式逆變?nèi)糠蛛娐方M成，該結(jié)構(gòu)的三部分電路各自獨立，互不影B向，簡單可靠，但成本稍高；"兩級結(jié)構(gòu)"由PFC電路和雙Buck逆變電路組成，雙Buck逆變電路既要完成降壓，又要完成逆變的功能，其結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜，可靠性較低。目前市場上主要采用"三級結(jié)構(gòu)"。高壓氣體放電燈具有多種類型，如陶瓷金鹵燈、石英金鹵燈、高壓鈉燈等，現(xiàn)有技術(shù)基本上都是根據(jù)不同的燈具，設(shè)計與之匹配的鎮(zhèn)流器，使鎮(zhèn)流器的種類繁多，給生產(chǎn)和使用造成不便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，以期獲得較好的恒功率特性，延長HID燈具的使用壽命，并能夠與多種HID燈具配合使用，包括陶瓷金鹵燈、石英金鹵燈和高壓鈉燈等。
本發(fā)明解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案
本發(fā)明HID恒功率電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)特點是 本發(fā)明通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)特點是采用三級結(jié)構(gòu)，由APFC功率因數(shù)校正電路、基于平均輸入電流外環(huán)以及峰值電流內(nèi)環(huán)的Buck降壓變換器和諧振全橋逆變電路組成；220V交流輸入經(jīng)EMI濾波后接入所述APFC功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)所述Buck降壓變換器轉(zhuǎn)換成0-150V的可調(diào)直流電壓、再由所述諧振全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流方波電壓作為HID燈驅(qū)動信號。 本發(fā)明通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)特點也在于所述APFC功率因數(shù)校正電路包括 由保險絲Fl、電容C2、 C3、電感L2組成的EMI濾波器；
由二極管D1、D3、D4、D5組成的全橋整流電路； 溫度開關(guān)S1、 PFC電感L1、開關(guān)管Q1、快恢復(fù)二極管D2、電解電容C9、 C10以及控制芯片IC1 ;
由電阻R1、R3和電容C6組成的交流電壓檢測電路；
由電阻R4和電容C8組成的輔助啟動電路；
由電阻R7、 R8、 R9組成的輸出電壓檢測電路； 由二極管D6、穩(wěn)壓二極管ZD1、電容C7和電阻R11構(gòu)成的輔助電源及電感過零檢測電路； 由電阻R2、 R10和電容C4構(gòu)成的PI校正電路。 所述Buck降壓變換器是由電感L3、M0S管Q4、續(xù)流二極管D9、電容C25、取樣電阻R35、一階低通濾波環(huán)節(jié)R41、C19以及運放0P1構(gòu)成平均輸入電流外環(huán)；由比較器C0MP1構(gòu)成峰值電流內(nèi)環(huán)； 其中，所述取樣電阻R35為串聯(lián)在回路中的M0S管Q4電流取樣電阻，將MOS管Q4里的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖電壓信號，其脈沖幅值與鎮(zhèn)流器的輸出電流成正比，作為峰值電流內(nèi)環(huán)的反饋信號；電阻R41和電容C19構(gòu)成的低通濾波環(huán)節(jié)將取樣電阻R35的脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷餍盘枺鲋绷餍盘柵c所述Buck電路的平均輸入電流成正比，以所述直流信號作為平均輸入電流外環(huán)的反饋信號。 所述諧振全橋逆變電路是由MOS管Q5、 Q6、 Q7和Q8構(gòu)成全橋逆變電路，由諧振電感L4和諧振電容C28、 C29構(gòu)成諧振啟動電路，所述全橋逆變電路將所述Buck電路輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞣讲妷?，給HID提供的激勵。 本發(fā)明采用三級結(jié)構(gòu)，由APFC功率因數(shù)校正電路、基于平均輸入電流外環(huán)以及峰值電流內(nèi)環(huán)的Buck降壓變換器和諧振全橋逆變電路組成；220V交流輸入經(jīng)EMI濾波后接入所述APFC功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)降壓變換器轉(zhuǎn)換成0-150V的可調(diào)直流電壓、再由諧振全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流方波電壓作為HID燈驅(qū)動信號。
與已有技術(shù)相比，本發(fā)明有益效果體現(xiàn)在 1、本發(fā)明鎮(zhèn)流器的輸出電壓和電流可根據(jù)其配套的HID燈具特性變化而變化，可適配多種類型HID燈具，即燈具自適應(yīng)控制，屬于通用HID電子鎮(zhèn)流器，可減少產(chǎn)品規(guī)格，節(jié)約生產(chǎn)、維護(hù)成本，適應(yīng)大批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。 2、本發(fā)明鎮(zhèn)流器輸出電壓在60V-150V范圍之間時，其輸出功率基本恒定，有較大恒功率范圍。其簡單可靠的恒功率電路控制方法，不需要乘法器電路，可降低成本、提高可靠性。 3、本發(fā)明鎮(zhèn)流器輸出的交流方波頻率可變，可滿足燈具啟動狀態(tài)和穩(wěn)定狀態(tài)的切換，啟動時工作在高頻，在燈兩端產(chǎn)生諧振高壓，穩(wěn)態(tài)時，為了抑制聲振現(xiàn)象，工作在低頻。


圖1為本發(fā)明三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本發(fā)明恒功率、燈具自適應(yīng)控制框圖； 圖3為本發(fā)明帶諧振啟動網(wǎng)絡(luò)的全橋變換器電路原理圖； 圖4為本發(fā)明輸入EMI濾波及PFC功率因數(shù)校正電路原理圖； 圖5為本發(fā)明Buck變換器及其控制電路、全橋逆變電路原理圖； 圖6為本發(fā)明單片機(jī)控制、全橋驅(qū)動電路原理圖。 以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
具體實施例方式
參見圖1，本實施例采用三級結(jié)構(gòu)，220V交流輸入經(jīng)EMI濾波后接入APFC電路，將 其轉(zhuǎn)換為400V左右的直流電，再經(jīng)Buck電路將其轉(zhuǎn)換成0-150V的可調(diào)直流電壓、再經(jīng)帶 諧振全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流方波電壓來驅(qū)動HID。 參見圖2，本實施例是以基于平均輸入電流外環(huán)、峰值電流內(nèi)環(huán)的Buck降壓變換 器實現(xiàn)HID啟動狀態(tài)的恒流控制、穩(wěn)定狀態(tài)的恒功率控制以及燈具自適應(yīng)控制功能。包括 以M0S管Q4、二極管D9、電感L3，電容C25構(gòu)成了基本的Buck變換器，電阻R35為串聯(lián)在 回路中的開關(guān)管的電流取樣電阻，將M0S管Q4的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?，其波形見圖2， 為脈沖信號，其脈沖幅值與鎮(zhèn)流器的輸出電流成正比，作為峰值電流內(nèi)環(huán)的反饋信號，實現(xiàn) 啟動狀態(tài)的恒流控制，當(dāng)其經(jīng)R41、 C19組成的低通濾波環(huán)節(jié)后變?yōu)槠交闹绷餍盘枺渑c Buck電路的平均輸入電流成正比，作為平均輸入電流外環(huán)的反饋信號，實現(xiàn)恒平均輸入電 流控制，因Buck變換器輸入電壓恒定為400V，且輸出功率等于輸入功率，恒輸入電流控制 即可等價于輸出恒功率控制。當(dāng)HID燈剛啟動時，等效電阻很低，鎮(zhèn)流器輸出電壓、功率較 小，平均輸入電流外環(huán)飽和，只有峰值電流內(nèi)環(huán)起作用，控制HID以恒定的最大電流啟動。 隨著燈電阻的升高，燈功率逐漸增大，達(dá)到設(shè)定的功率時，平均輸入電流環(huán)起作用，控制鎮(zhèn) 流器輸出功率恒定，提高HID使用壽命及其光效性能。 參見圖3，諧振全橋逆變電路是由MOS管Q5、 Q6、 Q7和Q8構(gòu)成全橋變換器，其中， Q5、Q8同時導(dǎo)通，Q6、Q7同時導(dǎo)通，其驅(qū)動信號均由單片機(jī)提供將，Buck降壓變換器的直流 輸出轉(zhuǎn)換成占空比為50%的方波信號。其輸出經(jīng)諧振電感L4、諧振電容C28、C29和HID燈 具構(gòu)成并聯(lián)負(fù)載諧振電路。通過設(shè)置諧振電感、電容參數(shù)，使其品質(zhì)因數(shù)很大。在HID啟 動之前，其等效電阻無窮大，通過單片機(jī)控制全橋變換器工作在L4、C28、C29的諧振頻率附 近，在電容C28、C29兩端形成3-5KV的高壓，將燈擊穿啟動。啟動后為了抑制HID燈具固有 的聲振現(xiàn)象，控制全橋變換器工作在低頻狀態(tài)(100-250Hz)。 參見圖4，輸入EMI濾波及APFC有源功率因數(shù)校正電路是采用電感電流臨界連續(xù) 模式控制模式。將220V交流市電轉(zhuǎn)化為400V直流電壓，同時實現(xiàn)單位功率因數(shù)校正功能， 以此大大提高系統(tǒng)功率因數(shù)，降低對電網(wǎng)的諧波干擾。 圖4所示，由保險絲Fl、電容C2、C3、電感L2組成的EMI濾波器；由二極管D1、D3、 D4、D5組成的全橋整流電路；溫度開關(guān)S1、PFC電感L1、M0S管Q1、快恢復(fù)二極管D2、電解電 容C9、 C10以及控制芯片IC1 ;由電阻R1、 R3和電容C6組成的交流電壓檢測電路；由電阻 R4和電容C8組成的輔助啟動電路；由電阻R7、 R8、 R9組成的輸出電壓檢測電路；由二極管 D6、穩(wěn)壓二極管ZD1、電容C7和電阻Rll構(gòu)成的輔助電源及電感過零檢測電路；由電阻R2、 R10和電容C4構(gòu)成的PI校正電路。 圖5所述為本實施例中Buck變換器及其控制電路、全橋逆變電路詳細(xì)原理圖，其 中Buck電路將APFC輸出轉(zhuǎn)化為0-150V可調(diào)直流，再經(jīng)全橋逆變電路轉(zhuǎn)化為50%占空比的 交流方波。 圖6所示為單片機(jī)控制、全橋驅(qū)動電路圖，通過電阻R19、 R20，電容C12組成的 Buck電路輸出電壓檢測電路，并通過單片機(jī)內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，并據(jù)此判斷HID的狀態(tài)， 實時調(diào)整全橋逆變電路的頻率，電阻R12、穩(wěn)壓二極管ZD2、電容C16構(gòu)成單片機(jī)的供電電
5路。單片機(jī)通過PB0、rai 口發(fā)出不同頻率的P麗信號，通過三極管Q2、Q3放大后經(jīng)由IC2、 IC3為半橋集成驅(qū)動片驅(qū)動全橋逆變電路的MOS管Q5-Q8，其中C14、 C15為自舉電容、R25、 R28、 R23、 R27分別為MOS管Q5-Q8的驅(qū)動電阻。
權(quán)利要求
通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，其特征是采用三級結(jié)構(gòu)，由APFC功率因數(shù)校正電路、基于平均輸入電流外環(huán)以及峰值電流內(nèi)環(huán)的Buck降壓變換器和諧振全橋逆變電路組成；220V交流輸入經(jīng)EMI濾波后接入所述APFC功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)所述Buck降壓變換器轉(zhuǎn)換成0-150V的可調(diào)直流電壓、再由所述諧振全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流方波電壓作為HID燈驅(qū)動信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，其特征是所述APFC功率因數(shù)校正電路包括由保險絲Fl、電容C2、 C3、電感L2組成的EMI濾波器；由二極管D1、D3、D4、D5組成的全橋整流電路；溫度開關(guān)Sl、 PFC電感Ll、開關(guān)管Ql、快恢復(fù)二極管D2、電解電容C9、 C10以及控制芯片IC1 ;由電阻Rl、 R3和電容C6組成的交流電壓檢測電路；由電阻R4和電容C8組成的輔助啟動電路；由電阻R7、 R8、 R9組成的輸出電壓檢測電路；由二極管D6、穩(wěn)壓二極管ZD1、電容C7和電阻Rll構(gòu)成的輔助電源及電感過零檢測電路；由電阻R2、 R10和電容C4構(gòu)成的PI校正電路。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，其特征是所述Buck降壓變換器是由電感L3、M0S管Q4、續(xù)流二極管D9、電容C25、取樣電阻R35、一階低通濾波環(huán)節(jié)R41、 C19以及運放0P1構(gòu)成平均輸入電流外環(huán)；由比較器C0MP1構(gòu)成峰值電流內(nèi)環(huán)；其中，所述取樣電阻R35為串聯(lián)在回路中的M0S管Q4電流取樣電阻，將M0S管Q4里的電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖電壓信號，其脈沖幅值與鎮(zhèn)流器的輸出電流成正比，作為峰值電流內(nèi)環(huán)的反饋信號；電阻R41和電容C19構(gòu)成的低通濾波環(huán)節(jié)將取樣電阻R35的脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷餍盘?，所述直流信號與所述Buck電路的平均輸入電流成正比，以所述直流信號作為平均輸入電流外環(huán)的反饋信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，其特征是所述諧振全橋逆變電路是由M0S管Q5、Q6、Q7和Q8構(gòu)成全橋逆變電路，由諧振電感L4和諧振電容C28、C29構(gòu)成諧振啟動電路，所述全橋逆變電路將所述Buck電路輸出的直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞣讲妷?，給HID提供的激勵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種通用高強(qiáng)度氣體放電燈恒功率電子鎮(zhèn)流器，其特征是采用三級結(jié)構(gòu)，由APFC功率因數(shù)校正電路、基于平均輸入電流外環(huán)以及峰值電流內(nèi)環(huán)的Buck降壓變換器和諧振全橋逆變電路組成；220V交流輸入經(jīng)EMI濾波后接入所述APFC功率因數(shù)校正電路轉(zhuǎn)換為直流電，再經(jīng)降壓變換器轉(zhuǎn)換成0-150V的可調(diào)直流電壓、再由諧振全橋逆變電路轉(zhuǎn)換為頻率可調(diào)的交流方波電壓作為HID燈驅(qū)動信號。本發(fā)明能夠獲得較好的恒功率特性，延長HID燈具的使用壽命，并能夠與多種HID燈具配合使用，包括陶瓷金鹵燈、石英金鹵燈和高壓鈉燈等。
文檔編號H05B41/288GK101772248SQ20101011826
公開日2010年7月7日 申請日期2010年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月4日
發(fā)明者唐禮言, 田琳, 蒲道杰 申請人:唐禮言