專利名稱：高亮度金屬鹵化物燈用的高頻開關(guān)電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
高亮度金屬鹵化物燈用的高頻開關(guān)電源，屬電源制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及氣體放電燈的電源技術(shù)。
高亮度金屬鹵化物燈是一種長(zhǎng)壽命、高亮度的新型節(jié)能光源，它是當(dāng)今世界上先進(jìn)的電光源，在道路照明、泛光照明、工業(yè)照明及影視照明方面得到了廣泛應(yīng)用。然而，與金屬鹵化物燈配套使用的電源卻是電感式鎮(zhèn)流器，它存在功率因數(shù)低、輸出電流含有大量三次諧波分量，特別是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)，光通量隨之變化，使燈光亮度出現(xiàn)閃爍，燈的輸出功率隨電網(wǎng)電壓明顯波動(dòng)，電感式鎮(zhèn)流器不具備恒電流、恒功率的特性，尤其在電網(wǎng)電壓過(guò)高時(shí)，電感式鎮(zhèn)流器會(huì)產(chǎn)生飽和，輸出電流是尖頂波，使高亮度金屬鹵化物燈的壽命縮短。
本實(shí)用新型的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有的與高亮度金屬鹵化物燈配套使用的電感式鎮(zhèn)流器存在功率因數(shù)低、輸出電流含有大量三次諧波分量、不具備恒電流、恒電功率特性，特別在電網(wǎng)電壓過(guò)高時(shí)，電感式鎮(zhèn)流器會(huì)產(chǎn)生飽和、輸出電流是尖頂波，會(huì)使高亮度金屬鹵化物燈壽命縮短等的缺點(diǎn)和問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)一種功率因數(shù)高、高效節(jié)能、小型輕量、具有恒流、恒功率特性、能改善輸出電流波形，有效克服電網(wǎng)電源波動(dòng)造成金屬鹵化物燈亮度閃爍并縮短燈壽命等缺點(diǎn)和問(wèn)題的高亮度金屬鹵化物燈用的高頻開關(guān)電源。
本實(shí)用新型是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本高頻開關(guān)電源的外形結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，它由通風(fēng)散熱風(fēng)道1、金屬外殼2、電路板3、輸入端子4、輸出端子5、散熱器6共同連接構(gòu)成，其相對(duì)位置及連接關(guān)系為電路板3通過(guò)接插頭及裝于金屬外殼內(nèi)壁的接插座與金屬外殼2相電氣連接，通風(fēng)散熱風(fēng)道1設(shè)置在金屬外殼的后蓋板上，輸入、輸出端子4、5裝置在電路板一端的兩側(cè)，散熱器6安裝于電路板下部，電源的功率半導(dǎo)體器件裝于散熱器6上；本高頻開關(guān)電源的電路方框原理圖如圖2所示，它由低通濾波器、橋式整流電路、功率因數(shù)校正升壓電路、功率因數(shù)校正控制器、高頻恒流變換器、電流檢測(cè)器、高頻脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)驅(qū)動(dòng)電路、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)全橋逆變電路、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)驅(qū)動(dòng)器、低頻振蕩器、觸發(fā)器共同連接構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為低通濾波器通過(guò)低通濾波信號(hào)線與橋式整流電路相電氣連接，橋式整流電路通過(guò)直流信號(hào)線分別與功率因數(shù)校正升壓電路、功率因數(shù)校正控制器相電氣連接，功率因數(shù)校正控制器通過(guò)功率因數(shù)校正控制信號(hào)線與功率因數(shù)校正升壓電路相互電氣連接，功率因數(shù)校正升壓電路通過(guò)功率因數(shù)校正升壓信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接，高頻恒流變換器通過(guò)高頻恒流變換信號(hào)線分別與絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路、電流撿測(cè)器相電氣連接，電流撿測(cè)器通過(guò)電流撿測(cè)信號(hào)線分別與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路、高頻脈沖寬度調(diào)制控制器、絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器相電氣連接，高頻脈沖寬度調(diào)制控制器通過(guò)高頻脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)輸出線與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路相電氣連接，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)多條驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接，低頻振蕩器通過(guò)振蕩信號(hào)線與絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器相電氣連接，絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器通過(guò)多條驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路相電氣連接，絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路通過(guò)逆變信號(hào)線與觸發(fā)器相電氣連接，觸發(fā)器通過(guò)觸發(fā)信號(hào)線與高亮度金屬鹵化物燈相電氣連接；或?yàn)榻档统杀?，電路方框的組成中省去功率因數(shù)校正升壓電路和功率因數(shù)校正控制器電路，使橋式整流電路直接通過(guò)直流信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接，其它電路方框的相互連接關(guān)系與上述連接關(guān)系完全一樣，這樣構(gòu)成的高頻開關(guān)電源仍可滿足高亮度金屬鹵化物燈的使用要求。其工作原理是采用低通濾波器濾除高頻干擾信號(hào)，再通過(guò)橋式整流電路將交流電網(wǎng)220V整流成直流電信號(hào)，場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管構(gòu)成的功率因數(shù)校正升壓電路和功率因數(shù)校正控制器實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正控制，保證功率因數(shù)接近于1，場(chǎng)效應(yīng)功率晶體管實(shí)現(xiàn)高頻恒流變換，IGBT全橋逆變電路將恒定直流電流逆變成低頻方波恒值交流電流，利用電流撿測(cè)器反饋構(gòu)成比例——積分(PI)調(diào)節(jié)器以實(shí)現(xiàn)高頻脈沖寬度調(diào)制電流調(diào)節(jié)控制和負(fù)載過(guò)流保護(hù)，通過(guò)觸發(fā)器觸發(fā)實(shí)現(xiàn)高亮度金屬鹵化物燈的正常工作。其關(guān)鍵技術(shù)是高頻開關(guān)電源采用高頻晶體管開關(guān)器件實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒流特性，利用閉環(huán)反饋控制、高頻PWM技術(shù)實(shí)現(xiàn)脈沖寬度的調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)輸出電流的恒定，然后對(duì)恒定直流電流實(shí)施低頻變換以達(dá)到交流方波恒流輸出，以滿足金屬鹵化物燈的最佳電流要求。本高頻開關(guān)電源的電路原理圖如圖3所示，其中低通濾波器由電感L1、L2、電容C1、C2并串聯(lián)連接構(gòu)成，橋式整流電路由二極管D3～D6并串聯(lián)橋式連接構(gòu)成，功率因數(shù)校正升壓電路及功率因數(shù)校正控制器由電阻R4～R8、繼電器J、MOSFET晶體管Q1、集成電路IC1、電感L3、電容C3、二極管D7串并聯(lián)連接構(gòu)成，高頻恒流變換器由MOSFET晶體管Q2、電感L4、二極管D8、高頻PWM控制器集成電路IC2、驅(qū)動(dòng)器集成電路IC3、電容C4、電阻R9并串聯(lián)連接構(gòu)成，低頻恒流全橋逆變電路由絕緣柵雙極晶體管Q3～Q6、二極管D9～D12串并聯(lián)連接構(gòu)成，低頻振蕩器及分頻器由集成件IC9、IC7串聯(lián)連接構(gòu)成，IGBT驅(qū)動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)器集成件IC5、IC6并聯(lián)連接構(gòu)成電流撿測(cè)器由電阻R10～R13、集成電路IC4串并聯(lián)連接構(gòu)成，IC8是過(guò)流保護(hù)集成電路、電感L5、L6構(gòu)成輸出噪聲抑制器，HIDS為氣體放電燈觸發(fā)器。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有的電感式鎮(zhèn)流器相比有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)由于本實(shí)用新型采用MOSFET和IGBT功率晶體管實(shí)現(xiàn)高頻開關(guān)變換和低頻開關(guān)逆變和電流閉環(huán)PWM控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)恒流控制，故本開關(guān)電源恒流、恒功率特性好；(2)由于本實(shí)用新型采用功率因數(shù)校正升壓控制技術(shù)，因此本開關(guān)電源功率因數(shù)高、效率高、節(jié)能效果顯著；(3)本電源輸出電流波形好，能有效克服電網(wǎng)電源波動(dòng)造成金屬鹵化物燈亮度閃爍，提高金屬鹵化物燈的使用壽命；(4)本高頻開關(guān)電源體積小、重量輕、可節(jié)省大量的有色金屬。
下面對(duì)說(shuō)明書附圖進(jìn)一步說(shuō)明如下圖1為本高亮度金屬鹵化物用的高頻開關(guān)電源的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本高頻開關(guān)電源的電路方框原理圖；圖3為本高頻開關(guān)電源的電路原理圖。圖中1為通風(fēng)散熱風(fēng)道，圖2為金屬外殼，圖3為印刷電路板，4為交流輸入線端子，5為本電源輸出線端子，6為散熱器，HIDS為氣體放電燈觸發(fā)器。
本實(shí)用新型的實(shí)施方式如下(1)按圖3所示，繪制印刷電路板并篩選元器件，然后進(jìn)行安裝和簡(jiǎn)單調(diào)試。其中IC1可選KA7524，IC2可選UC3846N，IC3、IC5、IC6可選IR2110，IC4可選P-07，IC7可選CD4027，IC8可選LM311NIC9可選NE555，Q1、Q2可選IRFP460，Q3～Q6可選GT50J101；(2)利用一般的機(jī)加工方法，用鋁板加工本電源外殼并選購(gòu)合適的散熱器，例如外殼高度可為70mm，寬度為170mm，長(zhǎng)度可為230mm；(3)按圖1及圖2所示，并按上面說(shuō)明書的連接關(guān)系進(jìn)行安裝和電氣連接，便能較好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.一種高亮度金屬鹵化物燈用的高頻開關(guān)電源，其特征在于它由通風(fēng)散熱風(fēng)道(1)、金屬外殼(2)、電路板(3)、輸入端子(4)、輸出端子(5)、散熱器(6)共同連接構(gòu)成，其相對(duì)位置及連接關(guān)系為電路板(3)通過(guò)接插頭及裝于金屬外殼內(nèi)壁的接插座與金屬外殼(2)相電氣連接，通風(fēng)散熱風(fēng)道(1)設(shè)置在金屬外殼的后蓋板上，輸入、輸出端子(4)、(5)裝置在電路板一端的兩側(cè)，散熱器(6)安裝于電路板下部，電源的功率半導(dǎo)體器件裝于散熱器(6)上；其中其電路由低通濾波器、橋式整流電路、功率因數(shù)校正升壓電路、功率因數(shù)校正控制器、高頻恒流變換器、電流檢測(cè)器、高頻脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制器、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)驅(qū)動(dòng)電路、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)全橋逆變電路、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)驅(qū)動(dòng)器、低頻振蕩器、觸發(fā)器共同連接構(gòu)成，其相互連接關(guān)系為低通濾波器通過(guò)低通濾波信號(hào)線與橋式整流電路相電氣連接，橋式整流電路通過(guò)直流信號(hào)線分別與功率因數(shù)校正升壓電路、功率因數(shù)校正控制器相互電氣連接，功率因數(shù)校正控制器通過(guò)功率因數(shù)校正控制信號(hào)線與功率因數(shù)校正升壓電路相電氣連接，功率因數(shù)校正升壓電路通過(guò)功率因數(shù)校正升壓信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接，高頻恒流變換器通過(guò)高頻恒流變換信號(hào)線分別與絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路、電流檢測(cè)器相電氣連接，電流檢測(cè)器通過(guò)電流檢測(cè)信號(hào)線分別與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)驅(qū)動(dòng)電路、高頻脈沖寬度調(diào)制控制器、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)驅(qū)動(dòng)器相電氣連接，高頻脈沖寬度調(diào)制控制器通過(guò)高頻脈沖寬度調(diào)制控制信號(hào)輸出線與功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路相電氣連接，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接，低頻振蕩器通過(guò)振蕩信號(hào)線與絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器相電氣連接，絕緣柵雙極晶體管驅(qū)動(dòng)器通過(guò)多條驅(qū)動(dòng)信號(hào)線與(IGBT)全橋逆變電路相電氣連接，絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路通過(guò)逆變信號(hào)線與觸發(fā)器相電氣連接，觸發(fā)器通過(guò)觸發(fā)信號(hào)線與高亮度金屬鹵化物燈相電氣連接；或電路方框的組成中省去功率因數(shù)校正升壓電路和功率因數(shù)校正控制器電路，使橋式整流電路直接通過(guò)直流信號(hào)線與高頻恒流變換器相電氣連接。
2.按權(quán)利要求1所述的高亮度金屬鹵化物燈用的高頻電源開關(guān)，其特征在于所述的低通濾波器由電感L1、L2，電容C1、C2并串聯(lián)連接構(gòu)成，橋式整流電路由二極管D3～D6并串聯(lián)接構(gòu)成，功率因數(shù)校正升壓電路及率因數(shù)校正控制器由電阻R4～R8、繼電器J、MOSFET晶體管Q1、集成電路IC1、電感L3、電容C3、二極管D7串并聯(lián)連接構(gòu)成，高頻恒流變換器由MOSFET晶體管Q2、電感L4、二極管D8、高頻PWM控制器集成電路IC2、驅(qū)動(dòng)器集成電路IC3、電容C4、電阻R9并串連連接構(gòu)成，低頻恒流絕緣柵雙極晶體管全橋逆變電路由絕緣柵雙極晶體管Q3～Q6、二極管D9～D12串并聯(lián)連接構(gòu)成，低頻振蕩器及分頻器由集成件IC9、IC7串聯(lián)連接構(gòu)成，IGBT驅(qū)動(dòng)器由集驅(qū)動(dòng)器集成件IC5、IC6并聯(lián)連接構(gòu)成電流撿測(cè)器由電阻R10～R13、集成電路IC4串并聯(lián)連接構(gòu)成，IC8是過(guò)流保護(hù)集成電路、電感L5、L6構(gòu)成輸出噪聲抑制器，HIDS為氣體放電燈觸發(fā)器。
專利摘要本實(shí)用新型是高頻開關(guān)電源,它由通風(fēng)散熱風(fēng)道、外殼、電路板、輸入、輸出端子、散熱器等連接構(gòu)成,風(fēng)道設(shè)置于外殼后蓋板,電路板通過(guò)接插頭座與外殼連接,其中電路由濾波器、整流電路、功率因數(shù)校正升壓控制器、高頻恒流變換器、電流檢測(cè)器、高頻PWM控制器、驅(qū)動(dòng)器、振蕩器、全橋逆變電路、觸發(fā)器等通過(guò)相應(yīng)的各種信號(hào)線相互電氣連接構(gòu)成。本電源恒流特性好、高效節(jié)能、輸出電流波形好、體積小、重量輕。
文檔編號(hào)H02B13/00GK2282288SQ9624796
公開日1998年5月20日 申請(qǐng)日期1996年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月11日
發(fā)明者彭端, 彭珞麗 申請(qǐng)人:彭端