專利名稱：氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子學(xué)領(lǐng)域，具體的說是一種高強度氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法及裝置。
背景技術(shù)：
在各種各樣的光源中，高強度氣體放電燈(簡稱HID)顯示出高光效和具有優(yōu)良的光色再現(xiàn)。HID燈已經(jīng)作用于很多較大區(qū)域的高強度照明。如道路、舞臺等大型場合。但使用這些HID必須配專用的鎮(zhèn)流器裝置。其中電感鎮(zhèn)流器被廣泛采用，而這種鎮(zhèn)流器具有很大的缺陷，使用這種電感鎮(zhèn)流器必須配有觸發(fā)器。但觸發(fā)器是易損件，很多燈不亮的原因都是因為觸發(fā)器不能正常工作而造成的。而電感鎮(zhèn)流器的另一個缺點是功率因數(shù)低，耗電，也使配線和配電變壓器比相同功率的白熾燈大很多倍，造成資源的嚴重浪費。
現(xiàn)有的HID電子鎮(zhèn)流器存在節(jié)電不節(jié)錢，壽命短，電磁干擾嚴重等缺陷，致使到目前為止都未能得到推廣。究其原因目前HID燈電子鎮(zhèn)流器采用半橋或全橋通過電感直接輸出，由于HID燈的特殊工作方式，初始啟動時所需的大電流直接由交流/直流變換(簡稱DC/AC)電路中的功率管獲得，所以導(dǎo)至功率管損耗大、發(fā)熱嚴重，從而造成電子鎮(zhèn)流器壽命短的誘因之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的是提供一種HID燈的電子鎮(zhèn)流方法及裝置。該鎮(zhèn)流方法及裝置的主要特點是電磁輻射小(EMC)諧波總量低、功率因數(shù)高、溫升低、節(jié)電效果明顯、壽命長等顯著特性。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，包括電磁干擾濾波整流電路1、功率因數(shù)校正電路2、高頻電壓變換電路3、總控制電路5、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4，其特征在于90V-260V交流電源的電流經(jīng)過電磁干擾濾波整流電路1的整流濾波，整流濾波后的直流電流輸入到功率因數(shù)校正電路2，功率因數(shù)校正電路2對電流進行電壓提升后輸出高壓直流電流，高壓直流電流輸入高頻電壓變換電路3進行高頻直流交流變換成低的高頻交流電流，分成兩組輸出一組高頻交流電流作為工作電源輸入總控制電路5，另一組高頻交流電流為氣體放電燈燈管供電輸入燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4；總控制電路5送出控制信號，此控制信號輸入到高頻電壓變換電路3、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4，控制其電路的工作，同時高頻電壓變換電路3、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4的電流信號也反饋到總控制電路5。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，包括電磁干擾濾波整流電路1、功率因數(shù)校正電路2、高頻電壓變換電路3、總控制電路5、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4，其特征在于90V-260V交流電源的IN-L、IN-L端子與電磁干擾濾波整流電路1的電流輸入端相聯(lián)，電磁擾濾波整流電路1的電流輸出端與功率因數(shù)校正電路2的電流輸入端相聯(lián)，功率因數(shù)校正電路2的電流輸出端與高頻電壓變換電路3的電流輸入端相聯(lián)，高頻電壓變換電路3的電流輸出端分別與總控制電路5電流輸入端、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4電流輸入端相聯(lián)，總控制電路5控制信號輸出端分別與高頻電壓變換電路3控制信號接受端、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4控制信號接受端相聯(lián)。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于提供給高強度氣體放電燈所需電源由高頻變壓器供給。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于所述的總控制電路是通過讀取電流信號為整個高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器而提供所需的驅(qū)動信號，總控制電路的啟動電源由功率因數(shù)校正電路中的升壓電感線圈中附加一繞組提供，總控制電路的工作電源由高頻變壓器電路中的一繞組供給，總控制電路配合燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路讓整個高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器工作多個頻率下。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于所述的燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路，燈啟動的方式由電感，電容組成的諧振方式產(chǎn)生的點燃燈電壓，由電感，電容組成的諧振方式產(chǎn)生的點燃燈電壓工作頻率不與正常工作頻率相同。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的電磁干擾濾波整流1電路包括90V-260V交流電源的IN-L、IN-L端子、串聯(lián)在90V-260V交流電源的IN-L端子上的保險管F1、并聯(lián)在90V-260V交流電源的IN-L、IN-L端子上的壓敏電阻RT1、并聯(lián)在壓敏電阻RT1兩端的共模電感線圈L1和電容C2、并聯(lián)在電容C2兩端的整流橋DB1、聯(lián)接在整流橋DB1輸出兩端的電容C3。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的功率因數(shù)校正電路2包括功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊、與功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊腳7相聯(lián)接的MosFET場效應(yīng)管Q1、與電阻R3串聯(lián)后與功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊腳5相聯(lián)接的電感T1。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的高頻電壓變換電路3包括高頻脈沖變壓器T4、與高頻脈沖變壓器T4繞組2、3串聯(lián)的二極管D3、D5、與高頻脈沖變壓器T4繞組1串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T3、與高頻脈沖變壓器T3串聯(lián)的MosFET場效應(yīng)管Q2、Q3、與MosFET場效應(yīng)管Q2串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T2繞組3、與MosFET場效應(yīng)管Q3串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T2繞組4。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的總控制電路5包括89C51單片機、聯(lián)接在89C51單片機外圍的放大電路。
氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路4包括高頻脈沖變壓器、串聯(lián)在高頻脈沖變壓器一端的兩個電感、并聯(lián)在電感兩端的繼電器JK1。
本發(fā)明的效果本發(fā)明構(gòu)思簡潔，電路工作條理清楚，結(jié)構(gòu)緊湊，而采用本技術(shù)的最大特點是有效的防止了聲共振現(xiàn)象，且燈電流波峰系數(shù)小，有益于延長燈管壽命。


圖1為本發(fā)明的電路方框示意圖。
圖2為本發(fā)明的電路原理示意圖。
圖3為本發(fā)明的電路功率控制原理示意圖。
圖4為本發(fā)明的總控制電路原理示意圖。
具體實施例方式
參見圖1～圖4。
所述整流電路由保險管F1、RT1、C1、L1、C2、DB1、C3等元件組成。保險管串入主回路，起到對整個電路過載電流的保護。RT1為壓敏電阻，對輸入電壓過高進行限制。C1，共模電感線圈L1和C2組成EMI濾波器電路使外部的信號不能進入主電路，也使內(nèi)部形成的干擾不得向外幅射出去。DB1和C3構(gòu)成交流變直流整流濾波電路。
功率因數(shù)較正(PFC)電路兼作電壓提升，功率因數(shù)較正基本分為兩種。一種為無源PFC電路，另一種為有源PFC電路。特別是有源PFC電路能實現(xiàn)低諧波，高功率因數(shù)(PF 0.98以上)，也就是讓用電器的輸入電流波形接近于正弦波，并與輸入的電網(wǎng)電壓相位相同。本發(fā)明采用有源PFC電路，拓樸“boost”升壓變換器，主要構(gòu)成由工作在連續(xù)狀態(tài)下的電感及控制該電感的MosFET場效應(yīng)管和驅(qū)動該場效應(yīng)管的PFC功能集成塊組成。電感輸出的高頻高壓，經(jīng)二極管與電容整流濾波，得到高于400V的高壓，為后級電路提供所需的電源。
PFC電路是由R1，R6，C4，D1，R2，C5，R3，T1，Q1，R4，D2，R5，R7，C6組成。當開始通電時，啟動電阻R2向C5充電，為IC1腳8供電，當電壓達到一個啟動閥值時，IC1腳7開始工作，驅(qū)動MOS管Q1使T3電感工作在BOOST狀態(tài)，D2整流出近400V的高壓。R5，R7為檢測400V高壓用的分壓電阻，供給IC1腳1采樣，C6為高壓濾波電容。R4為檢測MOS管峰值電流而設(shè)。R1，R6為檢測脈動輸入電壓，使IC1輸出控制信號以跟隨輸入電壓波形，形成功率因數(shù)較正，C4為IC1的頻率電容。
直流/交流變換 高壓/低壓變換現(xiàn)有的大部分電子鎮(zhèn)流器都是由半橋逆變電路通過電感、電容直接藕合推動氣體放電燈，因氣體放電燈的特殊工作區(qū)線，一開始燈的電阻非常大(近似與開路)，然后通過高壓點燃，在一個很短的時間內(nèi)，內(nèi)阻幾乎為零，最后燈的電阻又逐漸增大，直至達到一個穩(wěn)定值。因開始點燃燈時內(nèi)阻很低，所需大電流直接由功率管MosFET三極管IGBT(因選用不同而不同)獲得，因此在開始狀態(tài)下大電流對大功率管的沖擊，造成溫升過快，如性能不好的功率管很容易損壞，造成鎮(zhèn)流器的損壞。本發(fā)明究其原因采取了以下措施采取脈沖變壓器的單獨線圈，量取氣體放電燈在正常工作時的端電壓以此獲得數(shù)據(jù)(電壓在VPP 180～220V)。再由高頻脈沖變壓器供給所需電壓。該電壓稍大于燈端電壓。隔離變壓器初級與次級就產(chǎn)生了一個壓比，初級電壓大于次級電壓，當初級大于次級比值越高時，初級工作時所需的電流越小。又因初級電流是由半橋供給，所以半橋上的功率管，所運行電流就越小，相同下的功率其溫升就會降低。
本發(fā)明的直流/交流交換電路(以下簡稱DC/AC)是由燈控制模塊，T4，Q2，C7，T2，T3，D7，C8，C9，T4，D3，D4，D5，C10組成。該DC/AC電路所需啟動電源是由PFC電路中T1的3號繞組提供，有了啟動電源后，總控制模塊開始工作驅(qū)動T2驅(qū)動變壓器1，2繞組。T2的3，4繞組為Q2，Q3組成半橋提供驅(qū)動源。C7是隔直電容，只讓半橋送來的高頻電流通過，防止高頻變壓器T4偏磁。T3為電流互感器，用來檢測T4的工作電流。T4共有四個繞組。繞組1為高頻變壓器初級，能量的提供級。T4的2，3繞組與D3，D5，C10組成全波整流電路，為燈總控制模塊提供工作電源。T4繞組4為HID燈提供高頻高壓的電源繞組。燈總控制模塊為其燈工作時提供所必要的條件1、半橋電路所需的驅(qū)動信號。
2、檢測負載總電流，讓其電路工作的安全的區(qū)域，以保證電路長期有效安全工作。
3、溫度保護，當本HID的電子鎮(zhèn)流器工作在一個危險的溫度時起到保護。
4、啟動控制信號給“燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)”用于啟動HID燈。
5、本HID燈電子鎮(zhèn)流器對燈初始工作時采取小功率緩慢啟動逐步達到燈功率正常值，以保護HID燈管電極。
6、當燈工作到一定時間后，輸出功率降低，已使燈進一步節(jié)電。
7、燈電流檢測，當燈因某種原因突然斷開或損壞時保護電路工作，本HID電子鎮(zhèn)流器停止工作。
8、保護熱啟動，當燈工作突然斷電，而又在HID燈未冷卻時供電，而此時燈不工作，待燈冷卻后再啟動。
9、為燈啟動時產(chǎn)生不同的驅(qū)動頻率，調(diào)節(jié)輸出不同功率。燈網(wǎng)絡(luò)當DC/AC(電路3)中的高頻變壓器T4的繞組4中高頻電流通過“燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)”(以下簡稱“該網(wǎng)絡(luò)”)連接HID燈時，初始時燈未工作，當該網(wǎng)絡(luò)接收“燈總控制模塊”高壓啟動信號后，按規(guī)定時間內(nèi)由電感電容串連的諧振電路產(chǎn)生一高壓，點燃HID燈。通過該網(wǎng)絡(luò)可以限制燈啟動過程中的功率，以達到小功率啟動的目的，可以更好的保護燈電極，延長燈壽命。而該網(wǎng)絡(luò)送出的電流信號，則通過D6整流輸入到電路5“燈總控制模塊”，以檢測燈電流，判斷燈是否工作在正?；虍惓顟B(tài)，以達到保護的目的。
權(quán)利要求
1.氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，包括電磁干擾濾波整流電路(1)、功率因數(shù)校正電路(2)、高頻電壓變換電路(3)、總控制電路(5)、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)，其特征在于90V-260V交流電源的電流經(jīng)過電磁干擾濾波整流電路(1)的整流濾波，整流濾波后的脈動直流電流輸入到功率因數(shù)校正電路(2)，功率因數(shù)校正電路(2)對電流進行電壓提升后輸出高壓直流電流，高壓直流電流輸入高頻電壓變換電路(3)進行高頻直流交流變換成低的高頻交流電流，分成兩組輸出一組高頻交流電流作為工作電源輸入總控制電路(5)，另一組高頻交流電流通過燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)為氣體放電燈燈管供電；總控制電路(5)送出控制信號，此控制信號輸入到高頻電壓變換電路(3)、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)，控制其電路的工作，同時高頻電壓變換電路(3)、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)的電流信號也反饋到總控制電路(5)。
2.氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，包括電磁干擾濾波整流電路(1)、功率因數(shù)校正電路(2)、高頻電壓變換電路(3)、總控制電路(5)、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)，其特征在于90V-260V交流電源的IN-L、IN-N端子與電磁干擾濾波整流電路(1)的電流輸入端相聯(lián)，電磁擾濾波整流電路(1)的電流輸出端與功率因數(shù)校正電路(2)的電流輸入端相聯(lián)，功率因數(shù)校正電路(2)的電流輸出端與高頻電壓變換電路(3)的電流輸入端相聯(lián)，高頻電壓變換電路(3)的電流輸出端分別與總控制電路(5)電流輸入端、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)電流輸入端相聯(lián)，總控制電路(5)控制信號輸出端分別與高頻電壓變換電路(3)控制信號接受端、燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)控制信號接受端相聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于提供給高強度氣體放電燈所需電源由高頻變壓器供給。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于所述的總控制電路是通過讀取電流信號為整個高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器而提供所需的驅(qū)動信號，總控制電路的啟動電源由功率因數(shù)校正電路中的升壓電感線圈中附加一繞組提供，總控制電路的工作電源由高頻變壓器電路中的一繞組供給，總控制電路配合燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路讓整個高強度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器工作多個頻率下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法，其特征在于所述的燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路，燈啟動的方式由電感，電容組成的諧振方式產(chǎn)生的點燃燈電壓，由電感，電容組成的諧振方式產(chǎn)生的點燃燈電壓工作頻率不與正常工作頻率相同。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的電磁干擾濾波整流電路(1)包括90V-260V交流電源的IN-L、IN-L端子、串聯(lián)在90V-260V交流電源的IN-L端子上的保險管F1、并聯(lián)在90V-260V交流電源的IN-L、IN-L端子上的壓敏電阻RT1、并聯(lián)在壓敏電阻RT1兩端的共模電感線圈L1和電容C2、并聯(lián)在電容C2兩端的整流橋DB1、聯(lián)接在整流橋DB1輸出兩端的電容C3。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的功率因數(shù)校正電路(2)包括功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊、與功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊腳(7)相聯(lián)接的MosFET場效應(yīng)管Q1、與電阻R3串聯(lián)后與功率因數(shù)校正(PFC)功能集成塊腳5相聯(lián)接的電感T1。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的高頻電壓變換電路(3)包括高頻脈沖變壓器T4、與高頻脈沖變壓器T4繞組(2)、(3)串聯(lián)的二極管D3、D5、與高頻脈沖變壓器T4繞組(1)串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T3、與高頻脈沖變壓器T3串聯(lián)的MosFET場效應(yīng)管Q2、Q3、與MosFET場效應(yīng)管Q2串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T2繞組(3)、與MosFET場效應(yīng)管Q3串聯(lián)的高頻脈沖變壓器T2繞組(4)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的總控制電路(5)包括89C51單片機、聯(lián)接在89C51單片機外圍的放大電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流裝置，其特征在于所述的燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)電路(4)包括高頻脈沖變壓器、串聯(lián)在高頻脈沖變壓器一端的兩個電感、并聯(lián)在電感兩端的繼電器JK1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流方法及裝置，EMC過濾器和整流電路為其提供所需電源，經(jīng)過電路2的功率因數(shù)較正及其電壓的提升產(chǎn)生高壓直流電。該高壓直流電供給3電路進行高頻直流交流變換，且由高壓轉(zhuǎn)換成相對低的高頻交流電，共分2組，一組供給電路5總控制電路為工作電源，另一組通過電路4“燈啟動與功率控制網(wǎng)絡(luò)”為氣體放電燈燈管供電。電路5送出控制信號去控制電路3及電路4，并接受電路3及電路4送來的電流信號，達到控制電路3及電路4互相協(xié)調(diào)的工作，具有電磁輻射小(EMC)諧波總量低、功率因數(shù)高、溫升低、節(jié)電效果明顯、壽命長等顯著特性。
文檔編號H05B41/14GK1610478SQ20041006572
公開日2005年4月27日 申請日期2004年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月11日
發(fā)明者祁輝 申請人:祁輝