專利名稱：兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的hid燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度氣體放電燈(HID)是一種新型的節(jié)能電光源，它具有發(fā)光效率高、 色溫好、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)場、道路、碼頭、體育場館等室內(nèi)外照明場合有 著越來越廣泛的應(yīng)用。高強(qiáng)度氣體放電燈包括汞燈、高壓鈉燈和金屬鹵化物燈 等。金鹵燈是一種由金屬蒸汽和金屬鹵化物分解物的混合物放電而發(fā)光的氣體 放電燈，由于其光效高，顯色性好等優(yōu)點(diǎn)越來越受到人們的青睞。由于金鹵燈 固有的負(fù)阻特性和特殊的啟動(dòng)要求，必須和與之相匹配的鎮(zhèn)流器共同使用。電 子鎮(zhèn)流器與傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器相比具有很多優(yōu)點(diǎn)，諸如電子鎮(zhèn)流器自身能耗 通常情況下僅幾瓦，因此HID燈工作效率高，可節(jié)約大量的電能；其次，具有 很高的功率因數(shù)，電子鎮(zhèn)流器功率因數(shù)很容易做到0.95以上，有效地提高了供 電系統(tǒng)和電網(wǎng)的利用率；再則，重量輕、燈無閃爍和噪聲，電子鎮(zhèn)流器一般工 作在20kHz以上的高頻，它沒有鐵心電感所特有的嗡嗡聲，由于工作頻率高， 只需用體積小，重量輕的鐵氧磁芯做電感，占用較小的空間。但是HID燈的一 個(gè)固有缺點(diǎn)是當(dāng)它工作在高頻時(shí)，會(huì)產(chǎn)生其特有的聲諧振現(xiàn)象。為了使金卣燈 不出現(xiàn)聲諧振現(xiàn)象，電子鎮(zhèn)流器一般工作在低頻狀態(tài)。如圖5所示，傳統(tǒng)的低 頻方波電子鎮(zhèn)流器包括三級結(jié)構(gòu)BOOST升壓功率因數(shù)校正電路、BUCK降壓電 路和DC-AC全橋/半橋逆變電路。這種電路結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，生產(chǎn)成本較為昂貴。 為了簡化電路，降低成本，現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種電子鎮(zhèn)流器，它是把功率因 數(shù)校正電路和降壓電路合并成一級。這種電路結(jié)構(gòu)可以減小鎮(zhèn)流器的體積，降低了成本，但是影響了功率因數(shù)校正電路的工作效果，增加了功率開關(guān)器件的
電壓應(yīng)力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種不會(huì)影響功率因數(shù)校正電路的工作效
果的兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案該兩級全橋模式低頻方
波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器包括整流濾波電路、APFC升壓電路、開關(guān)逆變電路 和點(diǎn)火電路，所述整流濾波電路與APFC升壓電路連接，所述APFC升壓電路與 開關(guān)逆變電路連接，所述開關(guān)逆變電路的兩個(gè)輸出端與點(diǎn)火電路的兩個(gè)輸入端
對應(yīng)連接，所述開關(guān)逆變電路任意一個(gè)輸出端與點(diǎn)火電路的輸入端之間設(shè)有n
型LC濾波電路，所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器還包括具有調(diào)頻和P麗調(diào)制功能的恒 功率控制電路，所述恒功率控制電路包括輸入電壓采樣電路、微處理器、HID燈 電流電壓采樣電路，所述輸入電壓采樣電路與整流濾波電路連接，所述輸入電 壓采樣電路、HID燈電流電壓采樣電路、APFC升壓電路和開關(guān)逆變電路都與微 處理器連接。恒功率控制電路采用全數(shù)字控制方式，由微處理器輸出開關(guān)逆變
電路的高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并使開關(guān)逆變電路輸出較低頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，經(jīng)n型LC
濾波電路解調(diào)，得到低頻方波驅(qū)動(dòng)信號(hào)。這樣就能通過調(diào)整高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻 率和占空比，達(dá)到恒功率控制的目的。該結(jié)構(gòu)的恒功率控制電路具有結(jié)構(gòu)簡單、 性能穩(wěn)定、能達(dá)到較高的控制精度，它使得電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)更加簡單， 節(jié)約了成本，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。恒功率控制電路除了實(shí)現(xiàn)恒功率控制的 目的外還能通過實(shí)時(shí)采集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等 異常狀態(tài)進(jìn)行檢測并做相應(yīng)的處理。
作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器還包括輔助電源電路，所述微處理器和開關(guān)逆變電路都與輔助電源電路連接。輔助電源電路的功能與APFC
升壓電路一樣都可以為開關(guān)逆變電路和恒功率控制電路提供電源，只是輔助電
源電路體積更小、結(jié)構(gòu)更簡單，它供電響應(yīng)速度快，能為HID燈電子鎮(zhèn)流器在 正常工作前起到預(yù)熱的作用。
作為本發(fā)明的優(yōu)選，所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器的APFC是基于微處理器，以 軟件方式實(shí)現(xiàn)的APFC。
本發(fā)明采用上述技術(shù)方案兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流 器通過將BUCK降壓電路和開關(guān)逆變電路合并成一級并以相對應(yīng)的調(diào)頻和PWM調(diào) 制相結(jié)合的控制方法實(shí)現(xiàn)了恒功率控制的目的，更重要的是該結(jié)構(gòu)不會(huì)影響功 率因數(shù)校正電路的工作效果。本發(fā)明還結(jié)合了全數(shù)字控制方式，將恒功率控制 過程由微處理器負(fù)責(zé)，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占 空比，達(dá)到恒功率控制的目的。該恒功率控制電路除了實(shí)現(xiàn)恒功率控制的目的 外還能通過實(shí)時(shí)采集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等異常 狀態(tài)進(jìn)行檢測并做相應(yīng)的處理。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明做進(jìn)一步具體說明。 圖1為本發(fā)明兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)框
圖2為本發(fā)明兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)示意
圖3為本發(fā)明兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)圖； 圖4為本發(fā)明兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器的有源功率 因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為現(xiàn)有技術(shù)的三級模式HID電子鎮(zhèn)流器電路結(jié)構(gòu)示意圖6為發(fā)明兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器的開關(guān)逆變電
路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1、 2、 3所示，兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器由整 流濾波電路l、 APFC升壓電路2、開關(guān)逆變電路3、點(diǎn)火電路5、恒功率控制電 路6、輔助電源電路7組成。整流濾波電路1包括EMI濾波電路和全橋整流電路， EMI濾波電路與全橋整流電路連接。APFC升壓電路2即BOOST升壓功率因數(shù)校 正電路，它與全橋整流電路連接。開關(guān)逆變電路3包括全橋驅(qū)動(dòng)電路和DC-AC 全橋逆變電路，全橋驅(qū)動(dòng)電路與DC-AC全橋逆變電路連接，全橋驅(qū)動(dòng)電路還與 APFC升壓電路2連接。DC-AC全橋逆變電路的一個(gè)輸出端上設(shè)有n型LC濾波電 路4，該n型LC濾波電路4包括一個(gè)電感和兩個(gè)電容，電感的一端和其中一個(gè) 電容的一端都連接在DC-AC全橋逆變電路的一個(gè)輸出端上，電感的另一端和另 一個(gè)電容的一端與點(diǎn)火電路5的輸入端連接，點(diǎn)火電路5的另一端與DC-AC全 橋逆變電路的另一個(gè)輸出端連接，兩個(gè)電容的另外一端都接地。恒功率控制電 路6包括輸入電壓采樣電路、具有APFC控制功能的微處理器、HID燈電流電壓 采樣電路，輸入電壓采樣電路與全橋整流電路連接；輸入電壓采樣電路、HID燈 電流電壓采樣電路、APFC升壓電路2和全橋驅(qū)動(dòng)電路都與微處理器連接。微處 理器和全橋驅(qū)動(dòng)電路還都與輔助電源電路連接，輔助電源電路通過截取APFC升 壓電路2上較高的輸出電壓，轉(zhuǎn)化處理后輸送給微處理器和全橋驅(qū)動(dòng)電路，起 到預(yù)熱的作用。
如圖4所示，為本發(fā)明所述的一種兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電 子鎮(zhèn)流器的有源功率因數(shù)校正電路結(jié)構(gòu)示意圖，該電路沒有采用專用的APFC集成電路芯片，而是完全基于微處理器來實(shí)現(xiàn)。總體而言，是一種升壓輸出的，
臨界導(dǎo)電模式(CRM)的有源功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方式。如圖4所示，當(dāng)功率開關(guān)管 VT導(dǎo)通時(shí)，二極管VD截止，電流流過主電感L1，同時(shí)主電感L1儲(chǔ)存能量，此 時(shí)負(fù)載電流靠輸出電容C來維持；當(dāng)功率開關(guān)管VT斷開時(shí)，二極管VD導(dǎo)通， 主電感Ll儲(chǔ)存的能量為負(fù)載供電。微處理器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC通道實(shí)時(shí)采集輸 入電壓4和輸出電壓4'，同時(shí)通過模擬比較ACMP通道檢測當(dāng)功率開關(guān)管VT導(dǎo) 通時(shí)，流過VT管，也即流過主電感L1的電流^，當(dāng)C^'"^ (^為常數(shù))時(shí)， 微處理器輸出控制信號(hào)，關(guān)斷功率開關(guān)管VT。如圖中所示，輔助電感L2和主電 感L1耦合，并把感應(yīng)信號(hào)輸入給微處理器，當(dāng)微處理器檢測到流過主電感的電 流、i為零吋，輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使功率開關(guān)管VT導(dǎo)通。如此，流過PFC升壓電感 Ll的電流是一種三角波，其峰值的包絡(luò)線(也即輸入電流的平均值)是和輸入 電壓的正弦波同相的正弦波，也就實(shí)現(xiàn)了輸入電流的正弦化，并和輸入電壓保 持同相，大大提高了系統(tǒng)的功率因數(shù)。本發(fā)明所述的HID用電子鎮(zhèn)流器的有源 功率因數(shù)校正完全依靠微處理器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、模擬比較器ACMP和脈寬調(diào) 制器P麗模塊等豐富的微處理器外設(shè)資源，以及強(qiáng)大的運(yùn)算處理能力來實(shí)現(xiàn)， 使得電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)更加簡潔，節(jié)約了成本，提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。 工作時(shí)，EMI濾波電路接入市電，經(jīng)過電磁干擾濾波后輸送給全橋整流電路， 同過全橋整流電路輸出直流電。該直流電再經(jīng)APFC升壓電路2調(diào)整升壓輸出較 高的直流母線電壓，該電壓一方面輸送給DC-AC全橋逆變電路，另一方面提供 給輔助電源電路7。輔助電源電路7輸出電流使開關(guān)逆變電路3正常工作前先預(yù) 熱-，同時(shí)也為全橋驅(qū)動(dòng)電路、恒功率控制電路6供電。由于全橋驅(qū)動(dòng)電路受控 與微處理器，因此DC-AC全橋逆變電路的工作頻率就可以通過微處理器來控制。 如圖4、 6所示，依靠強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，微處理器可以對DC-AC全橋逆變電路的開關(guān)管脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比根據(jù)實(shí)際需要做出靈活方便的調(diào)整， 從而達(dá)到調(diào)整全橋逆變電路的工作頻率和PWM調(diào)制的目的，實(shí)現(xiàn)電子鎮(zhèn)流器的
全數(shù)字化控制。由微處理器輸出65 75kHz的全橋功率開關(guān)管高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 并以160Hz的低頻在全橋的兩個(gè)斜對邊之間切換，經(jīng)n型LC濾波電路4解調(diào)， 得到160Hz的低頻方波HID燈管驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使HID燈工作在160Hz的低頻，這 樣可以有效地避免聲諧振的發(fā)生。通過調(diào)整高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比，達(dá) 到恒功率控制的目的。由于兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器將 BUCK降壓電路和開關(guān)逆變電路3合并成一級并以相對應(yīng)的調(diào)頻和P麗調(diào)制相結(jié) 合的控制方法實(shí)現(xiàn)了恒功率控制的目的，更重要的是該結(jié)構(gòu)不會(huì)影響功率因數(shù) 校正電路的工作效果。該電路結(jié)構(gòu)將傳統(tǒng)的BUCK降壓電路和DC-AC全橋逆變電 路合并成一級，相應(yīng)的恒功率控制方法也由傳統(tǒng)單純的調(diào)頻或者P麗調(diào)制方式， 轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)頻和PWM調(diào)制相結(jié)合的恒功率控制方式。
權(quán)利要求
1、兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器，它包括整流濾波電路(1)、APFC升壓電路(2)、開關(guān)逆變電路(3)和點(diǎn)火電路(5)，所述整流濾波電路(1)與APFC升壓電路(2)連接，所述APFC升壓電路(2)與開關(guān)逆變電路(3)連接，所述開關(guān)逆變電路(3)的兩個(gè)輸出端與點(diǎn)火電路(5)的兩個(gè)輸入端對應(yīng)連接，其特征在于所述開關(guān)逆變電路(3)任意一個(gè)輸出端與點(diǎn)火電路(5)的輸入端之間設(shè)有∏型LC濾波電路(4)，所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器還包括具有調(diào)頻和PWM調(diào)制功能的恒功率控制電路(6)，所述恒功率控制電路(6)包括輸入電壓采樣電路、微處理器、HID燈電流電壓采樣電路，所述輸入電壓采樣電路與整流濾波電路(1)連接，所述輸入電壓采樣電路、HID燈電流電壓采樣電路、APFC升壓電路(2)和開關(guān)逆變電路(3)都與微處理器連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器， 其特征在于所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器還包括輔助電源電路(7)，所述微處理器 和開關(guān)逆變電路(3)都與輔助電源電路(7)連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器， 其特征在于所述的HID燈電子鎮(zhèn)流器的APFC是基于微處理器，以軟件方式實(shí) 現(xiàn)的APFC。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種兩級全橋模式低頻方波驅(qū)動(dòng)的HID燈電子鎮(zhèn)流器，它通過將BUCK降壓電路和開關(guān)逆變電路合并成一級并以相對應(yīng)的調(diào)頻和PWM調(diào)制相結(jié)合的控制方法實(shí)現(xiàn)了恒功率控制的目的，更重要的是該結(jié)構(gòu)不會(huì)影響功率因數(shù)校正電路的工作效果。本發(fā)明還結(jié)合了全數(shù)字控制方式，將恒功率控制過程由微處理器負(fù)責(zé)，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整高頻驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率和占空比，達(dá)到恒功率控制的目的。該恒功率控制電路除了實(shí)現(xiàn)恒功率控制的目的外還能通過實(shí)時(shí)采集燈管兩端的電壓和電流，對燈管短路、開路和老化等異常狀態(tài)進(jìn)行檢測并做相應(yīng)的處理。
文檔編號(hào)H05B41/36GK101527997SQ200910097828
公開日2009年9月9日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月20日
發(fā)明者吳光榮, 唐耀宗, 章劍雄 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所