專利名稱：防止高頻電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生聲振蕩的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子鎮(zhèn)流器，尤指一種防止高壓氣體放電等使用的高頻電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生聲振蕩的方法及采用脈沖相位調(diào)制和直流啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)該方法的高壓氣體放電燈(HID)電子鎮(zhèn)流器。
1、燈管點(diǎn)燃后，在到達(dá)全功率的這幾分鐘時(shí)間內(nèi)，燈管維持在很低的電壓降(約為正常值的三分之一以下)。這就要求鎮(zhèn)流器具有一定的過(guò)載能力。
2、高動(dòng)態(tài)負(fù)載特性能從很低的阻抗瞬時(shí)地變化到開路或反之。這就要求填流器具有恒功率輸出，以能提供開路負(fù)載和過(guò)載保護(hù)。
3、在幾百赫到幾百千赫的任何頻率上，都可能產(chǎn)生聲振蕩，而導(dǎo)致弧光不穩(wěn)定，并帶來(lái)燈管損壞。而且這個(gè)頻率可因燈不同而不同，并能存在于整個(gè)燈管壽命期中。因此大多數(shù)工作在這個(gè)頻率范圍的電子鎮(zhèn)流器就很不可靠。
鐵磁鎮(zhèn)流器工作在50赫或60赫線網(wǎng)頻率，不具備聲振蕩條件，又因使用大功率變壓器以克服過(guò)載。但重量大、效率低，且需一個(gè)昂貴的功率電容以解決功率因數(shù)過(guò)低的問(wèn)題。
目前大多數(shù)高頻電子鎮(zhèn)流器都是采用變化的頻率來(lái)解決聲振蕩的問(wèn)題，例如脈沖頻率調(diào)制技術(shù)。但是這種方法使頻率變化范圍大，變化周期快，聲振蕩問(wèn)題解決的不徹底，且還導(dǎo)致聲頻噪聲和電磁噪聲，容易燒壞燈管，甚至燒毀鎮(zhèn)流器。有的設(shè)計(jì)使用快反饋電路的功率源驅(qū)動(dòng)燈管。這種方法使設(shè)計(jì)復(fù)雜化并且也增加了成本。這些原因都導(dǎo)致了高壓氣體放電燈現(xiàn)有配套使用的電子鎮(zhèn)流器消耗能量過(guò)多，成本大，工作不穩(wěn)定，可靠性低。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種采用脈沖相位調(diào)制和直流啟動(dòng)以實(shí)現(xiàn)上述方法的高壓氣體放電燈(HID)電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的方法至少包括步驟使高頻電子鎮(zhèn)流器的脈沖源以固定頻率工作在脈沖相位調(diào)制模式上，其脈沖在一個(gè)相位上重復(fù)有限次后，跳變到另一個(gè)新的相位上。
根據(jù)上述方法，其中所述相位跳變的最大間隔不超過(guò)10個(gè)脈沖周期；所述脈沖相位序列的周期大于5毫秒，以阻止低頻率聲振蕩的產(chǎn)生；所述脈沖相位調(diào)制可以是二相或多相調(diào)制，該脈沖源的固定工作頻率可為千赫級(jí)；所述的脈沖相位調(diào)制采用兩相調(diào)制時(shí)，其可以是2n-1的偽隨機(jī)序列，用0或1代表兩個(gè)相位，最大相位跳變間隔N≤10；所述的脈沖相位調(diào)制采用三相或三相以上調(diào)制時(shí)，可以用固定的相位跳變間隔N，即在脈沖相位調(diào)制序列中，輸出脈沖在每個(gè)相位上重復(fù)N個(gè)脈沖周期。
實(shí)現(xiàn)上述所述方法的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于至少包括一脈沖相位調(diào)制器產(chǎn)生經(jīng)脈沖相位調(diào)制后的具有固定頻率的脈沖序列；一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路接收所述脈沖相位調(diào)制器的輸出脈沖，用于給高壓氣體放電燈提供驅(qū)動(dòng)功率；一反饋電路用于反饋開關(guān)電路的電流脈沖狀態(tài)用以控制脈沖序列；一耦合電路連接于高壓氣體放電燈和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路之間，以改善相互之間的功率耦合；一直流啟動(dòng)電路有可調(diào)的較低頻率用以點(diǎn)燃高壓氣體放電燈。
本發(fā)明的效果是采用脈沖相位調(diào)制方法避免了聲震蕩產(chǎn)生產(chǎn)生聲振蕩，簡(jiǎn)化了電路，采用脈沖相位扣除技術(shù)保護(hù)了因低的燈管阻抗或短時(shí)間輸出短路引起的燈管過(guò)流和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路過(guò)熱。直流啟動(dòng)電路保證了燈管與功率驅(qū)動(dòng)電路的直流串聯(lián)連接，因而實(shí)現(xiàn)了負(fù)載開路保護(hù)。因此本發(fā)明較現(xiàn)有高頻電子鎮(zhèn)流器電路技術(shù)更加簡(jiǎn)潔，電能消耗低，大幅度地提高了工作效率和可靠性，同時(shí)生產(chǎn)成本更低。


圖1為本發(fā)明的電路方框圖；圖2為本發(fā)明的一電路原理示意圖；圖3為本發(fā)明的另一電路原理示意圖；圖4為對(duì)應(yīng)于圖2的一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電路圖；圖5為對(duì)應(yīng)于圖3的一實(shí)施例的實(shí)現(xiàn)電路圖。
參閱圖2脈沖相位調(diào)制器1和開關(guān)電路2分別受反饋電路中的開關(guān)電流脈沖寬度反饋電路和開關(guān)電流脈沖幅度反饋電路控制。功率開關(guān)管M1、電阻R、二極管D20和電感L20組成功率驅(qū)動(dòng)電路。電容C20、電感L21和燈6組成耦合電路。啟動(dòng)電路是由連接到電感L21抽頭處的硅二端元件SIDAC、電容C21和電阻R21組成，小電感L22用來(lái)提升點(diǎn)燃電壓的，啟動(dòng)電路為直流啟動(dòng)。
脈沖相位調(diào)制器1輸出脈沖信號(hào)的固定頻率可以從幾千赫到幾十千赫，可采用兩相或多相調(diào)制。輸出脈沖在一個(gè)相位上重復(fù)有限次，即可以是幾次、幾十次或幾百次，然后移到一個(gè)新的相位上。當(dāng)輸出脈沖的最大相位跳變間隔小于10個(gè)脈沖時(shí)，能可靠地防止燈管產(chǎn)生聲振蕩。相位跳變序列的周期大于5毫秒，以避免相位跳變序列包絡(luò)引起的低頻聲振蕩。當(dāng)采用兩相調(diào)制時(shí)，可用2n-1的二進(jìn)制偽隨機(jī)序列，最大相位跳變間隔小于N個(gè)脈沖；當(dāng)多相調(diào)制時(shí)，可采用固定相位跳變，間隔為N個(gè)脈沖。
在本發(fā)明中，對(duì)高壓氣體放電燈6是采用低頻率啟動(dòng)，調(diào)整電阻R21可使觸發(fā)頻率的最佳值為每秒1次至數(shù)次。低啟動(dòng)頻率有助于延長(zhǎng)燈管壽命，也避免了由于燈管接觸不良而損壞硅二端開關(guān)元件。
參閱圖4這是以75瓦電子鎮(zhèn)流器為例給出的。應(yīng)用微處理器做為脈沖相位調(diào)制器，其型號(hào)為PIC12C508。內(nèi)部編程保證其輸出為頻率固定，經(jīng)相位調(diào)制的脈沖序列信號(hào)，以能滿足電子鎮(zhèn)流器穩(wěn)定工作的需要。在本實(shí)施例中，PIC12C508輸出脈沖頻率可為17～25千赫，如選擇為17千赫，寬度可為1～5微秒，如選擇為1微秒，相位增量為可大于零且小于2微秒的三個(gè)相位調(diào)制信號(hào)，如選擇為2微秒，整個(gè)相位跳變序列的周期可為10～20毫秒，如選擇為10毫秒。開關(guān)電路為時(shí)基電路LMC555，可將微處理器輸出的電壓為5伏、寬度為1微妙的脈沖調(diào)相信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓為13伏、寬度為18微秒的脈沖調(diào)相信號(hào)，以推動(dòng)功率驅(qū)動(dòng)電路中的功率開關(guān)管M1。電阻R42和三極管T40組成開關(guān)電流脈沖幅度反饋電路，負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻R201用于補(bǔ)償三極管T40的溫度漂移。電阻R60和R61組成開關(guān)電流脈沖寬度反饋電路。在啟動(dòng)電路中，點(diǎn)燃高壓氣體放電燈的點(diǎn)燃頻率是由電容C21和電阻R21所決定，與高壓氣體放電燈的工作頻率無(wú)關(guān)。在本實(shí)施例中觸發(fā)頻率為每秒5次左右，可通過(guò)電阻R21進(jìn)行調(diào)節(jié)。小電感L22用來(lái)提升點(diǎn)燃電壓的。高壓氣體放電燈被點(diǎn)燃后，電容C21、硅二端開關(guān)元件和電阻R21處于旁路狀態(tài)，這是因?yàn)殡娙軨21上的電壓被高壓氣體放電燈的電壓降所限定，這個(gè)電壓降低于硅二端開關(guān)元件的擊穿電壓。
本實(shí)施例中高壓氣體放電燈工作電流含有直流分量，為避免其造成燈管光色不均，開關(guān)電路的工作頻率應(yīng)低于20千赫。
由于燈管與功率驅(qū)動(dòng)電路在直流上串聯(lián)，當(dāng)燈管開路時(shí)，功率驅(qū)動(dòng)電路的電流下降為零，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了高壓氣體放電燈開路保護(hù)。
本發(fā)明的過(guò)載保護(hù)是由脈沖扣除技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在燈管點(diǎn)燃啟動(dòng)時(shí)，燈阻抗很低，隨著燈的溫度升高，慢慢達(dá)到它的標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載阻抗。由于恒功率源驅(qū)動(dòng)，點(diǎn)燃起始過(guò)程中的燈管低阻抗將引起燈管電流過(guò)流，功率不能全部轉(zhuǎn)移到低阻的燈管上，使功率驅(qū)動(dòng)電路過(guò)熱。其中部分功率將存儲(chǔ)于電感L20和電容C20上。這意味著功率開關(guān)晶體管M1導(dǎo)通時(shí)，電感中已有電流流過(guò)，導(dǎo)致電流脈寬變窄。因過(guò)載而引起的電流脈沖寬度下降被開關(guān)電流脈沖寬度反饋電路檢測(cè)，將其反饋給微處理器使其扣除下一個(gè)脈沖輸出。用以保證功率驅(qū)動(dòng)電路有足夠的時(shí)間使存儲(chǔ)在電感和電容上的多余功率能以自由振蕩的形式轉(zhuǎn)移到高壓氣體放電燈的燈管上，因而也防止功率驅(qū)動(dòng)電路過(guò)熱。在燈管阻抗上升到全阻抗的過(guò)程中，這個(gè)脈沖扣除作用從每次一個(gè)脈沖逐漸減少越來(lái)越少，直至消失。在極端過(guò)載情況下，此脈沖扣除技術(shù)可使功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出功率減少一半。脈沖扣除方法不僅避免了燈管過(guò)流，也保護(hù)了因較低的燈管阻抗或短時(shí)間輸出短路引起的功率驅(qū)動(dòng)電路過(guò)熱問(wèn)題。
欠壓保護(hù)電路包括穩(wěn)壓管Z50、三極管T50及電阻R50、R51。當(dāng)13伏電源欠壓時(shí)，此電路使微處理器置位，并強(qiáng)迫其停止工作，以免功率開關(guān)晶體管M1因非飽和態(tài)導(dǎo)通而過(guò)熱損壞。
本實(shí)施例中的反饋控制方法也可采用監(jiān)測(cè)電路其它性能參數(shù)變化來(lái)獲得，如負(fù)載電流變化等。
實(shí)施例2參閱圖3和圖5。與實(shí)施例1相比，增加了功率開關(guān)晶體管M2、泄流二極管D16、分壓電容C17和C19及大阻值的泄流電阻R18。功率開關(guān)晶體管M2處于常斷狀態(tài)。只有當(dāng)功率開關(guān)晶體管M1有電流脈沖時(shí)，在延遲半個(gè)脈沖周期后導(dǎo)通，持續(xù)時(shí)間與開關(guān)晶體管M1電流脈沖相同。
在高壓氣體放電燈6啟動(dòng)前，功率開關(guān)管M2處于常斷狀態(tài)，泄流電阻R18使分壓電容C19上壓降等于電壓350V左右，其啟動(dòng)過(guò)程與實(shí)施例1相同。
在高壓氣體放電燈6啟動(dòng)后，功率開關(guān)晶體管M2與功率開關(guān)晶體管M1推挽工作，使燈管工作于交流狀態(tài)。大阻抗的泄流電阻R18的影響可忽略不計(jì)。分壓電容C19上的電壓降由分壓電容C17和C19的比值決定。
本實(shí)施例更有利于消除燈管上的直流偏置所引起的光色不均現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種防止高頻電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生聲振蕩的方法，其特征在于至少包括步驟使高頻電子鎮(zhèn)流器的脈沖源以固定頻率工作在脈沖相位調(diào)制模式上，其產(chǎn)生的調(diào)相脈沖序列在一個(gè)相位上重復(fù)有限次后，跳變到另一個(gè)新的相位上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于相位跳變的最大間隔不超過(guò)10個(gè)脈沖周期。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于脈沖相位序列的周期大于5毫秒，以阻止低頻率聲振蕩的產(chǎn)生。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于脈沖相位調(diào)制可以是二相或多相調(diào)制，該脈沖源的固定工作頻率可為千赫級(jí)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的脈沖相位調(diào)制采用兩相調(diào)制時(shí)，其可以是2n-1的偽隨機(jī)序列，用0或1代表兩個(gè)相位，最大相位跳變間隔N≤10。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的脈沖相位調(diào)制采用三相或三相以上調(diào)制時(shí)，可以用固定的相位跳變間隔N，即在脈沖相位調(diào)制序列中，輸出脈沖在每個(gè)相位上重復(fù)N個(gè)脈沖周期。
7.一種實(shí)現(xiàn)按照權(quán)利要求1所述方法的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于至少包括一脈沖相位調(diào)制器產(chǎn)生經(jīng)脈沖相位調(diào)制后的具有固定頻率的脈沖序列；一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路接收所述脈沖相位調(diào)制器的輸出脈沖，用于給高壓氣體放電燈提供驅(qū)動(dòng)功率；一反饋電路用于反饋開關(guān)電路的電流脈沖狀態(tài)用以控制脈沖序列；一耦合電路連接于高壓氣體放電燈和開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路之間，以改善相互之間的功率耦合；一直流啟動(dòng)電路有可調(diào)的較低頻率用以點(diǎn)燃高壓氣體放電燈。
8.如權(quán)利要求7所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的脈沖相位調(diào)制器包括一微處理器。
9.如權(quán)利要求7所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路包括一開關(guān)電路和功率驅(qū)動(dòng)電路，所述開關(guān)電路用于推動(dòng)所述的功率驅(qū)動(dòng)電路。
10.如權(quán)利要求9所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的功率驅(qū)動(dòng)電路包括一功率開關(guān)管、一電感、一個(gè)二極管和一采樣電阻。該功率驅(qū)動(dòng)電路受脈沖相位調(diào)制器和開關(guān)電路控制，經(jīng)耦合電路向燈管提供功率。
11.如權(quán)利要求9所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的功率驅(qū)動(dòng)電路可以包括兩個(gè)功率開關(guān)管，。在燈管點(diǎn)燃后，兩個(gè)功率開關(guān)管推挽工作用以抵消燈管上的直流偏置現(xiàn)象。
12.如權(quán)利要求10或11所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的功率開關(guān)管可以是MOSFET、IGBT或雙極型功率晶體管。
13.如權(quán)利要求7所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的反饋電路包括一開關(guān)電流脈沖寬度反饋電路，該反饋電路檢測(cè)功率驅(qū)動(dòng)開關(guān)電路的電流脈沖寬度狀態(tài)并反饋給脈沖相位調(diào)制器。
14.如權(quán)利要求7或13所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的反饋電路包括一開關(guān)電流脈沖幅度反饋電路，該反饋電路將功率開關(guān)晶體管的電流脈沖幅度狀態(tài)反饋給開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路的開關(guān)電路。
15.如權(quán)利要求7所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的耦合電路包括一電感，一電容和構(gòu)成并聯(lián)LRC回路的燈管支路；在開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路作用下，用來(lái)推動(dòng)燈管的等效負(fù)載阻抗，以改善功率耦合效率。
16.如權(quán)利要求7所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的直流啟動(dòng)電路包括一電容、一硅二端開關(guān)元件(SIDAC)、一電感和一電阻，其中硅二端開關(guān)元件連接到電感的≥15∶1的抽頭上，調(diào)節(jié)電阻可控制該啟動(dòng)電路的點(diǎn)燃頻率。
17.如權(quán)利要求9或10所述的采用脈沖相位調(diào)制的高壓氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括欠壓保護(hù)電路，由穩(wěn)壓二極管、一PNP晶體管和二電阻構(gòu)成欠壓保護(hù)電路，當(dāng)功率開關(guān)晶體管在非飽和狀態(tài)下過(guò)熱時(shí)，所述欠壓保護(hù)電路向脈沖相位調(diào)制器輸出控制置位信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種防止高頻電子鎮(zhèn)流器產(chǎn)生聲振蕩的方法及裝置，本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器包括一脈沖相位調(diào)制器、一開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路、一反饋電路、一耦合功率匹配電路和啟動(dòng)電路；由脈沖相位調(diào)制器產(chǎn)生經(jīng)調(diào)相后的脈沖信號(hào)；所述脈沖相位調(diào)制器產(chǎn)生調(diào)相脈沖信號(hào)，該調(diào)相脈沖信號(hào)經(jīng)開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和耦合電路控制直流啟動(dòng)電路，以使高壓氣體放電燈點(diǎn)燃；本發(fā)明采用相位脈沖調(diào)制方法避免了聲震蕩產(chǎn)生產(chǎn)生聲震蕩，同時(shí)采用脈沖減除方法避免了高壓氣體放電燈啟動(dòng)時(shí)電子鎮(zhèn)流器過(guò)載；脈沖相位調(diào)制器、開關(guān)驅(qū)動(dòng)電路和反饋電路構(gòu)成一恒功率開關(guān)源，以使燈管工作在穩(wěn)定狀態(tài)；低啟動(dòng)頻率有助于延長(zhǎng)燈管壽命。整個(gè)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，效率高，成本低。
文檔編號(hào)H05B41/288GK1459999SQ0212047
公開日2003年12月3日 申請(qǐng)日期2002年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月24日
發(fā)明者龔明甫, 尹達(dá)衡, 趙開盛, 張尊僑, 武元禎 申請(qǐng)人:龔明甫, 尹達(dá)衡