專利名稱：高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種由電子電路組成的高壓鈉燈點(diǎn)亮裝置，屬電子技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
目前，公知的高壓鈉燈點(diǎn)亮裝置有兩種一種是電感式高壓鈉燈整流器，它由電感整流器與觸發(fā)器組成，工作時(shí)，觸發(fā)器的開(kāi)關(guān)作用使電感整流器產(chǎn)生感應(yīng)高壓，使高壓鈉燈瞬間點(diǎn)亮，點(diǎn)亮后，電感整流器起著降壓限流的作用，但由于電感整流器為感性負(fù)載，阻抗較大，而高壓鈉燈正常工作時(shí)阻值較小，使電路的功率因數(shù)很低，一般在0.45-0.5之間，因此，它的啟動(dòng)電流和工作電流都很大，使供電線路上的有功損耗與有色金屬用量大增，還影響了電網(wǎng)的帶負(fù)荷能力。同時(shí)，常用在道路照明的高壓鈉燈功率較大，工作電流也大，使電感整流器自身產(chǎn)生的有功損耗(鐵損耗與銅耗)不容忽視，使用電感整流器的高壓鈉燈照明裝置還存在著頻閃，照明亮度會(huì)受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，電感整流器體積和重量較大，消耗大量有色金屬。另一種高壓鈉燈點(diǎn)亮裝置是應(yīng)用量較少的高壓鈉燈電子整流器，它是通過(guò)電子變頻裝置，將工頻交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)?0KHz以上的高頻交流電源再驅(qū)動(dòng)高壓鈉燈，它的主要缺點(diǎn)是加在高壓鈉燈兩端的是高頻交流電壓，由于常用于道路照明的高壓鈉燈功率較大，用量也大，整流器與燈管之間的傳輸線也較長(zhǎng)，使高頻率的電磁波和射頻干擾信號(hào)沿傳輸線和高壓鈉燈管向空間擴(kuò)散，造成嚴(yán)重的電磁干擾和射頻干擾。以上這些與提倡綠色照明的今天是相違背的。
三
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的電感式高壓鈉燈整流器功率因數(shù)低、電能損耗大、啟動(dòng)電流大、消耗大量有色金屬、照明亮度受電網(wǎng)電壓波動(dòng)影響、存在頻閃、重量大的不足，電子整流器會(huì)引起較大的電磁干擾和射頻干擾的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型提供一種高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器，它具有功率因數(shù)高、啟動(dòng)電流小、電能損耗小、節(jié)約有色金屬、重量輕、體積小、無(wú)頻閃、照明亮度不隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，同時(shí)，它減小了高壓鈉燈電子整流器電磁干擾和射頻干擾的問(wèn)題。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用了電子電路中的脈寬調(diào)制型直流開(kāi)關(guān)電源技術(shù)，在傳統(tǒng)串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源電路的基礎(chǔ)上，做了以下幾項(xiàng)改進(jìn)(一)將輸出穩(wěn)壓控制電路改成輸出限壓控制電路，限定的電壓值設(shè)定在高于鈉燈的正常工作電壓上，其目的有兩個(gè)1、電路正常工作時(shí)，因高壓鈉燈負(fù)載的存在，讓開(kāi)關(guān)電源工作在限流狀態(tài)，輸出直流電壓較低，開(kāi)關(guān)電源不具有穩(wěn)壓功能，當(dāng)高壓鈉燈工作中內(nèi)阻變化時(shí)，輸出直流電壓隨之變化滿足高壓鈉燈對(duì)工作電壓的需要，防止鈉燈熄滅；2、控制輸出電壓的目的是防止輸出電壓過(guò)高時(shí)后級(jí)點(diǎn)亮電路過(guò)壓損壞。
(二)開(kāi)關(guān)電源電流控制采用了逐個(gè)脈沖限制電路，電流控制速度快，確保負(fù)載電流的穩(wěn)定，滿足高壓鈉燈對(duì)工作電流連續(xù)的需要，防止鈉燈熄滅。
(三)增加了啟動(dòng)點(diǎn)亮高壓鈉燈時(shí)用的高壓脈沖發(fā)生器和功率控制電路，高壓脈沖發(fā)生器的作用是產(chǎn)生4KV以上的高壓脈沖，使高壓鈉燈瞬間點(diǎn)亮，功率控制電路的作用是實(shí)現(xiàn)恒功率輸出，當(dāng)電網(wǎng)電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)保證高壓鈉燈的亮度不變，在提高照明質(zhì)量的同時(shí)避免了因電網(wǎng)電壓過(guò)高，高壓鈉燈輸出功率過(guò)大，而造成的對(duì)高壓鈉燈的損害。
本實(shí)用新型的主要電路連接關(guān)系是輸入交流電源經(jīng)輸入保護(hù)電路后與防電磁干擾和射頻干擾(EMI-RFI)濾波電路相接，再與全波整流濾波電路、電源開(kāi)關(guān)管、電流檢測(cè)電路、儲(chǔ)能脈沖變壓器、高壓脈沖發(fā)生器依次相接，然后接高壓鈉燈，另有PWM控制器與電源開(kāi)關(guān)管相連；DC濾波器連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出端；電流控制電路連接與電流檢測(cè)電路和PWM控制器之間，以實(shí)現(xiàn)電流控制作用；功率控制器連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器與電流控制器之間，以實(shí)現(xiàn)功率控制作用；續(xù)流電路與電源開(kāi)關(guān)管的輸出端相連；過(guò)壓保護(hù)電路連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出端與PWM控制器之間，實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓保護(hù)作用；高壓脈沖控制器與高壓脈沖發(fā)生器相接，確保高壓脈沖發(fā)生器穩(wěn)定地工作；自激式輔助電源給PWM控制器、高壓脈沖控制器等提供電源。
本實(shí)用新型的有益效果是(一)高壓脈沖發(fā)生器點(diǎn)亮高壓鈉燈以后，高壓鈉燈兩端被加上了直流電源，避免了電子整流器輸出的高頻電源在傳輸線和高壓鈉燈負(fù)載上引起電磁干擾和射頻干擾的問(wèn)題；(二)輸出直流電源與恒功率控制相互結(jié)合，使電路輸出的瞬時(shí)功率相等，克服了電感式整流器工作在低頻交流電源下瞬時(shí)功率不相等引起的頻閃問(wèn)題；(三)在輸出直流電源的作用下，使負(fù)載回路成為純阻性負(fù)載，負(fù)載回路的功率因數(shù)恒等于1，整個(gè)電路的功率因數(shù)由直流開(kāi)關(guān)電源決定，可達(dá)0.98以上；(四)工作在直流電源下的高壓鈉燈發(fā)出的光色明顯變白，顯色性得到了提高。
(五)因電路功率因數(shù)的提高，當(dāng)它驅(qū)動(dòng)高壓鈉燈時(shí)，啟動(dòng)電流和工作電流都比較小，減輕了電網(wǎng)的負(fù)荷，從而減小了電網(wǎng)上的投資和供電線路上的有功損耗，例如250W電感式整流器的啟動(dòng)電流為5.0A，工作電流為3.0A，而本實(shí)用新型的啟動(dòng)電流僅有0.40A，工作電流為1.20A。
(六)本實(shí)用新型的主體電路所采用的是單端正激式串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源，它具有節(jié)約有色金屬、重量輕、體積小、效率高、工作穩(wěn)定可靠的優(yōu)點(diǎn)。其特有的輸出過(guò)電流保護(hù)功能，使電路具有輸出端短路保護(hù)功能；因輸出電流受到控制，避免了對(duì)高壓鈉燈的沖擊，可延長(zhǎng)鈉燈的使用壽命。
總之，本實(shí)用新型的有益效果是性能可靠、無(wú)頻閃，可以在點(diǎn)亮高壓鈉燈的同時(shí)，減輕電網(wǎng)負(fù)荷，減少有功損耗、電磁干擾、射頻干擾與有色金屬的用量，延長(zhǎng)高壓鈉燈的使用壽命，改善高壓鈉燈的照明質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)綠色照明。
四

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。
附圖1是高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第一個(gè)實(shí)施例的電路原理框圖。
附圖2是高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第一個(gè)實(shí)施例的的具體實(shí)施電路。
附圖3是高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第二個(gè)實(shí)施例的電路原理框圖。
附圖4是高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第二個(gè)實(shí)施例的的具體實(shí)施電路。
五具體實(shí)施方式
(一)高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第一個(gè)實(shí)施例圖1反映了本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的電路組成框圖，其工作原理是220V交流電源首先經(jīng)EMI-RFI濾波器，減小電磁干擾和射頻干擾，然后再經(jīng)整流濾波電路把交流電壓變成直流電壓，直流電壓經(jīng)電源開(kāi)關(guān)管輸出直流脈沖，直流脈沖的寬度受PWM控制器的控制，使輸出直流脈沖的平均電壓受到控制。輸出直流脈沖進(jìn)入電流檢測(cè)電路，將電流信號(hào)反饋給電流控制器，再有電流控制器控制PWM控制器的輸出脈沖寬度，改變電源開(kāi)關(guān)管輸出直流脈沖的能量，以實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出電流的控制作用和輸出短路保護(hù)功能。經(jīng)電流檢測(cè)電路輸出的直流脈沖與儲(chǔ)能脈沖變壓器相接，當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出電能的同時(shí)，將一部分電能以磁場(chǎng)能的形式儲(chǔ)存下來(lái)，而當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管截止時(shí)，磁場(chǎng)能以電能的形式通過(guò)續(xù)流電路釋放出來(lái)，繼續(xù)給負(fù)載供電，使負(fù)載電流連續(xù)。從儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出的直流主電源經(jīng)DC濾波器，輸出平穩(wěn)的直流電源，儲(chǔ)能脈沖變壓器的另一路輸出是反映負(fù)載電壓幅度的電壓信號(hào)，此信號(hào)送入功率控制器處理，功率控制器的輸出信號(hào)進(jìn)入電流控制器，對(duì)電路的輸出電流進(jìn)行負(fù)反饋控制，因輸出功率P＝UI，當(dāng)負(fù)載電壓(U)上升時(shí)，功率控制器的輸出信號(hào)增大，電路的輸出電流(I)減小，輸出功率不變，從而實(shí)現(xiàn)了恒功率輸出的作用。DC濾波器輸出的直流電源分兩路一路與過(guò)壓保護(hù)電路相連，由過(guò)壓保護(hù)電路的輸出與PWM控制器相接，實(shí)現(xiàn)輸出過(guò)壓保護(hù)作用，防止高壓脈沖發(fā)生器工作電壓過(guò)高而損壞，另一路經(jīng)自激式高壓脈沖發(fā)生器，加到高壓鈉燈上，自激式高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓脈沖疊加在直流電源上，當(dāng)高壓鈉燈點(diǎn)亮?xí)r，直流電流流過(guò)高壓脈沖變壓器的高壓繞組，使高壓脈沖變壓器直流磁化而飽和，高壓脈沖發(fā)生器停止工作，電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。另外與自激式高壓脈沖發(fā)生器相連的高壓脈沖控制器，對(duì)自激式高壓脈沖發(fā)生器起保護(hù)作用，防止高壓鈉燈開(kāi)路或熱起動(dòng)時(shí)，自激式高壓脈沖發(fā)生器工作時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，脈沖開(kāi)關(guān)管過(guò)熱損壞；自激式輔助電源給PWM控制器和高壓脈沖控制器提供工作電源。
圖2反映了本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的具體電路電路中有三種不同的接地方式 為輔助電源接地； 為主電源接地； 為安全接地。
由FUSE、THR組成輸入保護(hù)電路，F(xiàn)USE起輸入短路保護(hù)作用，THR是負(fù)溫度特性的熱敏電阻，減小電路啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
C1、C2、C3、C4、L1、R1組成EM-RFI濾波器。
D1、D2、D3、D4、C5組成整流濾波器。
Q1為電源開(kāi)關(guān)場(chǎng)效應(yīng)管。
D5為續(xù)流二極管。
R5為電流檢測(cè)電阻。
T1為儲(chǔ)能脈沖變壓器，有兩個(gè)繞組n11為儲(chǔ)能繞組；n12輸出電壓檢測(cè)繞組。
C8為DC濾波電容器。
T2、Q3、C9、C10、R11、R12、R13、D8組成自激式高壓脈沖發(fā)生器。其中Q3為脈沖開(kāi)關(guān)管。R13為Q3的基極靜態(tài)偏置電阻。脈沖變壓器T2有n21、n22、n23三個(gè)繞組n22為Q3的集電極負(fù)載繞組；n23為正反饋繞組，n23與R12、C10、Q3的發(fā)射結(jié)組成正反饋回路，使電路產(chǎn)生自激震蕩；n21為高壓脈沖輸出繞組。C9、R11組成RC吸收回路，限制Q3截止時(shí)集電極與發(fā)射極之間產(chǎn)生的反向高壓，防止Q3的集電結(jié)被擊穿。D8為反向保護(hù)二極管，防止反向脈沖將Q3的發(fā)射結(jié)擊穿。
IC1、R14、R15、R16、C11、D9、D10、Q4組成脈沖控制器。其中IC1、R14、R16、D9、D10、C11組成多諧振蕩器，C11充電是經(jīng)過(guò)R14、D9，放電是經(jīng)過(guò)D10、R16，輸出脈沖高電平時(shí)間t1＝0.693R14C11，輸出脈沖低電平時(shí)間t2＝0.693R16C11，振蕩周期T＝t1+t2，振蕩頻率f＝1/T。從IC1第三腳輸出的振蕩脈沖通過(guò)R15與Q4基極相連，控制Q4的開(kāi)關(guān)狀態(tài)當(dāng)多諧振蕩器輸出脈沖為高電平時(shí)，Q4的集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通，Q3脈沖開(kāi)關(guān)管的正反饋信號(hào)被短路，高壓脈沖發(fā)生器停止工作；當(dāng)多諧振蕩器輸出脈沖為低電平時(shí)，Q4的集電極與發(fā)射極間開(kāi)路，高壓脈沖發(fā)生器開(kāi)始工作。實(shí)際應(yīng)用中，使t1＞＞t2，使高壓脈沖發(fā)生器的平均工作時(shí)間大大縮短，既減小了高壓脈沖發(fā)生器的耗能，又防止了脈沖開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)過(guò)熱損壞。
IC2、R24、R25、R26、R27、R28、R29、R30、R31、R32、R2、R3、Q2、C16、C17、C18、C19、C20組成PWM控制器，給電源開(kāi)關(guān)管Q1提供開(kāi)關(guān)脈沖。其中IC2(TL494)為PWM控制集成電路，各引腳功能如下1、2為電流比較放大器的輸入腳，1腳為正相輸入腳，2腳為反相輸入腳，1腳通過(guò)R28接地，2腳一路通過(guò)R29與電流檢測(cè)電阻R5相接，另一路通過(guò)R25與14腳輸出的5V基準(zhǔn)電源相接；15、16腳為電壓比較放大器的輸入腳，15腳為反相輸入端，16腳為正相輸入端，15腳通過(guò)R32與5V基準(zhǔn)電源相接，16腳與過(guò)壓保護(hù)電路的輸出電阻R10相接；3腳為誤差放大器的輸出端，3腳連接著R27、C17與C18、R26兩路負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，使誤差放大器穩(wěn)定地工作；4腳為輸出脈沖死區(qū)時(shí)間控制端，4腳與R24、R30組成的分壓電路相接，其分壓值決定了死區(qū)時(shí)間，使輸出脈沖的最大寬度受到限制，目的是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸入交流電壓過(guò)低時(shí)，鈉燈負(fù)載得不到足夠的工作電壓，輸出功率減小，輸入交流電流被控制在電網(wǎng)能夠承受的電流范圍內(nèi)，防止電網(wǎng)因過(guò)流而損壞，與4腳連接的C16為軟起動(dòng)電容，當(dāng)電路剛接通電源時(shí)，流過(guò)C16的充電電流使4腳電位提高，死區(qū)時(shí)間增大，電路輸出脈沖寬度減小，輸出電壓較低，負(fù)載電流也小，避免了電路啟動(dòng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流可能對(duì)電源開(kāi)關(guān)造成的損壞，與4腳相接的還有D15，D15連接與3、4腳之間，起者改善脈寬控制的作用。與5、6腳相接的C20、R31決定了TL494輸出脈沖的頻率f≈1.2/R31C20Hz。7為接地端。8、11腳為輸出三極管的集射極，與電源相接。9、10腳為輸出三極管的發(fā)射極，13腳為輸出方式控制端，與電源地相接，此時(shí)，9、10腳輸出相同的脈沖，10腳通過(guò)R2與電源開(kāi)關(guān)管柵極相接，使電源開(kāi)關(guān)管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，R2為阻尼電阻，防止電源開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生振蕩。與9腳相接的R3、Q2是關(guān)斷電源開(kāi)關(guān)管的加速電路，提高開(kāi)關(guān)電源的工作效率。12腳為電源輸入端，與D14輸出的13V輔助電源相接。14腳輸出5V基準(zhǔn)電源，與它相接的C19為電源濾波電容器。
IC2的電流比較器輸入端(1、2腳)與R29、R25、R5組成電流控制電路，當(dāng)功率控制電路無(wú)電壓信號(hào)輸入時(shí)，電路輸出電流最大限定為5[R29/(R29+R25)]/R5安培。因?yàn)镽5輸出的是逐個(gè)脈沖的電流信號(hào)，所以電流控制電路能實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖電流的限制，電流控制速度快，確保鈉燈負(fù)載電流穩(wěn)定，防止其因斷流而熄滅。同時(shí)，快速的電流保護(hù)，使電路具備了輸出短路保護(hù)的功能。
T1的副繞組n12、D6、C7、R6、Rp1、ZD1、R7、R28與IC2的電流比較器組成了恒功率控制電路，控制原理如下當(dāng)負(fù)載電壓U上升時(shí)，C7兩端的電壓隨之上升，負(fù)載電壓上升到一定值時(shí)，穩(wěn)壓二極管ZD1擊穿，穿透電流通過(guò)R7流過(guò)R28，R28與電流比較器正相輸入端相連，在電流比較器正相輸入端上產(chǎn)生了正極性電壓信號(hào)，設(shè)為Up，此時(shí)電路的輸出電流為I＝[5R29/(R29+R25)-Up]/R5 A驅(qū)動(dòng)器輸出功率為P＝UI＝U[5R29/(R29+R25)-Up]/R5 W可見(jiàn)，穩(wěn)壓二極管ZD1擊穿以后負(fù)載電壓U上升時(shí)，Up跟隨上升，輸出電流I隨之減小，電路的輸出功率將保持不變；負(fù)載電壓U下降時(shí)，Up跟隨下降，輸出電流I隨之增大，電路的輸出功率將保持不變。電路中適當(dāng)?shù)剡x擇R7、R28的比值，可提高恒功率控制的精度，調(diào)節(jié)Rp1的滑動(dòng)端，可調(diào)節(jié)電路的輸出功率的大小。另外，當(dāng)鈉燈剛起動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓較小，穩(wěn)壓二極管ZD1截止，Up為零，恒功率控制電路不起作用，電路輸出電流最大(由電流控制電路限定)，可減小鈉燈的啟動(dòng)時(shí)間，此時(shí)，由于負(fù)載電壓較小，驅(qū)動(dòng)器輸出功率小于額定值，輸入驅(qū)動(dòng)器的交流電流較小。
過(guò)壓保護(hù)電路由R8、R9、R10、R32光電耦合器D7、穩(wěn)壓二極管ZD2及IC2內(nèi)部的電壓比較器組成。電路工作原理如下開(kāi)關(guān)電源輸出電壓增大時(shí)，流過(guò)光電耦合器中發(fā)光二極管的電流也隨之增大，使光電耦合器中的光敏三極管內(nèi)阻減小，流過(guò)R10的電流增大，R10上的電壓升高，此電壓與電壓比較器的正相輸入端相接，而電壓比較器的反相輸入端通過(guò)R32與5V基準(zhǔn)電源相接。當(dāng)開(kāi)關(guān)電源輸出電壓增大到一定值時(shí)，R10上的電壓將升高到5V以上，此時(shí)電壓比較器輸入電壓大于零，電壓比較器輸出控制信號(hào)，PWM脈寬控制器輸出脈沖寬度減小，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的大小受到限制，從而防止了高壓脈沖發(fā)生器工作電壓過(guò)高而損壞的可能。
自激式輔助電源由R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、C12、C13、C14、C15、D11、D12、D13、D14、ZD3、ZD4、Q5、Q6、脈沖變壓器T3組成。工作原理如下R18為輔助電源啟動(dòng)電阻；D11、C12、R17組成RC過(guò)電壓吸收回路，減小輔助電源開(kāi)關(guān)管Q5截止期間產(chǎn)生的反向高壓，保護(hù)Q5的安全；T3的n31繞組為主繞組；T3的n32為正反饋繞組，它與R19、C13組成正反饋回路，使輔助電源起振工作；T3的n33為穩(wěn)壓反饋繞組，它與ZD4、D13、R22、Q6、D12、R23、C14組成穩(wěn)壓控制回路，工作原理如下n33輸出脈沖電壓經(jīng)D13整流，C14濾波，輸出直流電源，設(shè)穩(wěn)壓二極管ZD4的擊穿電壓為10V，當(dāng)C14兩端的電壓達(dá)到10.7V時(shí)，Q6發(fā)射極導(dǎo)通，產(chǎn)生基極電流，Q6集電極與發(fā)射極間的電阻減小，使Q5的柵源電壓減小，Q5提前截止，脈沖寬度減小，使C14兩端的直流電壓穩(wěn)定在10.7V；R23為Q6的集電極負(fù)載電阻，使Q6工作在線性區(qū)，提高輔助電源的穩(wěn)定性，D12為隔離二極管，防止電源啟動(dòng)時(shí)R23電阻將R18提供的啟動(dòng)電壓旁路；另外，R20、R21、Q6組成對(duì)輔助電源開(kāi)關(guān)管Q5的過(guò)流保護(hù)電路當(dāng)Q5輸出過(guò)電流時(shí)，R20上的電壓將達(dá)到0.7V以上，此電壓通過(guò)R21使Q6的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，Q6的集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通，Q5的柵源電壓迅速減小，Q5截止，從而達(dá)到了過(guò)電流保護(hù)的功能；T3的n34為輸出繞組，其輸出脈沖電壓經(jīng)整流二極管D14、濾波電容器C15輸出13V穩(wěn)壓電源，給PWM脈寬控制器(TL494)提供電源；ZD3為Q5的柵源保護(hù)二極管，防止Q5柵源過(guò)壓損壞。另外，F(xiàn)D為驅(qū)動(dòng)器散熱用的微型風(fēng)扇電機(jī)，當(dāng)用在需要防潮濕的場(chǎng)所，要求驅(qū)動(dòng)器全封閉結(jié)構(gòu)時(shí)，可以取消風(fēng)扇電機(jī)，利用驅(qū)動(dòng)器的金屬外殼來(lái)散熱。
除上述電路外，驅(qū)動(dòng)器還有一個(gè)RC阻尼保護(hù)電路，由R4、C6組成，防止Q1、D5開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生振蕩。
(二)高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器第二個(gè)實(shí)施例圖3反映了本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例的電路組成框圖，與第一個(gè)實(shí)施例相比較，其工作原理基本相同，區(qū)別僅在功率控制器的采樣輸入電壓由過(guò)壓保護(hù)電路中的電壓信號(hào)來(lái)提供。
圖4反映了本實(shí)用新型第二個(gè)實(shí)施例的具體電路電路中有三種不同的接地方式 為輔助電源與主電源接地； 為安全接地。
由FUSE、THR組成輸入保護(hù)電路，F(xiàn)USE起輸入短路保護(hù)作用，THR是負(fù)溫度特性的熱敏電阻，減小電路啟動(dòng)時(shí)的浪涌電流。
C1、C2、C3、C4、L1、R1組成EM-RFI濾波器。
D1、D2、D3、D4、C5組成整流濾波器。
Q1為電源開(kāi)關(guān)三極管。
D5為續(xù)流二極管。
R2為電流檢測(cè)電阻。
L2為儲(chǔ)能電感。
C7為DC濾波電容器。
T1、Q2、C8、C9、R4、R5、R6、D6組成自激式高壓脈沖發(fā)生器。其中Q2為脈沖開(kāi)關(guān)管。R6為Q2的基極靜態(tài)偏置電阻。脈沖變壓器T1有n11、n12、n13三個(gè)繞組n12為Q2的集電極負(fù)載繞組；n13為正反饋繞組，n13與R4、C8、Q2的發(fā)射結(jié)組成正反饋回路，使電路產(chǎn)生自激震蕩；n11為高壓脈沖輸出繞組。C9、R5組成RC吸收回路，限制Q2截止時(shí)集電極與發(fā)射極之間產(chǎn)生的反向高壓，防止Q2的集電結(jié)被擊穿。D6為反向保護(hù)二極管，防止反向脈沖將Q2的發(fā)射結(jié)擊穿。
IC1、R7、R8、R9、C10、D7、D8、Q3組成高壓脈沖控制器。其中IC1、R7、R8、D7、D8、C10組成多諧振蕩器，C10充電是經(jīng)過(guò)R7、D7，放電是經(jīng)過(guò)D8、R8，輸出脈沖高電平時(shí)間t1＝0.693R7C10，輸出脈沖低電平時(shí)間t2＝0.693R8C10，振蕩周期T＝t1+t2，振蕩頻率f＝1/T。從IC1第三腳輸出的振蕩脈沖通過(guò)R9與Q3基極相連，控制Q3的開(kāi)關(guān)狀態(tài)當(dāng)多諧振蕩器輸出脈沖為高電平時(shí)，Q3的集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通，Q2脈沖開(kāi)關(guān)管的正反饋信號(hào)被短路，高壓脈沖發(fā)生器停止工作；當(dāng)多諧振蕩器輸出脈沖為低電平時(shí)，Q3的集電極與發(fā)射極間開(kāi)路，高壓脈沖發(fā)生器開(kāi)始工作。實(shí)際應(yīng)用中，使t1＞＞t2，使高壓脈沖發(fā)生器的平均工作時(shí)間大大縮短，既減小了高壓脈沖發(fā)生器的耗能，又防止了脈沖開(kāi)關(guān)管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)過(guò)熱損壞。
IC2、R17、R18、R19、R20、R21、R22、R23、R24、R25、R31、R32、C15、C16、C17、C18、C19、C20、D14、T3組成PWM控制器，給電源開(kāi)關(guān)管Q1提供開(kāi)關(guān)脈沖。其中IC2(TL494)為PWM控制集成電路，各引腳功能如下1、2為電流比較放大器的輸入腳，1腳為正相輸入腳，2腳為反相輸入腳，1腳通過(guò)R21接地，2腳一路通過(guò)R22與電流檢測(cè)電阻R2相接，另一路通過(guò)R18與14腳輸出的5V基準(zhǔn)電源相接；15、16腳為電壓比較放大器的輸入腳，15腳為反相輸入端，16腳為正相輸入端，15腳通過(guò)R25與5V基準(zhǔn)電源相接，16腳與過(guò)壓保護(hù)電路的輸出電阻R28相接；3腳為誤差放大器的輸出端，3腳連接著R20、C16與C17、R19兩路負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，使誤差放大器穩(wěn)定地工作；4腳為輸出脈沖死區(qū)時(shí)間控制端，4腳與R17、R23組成的分壓電路相接，其分壓值決定了死區(qū)時(shí)間，使輸出脈沖的最大寬度受到限制，目的是當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸入交流電壓過(guò)低時(shí)，鈉燈負(fù)載得不到足夠的工作電壓，輸出功率減小，輸入交流電流被控制在電網(wǎng)能夠承受的電流范圍內(nèi)，防止電網(wǎng)因過(guò)流而損壞，與4腳連接的C15為軟起動(dòng)電容，當(dāng)電路剛接通電源時(shí)，流過(guò)C15的充電電流使4腳電位提高，死區(qū)時(shí)間增大，電路輸出脈沖寬度減小，輸出電壓較低，負(fù)載電流也小，避免了電路啟動(dòng)時(shí)過(guò)大的沖擊電流可能對(duì)電源開(kāi)關(guān)管造成的損壞，與4腳相接的還有D13，D13連接與3、4腳之間，起者改善脈寬控制的作用；與5、6腳相接的C19、R24決定了TL494輸出脈沖的頻率f≈1.2/R24C19Hz；7為接地端；8、11腳為輸出三極管的集射極，與輸出脈沖變壓器T3初級(jí)繞組相接，9、10腳為輸出三極管的發(fā)射極，與電源地相接，13腳為輸出方式控制端，與電源地相接，此時(shí)，8、11腳輸出相同的脈沖，8、11腳連接在一起可增大輸出電流；12腳為電源輸入端，與D12輸出的13V輔助電源相接；14腳輸出5V基準(zhǔn)電源，與它相接的C18為電源濾波電容器。T3的次級(jí)繞組與、R31、R32、C20、D14、組成主電源開(kāi)關(guān)三極管的驅(qū)動(dòng)電路，R31為限流電阻，C20為加速電容器，提高主電源開(kāi)關(guān)三極管的導(dǎo)通速度，D14、R32可縮短主電源開(kāi)關(guān)三極管的關(guān)閉時(shí)間，提高電源的開(kāi)關(guān)效率；IC2的電流比較器輸入端(1、2腳)與R22、R2、R18組成電流控制電路，當(dāng)功率控制電路無(wú)電壓信號(hào)輸入時(shí)，電路輸出電流最大限定為5[R22/(R22+R18)]/R2安培。因?yàn)镽2輸出的是逐個(gè)脈沖的電流信號(hào)，所以電流控制電路能實(shí)現(xiàn)逐個(gè)脈沖電流的限制，電流控制速度快，確保鈉燈負(fù)載電流穩(wěn)定，防止其因斷流而熄滅。同時(shí)，快速的電流保護(hù)，使電路具備了輸出短路保護(hù)的功能。
過(guò)壓保護(hù)電路由R25、R26、R27、R28、Q6及IC2內(nèi)部的電壓比較器組成。電路工作原理如下開(kāi)關(guān)電源輸出電壓增大時(shí)，R26、R27組成的采樣電路的輸出電壓UA也隨之增大，Q6發(fā)射極輸出電壓增大，當(dāng)Q6發(fā)射極輸出電壓UB增大到5V時(shí)，電壓比較器起控，PWM脈寬控制器輸出脈沖寬度減小，開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的大小受到限制，從而防止了高壓脈沖發(fā)生器工作電壓過(guò)高而損壞的可能。開(kāi)關(guān)電源輸出電壓的最大值為(5+0.7)(R26+R27)/R27V。
RP1、ZD3、R29、R30、R21與IC2的電流比較器組成了恒功率控制電路，控制原理如下當(dāng)負(fù)載電壓U上升時(shí)，UA點(diǎn)電壓隨之上升，UB點(diǎn)的電壓跟隨上升，負(fù)載電壓上升到一定值時(shí)，穩(wěn)壓二極管ZD3擊穿，穿透電流通過(guò)R30流過(guò)R21，R21與電流比較器正相輸入端相連，在電流比較器正相輸入端上產(chǎn)生了正極性電壓信號(hào)，設(shè)為Up，此時(shí)電路的輸出電流為I＝[5R22/(R22+R18)-Up]/R2 A驅(qū)動(dòng)器輸出功率為P＝UI＝U[5R22/(R22+R18)-Up]/R2 W可見(jiàn)，穩(wěn)壓二極管ZD3擊穿以后負(fù)載電壓U上升時(shí)，Up跟隨上升，輸出電流I隨之減小，電路的輸出功率將保持不變；負(fù)載電壓U下降時(shí)，Up跟隨下降，輸出電流I隨之增大，電路的輸出功率將保持不變。電路中適當(dāng)?shù)剡x擇R30、R21的比值，可提高恒功率控制的精度，調(diào)節(jié)Rp1的滑動(dòng)端，可調(diào)節(jié)電路的輸出功率的大小。另外，當(dāng)鈉燈剛起動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓較小，穩(wěn)壓二極管ZD3截止，Up為零，恒功率控制電路不起作用，電路輸出電流最大(由電流控制電路限定)，可減小鈉燈的啟動(dòng)時(shí)間，此時(shí)，由于負(fù)載電壓較小，驅(qū)動(dòng)器輸出功率小于額定值，輸入驅(qū)動(dòng)器的交流電流較小。
自激式輔助電源由R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、C11、C12、C13、C14、D9、D10、D11、D12、ZD1、ZD2、Q4、Q5、脈沖變壓器T2組成。工作原理如下R11為輔助電源啟動(dòng)電阻；D9、C11、R10組成RC過(guò)電壓吸收回路，減小輔助電源開(kāi)關(guān)管Q4截止期間產(chǎn)生的反向高壓，保護(hù)Q4的安全；T2的n21繞組為主繞組；T2的n22為正反饋繞組，它與R12、C12組成正反饋回路，使輔助電源起振工作；T2的n23為穩(wěn)壓反饋繞組，它與ZD2、C13、R15、Q5、D10、R16組成穩(wěn)壓控制回路，工作原理如下n23輸出脈沖電壓經(jīng)D11整流，C13濾波，輸出直流電源，設(shè)穩(wěn)壓二極管ZD2的擊穿電壓為10V，當(dāng)C13兩端的電壓達(dá)到10.7V時(shí)，Q5發(fā)射極導(dǎo)通，產(chǎn)生基極電流，Q5集電極與發(fā)射極之間的電阻減小，使Q4的柵源電壓減小，Q4提前截止，脈沖寬度減小，使C13兩端的直流電壓穩(wěn)定在10.7V，R16為Q5的集電極負(fù)載電阻，使Q5工作在線性區(qū)，提高輔助電源的穩(wěn)定性，D10為隔離二極管，防止電源啟動(dòng)時(shí)R16電阻將R11提供的啟動(dòng)電壓旁路；另外，R13、R14、Q5組成對(duì)輔助電源開(kāi)關(guān)管Q4的過(guò)流保護(hù)電路當(dāng)Q4輸出過(guò)電流時(shí)，R13上的電壓將達(dá)到0.7V以上，此電壓通過(guò)R14使Q5的發(fā)射結(jié)導(dǎo)通，Q5的集電極與發(fā)射極間導(dǎo)通，Q4的柵源電壓迅速減小，Q4截止，從而達(dá)到了過(guò)電流保護(hù)的功能；T2的n24為輸出繞組，其輸出脈沖電壓經(jīng)整流二極管D12、濾波電容器C14輸出13V穩(wěn)壓電源，給PWM脈寬控制器(TL494)提供電源；ZD1為Q4的柵源保護(hù)二極管，防止Q4柵源過(guò)壓損壞。另外，F(xiàn)D為驅(qū)動(dòng)器散熱用的微型風(fēng)扇電機(jī)，當(dāng)用在需要防潮濕的場(chǎng)所，要求驅(qū)動(dòng)器全封閉結(jié)構(gòu)時(shí)，可以取消風(fēng)扇電機(jī)，利用驅(qū)動(dòng)器的金屬外殼來(lái)散熱。
除上述電路外，驅(qū)動(dòng)器還有一個(gè)RC阻尼保護(hù)電路，由R3、C6組成，防止Q1、D5開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生振蕩。
以上兩種實(shí)施例的可靠性都較高，主要體現(xiàn)在所用元件較少；高壓脈沖發(fā)生器的輸出側(cè)除鈉燈負(fù)載以外，無(wú)任何電路元件，避免了電路元件高壓擊穿的危險(xiǎn)；工作效率極高，在第一個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)電路的工作效率可達(dá)95％以上，在第二個(gè)實(shí)施例中，整個(gè)電路的工作效率可達(dá)93％以上，工作效率的提高，減輕了電路的發(fā)熱。
權(quán)利要求1.高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器，其特征是交流輸入保護(hù)電路、(EMI-RFI)濾波電路、全波整流濾波電路、電源開(kāi)關(guān)管、電流檢測(cè)電路、儲(chǔ)能脈沖變壓器、高壓脈沖發(fā)生器依次相接，然后接鈉燈，另有PWM控制器與電源開(kāi)關(guān)管相連，DC濾波器連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出端，電流控制電路連接與電流檢測(cè)電路和PWM控制器之間，功率控制器連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器與電流控制器之間，續(xù)流電路與電源開(kāi)關(guān)管的輸出端相連，過(guò)壓保護(hù)電路連接于儲(chǔ)能脈沖變壓器輸出端與PWM控制器之間，高壓脈沖控制器與高壓脈沖發(fā)生器相接，輔助電源給PWM控制器、高壓脈沖控制器等提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器，其特征是高壓鈉燈被高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓脈沖點(diǎn)亮以后，高壓鈉燈兩端所加電源為直流電源。
專利摘要高壓鈉燈電子直流驅(qū)動(dòng)器，其主要特征是交流輸入經(jīng)保護(hù)電路后，與(EMI－RFI)濾波電路、全波整流濾波電路、單端正激式串聯(lián)型開(kāi)關(guān)電源、高壓脈沖發(fā)生器依次相接，然后接鈉燈。其中，開(kāi)關(guān)電源具有輸出恒功率控制、輸出短路保護(hù)和輸出過(guò)壓保護(hù)的功能。高壓鈉燈被高壓脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的高壓脈沖點(diǎn)亮以后，高壓鈉燈兩端所加電源為直流電源。本驅(qū)動(dòng)器性能可靠，體積小，重量輕，無(wú)頻閃，功率因數(shù)達(dá)到0.98以上，工作效率可達(dá)95％以上，節(jié)能明顯，減小了電子式整流器引起的電磁干擾和射頻干擾，鈉燈的工作壽命延長(zhǎng)，亮度不受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，顯色性明顯提高。
文檔編號(hào)H02M7/12GK2678241SQ20042000275
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2004年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月17日
發(fā)明者繆耀東 申請(qǐng)人:繆耀東