專利名稱：600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于電子鎮(zhèn)流器，尤其是可以用于600W高壓鈉燈的電子鎮(zhèn)流器。在國際專利分類表中應(yīng)分為H05B小類。
目前，公知的鎮(zhèn)流器大多是電感式鎮(zhèn)流器，缺點(diǎn)是笨重、尺寸大、效率低，尤其是600W高壓鈉燈，現(xiàn)在因?yàn)椴捎秒姼惺芥?zhèn)流器，其缺點(diǎn)更是明顯。由于其體積大、笨重，銅、鐵損耗大、無功損耗大、線路功率因數(shù)低(僅能達(dá)到0.5～0.6)，綜合考慮起來，迫切須要改進(jìn)。目前也出現(xiàn)了一些電子鎮(zhèn)流器，即使在小功率條件下使用，其工作也不穩(wěn)定，而且壽命相當(dāng)短，無法和600W高壓鈉燈配套工作。另外，當(dāng)電源電壓低于180V時(shí)，鈉燈很難啟動。再者，電感式鎮(zhèn)流器工作時(shí)噪音比較大。還有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)由于配套不理想、工作條件苛刻，影響了高壓鈉燈的壽命。
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種電子鎮(zhèn)流器，它不僅使高壓鈉燈在使用時(shí)能節(jié)省電能、低壓啟動性能好、提高功率因數(shù)、工作時(shí)噪音小、尺寸小，而且能夠提高600W高壓鈉燈壽命。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的所述鎮(zhèn)流器有一個(gè)交流輸入端，所述交流輸入端連接瞬態(tài)電壓抑制器，所述瞬態(tài)電壓抑制器連接EMI消電磁干擾濾波器，所述EMI消電磁干擾濾波器連接全波整流器，所述全波整流器連接APFC功率因數(shù)控制器，所述APFC功率因數(shù)控制器連接DC濾波器，所述DC濾波器連接DC/AC半橋逆變器，所述DC/AC半橋逆變器連接啟動器，所述啟動器附有連接高壓鈉燈的輸出端；所述鎮(zhèn)流器還包括另一支路，在EMI消電磁干擾濾波器之后，所述另一支路的連接關(guān)系為AC變壓器、全波整流器、DC穩(wěn)壓器、延時(shí)漸波器、IC驅(qū)動器和推挽放大器依次順序連接，所述推挽放大器的輸出端a、b、c、d分別連接DC/AC半橋逆變器的a、b、c、d端。
所述鎮(zhèn)流器還有一個(gè)信號反饋分路。
所述信號反饋分路從IC驅(qū)動器接向延時(shí)漸波器。
所述信號反饋分路為電容C24。
所述的瞬態(tài)電壓抑制器為壓敏電阻R1；所述的EMI消電磁干擾濾波器為由C1、L1、C2、L2、C3、C4組成的雙π型電路；所述所述的全波整流器為V1全橋整流電路；所述的APFC功率因數(shù)控制器包括采用MC33262芯片的控制器IC1、功率開關(guān)MOSFET(V3)、升壓電感器LP3、升壓二極管V4、輸出濾波電容C11、C12和反饋環(huán)路；所述控制器IC1外圍電路包括一個(gè)R7C9充電支路，所述的R7C9的公共端連接IC1的8腳，T3升壓電感器LP3的副繞組LS3的一端接地，另一端接V2的正極，所述V2的負(fù)極接IC1的8腳，所述T3升壓電感器LP3的副繞組LS3的一端通過電阻R8與IC1的5腳連接，LS3和電阻R8構(gòu)成電感電流檢測元件，與V3源極串聯(lián)的電阻R11的一端接地，另一端通過R10與IC1的4腳連接，所述IC1的4腳通過電容C8與地連接，V3的柵極通過電阻R9與IC1的7腳連接。
所述IC驅(qū)動器采用TL494IN型芯片IC3，決定IC3工作頻率的電阻R26、電容C25分別連接IC3的6腳和5腳，所述IC驅(qū)動器附有一個(gè)由R25、R27、R28、V18、V19和T2組成的推挽式電路，還附有一個(gè)由電阻R18～R23，V15、V16、V17和C22組成的延時(shí)啟動電路，IC3的③腳為脈沖反饋端，3腳與2腳連接后經(jīng)電容C24接地，13腳、14腳和15腳連接后經(jīng)C23耦合接到4腳。
主電路中V9、V10的漏一源極之間的V11、R14、 C15和V12、R15、C16分別組成緩沖保護(hù)電路，V9、V10的柵一源極之間的齊納二極管V5、V6和V7、V8分別背靠背串接在一起。
所述的啟動器的啟動電路有一個(gè)由電阻R16、R17和電容C17組成的充電支路，還有一個(gè)由C17、V13和T4的副邊繞組LS4組成的放電支路，所述的T4有一個(gè)能夠產(chǎn)生5KV以上高壓脈沖的LP4繞組。
采用本實(shí)用新型的技術(shù)方案，相對已有技術(shù)而言具有下述優(yōu)點(diǎn)1、節(jié)電方面。與電感式鎮(zhèn)流器比較，節(jié)電是電子式鎮(zhèn)流器最顯著的優(yōu)點(diǎn)，本電子鎮(zhèn)流器額定功率600W，本身功耗不到4W，而600W電感鎮(zhèn)流器自身功耗42W左右。電子式鎮(zhèn)流器給鈉燈兩端加的是高頻電壓，鈉燈的光輸出增強(qiáng)，光通量比電感鎮(zhèn)流器高10％以上，當(dāng)燈管輸出相同的光通量時(shí)，電子式鎮(zhèn)流器比電感式鎮(zhèn)流器節(jié)電25％左右。
2、低壓啟動性好。高壓鈉燈用電感式鎮(zhèn)流器啟動和維持燈管穩(wěn)定燃點(diǎn)電源電壓不得低于180V，否則鈉燈熄滅；而電子式鎮(zhèn)流器即使電源電壓低到160V時(shí)，燈管也能啟動并保持穩(wěn)定燃點(diǎn)。
3、功率因數(shù)高。電感式鎮(zhèn)流器與鈉燈組合，線路功率因數(shù)一般為0.5左右，而電子式鎮(zhèn)流器由于采用了APFC功率因數(shù)校正技術(shù)，線路功率因數(shù)接近于1。
4、燈管光輸出穩(wěn)定。使用電感式鎮(zhèn)流器鈉燈端電壓隨電源電壓而變化，可造成鈉燈光輸出的變化，而電子式鎮(zhèn)流器，由于采用了APFC技術(shù)，輸出電壓穩(wěn)定不受電源電壓變化的影響，故可保持鈉燈端電壓基本不變，光輸出穩(wěn)定。另外，電子式鎮(zhèn)流器比電感式鎮(zhèn)流器重量輕，是電感式鎮(zhèn)流器的二分之一左右。
5、提高鈉燈壽命。使用本實(shí)用新型所涉及的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器。由于工作條件穩(wěn)定，提高了600瓦高壓鈉燈的壽命。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明，其中

圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
圖2是本實(shí)用新型的具體電路圖。
圖3是包含有外圍元件的功率因數(shù)控制器IC1的原理圖。
圖4MOSFET柵極驅(qū)動電壓、電感電流、輸入電壓和整流電流波形圖。
圖5是包含有外圍元件的驅(qū)動器IC3的原理圖。
如圖1、圖2所示，交流輸入電壓一旦經(jīng)電網(wǎng)感性元件或雷電等原因產(chǎn)生高壓尖峰脈沖干擾，或電源錯(cuò)相引入380V的瞬態(tài)高電壓時(shí)，具有可變電阻作用的壓敏電阻R1則從高阻關(guān)斷狀態(tài)立即轉(zhuǎn)入低阻導(dǎo)通狀態(tài)，將高壓尖峰脈沖吸收削波和限幅，從而使輸入電壓達(dá)到安全值，保護(hù)了電子鎮(zhèn)流器不致?lián)p壞。
交流輸入電壓經(jīng)C1、L1、C2、L2、C3、C4雙π型消電磁干擾濾波器EMI既抑制了來自電網(wǎng)的電磁干擾，同時(shí)對電子鎮(zhèn)流器自身產(chǎn)生的電磁干擾也起衰減作用，以保證電網(wǎng)不受污染。交流輸入電壓經(jīng)瞬態(tài)電壓抑制器和EMI消電磁干擾濾波器后，由V1全橋進(jìn)行全波整流，形成100HZ脈動直流電壓。如圖2所示，該電壓經(jīng)升壓式APFC功率因數(shù)控制器變換電路(該電路主要由控制器IC1、功率開關(guān)MOSFET(V3)、升壓電感器LP3、升壓二極管V4、輸出濾波電容C11、C12和反饋環(huán)路組成，其核心是IC1。)后，該APFC升壓變換器輸入交流電壓范圍為160V-260V，輸出直流電壓為400V，輸出功率600W，轉(zhuǎn)換效率≥0.95。
IC1采用摩托羅拉的產(chǎn)品MC33262芯片，該芯片由乘法器、誤差放大器(WCFDQ)、過電壓比較器(GDYBJQ)、電流敏感比較器(DLMGBJQ)、零電流檢測器(LDLJCQ)、邏輯電路和驅(qū)動輸出等組成。其工作原理是見圖3、圖4。如圖3所示，電子鎮(zhèn)流器通電后從V1橋堆整流輸出100HZ脈動直流電壓，經(jīng)R7向C9充電，當(dāng)電壓上升到IC1的啟動門限電壓時(shí)，IC1被啟動。小電容C10用作高頻濾波。T3升壓電感器LP3的副繞組LS3兩端的電壓通過V2和電容C9、C10整流濾波后為IC18腳提供輔助電源。LS3和電阻R8為電感電流檢測元件，接IC1的5腳。一旦電感LP3中的電流降到零，被IC1的5腳檢測，零電流檢測器輸出信號，使RS門鎖翻轉(zhuǎn)，驅(qū)動V3導(dǎo)通。電感LP3電流從零增加到峰值時(shí)V3一直導(dǎo)通。
控制V3關(guān)斷由電流敏感比較器來完成。電流敏感比較器由兩路信號控制，一路通過V3源極串聯(lián)的電阻R11用作檢測升壓電感器LP3中的電流，峰值電感電流通過4腳的門限電壓來控制。另一路來自乘法器輸出，乘法器輸出電壓由下式確定VM0＝K·V1M1·V1M2＝K·V1M1·(VEA0-VREF)式中K-乘法器增益；V1M1-在最低交流輸入電壓下，IC1的3腳最高輸入電壓；V1M2＝＝＝VEA0-VREF-乘法器輸入電壓；VEA0-誤差放大器最高輸出電壓；VREF-IC1基準(zhǔn)電壓。
乘法器的輸出VM0控制著電流敏感比較器的門限，當(dāng)AC輸入電壓從零按正弦規(guī)律變化時(shí)，電流敏感比較器的輸出迫使通過V3的峰值電流跟蹤AC輸入電壓的變化軌跡。當(dāng)V3的電流在源極電阻R11上的電壓大于乘法器輸出電壓時(shí)，電流敏感比較器輸出一個(gè)信號進(jìn)入RS門鎖邏輯，使V3關(guān)斷。電感電流由峰值降到零，一旦電感電流降到零，零電流檢測到此狀態(tài)后，又迫使V3導(dǎo)通，電感電流又從零增長到峰值，R11采樣又送到電流敏感比較器，再次使V3關(guān)斷，重復(fù)以上過程。
從以上過程可以看出，IC1的7腳不斷送出開關(guān)信號，V3就不停地“開”和“關(guān)”，在V3導(dǎo)通時(shí)，升壓二極管V4則截止，濾波電容C11通過負(fù)載放電，當(dāng)V3關(guān)斷時(shí)，LP3產(chǎn)生的突變電勢使V4正向偏置而導(dǎo)通，LP3中的能量經(jīng)V4釋放對C11充電。由于V3和V4交替導(dǎo)通，電感LP3中的電流呈高頻鋸齒三角波，其峰值包跡波正比于輸入交流電壓，平均電流則呈正弦波，即電源輸入電流也呈正弦波，該電流與輸入交流電壓基本同相。見圖4。
應(yīng)用APFC功率因數(shù)控制器，能有效地抑制輸入電源電流波形的失真，使系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到幾乎是1的水平。當(dāng)輸入交流電壓在很大(160V-260V)范圍波動時(shí)，APFC可以獲得穩(wěn)定的低紋波400V直流電壓，這一方面可消除和減少瞬態(tài)能量對電子元器件的沖擊，提高了電子鎮(zhèn)流器的可靠性和安全性，另一方面又可保證燈管端電壓和燈電流穩(wěn)定，使燈管光輸出恒定，有利于延長燈管壽命。
為了可靠地驅(qū)動主電路半橋兩個(gè)功率開關(guān)MOSFET，本電子鎮(zhèn)流器設(shè)置的驅(qū)動器滿足下述三個(gè)條件A經(jīng)整形的方波訊號源；B通、斷區(qū)間有一定的死區(qū)時(shí)間；C有足夠的驅(qū)動功率。
為此，本驅(qū)動電路采用TI公司生產(chǎn)的TL494IN型芯片IC3。見圖2、圖5。由EMI另一路交流電壓經(jīng)T1降壓200V/15V，V14橋堆整流，C20濾波，IC2穩(wěn)壓后輸出+12V穩(wěn)定直流電壓為獨(dú)立驅(qū)動器供電。TL494IN在工作時(shí)，其工作頻率僅取決于外接電阻R26、電容C25的數(shù)值，一旦R26、C25固定后，TL494IN輸出信號的工作頻率也就固定不變了。R26、C25分別接6腳和5腳，振蕩頻率由下式確定f=1.1R26·C25]]>驅(qū)動級采用推挽式電路，由電阻R25、R27、R28、V18、V19和T2組成，有很強(qiáng)的驅(qū)動能力和良好的波形，高頻變壓器副繞組分別提供相位相反的電壓脈沖，驅(qū)動主電路半橋兩個(gè)功率開關(guān)管V9、V10交替導(dǎo)通與截止。
電阻R18～R23，V15、V16、V17和C22組成延時(shí)啟動電器，通電后，V16先導(dǎo)通，于是IC3 6腳為低電平，IC3處于高頻低輸出。隨著時(shí)間的延長，C22經(jīng)R18充電使V15導(dǎo)通，V16截止，當(dāng)V16截止時(shí)V17反向截止，IC3 6腳電位上升，IC3按預(yù)置的頻率振蕩輸出。IC3 3腳為脈沖反饋端，與2腳連接后經(jīng)電容C24對地可提高穩(wěn)定度，13腳、14腳和15腳連接后，經(jīng)C23耦合接到4腳，可以提高死區(qū)控制精度?？梢奣L494IN芯片在本電路里僅用了可調(diào)頻率振蕩器、死區(qū)時(shí)間控制、脈沖控制觸發(fā)器及輸出等部分功能。
在圖5中，SQSJKZBJQ為死區(qū)時(shí)間控制比較器，MCKDTJBJQ為脈沖寬度調(diào)制比較器，WCFDQ1為誤差放大器1，WCFDQ2為誤差放大器2，MCKZCFQ為脈沖控制觸發(fā)器。
圖2主電路中V9、V10的漏—源極之間的V11、R14、C15和V12、R15、C16分別組成緩沖保護(hù)電路，在V9、V10關(guān)斷時(shí)用作吸收漏—源極瞬時(shí)峰值電壓并緩沖該電壓的上升速度。V9、V10的柵—源極之間的齊納二極管V5、V6和V7、V8分別背靠背串接在一起，可將柵—源間電壓鉗位，以防止MOSFET的驅(qū)動電壓VGS過高而導(dǎo)致柵—源極擊穿。
啟動電路見圖2，在鎮(zhèn)流器接通電源后，經(jīng)燈啟動電路中的電阻R16、R17對電容C17充電。當(dāng)C17兩端電壓超過V13(SIDAC)的擊穿電壓時(shí)，V13雪崩擊穿而導(dǎo)通，C17通過V13和T4的副邊繞組LS4放電，感生電壓經(jīng)LP4升壓，產(chǎn)生5KV以上的高壓脈沖將燈管啟動。燈引燃后，LP4起鎮(zhèn)流作用。燈啟動之后，C17上的電壓不大于200V，V13被關(guān)斷，不會進(jìn)一步產(chǎn)生高壓點(diǎn)火脈沖。
本實(shí)用新型主要在以下四個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)1、目前國內(nèi)外采用的APFC大功率有源功率因數(shù)控制芯片MC33262，一般應(yīng)用在400W以下的電子鎮(zhèn)流器中，我們將其擴(kuò)展到600W的電子鎮(zhèn)流器中。
2、為了提高工作的可靠性，主電路半橋中兩個(gè)功率開關(guān)MOSFET由獨(dú)立的驅(qū)動器來推動，該驅(qū)動器輸出能提供相位相反的電壓脈沖和足夠的驅(qū)動功率。這樣逆變器工作可靠，工作頻率穩(wěn)定，不受輸入電壓和負(fù)載變化的影響。
3、兩個(gè)MOSFET柵—源和漏—源設(shè)計(jì)了保護(hù)電路，防止MOSFET損壞。
4、燈管啟動電路十分簡單而且工作可靠。
權(quán)利要求1.一種600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述鎮(zhèn)流器有一個(gè)交流輸入端，所述交流輸入端連接瞬態(tài)電壓抑制器，所述瞬態(tài)電壓抑制器連接EMI消電磁干擾濾波器，所述EMI消電磁干擾濾波器連接全波整流器，所述全波整流器連接APFC功率因數(shù)控制器，所述APFC功率因數(shù)控制器連接DC濾波器，所述DC濾波器連接DC/AC半橋逆變器，所述DC/AC半橋逆變器連接啟動器，所述啟動器附有連接高壓鈉燈的輸出端；所述鎮(zhèn)流器還包括另一支路，在EMI消電磁干擾濾波器之后，所述另一支路的連接關(guān)系為AC變壓器、全波整流器、DC穩(wěn)壓器、延時(shí)漸波器、IC驅(qū)動器和推挽放大器依次順序連接，所述推挽放大器的輸出端a、b、c、d分別連接DC/AC半橋逆變器的a、b、c、d端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述鎮(zhèn)流器還有一個(gè)信號反饋分路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1、2所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述信號反饋分路從IC驅(qū)動器接向延時(shí)漸波器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述信號反饋分路為電容C24。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的瞬態(tài)電壓抑制器為壓敏電阻R1；所述的EMI消電磁干擾濾波器為由C1、L1、C2、L2、C3、C4組成的雙π型電路；所述的全波整流器為V1全橋整流電路；所述的APFC功率因數(shù)控制器包括采用MC33262芯片的控制器IC1、功率開關(guān)MOSFET(V3)、升壓電感器LP3、升壓二極管V4、輸出濾波電容C11、C12和反饋環(huán)路；所述控制器IC1外圍電路包括一個(gè)R7C9充電支路，所述的R7C9的公共端連接IC1的8腳，T3升壓電感器LP3的副繞組LS3的一端接地，另一端接V2的正極，所述V2的負(fù)極接IC1的8腳，所述T3升壓電感器LP3的副繞組LS3的一端通過電阻R8與IC1的5腳連接，LS3和電阻R8構(gòu)成電感電流檢測元件，與V3源極串聯(lián)的電阻R11的一端接地，另一端通過R10與IC1的4腳連接，所述IC1的4腳通過電容C8與地連接，V3的柵極通過電阻R9與IC1的7腳連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述IC驅(qū)動器采用TL494IN型芯片IC3，決定IC3工作頻率的電阻R26、電容C25分別連接IC3的6腳和5腳，所述IC驅(qū)動器附有一個(gè)由R25、R27、R28、V18、V19和T2組成的推挽式電路，附有一個(gè)由電阻R18～R23，V15、V16、V17和C22組成的延時(shí)啟動電路，IC3的③腳為脈沖反饋端，3腳與2腳連接后經(jīng)電容C24接地，13腳、14腳和15腳連接后經(jīng)C23耦合接到4腳。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于主電路中V9、V10的漏—源極之間的V11、R14、C15和V12、R15、C16分別組成緩沖保護(hù)電路，V9、V10的柵—源極之間的齊納二極管V5、V6和V7、V8分別背靠背串接在一起。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的啟動器的啟動電路有一個(gè)由電阻R16、R17和電容C17組成的充電支路，還有一個(gè)由C17、V13和T4的副邊繞組LS4組成的放電支路，所述的T4有一個(gè)能夠產(chǎn)生5KV以上高壓脈沖的LP4繞組。
專利摘要一種600瓦高壓鈉燈電子鎮(zhèn)流器,主要特點(diǎn)在于:所述鎮(zhèn)流器有一個(gè)交流輸入端,所述交流輸入端連接瞬態(tài)電壓抑制器,所述瞬態(tài)電壓抑制器、EMI消電磁干擾濾波器、全波整流器、APFC功率因數(shù)控制器、DC濾波器、DC/AC半橋逆變器、啟動器依次順序連接,所述啟動器附有連接高壓鈉燈的輸出端。所述鎮(zhèn)流器還包括另一支路,在EMI消電磁干擾濾波器之后,所述另一支路的連接關(guān)系為:AC變壓器、全波整流器、DC穩(wěn)壓器、延時(shí)漸波器、IC驅(qū)動器和推挽放大器依次順序連接,所述推挽放大器的輸出端連接DC/AC半橋逆變器。所述鎮(zhèn)流器具有節(jié)電、低壓啟動性好、功率因數(shù)高、燈管光輸出穩(wěn)定、提高鈉燈壽命等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H05B41/28GK2517222SQ01269979
公開日2002年10月16日 申請日期2001年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月31日
發(fā)明者郭建 申請人:郭建