專利名稱：電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種節(jié)能電光源，具體地說，本實用新型涉及用于節(jié)能電光源的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
高強(qiáng)度放電(HID)燈，亦稱為高亮度放電燈或高壓氣體放電燈，是近年比較廣泛使用的新型節(jié)能電光源，常見的有HID燈主要有三種，即汞(蒸氣)燈、鈉燈和金屬鹵化物燈。其中，鈉燈又分為低壓鈉燈(LPS)燈和高壓鈉燈(HPS)燈兩種類型。由于汞燈的光效相對較低，正被HPS燈和金屬鹵化物燈所代替。高頻電子鎮(zhèn)流器在九十年代才開始應(yīng)用于各種應(yīng)急燈、霓虹燈和熒光燈上，但此類電子鎮(zhèn)流器并不能點燃HID燈。因為HID燈要求電子鎮(zhèn)流器在輸出功率、觸發(fā)啟動電壓等均比熒光燈高，所以，它的保護(hù)線路和調(diào)光控制線路的設(shè)計也比較困難。
高頻電子鎮(zhèn)流器是將工頻(50/60HZ)的交流電變換為較高頻率的交流電，并能使一個或多個HID燈正常啟動和穩(wěn)定工作的變換器。其核心是高頻變換電路。典型電路主要由射頻干擾(RFI)與整流濾波電路，功率因數(shù)校正(PFC)升壓型變換電路，DC/AC逆變器電路，輸出諧波電路等組成。
(一)、射頻干擾(RFI)濾波與整流電路HID燈交流電子鎮(zhèn)流器的輸入電路主要由電磁干擾(EMI)濾波和保護(hù)元件所組成。它置于交流電源進(jìn)線與整流電路之間。EMI濾波器一般由電感(L)和電容(C)元件組成，用來阻止鎮(zhèn)流器產(chǎn)生高次諧波反饋到輸入交流電網(wǎng)，以抑制對電網(wǎng)的污染和對電子設(shè)備的干擾。同時也可以防止來自電網(wǎng)的干擾侵入到電子鎮(zhèn)流器。目前抑制EMI的技術(shù)措施有屏蔽、接地(浮地、單點地和接地網(wǎng)等)與濾波。其中，濾波技術(shù)是抑制傳導(dǎo)干擾最有效和最經(jīng)濟(jì)的手段。但傳統(tǒng)的濾波器設(shè)計方法并不適用EMI濾波器。EMI濾波器要求有盡可能寬的阻帶和失配工作條件。除市電工頻外，其它頻率都可看作為有害的干擾頻率。
HID燈交流電子鎮(zhèn)流器輸入電路EMI濾波器有C型(純電容)、L型(一個電感和一個電容)、T型(兩只電感、一個電容)、π型(一個電感和兩只電容)、雙π型(對稱繞在同一磁芯上的兩個電感和兩只電容)等。對于較大功率的電子鎮(zhèn)流器，其輸入電路中的EMI濾波器大多采用以雙π型濾波器為基礎(chǔ)的復(fù)合式混合型結(jié)構(gòu)。目前被廣為采用的EMI濾波器如圖1所示。電子鎮(zhèn)流器的輸入整流電路大多采用橋式整流，未采取功率因數(shù)校正(PFC)措施的電子鎮(zhèn)流器，大多采用電解電容作為濾波器，為高頻逆變器提供直流電源。
為提高電子鎮(zhèn)流器的可靠性與安全性，在其輸入端采取的保護(hù)手段主要有過電壓保護(hù)和過電流保護(hù)。常采用保險絲(FU)作過電流保護(hù)；負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻(RT)作抑制接通電源瞬間的浪涌電流沖擊；壓敏電阻(RV)作瞬態(tài)電壓抑制器。
(二)、功率因數(shù)校正(PFC)電路線路功率因數(shù)在HID燈交流電子鎮(zhèn)流器中是一個非常重要的技術(shù)指標(biāo)。功率因數(shù)校正(PFC)也稱諧波濾波，主要分為無源PFC(PPFC)和有源PFC(APFC)兩種。
電子鎮(zhèn)流器的PPFC電路中不含有有源元件，全部由電容、二極管、電感和電阻等無源元件連接而成。目前比較流行的PPFC典型電路主要有無源諧波濾波逐流電路和高頻能量反饋式無源諧波濾波電路。無源諧波濾波逐流電路的原理是基于電子鎮(zhèn)流器輸入端的電源電流追逐電源電壓瞬時變化軌跡。實現(xiàn)方法是降低輸出直流電壓，在每一個半周期內(nèi)，將交流輸入電壓高于直流輸出電壓的時間拉長，整流二極管的導(dǎo)通角就可以增大，電源電流過零的死區(qū)時間則縮短。高頻能量反饋式無源諧波濾波電路是一種利用高頻能量控制電容充電過程的PPFC網(wǎng)絡(luò)。電子鎮(zhèn)流器采用PPFC電路只需很少的無源元件，比較適合于價廉物美的產(chǎn)品。雖然PPFC電路可以將系統(tǒng)的功率因數(shù)提高到0.95以上，但大部分PPFC電路對輸入電源電流的諧波抑制遠(yuǎn)達(dá)不到L級畸變的水平，燈電流波峰比高于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定(≤1.7)要求。故從技術(shù)水平上看，PPFC是難以與APFC電路相媲美的。當(dāng)PPFC電路的復(fù)雜程度和成本與APFC電路相接近時，顯然人們會選用APFC技術(shù)。開發(fā)新一代的PPFC電路，應(yīng)從它的高性價比著手。且必須借助于先進(jìn)的電子鎮(zhèn)流器綜合參數(shù)測量儀和諧波分析系統(tǒng)。
有源功率因數(shù)校正(APFC)電路與PPFC電路的主要不同點是除了使用無源元件外，還采用了晶體管和專用集成電路(ASIC)。APFC電路置于橋式整流器與濾波用電容之間，實際上是一種DC-DC變換器。APFC變換器電路主要有升壓、降壓、升壓-降壓和回掃四種類型。由于升壓型APFC電路在一定的輸出功率下可以減小輸出電流，因而可以減小濾波電容的電容值和體積，故在電子鎮(zhèn)流器中被廣泛采用。如圖2所示。升壓電感器電流可工作于斷續(xù)模式、不定頻率，峰值電流控制型APFC預(yù)調(diào)整器在300W以下的電子鎮(zhèn)流器中應(yīng)用比較常見。峰值電流控制APFC變換器可以通過控制其工作頻率、電流、電感扼流圈電流等進(jìn)行控制。隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，使由分立元件設(shè)計的APFC電路集成化成為可能。20世紀(jì)80年代中期，西門子公司率先推出電子鎮(zhèn)流器和開關(guān)電源用的APFC控制IC，如TDA4812、TDA4862等。目前，比較有代表性的APFC控制器IC有美國硅通(Silicon General)公司1992年公布的APFC控制器SG3561A，韓國三星公司的KA7542，摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC34261/MC34262等。
APFC預(yù)調(diào)整器應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器的作用有一是有效地抑制了電源的波形失真，完全可以達(dá)到并可遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于L級低畸變指標(biāo)要求；二是能將系統(tǒng)功率因數(shù)提高到幾乎是1的水平；三是輸出低紋波的直流電壓，能確保鎮(zhèn)流器配接的燈管電流波峰系數(shù)小于1.7；四是當(dāng)輸入交流電壓在較大范圍內(nèi)波動時，可以獲得穩(wěn)定的直流電壓，減小了瞬態(tài)能量對電子元器件的沖擊，提高了電子鎮(zhèn)流器的可靠性與安全性，同時可以保證管燈電壓和燈電流穩(wěn)定。本實用新型所采用的APFC技術(shù)是摩托羅拉公司生產(chǎn)的MC34262，其價值和效果都非常出色。
(三)、高頻變換器電路交流電子鎮(zhèn)流器中的逆變器電路，也稱高頻變換電路，是電子鎮(zhèn)流器電路中最基本同時也是最重要的部分。電子鎮(zhèn)流器逆變器電路是一個DC/AC電源變換器，其功能主要是產(chǎn)生30KHZ以上的高頻電壓和電流。對于100W以上的HID燈，尤其是較大功率的HID燈，往往不再采用自激式振蕩電路，而是采用他激式高頻變換電路。在他激式逆變電路中，用作開關(guān)的功率晶體管，其驅(qū)動信號由專門的脈沖產(chǎn)生器及驅(qū)動電路提供。HID燈電子鎮(zhèn)流器高頻變換器大多都是利用單獨脈沖產(chǎn)生器及驅(qū)動電路驅(qū)動。脈沖產(chǎn)生及控制電路可以利用開關(guān)電源用脈寬調(diào)制(PWM)控制IC。如UC3842等。HID燈中較有代表性的控制IC有UCC3305，它是一塊單片控制IC，可用于直流供電燈的控制，也可用在交流供電的HID燈。UCC3305具有HID燈要求的啟動、控制和保護(hù)功能。主輸出可推動半橋式和全橋式逆變功率級電路。常用自由振蕩IC直接驅(qū)動MOSFET。高壓高速自振蕩MOS柵極半橋驅(qū)動器IC，就是為專門驅(qū)動功率開關(guān)MOSFET或IGBT而設(shè)計的一種專用集成電路(ASIC)。常用的有美國國際整流(IR)公司在90年代初推出的高壓高速自振蕩MOS柵極半橋驅(qū)動器IC IR2151、IR2152等，意法半導(dǎo)體(ST)公司生產(chǎn)的電子鎮(zhèn)流器用高壓高速自振蕩MOS柵極半橋驅(qū)動器ICL6574。
(四)輸出驅(qū)動電路其基本類型主要有回掃式逆變器、推挽式逆變器、半橋式逆變器和全橋式逆變器等幾種。回掃式逆變器電路一般采用低壓直流電源供電，主要用在4～13W的手提燈、應(yīng)急燈等，不適宜用在HID燈。全橋式逆變器電路需要4個功率開關(guān)晶體管，在不增加晶體管電流的情況下，其輸出電壓可以增加一倍。比較適合用于電壓較高的熒光燈電子鎮(zhèn)流器中。其中，半橋式逆變器中的電壓饋電半橋式逆變器最為流行，如圖3所示。常用作開關(guān)輸出的有西子公司的BIP304型IGBT等。在由分立元件組成的典型電壓饋電半橋式逆變電路中，兩只功率開關(guān)器件依靠脈沖變壓器來驅(qū)動。這種逆變器電路不能自啟動，必須依靠由電容、電阻、雙向二極管等組成的啟動電路提供觸發(fā)脈沖才能引起振蕩。用兩只功率晶體管既作開關(guān)，同時也是振蕩元件。這種逆變器的開關(guān)時間參數(shù)和增加調(diào)光控制等附加功能已難令人滿意。自振蕩半橋IC的出現(xiàn)，可以很好地克服以上弊端。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種適用于高強(qiáng)度放電燈的電子鎮(zhèn)流器。
根據(jù)本實用新型的一種電子鎮(zhèn)流器，包括一個單片總處理器，其特征在于，能作開路及短路保護(hù)，并且可調(diào)光控制；其開路與短路保護(hù)是由光耦合作檢測，然后推動晶體管，最后輸送到單片微處理器的中斷腳上。
其中調(diào)光控制是由單片微片理器的輸出脈沖波的頻率與時間控制；其短路檢測電路是按電燈輸出點作檢測的；其開路檢測電路是由高頻高壓整流，再經(jīng)光耦合管作檢測的。


通過
以下結(jié)合附圖的說明，本實用新型將變得更加清晰。附圖中圖1是射頻干擾濾波與整流電路；圖2是功率因數(shù)校正電路；圖3是高頻變換器電路和輸出驅(qū)動電路；
圖4是調(diào)光控制電路；圖5是短路保護(hù)電路；圖6是開路保護(hù)電路。
圖7單片微處理器控制電路。
具體實施方式
(一)調(diào)光電路為適應(yīng)環(huán)境及個人工作的需要，通常要對燈的亮度進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)的利用調(diào)壓技術(shù)通過調(diào)節(jié)燈管兩端的電壓實現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)是不實際的，利用PWM技術(shù)調(diào)節(jié)通過燈管的電流可以進(jìn)行燈光調(diào)節(jié)，但必須注意電路中的磁平衡。通過控制電子鎮(zhèn)流器控制IC自帶的調(diào)節(jié)功能引腳，可以很好地實現(xiàn)燈光調(diào)節(jié)。如圖4所示電路為調(diào)光電路。來自驅(qū)動電路的高頻電壓經(jīng)電容C3、變壓器T2耦合，D2、C5整流濾波后，調(diào)節(jié)R1阻值，即可調(diào)節(jié)流經(jīng)的C-E極電流，從而可改變T2初級繞組的壓降，該電壓經(jīng)T2反饋到次級，經(jīng)D5、D6、R4、C4整流濾波后送到可調(diào)光控制IC的引腳，通過改變該引腳的電壓來實現(xiàn)調(diào)光。
(二)短路保護(hù)電路如圖5所示為短路保護(hù)電路。HID燈正常工作時，來自燈管一端的高壓經(jīng)電阻R2限流，D1整流后使Q1導(dǎo)通，U1的光電轉(zhuǎn)換器工作，R3輸出一低電平到APFC電路，APFC正常工作。當(dāng)HID燈因某種原因使兩端短路時，其兩端電壓為零，晶體管Q1截止，光電耦合器U1不工作，R3輸出高電平，使APFC電路不工作，振蕩器停振，主要電路無高壓輸出，從而使鎮(zhèn)流器得到了有效的保護(hù)。
(三)開路保護(hù)電路如圖6所示為開路保護(hù)電路。當(dāng)HID燈正常工作時，其燈管兩端電壓較低，經(jīng)電阻R5、電容C3、二極管D1、D2、電容C1整流濾波后，因其電壓較低，不足以使二極管D3擊穿導(dǎo)通，光電耦合器U1、晶結(jié)管Q1均不工作。當(dāng)HID燈管被人為取開或因故障不能啟動時，其兩端電壓較高，高頻電壓經(jīng)R5、C3、D1、D2、C2等整流濾波，達(dá)到D3擊穿電壓時，如果燈管仍未點亮，則D3導(dǎo)通，光電耦合器U1工作，經(jīng)電容C2延時后晶體管Q1飽和導(dǎo)通，其集電極C-發(fā)射極E的極間電壓近似為零，并將APFC控制IC的引腳電壓短接到地，APFC電路同樣不工作，關(guān)斷輸出高壓，保護(hù)了鎮(zhèn)流器電路。電容C2在此處的延時主要是防止通電時的瞬間高壓仍起的誤保護(hù)。
(四)單片微處理器控制電路單片微處理器控制電路如圖7所示。輸出腳42與43接至晶體管Q7和Q8的基極B，當(dāng)輸出腳42和43為低電壓時，晶體管Q7和Q8的集電極C有高電壓輸出，從而可推動如圖4顯示的T1及T2。圖7中的高與低分別接至圖4的T1和T2的輸入端，因此該單片微處理器可取替ICL6574。而且該單片微處理器也可根據(jù)輸出的脈沖波形對高強(qiáng)度放電燈作調(diào)光控制。
圖1所示射頻干擾流波與整流電路能將將200伏特交流電波轉(zhuǎn)變成大約300伏特的直流，然后通過如圖2所示的功率因數(shù)校正電路作升壓及功率因數(shù)校正，就能得到大約400伏特的直流作輸出推動用途，輸出電路按照圖3的高頻變換器電路和輸出驅(qū)動電路，其中的ICL6574就用單片微處理器代替，詳細(xì)連接如圖7所示。
圖7中所U4是保護(hù)輸入介面，其保護(hù)信號是由圖5的短路保護(hù)電路與圖6的開路保護(hù)電路檢測，輸送到圖7中的U4，再輸動晶體管Q6，將信號送往單片微處器的中斷腳14上，以而單片微處理器，停止對晶體管Q8與晶體管Q7的脈沖波輸出，以達(dá)到保護(hù)作用。
權(quán)利要求1.一種電子鎮(zhèn)流器，包括一個單片總處理器，其特征在于，能作開路及短路保護(hù)，并且可調(diào)光控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于其開路與短路保護(hù)是由光耦合作檢測，然后推動晶體管，最后輸送到單片微處理器的中斷腳上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于其中調(diào)光控制是由單片微片理器的輸出脈沖波的頻率與時間控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于其短路檢測電路是按電燈輸出點作檢測的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于其開路檢測電路是由高頻高壓整流，再經(jīng)光電耦合管作檢測的。
專利摘要本實用新型涉及一種電子鎮(zhèn)流器，包括一個射頻干擾濾波與整流電路，一個功率因數(shù)校正電路，一個高頻變換電路，一個輸出驅(qū)動電路，一個調(diào)光控制電路，一個短路保護(hù)電路，一個開路保護(hù)電路，一個單片微處理器控制電路，用于推動各類高強(qiáng)度放電燈之用，其特征在于，所述電子鎮(zhèn)流器能經(jīng)由單片微處理器作多種工作頻率的操作，并且，所述電子鎮(zhèn)流器可透過開路與短路保護(hù)線路作保護(hù)作用，并且所述電子鎮(zhèn)流器能透過單片微處理器作調(diào)光控制。
文檔編號H05B41/38GK2620960SQ0324407
公開日2004年6月16日 申請日期2003年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月15日
發(fā)明者翟炳權(quán), 黎周成, 蘇廷弼, 余建寧 申請人:智匯節(jié)能系統(tǒng)有限公司