專利名稱：電子觸發(fā)裝置及hid燈的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電子觸發(fā)裝置，尤其涉及一種電子觸發(fā)裝置及HID燈。

背景技術：
HID(高強度氣體放電)燈是一種新型的高效率的電光源，具有較高的發(fā)光效率和接近理想光源(如日光)的色溫，已經廣泛應用于汽車、工商業(yè)及影視舞臺照明等多種場合。
現(xiàn)有技術中，典型的HID燈啟動時的伏安特性如圖1所示，在燈觸發(fā)后，燈電流下降，端電壓上升，呈現(xiàn)負阻特性，需要在供電電網和燈之間接入一個電子鎮(zhèn)流器來限制燈啟動時的沖擊電流。
電子鎮(zhèn)流器的電路框圖如圖2所示，PFC電路為典型的Boost型功率因數校正電路，以提高輸入端的功率因數；DC-DC變換器為Buck型降壓電路，保證燈的平穩(wěn)啟動以及為燈的穩(wěn)態(tài)工作提供恒功率控制；DC-AC變換器為全橋逆變電路，為了抑制燈高頻工作時的聲諧振，輸出一個低頻的交流方波功率信號來驅動HID燈。
在HID燈啟動時，需要用觸發(fā)器在燈兩端施加一個幅值很高的觸發(fā)電壓，使燈中填充的氣體電離放電。
現(xiàn)有技術中的電感式觸發(fā)器的電路結構如圖3所示，當開關S閉合時，交流信號加到第一變壓器T1的原邊，第一變壓器T1的副邊對第六電容C6快速充電，當第六電容C6的電壓達到氣隙開關SG的擊穿電壓時，氣隙開關SG導通，第六電容C6和第二變壓器T2的原邊組成串聯(lián)諧振電路，由于諧振頻率很高，第五電容C5相當于短路，第二變壓器T2的副邊產生的高壓全部加在燈泡的兩個電極之間，使氣體電離放電，實現(xiàn)燈的觸發(fā)。當開關S斷開時，觸發(fā)電路不工作，電子鎮(zhèn)流器輸出一個低頻恒功率信號實現(xiàn)HID燈的穩(wěn)態(tài)工作。
上述現(xiàn)有技術至少存在以下缺點 由于第一變壓器T1工作在低頻狀態(tài)，電感式觸發(fā)器的體積和重量較大，在對體積和重量有特殊要求的中小功率等應用場合，其龐大體積和重量限制電感式觸發(fā)器的應用。此外，當開關S受到干擾多次動作時，燈會出現(xiàn)多次觸發(fā)，這會加速燈的兩個電極的電離損耗，減少了燈的工作壽命。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種重量輕、體積小，且工作狀態(tài)穩(wěn)定的電子觸發(fā)裝置及HID燈。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的 本實用新型的電子觸發(fā)裝置，包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器的副邊與所述第二變壓器的原邊連接，所述第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容，且所述第一變壓器的原邊與所述第一電容之間構成諧振電路，所述諧振電路設有電子開關，所述電子開關連接有開關控制芯片。
本實用新型的HID燈，該HID燈連接有上述的電子觸發(fā)裝置。
由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型所述的電子觸發(fā)裝置及HID燈，由于電子觸發(fā)裝置的第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容，并構成諧振電路，諧振電路設有電子開關，電子開關連接有開關控制芯片，電子開關可以由芯片輸出的高頻脈沖信號控制開關狀態(tài)，進而實現(xiàn)對觸發(fā)器觸發(fā)狀態(tài)的控制。重量輕、體積小，且工作狀態(tài)穩(wěn)定。

圖1為現(xiàn)有技術中的HID燈啟動的伏安特性曲線示意圖； 圖2為現(xiàn)有技術中的電子鎮(zhèn)流器的電氣原理圖； 圖3為現(xiàn)有技術中的電感式觸發(fā)器的電氣原理圖； 圖4為本實用新型的電子觸發(fā)裝置的電氣原理圖； 圖5為本實用新型的電子觸發(fā)裝置第一級等效電路原圖； 圖6為本實用新型的電子觸發(fā)裝置第二級等效電路原圖； 圖7為本實用新型的電子觸發(fā)裝置簡化的第二級等效電路原圖； 圖8為本實用新型的電子觸發(fā)裝置第三級等效電路原圖。
具體實施方式
本實用新型的電子觸發(fā)裝置，其較佳的具體實施方式
如圖4所示，包括第一變壓器T1、第二變壓器T2，第一變壓器T1的原邊接收電壓信號并耦合到副邊；第一變壓器T1的副邊將電壓信號的能量逐級傳遞到第二變壓器T2的原邊，并有第二變壓器T2的副邊輸出觸發(fā)電壓。
具體第一變壓器T1的原邊串聯(lián)有第一電容C1，且第一變壓器T1的原邊與第一電容C1之間構成諧振電路，諧振電路設有電子開關Q，電子開關Q連接有芯片IP，芯片IP通過輸出高頻脈沖信號控制電子開關Q的開關狀態(tài)。
芯片IP接收外部的低頻方波信號(如電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號)，并根據低頻方波信號的電壓高低決定輸出或停止輸出高頻脈沖信號，具體是當低頻方波信號的電壓高于設定的閾值時，芯片IP輸出高頻脈沖信號；當低頻方波信號的電壓低于設定的閾值時，芯片IP停止輸出高頻脈沖信號。
在應用于HID燈的啟動中，當HID燈剛開始啟動時，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號電壓較高，芯片IP輸出高頻脈沖信號，觸發(fā)器工作，輸出觸發(fā)電壓，實現(xiàn)對HID燈的啟動；當HID燈正常工作時，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號電壓較低，芯片IP停止輸出高頻脈沖信號，觸發(fā)器不工作，停止輸出觸發(fā)電壓。
外部的低頻方波信號首先可以通過整流電路整流后再輸入到芯片IP；還可以再通過穩(wěn)壓管降壓電路降壓后輸入到芯片IP。
具體低頻方波信號通過整流電路后，輸出的正極和負極可以分別與第一變壓器T1的原邊與第一電容C1之間構成的諧振電路連接，其中正極與諧振電路之間設有限流電阻R。限流電阻R的值大于4L1/C1，式中L1為第一變壓器T1原邊電感的值；C1為第一電容C1的值。
穩(wěn)壓管降壓電路包括兩個穩(wěn)壓二極管，兩個穩(wěn)壓二極管串聯(lián)之后連接于整流電路輸出的正極和負極之間，兩個穩(wěn)壓二極管之間的連接點與芯片IP的輸入端連接，實現(xiàn)芯片IP輸入電壓的穩(wěn)壓、降壓。
第一變壓器T1的副邊與第二變壓器T2的原邊之間通過半波倍壓整流電路連接，具體半波倍壓整流電路包括第三電容C3、第二電容C2、第一二極管D1、第二二極管D2。其中，第三電容C3與第二變壓器T2的原邊連接形成諧振電路，并在該諧振電路上設有氣隙開關SG；第一二極管D1與第三電容C3并聯(lián)；第二二極管D2連接于第一二極管D1與第三電容C3之間；第二電容C2連接于第一二極管D1與第一變壓器T1的副邊之間。
第三電容C3的容值遠大于第二電容C2的容值，可以大于或等于第二電容C2的容值的10倍。
本實用新型的HID燈，其較佳的具體實施方式
是，該HID燈連接有上述的電子觸發(fā)裝置，實現(xiàn)對HID燈的啟動。
本實用新型HID燈用電子觸發(fā)裝置的工作原理是 當燈未啟動時，電子鎮(zhèn)流器中的DC-AC變換器相當于空載，輸出一個300VRMS的低頻方波交流電壓，該方波交流電壓經過整流后的直流電壓VDC經穩(wěn)壓管降壓后使芯片IC輸出一個高頻驅動脈沖信號控制電子開關Q，當電子開關Q斷開時，直流電壓VDC經限流電阻R，第一變壓器T1的原邊向第一電容C1充電。第一電容C1的初始電壓為零，相當于短路；第一變壓器T1的原邊電感L1的電流初值為VDC/R，由于限流電阻R(1K)比較大，遠大于4L1/C1(L1＝20uH、C1＝0.033u)，故電路為過阻尼振蕩，可以簡化為電容充電電路；當電子開關Q閉合時，第一變壓器T1的原邊和第一電容C1構成串聯(lián)諧振回路，通過磁場耦合將能量傳遞到第一變壓器T1的副邊，由第一二極管D1、第二二極管D2、第二電容C2與第三電容C3構成了一個半波倍壓整流電路，當加在第三電容C3兩端的電壓達到氣隙開關SG的擊穿電壓時，氣隙開關SG導通，第三電容C3和第二變壓器T2的原邊構成串聯(lián)諧振回路，通過磁場耦合將能量傳遞到第二變壓器T2的副邊來觸發(fā)HID燈。
當燈啟動后，進入穩(wěn)態(tài)工作時，燈兩端交流方波電壓很低(＜100VRMS)，經整流并經穩(wěn)壓管降壓后使芯片IC停振，整個觸發(fā)器電路停止工作，由電子鎮(zhèn)流器給HID燈輸出一個低頻交流方波功率信號。
下面對本實用新型的觸發(fā)裝置的理論分析及主要參數的設計方法進行詳細的闡述 為分析簡便，假設時間的起點設置為電子開關Q斷開的瞬間，第一級充電等效電路如圖5所示，其中R為輸入端限流電阻與第一變壓器T1的原邊L1的繞線電阻及第一電容C1的串聯(lián)等效電阻之和。整流后的直流電壓Vin通過R和L1對C1線性充電，C1的端電壓u1呈指數上升，電感L1相當于短路，輸出電壓u3近似為零。在經過時間t之后，其中t0為電子開關Q的斷開時間。
當電子開關Q閉合時，第二級等效電路如圖6所示，其中K1為第一變壓器T1的原邊L1的繞線電阻與第一電容C1的串聯(lián)等效電阻及開關Q的導通電阻之和；R2為變壓器T1的副邊L2的繞線電阻與第二電容C2的串聯(lián)等效電阻之和。實際電路中，R1＜1ohm很小，R2＞100ohm，L1約等于幾十個uH，L2約等于幾十個mH，C1約等于幾十nF，C2約等于幾百個pF，C3約等于幾千個pF，所以第一變壓器T1的原、副邊的兩個二階電路均滿足R2＜4L/C的自由諧振條件，故當開關Q由斷開變?yōu)殚]合狀態(tài)時，C1、L1及R1和C2、L2及R2構成兩個二階串聯(lián)自由諧振電路，電容C1的端電壓初值為u1(t0)，由于C2≤10C3，故圖6所示的等效電路可以進一步簡化為圖7所示的等效電路。
如圖7所示的電路方程如式(1)所示 式(1) 初值為u1(0+)＝u1(t0)，u′1(0+)＝iL1(0+)/C1＝0，u2(0+)＝0，u′2(0+)＝iL2(0+)/C2＝0 當滿足諧振條件(L1C1＝L2C2)時，能量傳輸效率η＝1； 同時，當耦合系數時，輸出電壓u2(t)最大， 實際工程中，常采用n＝1，k＝0.6的耦合變壓器。
第三電容C3上的最大輸出電壓 第三級等效電路如圖8所示，其中R2為第二變壓器T2的原邊L3的繞線電阻及第三電容C3的串聯(lián)等效電阻及氣隙開關SG的導通電阻之和，第一變壓器T1的副邊L2通過倍壓整流電路向電容C3充電，當電容C3的電壓達到氣隙開關SG的飽和擊穿電壓時，SG相當于短路，電容C3、L3及R3構成二階串聯(lián)諧振電路，C4為HID燈兩個電極之間的等效電容，電路方程如式(2)所示 式(2) 同以上分析類似，可以得到要使能量傳輸效率最大，第二變壓器T2的原副邊也需要滿足諧振條件ω3＝ω4即L3C3＝L4C4，為達到最大輸出電壓，耦合系數k＝0.6。
HID燈用觸發(fā)器制作工藝的好壞對整個電路性能的影響很大，在制作過程中，應該合理的確定各個參數值，使之能夠滿足燈的啟動特性要求，同時又能最大限度的延長燈的壽命。根據仿真結果和實驗數據，對本實用新型的HID燈用觸發(fā)器制作過程中，盡量做到 1)電路布線時，盡量縮短各種引線長度，以減小雜散電感和導線電阻的損耗，提高輸出電壓； 2)應使電子開關Q的驅動占空比盡量小(具體實施例的樣機中驅動占空比設為1.3％，頻率14KHz)，使得第一電容C1的端電壓u1盡可能充到輸入電壓的最大值，另外，為減小線路損耗，電容C1和C3應選擇低ESR電阻的高頻電容，(樣機使用WIMA FKP系列聚丙乙烯膜電容，tanδ≤10·10-4@100KHz)； 3)倍壓整流部分中，為達到良好的倍壓效果，第三電容C3的容值應遠大于第二電容C2的容值，(具體實施例的樣機中C3＝1500P，C2＝150P)； 4)為達到良好的升壓效果，應采用有效的絕緣措施，如在第二變壓器T2的原副邊加絕緣套管以及高壓輸出端子之間添加隔離槽防止高壓端放電，最后，整個裝置也應用環(huán)氧絕緣樹脂灌封以進一步提高系統(tǒng)的可靠性。
本實用新型的HID燈用電子觸發(fā)裝置模型，使第一變壓器T1和第二變壓器T2工作在高頻狀態(tài)，極大的降低了整個電路的重量和體積，同時可以根據燈的端電壓大小自動觸發(fā)，不會造成多次觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本實用新型中，還給出了HID燈用觸發(fā)器的分段電路模型及數學分析，使得可以定量的研究其電氣特性。實驗和仿真結果，均證明了本實用新型中理論的正確性。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。
權利要求1、一種電子觸發(fā)裝置，包括第一變壓器、第二變壓器，所述第一變壓器的副邊與所述第二變壓器的原邊連接，其特征在于，所述第一變壓器的原邊串聯(lián)有第一電容，且所述第一變壓器的原邊與所述第一電容之間構成諧振電路，所述諧振電路設有電子開關，所述電子開關連接有開關控制芯片。
2、根據權利要求1所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述芯片的輸入端連接有整流電路。
3、根據權利要求2所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述芯片的輸入端連接有穩(wěn)壓管降壓電路。
4、根據權利要求3所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述整流電路輸出端的正極和負極分別與所述諧振電路連接，所述正極與所述諧振電路之間設有限流電阻。
5、根據權利要求4所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述限流電阻的值大于4L1/C1，式中L1為所述第一變壓器原邊電感的值；C1為所述第一電容的值。
6、根據權利要求5所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述穩(wěn)壓管降壓電路包括兩個穩(wěn)壓二極管，所述兩個穩(wěn)壓二極管串聯(lián)之后連接于所述整流電路輸出的正極和負極之間，所述兩個穩(wěn)壓二極管之間的連接點與所述芯片的輸入端連接。
7、根據權利要求1所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述第一變壓器的副邊與所述第二變壓器的原邊之間通過半波倍壓整流電路連接，所述半波倍壓整流電路包括第三電容，所述第三電容與所述第二變壓器的原邊連接形成諧振電路，并在該諧振電路上設有氣隙開關。
8、根據權利要求7所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述半波倍壓整流電路包括第二電容、第一二極管、第二二極管，所述第一二極管與所述第三電容并聯(lián)；所述第二二極管連接于所述第一二極管與所述第三電容之間；所述第二電容連接于所述第一二極管與所述第一變壓器的副邊之間。
9、根據權利要求9所述的電子觸發(fā)裝置，其特征在于，所述第三電容的容值大于或等于所述第二電容的容值的10倍。
10、一種HID燈，其特征在于，該HID燈連接有權利要求1至9任一項所述的電子觸發(fā)裝置。
專利摘要本實用新型公開了一種電子觸發(fā)裝置及HID燈，電子觸發(fā)裝置包括第一變壓器、第二變壓器，第一變壓器的原邊與第一電容之間構成諧振電路，諧振電路設有電子開關，電子開關連接有芯片。電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號，依次通過整流電路、穩(wěn)壓管降壓電路輸入到芯片。當HID燈剛開始啟動時，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號電壓較高，芯片輸出高頻脈沖信號，觸發(fā)器工作，實現(xiàn)對HID燈的啟動；當HID燈正常工作時，電子鎮(zhèn)流器輸出的低頻方波信號電壓較低，芯片IP停止輸出高頻脈沖信號，觸發(fā)器不工作。使第一變壓器和第二變壓器工作在高頻狀態(tài)，降低了整個電路的重量和體積，同時可以根據燈的端電壓大小自動觸發(fā)，不會造成多次觸發(fā)，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
文檔編號H05B41/288GK201219321SQ20082010914
公開日2009年4月8日 申請日期2008年7月10日 優(yōu)先權日2008年7月10日
發(fā)明者張衛(wèi)平, 強 程 申請人:北方工業(yè)大學