專利名稱：應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鎮(zhèn)流器領域，尤其涉及一種應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術：
鎮(zhèn)流器的發(fā)展隨著燈的發(fā)展在不斷地進步。鎮(zhèn)流器分為電子鎮(zhèn)流器和電感式鎮(zhèn) 流器。目前使用的鎮(zhèn)流器多數(shù)為電感式鎮(zhèn)流器，電感式鎮(zhèn)流器的構造比較簡單，只需把一 定匝數(shù)的線圈插入鐵芯并用鐵殼封裝好就可使用，它的缺點是體積和重量大，效率低，基本 在60%左右，功率因數(shù)低，燈電壓波形差，造成燈負載壽命低，還有噪聲和頻閃等問題，這類 鎮(zhèn)流器產(chǎn)品不符合現(xiàn)代社會綠色環(huán)保的要求，屬于將被淘汰的類型。電子鎮(zhèn)流器對提高照 明系統(tǒng)能效和質(zhì)量有明顯優(yōu)勢，是未來發(fā)展的趨勢。電子鎮(zhèn)流器是將工頻(50Hz/60Hz)交 流電變換為較高頻率的交流電，并能使一個或幾個氣體放電燈正常啟動和穩(wěn)定工作的變化 器。現(xiàn)在多數(shù)電子鎮(zhèn)流器為電磁轉(zhuǎn)換方式，拓撲結構較成熟。壓電變壓器作為一種新型的變壓器，是利用極化后的壓電體的壓電效應來實現(xiàn)電 壓輸出的。在壓電變壓器的輸入部分用一個正弦波電壓信號驅(qū)動，通過逆壓電效應使輸入 部分產(chǎn)生振動，振動波通過輸入和輸出部分的機械結構耦合到輸出部分，輸出部分再通過 正壓電效應產(chǎn)生電荷，實現(xiàn)壓電體的電能_機械能-電能的機電能量的二次變換，在壓電變 壓器的諧振頻率下獲得最高輸出電壓。與傳統(tǒng)的電磁變壓器相比，壓電變壓器體積小，重量 輕，無噪聲，無電磁干擾，升壓比大，轉(zhuǎn)換效率高，輸出波形好，無需磁芯和銅線，可節(jié)省有色 金屬材料；同時壓電變壓器自身作為一個優(yōu)良的濾波器，可以將電源輸入級的干擾完全濾 除，輸出一個標準的正弦波，供后級負載使用。應用壓電變壓器的壓電鎮(zhèn)流器作為一種新型的電子鎮(zhèn)流器，在拓撲結構、延長燈 的壽命方面，相比電磁轉(zhuǎn)換方式的電子鎮(zhèn)流器，有較強的優(yōu)勢，為綠色環(huán)保的照明需求提供 了較好的解決方案。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器，壓電變壓器的輸出直接驅(qū)動燈 負載，可以完成點火和正常供電兩種功能，簡化了電子鎮(zhèn)流器電路，并且為輸出燈負載提供 恒功率控制。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器，包 括輸入整流濾波電路，用于輸入電源的整流和濾波；半橋驅(qū)動電路，與所述輸入整流濾波電路連接；半橋開關電路，與所述半橋驅(qū)動電路連接，由所述半橋驅(qū)動電路驅(qū)動；取樣反饋電路，與所述半橋驅(qū)動電路和半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關 電路獲得取樣電壓信號來控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率； 壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路，與所述半橋開關電路連接，用于把所述半橋開關電路輸出的信號轉(zhuǎn)換成壓電變壓器需要的正弦波或者準正弦波信號；壓電變壓器，與所述壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路連接。在本發(fā)明的一個實施例中，所述取樣反饋電路包括第一電阻，與所述半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關電路獲得取樣電壓信 號；第一開關管，與所述第一電阻和半橋驅(qū)動電路連接，所述第一電阻獲得的所述取 樣電壓信號用于控制所述第一開關管的導通或者斷開，以調(diào)節(jié)決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率 的電阻的阻值，從而控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率。進一步地，所述第一開關管是三極管。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述取樣反饋電路包括互感器，所述互感器的主線圈與所述半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關電 路獲得取樣電壓信號；二極管，與所述互感器的副線圈連接；第一開關管，與所述二極管和半橋驅(qū)動電路連接，所述互感器獲得的所述取樣電 壓信號用于控制所述第一開關管的導通或者斷開，以調(diào)節(jié)決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的電 阻的阻值，從而控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率。進一步地，所述第一開關管是三極管。本發(fā)明提供了一個應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器，由于壓電變壓器本身的特性， 在輸出開路狀態(tài)下，電壓會迅速升高，這樣就可以完成對燈負載的點火，當正常負載情況下 又能夠恢復壓電變壓器正常變比的電壓，實現(xiàn)照明燈正常工作所需的工作條件。本發(fā)明的 電子鎮(zhèn)流器整機效率在90%左右，對節(jié)約能源起到很好的作用；本發(fā)明的拓撲結構簡單， 較大限度地減少了壓電變壓器的外圍器件；本發(fā)明通過取樣反饋電路從半橋開關電路獲得 取樣電壓信號來控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率，從而為輸出燈負載提供恒功率控制；此外， 本發(fā)明為燈負載提供了標準的正弦波電壓，延長了燈負載的壽命。
圖1是本發(fā)明的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的原理框圖；圖2是本發(fā)明實施例1的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖；圖3是本發(fā)明實施例2的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖；圖4是本發(fā)明實施例3的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖；圖5是本發(fā)明實施例4的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路具體實施例方式本發(fā)明的主要思想是用壓電變壓器取代傳統(tǒng)的電磁轉(zhuǎn)換式變壓器應用于電子鎮(zhèn) 流器中，圖1是本發(fā)明的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的原理框圖，如圖1所示，為了保 證壓電變壓器的高效轉(zhuǎn)換，在半橋開關電路和壓電變壓器之間連接壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電 路，用于將半橋開關電路的輸出信號轉(zhuǎn)換成壓電變壓器需要的正弦波或準正弦波信號，同 時，本發(fā)明還包括取樣反饋電路，把反應在半橋回路上的電流變化通過取樣反饋電路轉(zhuǎn)換 為對應的電壓變化，并利用該電壓變化來控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率，從而實現(xiàn)輸出燈負載的恒功率控制。下面結合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明技術方案做進一步的詳細描述。圖2是本發(fā)明實施例1的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖，取樣反饋電路與半橋驅(qū)動電路和半橋開關電路連接，用于從半橋開關電路獲得取樣信號來控制半橋驅(qū)動 電路的振蕩頻率。如圖2所示，取樣反饋電路包括第一電阻41和第一開關管。第一電阻 41連接在半橋開關電路的第二開關管22和地之間；第一開關管采用三極管40，三極管40 的基極與第一電阻41連接第二開關管22的連接點連接，三極管40的發(fā)射極和集電極與決 定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第五電阻12并聯(lián)。半橋驅(qū)動電路包括半橋驅(qū)動器集成電路芯 片IR215310，IR2153是VMOS (V型槽金屬氧化物半導體場效應管)和IGBT (絕緣柵雙極晶 體管)柵極驅(qū)動器，它將高壓半橋柵極驅(qū)動電路和一個類似于555時基電路的前端振蕩器 集成在一個8腳芯片上，是一款功能較強、易于使用的功率驅(qū)動IC芯片。半橋驅(qū)動電路的振 蕩頻率由連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片IR215310的第二管腳2和第三管腳3之間的第 四電阻11和第五電阻12以及連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片IR215310的第三管腳3和 第四管腳4之間的第三電容13決定。流過半橋回路上的電流變化，反應在第一電阻41上， 變成相對應的電壓變化，該電壓變化加在三極管40的基極，通過改變?nèi)龢O管40的基極和發(fā) 射極之間的電壓，來控制三極管40的導通和截止，從而實現(xiàn)半橋開關電路電流變化轉(zhuǎn)為三 極管40的通斷變化。當電子鎮(zhèn)流器的輸出電流增大時，反應在半橋回路上的電流也會同步 增大，第一電阻41上的電壓增大，控制三極管40導通，由于三極管40的發(fā)射極和集電極與 半橋驅(qū)動器集成電路芯片1R215310的第二管腳2和第三管腳3之間的第五電阻12并聯(lián)， 三極管40導通引起第五電阻12兩端短路，因此半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率是<formula>formula see original document page 6</formula>，其中，Rll表示第四電阻11，C13表示第三電容13。當電子鎮(zhèn)流器的輸出電流減小時，反應在半橋回路上的電流也會同步減小，第一 電阻41上的電壓減小，控制三極管40截止，因此半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率是<formula>formula see original document page 6</formula>其中，Rll 表示第四電阻 11，R12 表示第五電阻 12，C13表示第三電容13。如上所述，通過第一電阻41上的取樣電壓來控制三極管40的通斷來控制半橋驅(qū) 動電路的振蕩頻率，通過對驅(qū)動電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)達到對輸出燈負載恒功率的控制。圖3是本發(fā)明實施例2的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖，如圖3所示， 取樣反饋電路包括互感器41'、二極管42'和第一開關管。在半橋開關電路的第二開關 管22和地之間連接互感器41'的主線圈，互感器41'的副線圈連接二極管42'的正極； 第一開關管采用三極管40，三極管40的基極與二極管42'的負極連接，三極管40的發(fā)射 極和集電極與決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第五電阻12并聯(lián)。半橋驅(qū)動電路包括半橋驅(qū) 動器集成電路芯片IR215310，半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率由連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片 IR215310的第二管腳2和第三管腳3之間的第四電阻11和第五電阻12以及連接在半橋驅(qū) 動器集成電路芯片IR2153 10的第三管腳3和第四管腳4之間的第三電容13決定。流過 半橋回路上的電流變化，反應在互感器41'上，變成相對應的電壓變化?；ジ衅?1'輸出 的是交流電，所述交流電通過二極管42'進行整流后加在三極管40的基極，通過改變?nèi)龢O 管40的基極和發(fā)射極之間的電壓，來控制三極管40的導通和截止，從而控制半橋驅(qū)動電路 的振蕩頻率，通過對驅(qū)動電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)達到對輸出燈負載恒功率的控制。具體對振蕩頻率的調(diào)節(jié)如上所述。圖4是本發(fā)明實施例3的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖，如圖4所示，取 樣反饋電路包括第一電阻41、第一電容42，第二電阻43、第三電阻44、第二電容45和第一 開關管。在半橋開關電路的第二開關管22和地之間連接第一電阻41，第一電容42與第一 電阻41并聯(lián)，第一開關管是三極管40，三極管40的基極與第一電阻41之間串聯(lián)有第二電 阻43，第三電阻44與第二電容45并聯(lián)，并連接在三極管40的基極與地之間，三極管40的 發(fā)射極和集電極與決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第五電阻12并聯(lián)。第一電容42用于第一 電阻41的取樣電壓信號的濾波，第二電阻43用于限流，第三電阻44用于二次取樣，獲得二 次取樣電壓信號，第二電容45用于二次取樣電壓信號的濾波。半橋驅(qū)動電路包括半橋 驅(qū)動 器集成電路芯片IR2153 10，半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率由連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片 IR2153 10的第二管腳2和第三管腳3之間的第四電阻11和第五電阻12以及連接在半橋 驅(qū)動器集成電路芯片IR2153 10的第三管腳3和第四管腳4之間的第三電容13決定。流 過半橋回路上的電流變化，反應在第一電阻41上，變成相對應的電壓變化，第一電阻41獲 得的取樣電壓信號通過與第一電阻41并聯(lián)的第一電容42濾波后，再通過第二電阻43的 限流，由第三電阻44獲得二次取樣電壓信號并經(jīng)第二電容45進行濾波后，加在三極管40 的基極，通過隨半橋回路上的電流變化而變化的二次取樣電壓信號來改變?nèi)龢O管40的基 極和發(fā)射極之間的電壓，以控制三極管40的導通和截止，從而控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻 率，通過對驅(qū)動電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)達到對輸出燈負載恒功率的控制。具體對振蕩頻率的 調(diào)節(jié)如上所述。圖5是本發(fā)明實施例4的應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器的電路圖，如圖5所示，取 樣反饋電路包括互感器41'、和二極管42'、第二電阻43、第三電阻44、第二電容45和第 一開關管。在半橋開關電路的第二開關管22和地之間連連接互感器41'，互感器41'的 副線圈連接二極管42'的正極，第一開關管是三極管40，三極管40的基極和二極管42'的 負極之間串聯(lián)有第二電阻43，第三電阻44與第二電容45并聯(lián)，并連接在三極管40的基極 與地之間，三極管40的發(fā)射極和集電極與決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第五電阻12并聯(lián)。 第二電阻43用于限流，第三電阻44用于二次取樣，獲得二次取樣電壓信號，第二電容45用 于二次取樣電壓信號的濾波。半橋驅(qū)動電路包括半橋驅(qū)動器集成電路芯片IR2153 10，半橋 驅(qū)動電路的振蕩頻率由連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片IR2153 10的第二管腳2和第三管 腳3之間的第四電阻11和第五電阻12以及連接在半橋驅(qū)動器集成電路芯片IR215310的 第三管腳3和第四管腳4之間的第三電容13決定。流過半橋回路上的電流變化，反應在互 感器41'上，變成相對應的電壓變化?；ジ衅?1'輸出的是交流電，該交流電通過二極管 42'進行整流后通過第二電阻43的限流，由第三電阻44獲得二次取樣電壓信號并經(jīng)第二 電容45進行濾波后，加在三極管40的基極，通過隨半橋回路上的電流變化而變化的二次取 樣電壓信號來改變?nèi)龢O管40的基極和發(fā)射極之間的電壓，以控制三極管40的導通和截止， 從而控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率，通過對驅(qū)動電路振蕩頻率的調(diào)節(jié)來達到對輸出燈負載 恒功率的控制。具體對振蕩頻率的調(diào)節(jié)如上所述。本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器中所采用的壓電變壓器與傳統(tǒng)的小功率器件不同，屬于較大 功率的壓電變壓器，功率從IOW到100W之間，可以滿足普通商業(yè)照明的需求。因此，對壓電 變壓器的轉(zhuǎn)換效率提出較高要求。本發(fā)明的壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路，將半橋開關電路輸出的方波功率信號轉(zhuǎn)換為壓電變壓器需要的正弦波或者準正弦波信號，作為壓電變壓器的輸入信號，保證了壓電變壓器的高效轉(zhuǎn)換。如圖2、圖3、圖4和圖5所示，壓電變壓器輸入 轉(zhuǎn)換電路包括并聯(lián)在壓電變壓器30輸入端的第一電感31，以及串聯(lián)在壓電變壓器30輸入 端的第二電感32和第四電容33。通過電容-電感諧振，壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路將半橋開 關電路輸出的方波功率信號轉(zhuǎn)換為準正弦波功率信號，作為壓電變壓器30的輸入信號，滿 足壓電變壓器的正常輸入要求，將壓電變壓器30上的功耗控制在合理的范圍內(nèi)，從而使壓 電變壓器30的溫升可以得到較好的控制，保證了壓電變壓器30的高效轉(zhuǎn)換，在壓電變壓器 30的輸出端得到燈負載點火、正常供電的電壓和電流，驅(qū)動燈負載正常工作。
需要說明的是，以上所述僅為本發(fā)明較佳的具體實施例，而不是對本發(fā)明技術方 案的限定，任何熟悉該技術的本領域普通技術人員在本發(fā)明所提示的技術范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
一種應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包括輸入整流濾波電路，用于輸入電源的整流和濾波；半橋驅(qū)動電路，與所述輸入整流濾波電路連接；半橋開關電路，與所述半橋驅(qū)動電路連接，由所述半橋驅(qū)動電路驅(qū)動；取樣反饋電路，與所述半橋驅(qū)動電路和半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關電路獲得取樣電壓信號來控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率；壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路，與所述半橋開關電路連接，用于把所述半橋開關電路輸出的信號轉(zhuǎn)換成壓電變壓器需要的正弦波或者準正弦波信號；壓電變壓器，與所述壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路連接。
2.如權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述取樣反饋電路包括第一電阻，與所述半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關電路獲得取樣電壓信號； 第一開關管，與所述第一電阻和半橋驅(qū)動電路連接，所述第一電阻獲得的所述取樣電 壓信號用于控制所述第一開關管的導通或者斷開，以調(diào)節(jié)決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的電 阻的阻值，從而控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率。
3.如權利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述第一電阻連接在所述半橋開關 電路的第二開關管和地之間。
4.如權利要求2或3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述第一開關管是三極管，所述 三極管的基極與所述第一電阻連接，所述三極管的發(fā)射極和集電極與決定半橋驅(qū)動電路振 蕩頻率的第五電阻并聯(lián)。
5.如權利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述取樣反饋電路還包括 第一電容，與所述第一電阻并聯(lián)，用于濾波；第二電阻，連接在所述第一電阻和所述三極管的基極之間，用于限流； 第三電阻，連接在所述三極管的基極和地之間，用于獲得二次取樣電壓信號； 第二電容，與所述第三電阻并聯(lián)，用于濾波。
6.如權利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述半橋驅(qū)動電路包括自振蕩半橋 驅(qū)動器集成電路芯片IR2153，決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第四電阻和第五電阻串聯(lián)，并 連接在所述集成電路芯片IR2153的第二管腳和第三管腳之間，決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻 率的第三電容連接在所述集成電路芯片IR2153的第三管腳和第四管腳之間。
7.如權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述取樣反饋電路包括互感器，所述互感器的主線圈與所述半橋開關電路連接，用于從所述半橋開關電路獲 得取樣電壓信號；二極管，與所述互感器的副線圈連接；第一開關管，與所述二極管和半橋驅(qū)動電路連接，所述互感器獲得的所述取樣電壓信 號用于控制所述第一開關管的導通或者斷開，以調(diào)節(jié)決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的電阻的 阻值，從而控制所述半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率。
8.如權利要求7所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述互感器連接在所述半橋開關電 路的第二開關管和地之間。
9.如權利要求7或8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述第一開關管是三極管，所述 三極管的基極與所述二極管連接，所述三極管的發(fā)射極和集電極與決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第五電阻并聯(lián)。
10.如權利要求9所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述取樣反饋電路還包括 第二電阻，連接在所述二極管和所述三極管的基極之間，用于限流；第三電阻，連接在所述三極管的基極和地之間，用于獲得二次取樣電壓信號； 第二電容，與所述第三電阻并聯(lián)，用于濾波。
11.如權利要求9所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述半橋驅(qū)動電路包括自振蕩半橋 驅(qū)動器集成電路芯片IR2153，決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻率的第四電阻和第五電阻串聯(lián)，并 連接在所述集成電路芯片IR2153的第二管腳和第三管腳之間，決定半橋驅(qū)動電路振蕩頻 率的第三電容連接在所述集成電路芯片IR2153的第三管腳和第四管腳之間。
12.如權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路包括 第一電感、第二電感和第四電容，所述第一電感與所述壓電變壓器的輸入端并聯(lián)，所述第二 電感和第四電容串聯(lián)，并與所述壓電變壓的輸入端串聯(lián)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種應用壓電變壓器的電子鎮(zhèn)流器，包括輸入整流濾波電路；半橋驅(qū)動電路；半橋開關電路；取樣反饋電路，用于從半橋開關電路獲得取樣電壓信號來控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率，從而為輸出燈負載提供恒功率控制；壓電變壓器輸入轉(zhuǎn)換電路，用于轉(zhuǎn)換壓電變壓器需要的正弦波或準正弦波信號；壓電變壓器。進一步，取樣反饋電路包括第一電阻或互感器以及第一開關管，第一電阻或互感器用于獲得取樣電壓信號，取樣電壓信號用于控制第一開關管的導通或者斷開，從而控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率。本發(fā)明拓撲結構簡單，通過控制半橋驅(qū)動電路的振蕩頻率，為輸出燈負載提供恒功率控制，此外，為燈負載提供了標準的正弦波電壓，延長了燈負載的壽命。
文檔編號H05B41/282GK101820713SQ20091007864
公開日2010年9月1日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權日2009年2月27日
發(fā)明者王雪松, 都金龍, 馬生茂 申請人:中國電子為華實業(yè)發(fā)展有限公司