專利名稱：可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，電路中BUCK電路工作在CRM 模式，提高工作效率的同時降低工作溫升，BUCK電路輸出電壓大小可調(diào)，可在一定范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)氣體放電燈的亮度。它提供一個正的伏安特性，使具有負(fù)阻特性的高強(qiáng)度氣體放電燈能穩(wěn)定地工作在某一設(shè)計的工作點上，屬照明電子產(chǎn)品制造的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
“綠色照明”，是美國國家環(huán)保局在20世紀(jì)90年代提出的新概念，是指通過科學(xué)的照明設(shè)計，采用效率高、壽命長、安全和性能穩(wěn)定的照明電器產(chǎn)品(電光源、燈用電器附件、 燈具、配線器材，以及調(diào)光控制設(shè)備和光控器件)，改善和提高人們工作、學(xué)習(xí)、生活的條件和質(zhì)量，從而創(chuàng)造一個高效、舒適、安全、經(jīng)濟(jì)、有益的環(huán)境。高強(qiáng)度氣體放電燈是第三代電光源，具有光效高，壽命長，顯色性好，節(jié)能顯著等特點，正在獲得廣泛的應(yīng)用，是理想的“綠色照明”光源?，F(xiàn)有的高強(qiáng)度氣體放電燈一種方式是使用傳統(tǒng)的電感式鎮(zhèn)流器，不僅體積大，重量重，而且消耗較多的有色金屬，功率因數(shù)低， 控制特性差，不能快速啟動；另一種方式是使用電子鎮(zhèn)流器，多數(shù)是三級結(jié)構(gòu)，其中BUCK部分工作在DCM(電流斷續(xù)導(dǎo)通)模式，這種模式下存在著損耗大的缺點，使鎮(zhèn)流器整體工作溫升比較高，降低了鎮(zhèn)流器的可靠性，且不具備調(diào)光特性。高效可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器較好地克服了目前三級式電子鎮(zhèn)流器的缺點， 重點在電路中BUCK部分進(jìn)行了改進(jìn)，首先BUCK電路工作在CRM模式，降低了工作過程中電感的溫升，提高工作效率的同時提高了鎮(zhèn)流器工作的可靠性；其次BUCK輸出電壓可以調(diào)節(jié)大小，在一定的范圍內(nèi)可以調(diào)整氣體放電燈的亮度。另外電路中的高壓點火電路部分采用的是數(shù)字控制芯片的可控式脈沖點火方式，能夠更好地平穩(wěn)啟動氣體放電燈。
發(fā)明內(nèi)容技術(shù)問題本實用新型的目的是克服現(xiàn)有高強(qiáng)度氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器技術(shù)中的某些不足之處，如電路損耗大、功率因數(shù)低、不可調(diào)光、點火過程不可控等，提供一種保護(hù)功能齊全，工作效率更高，工作溫升更低，工作更加可靠，可調(diào)節(jié)燈亮度的一種高強(qiáng)度氣體放電燈數(shù)字鎮(zhèn)流器。技術(shù)方案為實現(xiàn)這一目的，本實用新型的高效可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器通過下述技術(shù)方案解決該鎮(zhèn)流器中，EMI (電磁干擾)濾波電路、不可控整流電路、APFC(有源功率因數(shù)校正)升壓電路、BUCK(降壓)降壓電路、全橋逆變電路、高強(qiáng)度氣體放電燈順序串聯(lián)連接； APFC升壓電路中電感一路副邊輸出接BUCK降壓電路，經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路作為BUCK降壓電路光電隔離驅(qū)動部分的驅(qū)動電源；APFC升壓電路輸出電壓連接到高壓點火電路點火變壓器原邊；高壓點火電路的兩端接高強(qiáng)度氣體放電燈的兩端，在高強(qiáng)度氣體放電燈啟動過程中，高壓點火電路中的變壓器副邊感應(yīng)出高電壓用來擊穿氣體放電燈；電源供電電路向各部分供電，控制與保護(hù)電路分別連接BUCK降壓電路、全橋逆變電路、高壓點火電路。BUCK降壓電路采用一種可調(diào)整輸出電壓大小，工作在CRM(臨界導(dǎo)電模式)模式的電路；BUCK降壓電路采用的是正置(開關(guān)管與輸入電源的正極相連，下同)BUCK直流變換形式，整個電子鎮(zhèn)流器的每塊電路的地電位都相同，BUCK降壓電路的驅(qū)動部分采用光電隔離，使用APFC升壓電路中電感一路副邊經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路所得的電源作為驅(qū)動的隔離電源，BUCK降壓電路利用電感副邊來進(jìn)行零電流檢測?？刂婆c保護(hù)電路輸出一個開關(guān)量信號控制BUCK降壓電路的開通和關(guān)斷，在故障情況下關(guān)斷BUCK降壓電路輸出，起保護(hù)作用。控制與保護(hù)電路通過一個硬件PWM輸出端口或DA輸出端口輸出一個可調(diào)節(jié)大小的模擬信號控制BUCK降壓電路的輸出電壓，達(dá)到調(diào)整輸出功率，控制氣體放電燈亮度的目的。 控制與保護(hù)電路中的控制芯片使用片內(nèi)具有8位或10位AD、硬件PWM端口、串口或SPI端口、程序存貯器功能的數(shù)字控制芯片，利用片內(nèi)AD檢測BUCK降壓電路輸出電壓與工作溫度，利用串口或SPI端口接收紅外或無線信號，調(diào)節(jié)輸出功率大小。采用控制與保護(hù)電路中數(shù)字控制芯片的I/O端口在氣體放電燈點火過程中發(fā)送點火脈沖，待氣體放電燈成功點亮后或適當(dāng)延時后不再發(fā)點火脈沖。使用兩路相互隔離電源，從APFC升壓電路輸出電壓經(jīng)降壓電路和穩(wěn)壓電路后所得的直流電作為電源供電電路，電源供電電路給每塊電路進(jìn)行供電；電源供電電路和APFC 升壓電路、BUCK降壓電路、全橋逆變電路、高壓點火電路的地電位相同；BUCK降壓電路的驅(qū)動隔離電源利用APFC電感的一路副邊經(jīng)整流與穩(wěn)壓電路得到。BUCK降壓電路采用基于CRM模式且可調(diào)輸出電壓的變換結(jié)構(gòu)，BUCK降壓電路的正電極分別接APFC升壓電路的正電極輸出端和全橋逆變電路正電極輸入端，BUCK降壓電路的負(fù)電極輸入端接APFC升壓電路的負(fù)電極輸出端和全橋逆變電路負(fù)電極輸入端，BUCK降壓電路通過一個高速光耦(如TLP250)或具有自舉能力的芯片來控制開關(guān)管，隔離電源使用APFC升壓電路中變壓器的一路副邊經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路所得的電源。BUCK降壓電路中的電感副邊通過電阻接到BUCK控制器L6561的零電流檢測端，實現(xiàn)電流過零的檢測?？刂婆c保護(hù)電路中的數(shù)字控制芯片通過光耦輸出一個開關(guān)量信號連接BUCK降壓電路控制器中控制芯片工作控制引腳，在故障情況下關(guān)斷BUCK降壓電路輸出，起保護(hù)作用?？刂婆c保護(hù)電路中的數(shù)字控制芯片通過一個硬件PWM輸出端口(或DA端口 )輸出一個可調(diào)節(jié)大小的模擬信號連接在BUCK降壓電路控制器L6561的MULT端口，當(dāng)模擬信號改變，BUCK控制器L6561中的比較電平也將改變，從而能夠調(diào)節(jié)BUCK降壓電路的峰值電流及平均電流，進(jìn)而改變了 BUCK降壓電路的輸出電壓和輸出功率。控制與保護(hù)電路中的數(shù)字控制芯片使用片內(nèi)具有8位或10位AD及程序存貯器功能的單片機(jī)，通過電阻分壓器檢測BUCK降壓電路的輸出電壓，使用副溫度系數(shù)的熱敏電阻檢測環(huán)境溫度，使用單片機(jī)的硬件PWM端口或普通I/O端口輸出兩路互補占空比為50%、頻率可調(diào)為IOHz 400Hz的PWM信號控制全橋逆變芯片，從而很好地避免聲諧振現(xiàn)象?？刂婆c保護(hù)電路中的數(shù)字控制芯片中一路I/O 口用來發(fā)點火脈沖，在氣體放電燈啟動過程中按一定的時間間隔與脈沖寬度發(fā)送高壓點火脈沖，當(dāng)成功啟動氣體放電燈后不再發(fā)點火脈沖。如果所發(fā)點火脈沖達(dá)到一定數(shù)目仍然無法啟動氣體放電燈，不再發(fā)點火脈沖，關(guān)斷BUCK降壓電路及全橋逆變電路。有益效果采用兩級隔離的供電方式，可以很好地限制故障情況下鎮(zhèn)流器的器件損壞范圍；BUCK降壓電路工作在CRM模式，可以減小開關(guān)損耗，提高電路的工作效率；數(shù)字控制芯片對電壓，溫度，電流等進(jìn)行實時檢測，在故障情況下可以關(guān)斷BUCK電路的輸出，保護(hù)功能完善。數(shù)字控制芯片在氣體放電燈穩(wěn)態(tài)運行后提供可調(diào)節(jié)的模擬信號控制BUCK輸出電壓大小，達(dá)到數(shù)字調(diào)光的目的；數(shù)字控制芯片可以接收紅外或無線控制信號，可以實現(xiàn)智能控制等。

圖1是本實用新型的系統(tǒng)連接原理框圖。圖2是本實用新型的APFC升壓電路原理圖。圖3是本實用新型的BUCK降壓電路原理圖。圖4是本實用新型的電源電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步的具體說明。本實用新型一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器由輸入濾波電路1，不可整流電路 2，APFC升壓與功率因數(shù)校正電路3，BUCK降壓電路4，全橋逆變電路5，高壓點火電路6，電源供電電路7，數(shù)字控制與保護(hù)電路8組成；BUCK降壓電路4的正電極分別接APFC升壓電路3的正電極輸出端和全橋逆變電路5正電極輸入端，BUCK降壓電路4的負(fù)電極輸入端接 APFC升壓電路3的負(fù)電極輸出端和全橋逆變電路5負(fù)電極輸入端；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的BUCK降壓電路4采用一種正置的結(jié)構(gòu)，其MOS管的驅(qū)動采用光電隔離，BUCK降壓電路4中的控制器L6561輸出的PWM信號通過高速光耦進(jìn)行隔離，隔離電源取自APFC電路中電感一路副邊經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路所得的電源；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的APFC升壓電路3、BUCK降壓電路4、全橋逆變電路5、 高壓點火電路6、電源供電電路7、數(shù)字控制與保護(hù)電路8都是共地的。電源供電電路7的正極輸入端接APFC升壓電路的輸出端正極，APFC輸出電壓通過降壓電路和穩(wěn)壓電路得到穩(wěn)定的電源作為供電電源，給整個電路的每一部分都進(jìn)行供電；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的APFC升壓電路3中的電感有兩個獨立隔離副邊，一個供升壓電路的控制芯片零電流檢測ZCS使用，另一個經(jīng)過整流和穩(wěn)壓電路后作為BUCK降壓電路4驅(qū)動部分的隔離電源；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的控制與保護(hù)電路8主控制芯片選用片內(nèi)具有8位或10 位AD及程序存貯芯片的單片機(jī)，通過電阻分壓器檢測BUCK電路的輸出電壓，通過檢測電壓的大小判斷數(shù)字鎮(zhèn)流器是否點火成功，外接燈具是否開路，環(huán)境溫度是否符合數(shù)字鎮(zhèn)流器正常工作要求等，同時提供精確計時，通過串口或SPI端口接收控制信號，實現(xiàn)數(shù)字鎮(zhèn)流器多種保護(hù)與控制功能；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的控制與保護(hù)電路8中單片機(jī)通過硬件PWM端口或普通 I/O端口輸出兩路互補占空比為50%，頻率可調(diào)(IOHz 400Hz)的PWM信號控制全橋逆變芯片。在檢測到異常情況下，單片機(jī)通過光耦輸出一個開關(guān)量信號控制BUCK降壓電路4的輸出，關(guān)閉BUCK輸出電壓；本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的控制與保護(hù)電路8中的單片機(jī)通過一個硬件PWM輸出端口(或DA輸出端口)輸出一個可調(diào)節(jié)大小的模擬信號連接在BUCK降壓電路4控制芯片 L6561的MULT端口，來控制BUCK降壓電路4輸出電壓的大小，改變BUCK降壓電路4的輸出電壓和輸出功率，實現(xiàn)氣體放電燈的調(diào)光控制。本實用新型數(shù)字鎮(zhèn)流器中的控制與保護(hù)電路8中的單片機(jī)通過一個I/O端口發(fā)點火脈沖，當(dāng)該I/O 口輸出為高電平時，高壓點火電路6中的MOS管導(dǎo)通，當(dāng)該I/O 口輸出為低電平時，高壓點火電路6中的MOS管關(guān)斷。在氣體放電燈啟動過程中I/O端口按一定時間間隔與脈沖寬度產(chǎn)生高壓點火脈沖。實施例如圖1所示，一種高效可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，包括EMI濾波電路 1，不可控整流電路2，APFC升壓電路3，BUCK降壓電路4，全橋逆變電路5，高壓點火電路6， 電源供電電路7，數(shù)字控制與保護(hù)電路8。工作時APFC升壓電路3將不可控整流電路2直流輸出電壓升到400V左右同時使電路的功率因數(shù)達(dá)到0. 95以上，數(shù)字控制與保護(hù)電路8 發(fā)點火脈沖使得高壓點火電路6中點火變壓器工作并且在副邊得到3 5kV的啟動電壓加在氣體放電燈上。BUCK降壓電路4將400V電壓降到指定數(shù)值，全橋逆變電路5根據(jù)燈具的不同工作時段，輸出10 400Hz的交流方波電壓，防止出現(xiàn)“聲諧振”現(xiàn)象。當(dāng)氣體放電燈處在穩(wěn)定運行后，控制與保護(hù)電路8可以通過PWM輸出端口(或DA輸出端口)輸出一個可調(diào)節(jié)大小的模擬信號連接在BUCK降壓電路4中控制器L6561的MULT端，進(jìn)行調(diào)光控制。 另外，控制與保護(hù)電路8檢測BUCK輸出電壓與環(huán)境溫度，判斷燈具的工作狀態(tài)，提供各種保護(hù)。圖2是本實用新型的APFC升壓電路3，其中電感有兩路副邊，一路副邊供零電流 ZCS使用，另外一路副邊經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路作為BUCK驅(qū)動電路的隔離電源。圖3是本實用新型的BUCK降壓電路4，采用了一種正置的結(jié)構(gòu)，BUCK降壓電路4 采用帶光耦(如TLP250)來做隔離。BUCK降壓電路4通過其電感副邊進(jìn)行零電流檢測ZCS。圖4是本實用新型的電源供電電路7，本實施實例中，電源供電電路7采用一款低功耗的MOS管集成芯片VIP12A做降壓輔助電源。電源供電電路8輸入端正極接APFC升壓電路3輸出端正極，電源供電電路8輸入端負(fù)極接APFC升壓電路3輸出端負(fù)極，APFC輸出電壓通過降壓電路后接穩(wěn)壓電路，從而得到穩(wěn)定的輸出。供電電路7為APFC升壓與功率因數(shù)校正電路3、BUCK降壓電路4、全橋逆變電路5、高壓點火電路6、數(shù)字控制與保護(hù)電路8進(jìn)行供電。
權(quán)利要求1.一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于該鎮(zhèn)流器中，EMI濾波電路(1)、不可控整流電路O)、APFC升壓電路(3)、BUCK降壓電路(4)、全橋逆變電路(5)、高強(qiáng)度氣體放電燈順序串聯(lián)連接；APFC升壓電路(3)中電感一路副邊輸出接BUCK降壓電路，經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路作為BUCK降壓電路(4)光電隔離驅(qū)動部分的驅(qū)動電源；APFC升壓電路(3)輸出電壓連接到高壓點火電路(6)點火變壓器原邊；高壓點火電路(6)的兩端接高強(qiáng)度氣體放電燈的兩端，在高強(qiáng)度氣體放電燈啟動過程中，高壓點火電路(6)中的變壓器副邊感應(yīng)出高電壓用來擊穿氣體放電燈；電源供電電路⑵向各部分供電，控制與保護(hù)電路(8)分別連接BUCK降壓電路⑷、全橋逆變電路(5)、高壓點火電路(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于BUCK降壓電路(4)采用一種可調(diào)整輸出電壓大小，工作在CRM模式的電路；BUCK降壓電路(4)采用的是正置BUCK直流變換形式，整個電子鎮(zhèn)流器的每塊電路的地電位都相同，BUCK降壓電路 ⑷的驅(qū)動部分采用光電隔離，使用APFC升壓電路(3)中電感一路副邊經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路所得的電源作為驅(qū)動的隔離電源，BUCK降壓電路(4)利用電感副邊來進(jìn)行零電流檢測。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于控制與保護(hù)電路(8)輸出一個開關(guān)量信號控制BUCK降壓電路的開通和關(guān)斷，在故障情況下關(guān)斷 BUCK降壓電路(4)輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于控制與保護(hù)電路(8)通過一個硬件PWM輸出端口或DA輸出端口輸出一個可調(diào)節(jié)大小的模擬信號控制 BUCK降壓電路(4)的輸出電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于控制與保護(hù)電路⑶中的控制芯片使用片內(nèi)具有8位或10位AD、硬件PWM端口、串口或SPI端口、程序存貯器功能的數(shù)字控制芯片，利用片內(nèi)AD檢測BUCK降壓電路(4)輸出電壓與工作溫度，利用串口或SPI端口接收紅外或無線信號，調(diào)節(jié)輸出功率大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器，其特征在于使用兩路相互隔離電源，從APFC升壓電路(3)輸出電壓經(jīng)降壓電路和穩(wěn)壓電路后所得的直流電作為電源供電電路(7)，電源供電電路(7)給每塊電路進(jìn)行供電；電源供電電路(7)和APFC升壓電路(3)、BUCK降壓電路⑷、全橋逆變電路(5)、高壓點火電路(6)的地電位相同；BUCK降壓電路⑷的驅(qū)動隔離電源利用APFC電感的一路副邊經(jīng)整流與穩(wěn)壓電路得到。
專利摘要可調(diào)光氣體放電燈電子鎮(zhèn)流器中，EMI濾波電路(1)、不可控整流電路(2)、APFC升壓電路(3)、BUCK降壓電路(4)、全橋逆變電路(5)、高強(qiáng)度氣體放電燈順序串聯(lián)連接；APFC升壓電路(3)中電感一路副邊輸出經(jīng)整流和穩(wěn)壓電路作為BUCK降壓電路(4)光電隔離驅(qū)動部分的驅(qū)動電源；APFC升壓電路(3)輸出電壓連接到高壓點火電路(6)點火變壓器原邊；高壓點火電路(6)的兩端接高強(qiáng)度氣體放電燈的兩端，在高強(qiáng)度氣體放電燈啟動過程中，高壓點火電路(6)中的變壓器副邊感應(yīng)出高電壓用來擊穿氣體放電燈；電源供電電路(7)向各部分供電，控制與保護(hù)電路(8)分別連接BUCK降壓電路(4)、全橋逆變電路(5)、高壓點火電路(6)。
文檔編號H05B41/392GK202103927SQ20112016173
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月18日
發(fā)明者吉宇, 吳曉玉, 王念春, 盛曉東, 趙鴻鑫, 黃星星 申請人:東南大學(xué)