專利名稱：高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高強度氣體放電燈用電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
高強度氣體放電燈具有光效高、壽命長、功率大、價廉等很多優(yōu)點，特別適用于車 站、碼頭、廣場、道路交通等需要大功率、大面積照明的地方，是目前大功率、大面積照明的 優(yōu)選電光源。但是，傳統(tǒng)的電感鎮(zhèn)流器功率因數(shù)很低，無功損耗巨大，而一般的電子鎮(zhèn)流器 功率因數(shù)也不高(PF<0. 98)，諧波含量(THD)也超標(biāo)(THD > 10%)，雖然目前有些電子鎮(zhèn) 流器采用單片機進行了恒功率控制，然而卻存在著電路復(fù)雜，可靠性較差和價格偏高等諸 多缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種電路簡單、成本低、維護方便的高功率 因數(shù)(PF > 0. 99)、低諧波含量(THD < 10% )、能實現(xiàn)恒功率輸出的電子鎮(zhèn)流器。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，包 括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振蕩驅(qū)動 電路、諧振電路和保護電路；該功率因數(shù)校正及升壓電路與濾波整流電路的輸出端耦接； 輔助電源電路與功率因數(shù)校正及升壓電路連接，用于分別向采樣電路、保護電路和振蕩驅(qū) 動電路提供直流電；采樣電路的輸入端與功率因數(shù)校正及升壓電路耦接，用于采集功率因 數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號以及高強度氣體放電燈的燈電流信號；逆變電路與采樣 電路的第一輸出端耦接；振蕩驅(qū)動電路和諧振電路均與逆變電路耦接；保護電路分別與功 率因數(shù)校正及升壓電路和振蕩驅(qū)動電路耦接；該電子鎮(zhèn)流器還包括一恒功率控制電路，該 恒功率控制電路與保護電路耦接；該恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電路和 供電電路；磁放大器的初級繞組與諧振電路串聯(lián)，該磁放大器的控制繞組的一端與磁放大 器控制電路耦接，另一端與供電電路耦接；采樣電路的第二輸出端輸出一與采樣的燈電流 成正比的控制電信號，磁放大器控制電路根據(jù)該控制電信號，控制流過控制繞組的直流電 流相對于燈電流成反比例變化。本發(fā)明利用了磁放大器組成恒功率控制電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，且成本低廉，可靠性高。


圖1是本發(fā)明高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的原理框圖；圖2是本發(fā)明的恒功率控制電路的原理框圖；圖3是本發(fā)明高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的電路圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做出進一步說明。參考圖1，本發(fā)明的高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，包括濾波整流電路 1、功率因數(shù)校正及升壓電路2、輔助電源電路3、采樣電路4、逆變電路5、恒功率控制電路7、 諧振電路8、振蕩驅(qū)動電路9和保護電路11。其中，整流濾波電路1用于將輸入的市電整流 為脈動直流電，并平滑濾波。功率因數(shù)校正及升壓電路2與濾波整流電路1的輸出端耦接， 用于提高電路的功率因數(shù)。輔助電源電路3與功率因數(shù)校正及升壓電路2連接，用于分別 向采樣電路4、振蕩驅(qū)動電路9和保護電路11提供直流電。采樣電路4的輸入端與功率因 數(shù)校正及升壓電路2耦接，用于采集功率因數(shù)校正及升壓電路2的輸出電壓信號和高強度 氣體放電燈的燈電流信號。逆變電路5與采樣電路4的第一輸出端耦接，用于將輸入的直 流電壓轉(zhuǎn)為高頻方波電壓。諧振電路8和振蕩驅(qū)動電路9均與逆變電路5耦接。諧振電路 8與高強度氣體放電燈連接，向高強度氣體放電燈提供點火電壓。保護電路11分別與功率 因數(shù)校正及升壓電路2、恒功率控制電路7和振蕩驅(qū)動電路9耦接。在圖3所示出的本發(fā)明 的一種實施方式中，逆變電路5采用了半橋逆變電路，振蕩驅(qū)動電路9用于驅(qū)動和控制半橋 逆變電路的兩個開關(guān)管交替導(dǎo)通和截止。為了消除半橋逆變電路的磁偏現(xiàn)象，可在逆變電 路5與諧振電路之間8之間設(shè)置一隔直流電路6，隔直流電路6的輸入端與半橋逆變電路耦 接，輸出端與諧振電路8耦接。本發(fā)明的逆變電路5還可采用全橋逆變電路，當(dāng)采用全橋逆 變電路時，則可以不設(shè)置隔直流電路。如圖2所示，恒功率控制電路7進一步包括磁放大器71、磁放大器控制電路72和 供電電路73。該磁放大器71的初級繞組與諧振電路8串聯(lián)，磁放大器71的控制繞組的一 端與磁放大器控制電路72耦接，另一端與供電電路73耦接。采樣電路4的第二輸出端輸 出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號，磁放大器控制電路72根據(jù)該控制電信號，控制 流過磁放大器71的控制繞組的直流電流相對于上述燈電流成反比例變化。圖3是本發(fā)明高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器的一個具體實施方式
的 電路圖。如圖所示，交流市電由輸入端N、L輸入，通過熱敏電阻NTC1、壓敏電阻Rv抑制浪 涌電壓、電流后，經(jīng)電容器Cl、電感器Li、電容器C2、C3、C4組成的高通濾波器濾波，再經(jīng)全 橋整流器D1-4整流后成為脈動直流，該脈動直流經(jīng)電容器C5進一步高頻濾波。功率因數(shù)校正及升壓電路2主要包括APFC (Active Power Factor Correction) 控制芯片IC1、電感器L2、場效應(yīng)管G1、二極管D8和電容器C11，該功率因數(shù)校正及升壓電 路2可進行有源濾波、功率因數(shù)校正、升壓和低頻濾波，從而輸出平滑、穩(wěn)定的直流電壓供 逆變電路5使用。其中，場效應(yīng)管Gl在APFC控制芯片ICl的控制下進行導(dǎo)通和截止，從而 達到提高功率因數(shù)的目的。在輸入為160-265V的交流電壓下，電容Cll所輸出的直流電壓 在400V左右。輔助電源電路3主要包括兩個三端穩(wěn)壓芯片IC4、IC5。三端穩(wěn)壓芯片IC4輸出15V 的直流電壓，供給保護電路11中的運算放大器Al、半橋逆變電路驅(qū)動控制芯片IC2。三端 穩(wěn)壓芯片IC5輸出5V的直流電壓，供給采樣電路4和運算放大器Al的偏置電路。在本發(fā) 明中，采樣電路4優(yōu)選采用一霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3，該霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3 的輸入端IN采集功率因數(shù)校正及升壓電路2的輸出電壓信號高強度氣體放電燈的燈電流 信號，輸出端OUTl (即采樣電路的第一輸出端)輸出一直流電壓供逆變電路5使用；輸出端
50UT2(即采樣電路的第二輸出端)輸出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號，該電信號 被送到保護電路11中的運算放大器Al的同相輸入端進行放大。逆變電路5主要包括場效應(yīng)管G2、G3、二極管D12、D13、電容器C22、C23以及隔離 變壓器TBI。半橋逆變電路5在振蕩驅(qū)動電路9的驅(qū)動下工作。振蕩驅(qū)動電路9主要包括 半橋逆變電路驅(qū)動控制芯片IC2以及由Q1、Q2、Q3和Q4組成的圖騰柱式驅(qū)動電路。在本發(fā) 明的一實施方式中，半橋逆變電路驅(qū)動控制芯片IC2采用了型號為TL494的集成電路芯片， 該款芯片的原設(shè)計為脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源使用，但脈寬調(diào)制必然會大大增大波峰比(即 峰值電流和有效值電流之比)，而波峰比在電光源上是有嚴格限制的。因此，申請人在實際 應(yīng)用時取消了脈寬調(diào)制的功能，只使半橋逆變電路驅(qū)動控制芯片IC2輸出具有一定死區(qū)時 間、相位差180°的二路驅(qū)動信號，再經(jīng)由圖騰柱式驅(qū)動電路由隔離變壓器TBl驅(qū)動場效應(yīng) 管G2和G3。在其它實施方式中，也可采用半橋逆變電路專用驅(qū)動器芯片，如IR2155等驅(qū)動 半橋逆變電路。隔直流電路6由電容器C24構(gòu)成。恒功率控制電路7的磁放大器71的初級繞組L4-1與由鎮(zhèn)流線圈L5和電容器C28 組成的諧振電路8串聯(lián)，并在電容器C28上輸出功率，點亮高強度氣體放電燈。磁放大器控 制電路72包括NPN晶體管Q5、NPN晶體管Q6、PNP晶體管Q7、電阻R32、R33、R34、R35。NPN 晶體管Q5的基極經(jīng)二極管D17和電阻R38與保護電路11中的運算放大器Al的輸出端耦 接，NPN晶體管Q5的基極輸入電壓大小與霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端0UT2(采 樣電路4的第二輸出端)輸出的控制電信號大小成正比，集電極與NPN晶體管Q6的基極耦 接，發(fā)射極接地。NPN晶體管Q6的集電極與PNP晶體管Q7的基極耦接，發(fā)射極與PNP晶體 管Q7的集電極共接后接地；電阻R32的一端與NPN晶體管Q5的基極耦接，另一端接地。電 阻R33的一端與NPN晶體管Q6的基極耦接，另一端接地。電阻R35的一端與NPN晶體管Q6 的基極耦接，另一端與電阻R36串接后與磁放大器的控制繞組L4-2的一端耦接，磁放大器 的控制繞組的L4-2的另一端與PNP晶體管Q7的發(fā)射極耦接。電阻R34跨接在NPN晶體管 Q6的集電極與PNP晶體管Q7的發(fā)射極之間。恒功率控制電路7的供電電路73包括輔助繞 組L5-2、橋式整流電路D24-27、熱敏電阻NTC2、電容器C25、C27、瞬變抑制二極管D14、濾波 電感L5-3、電阻R65和三端穩(wěn)壓芯片IC6。輔助繞組L5-2從鎮(zhèn)流線圈L5取電，經(jīng)整流、濾 波、穩(wěn)壓后向控制繞組L4-2供電。工作時，由于高強度氣體放電燈的負阻效應(yīng)或者調(diào)換燈管等情況，假設(shè)高強度氣 體放電燈的阻抗變低，其燈電流必然增大，霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端0UT2輸出 的控制電信號必然增大，致使運算放大器Al的同相端輸入電壓上升，運算放大器Al的輸出 端電位也上升，NPN晶體管Q5的基極輸入電壓增加，使NPN晶體管Q5的導(dǎo)通量增大，而NPN 晶體管Q6的導(dǎo)通量減小，PNP晶體管Q7的導(dǎo)通量也減小，通過磁放大器的控制繞組L4-2 的直流電流減小，導(dǎo)致磁放大器的初級繞組L4-1的電感量增加，使燈電流減小，電容器C28 的輸出功率減小，反之亦然，這樣就達到了恒功率控制的目的。當(dāng)電容器Cll輸出的電壓如 增大時，霍爾閉環(huán)直流電流傳感器L3的輸出端OUTl輸出的電壓信號也增大，由可變電阻器 W3取出的電壓信號增大，同時通過或門電路(由DlO和Dll組成)加到運算放大器Al的 同相端，其工作過程如同上述。這種電路的突出優(yōu)點是簡單、可靠、價格低廉。保護電路11包括主要由運算放大器A3、A4組成窗口檢測電路以及主要由運算放 大器A2構(gòu)成、實現(xiàn)亮關(guān)暗開的自控電路。上述窗口檢測電路可實現(xiàn)過壓、欠壓、過流、燈異常等保護，其工作原理是當(dāng)過流時，二極管D9的輸出電壓必然增大，導(dǎo)致運算放大器A3同 相端的電位增大，其輸出信號使可控硅SCR導(dǎo)通，整機停止工作。過電壓，燈異常等保護工 作原理與此大致相同。當(dāng)輸入電壓的下限超出窗口檢測電路的下限時，運算放大器A4的輸 出觸發(fā)可控硅SCR，整機也停止工作。這種自鎖式保護的好處是一旦線路有故障，即自鎖，可 靠地保護了電子鎮(zhèn)流器和燈管。自控電路的工作原理是，黎明后光照增加，光敏電阻RD的 阻值減小，當(dāng)運算放大器A2同相端的電位高于反相端時，其輸出高電位，使NPN晶體管Q8、 Q9導(dǎo)通，輔助電源電路3失壓不工作，整機處于關(guān)閉狀態(tài)，燈不亮。當(dāng)黃昏到來，光敏電阻 RD的阻值增加，使運算放大器A2同相端的電位低于反相端的設(shè)定電位時，運算放大器A2輸 出低電位，NPN晶體管Q8、Q9截止，APFC控制芯片ICl啟動，輔助電源電路3輸出電壓(同 時功率因數(shù)校正及升壓電路2也進入正常工作狀，輸出400V電壓)，半橋逆變電路驅(qū)動控制 芯片IC2工作，驅(qū)動場效應(yīng)管G2和G3。在實際應(yīng)用中，運算放大器A1、A2、A3、A4是集成在 一集成電路芯片IC3上。如果將光敏電阻Rd換成熱敏電阻Rt，則可實現(xiàn)過熱保護，工作原 理與上述相同。為了節(jié)約電源，本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器還設(shè)有一計時電路10，計時電路10耦接于磁放 大器控制電路72，用于在計時時間達到一預(yù)定的時間時，使磁放大器控制電路72控制流過 控制繞組L4-2的直流電流為零。該計時電路10主要由一計時芯片IC7組成，計時芯片IC7 由輔助電源電路3供電。當(dāng)黃昏到來，NPN晶體管Q9關(guān)閉，功率因數(shù)校正及升壓電路啟動， 因APFC控制芯片ICl的VCC端(8腳)得電，APFC控制芯片ICl芯片啟動，產(chǎn)生400V高壓 及輔助供電電壓，使電子鎮(zhèn)流器的其它電路部分得電而工作。工作后計時芯片IC7即開始 計時，到達設(shè)定的時間(如6-8小時)后，計時芯片IC7的3腳輸出一個主電位，使NPN晶 體管Q5徹底導(dǎo)通，PNP晶體管Q7完全截止，磁放大器的初級繞組L4-1的電感量達到最大， 使高強度氣體放電燈在某設(shè)定光照(例如70%)下工作，進一步節(jié)省電能，并大大延長了高 強度氣體放電燈燈管的壽命。上述實施例是提供給熟悉本領(lǐng)域內(nèi)的人員來實現(xiàn)或使用本發(fā)明的，熟悉本領(lǐng)域的 人員可在不脫離本發(fā)明的發(fā)明思想的情況下，對上述實施例做出種種修改或變化，因而本 發(fā)明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應(yīng)該是符合權(quán)利要求書提到的創(chuàng)新性特征的最 大范圍。
權(quán)利要求
一種高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，包括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振蕩驅(qū)動電路、諧振電路和保護電路；所述功率因數(shù)校正及升壓電路與所述濾波整流電路的輸出端耦接；所述輔助電源電路與功率因數(shù)校正及升壓電路連接，用于分別向所述采樣電路、所述保護電路和所述振蕩驅(qū)動電路提供直流電；所述采樣電路的輸入端與功率因數(shù)校正及升壓電路耦接，用于采集功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號以及高強度氣體放電燈的燈電流信號；所述逆變電路與采樣電路的第一輸出端耦接；所述振蕩驅(qū)動電路和所述諧振電路均與逆變電路耦接；所述保護電路分別與所述功率因數(shù)校正及升壓電路和所述振蕩驅(qū)動電路耦接；其特征在于，所述電子鎮(zhèn)流器還包括一恒功率控制電路，該恒功率控制電路與所述保護電路耦接；該恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電路和供電電路；所述磁放大器的初級繞組與所述諧振電路串聯(lián)，該磁放大器的控制繞組的一端與所述磁放大器控制電路耦接，另一端與所述供電電路耦接；所述采樣電路的第二輸出端輸出一與采樣的燈電流成正比的控制電信號，所述磁放大器控制電路根據(jù)該控制電信號，控制流過所述控制繞組的直流電流相對于所述燈電流成反比例變化。
2.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述逆變電路為半橋逆變電路；該電子鎮(zhèn)流器還包括一隔直流電路，該隔直流電路設(shè)置在所述半橋逆變電路與所述諧 振電路之間，隔直流電路的輸入端與半橋逆變電路耦接，輸出端與諧振電路耦接。
3.如權(quán)利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述隔直流電路由一電容器組成。
4.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，該電子鎮(zhèn)流器還包括計時電路，耦接于所述磁放大器控制電路，用于在計時時間達到一預(yù)定的時間時，使磁 放大器控制電路控制流過所述控制繞組的直流電流為零。
5.如權(quán)利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述采樣電路包括一霍爾閉環(huán)直流 電流傳感器。
6.如權(quán)利要求1至5中的任何一項所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述磁放大器控制 電路包括第一 NPN晶體管(Q5)、第二 NPN晶體管(Q6)、PNP晶體管(Q7)、第一電阻(R32)、 第二電阻(R33)、第三電阻(R35)和第四電阻(R34)；所述第一 NPN晶體管(Q5)的基極輸入 電壓大小與所述采樣電路的第二輸出端輸出的控制電信號大小成正比，集電極與第二 NPN 晶體管(Q6)的基極耦接，發(fā)射極接地；所述第二 NPN晶體管(Q6)的集電極與PNP晶體管 (Q7)的基極耦接，發(fā)射極與PNP晶體管(Q7)的集電極共接后接地；所述第一電阻(R32)的 一端與第一 NPN晶體管(Q5)的基極耦接，另一端接地；所述第二電阻(R33)的一端與第二 NPN晶體管(Q6)的基極耦接，另一端接地；所述第三電阻(R35)的一端與第二 NPN晶體管 (Q6)的基極耦接，另一端與第五電阻(R36)串接后與磁放大器的控制繞組的一端耦接，磁 放大器的控制繞組的另一端與PNP晶體管(Q7)的發(fā)射極耦接；所述第四電阻(R34)跨接在 NPN晶體管(Q6)的集電極與PNP晶體管(Q7)的發(fā)射極之間。
7.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，所述采樣電路的第一輸出端輸出一 與采樣的功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號成正比的控制電信號，所述磁放大器控 制電路根據(jù)該與采樣的功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號成正比的控制電信號，控 制流過所述控制繞組的直流電流相對于所述功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號成反比例變化。
全文摘要
一種高強度氣體放電燈高功率因數(shù)電子鎮(zhèn)流器，包括濾波整流電路、功率因數(shù)校正及升壓電路、輔助電源電路、采樣電路、逆變電路、振蕩驅(qū)動電路、恒功率控制電路、諧振電路和保護電路。采樣電路采集功率因數(shù)校正及升壓電路的輸出電壓信號及高強度氣體放電燈的燈電流信號，逆變電路與采樣電路的第一輸出端耦接。恒功率控制電路包括磁放大器、磁放大器控制電路和供電電路。磁放大器的初級繞組與諧振電路串聯(lián)，控制繞組的一端與磁放大器控制電路耦接，另一端與供電電路耦接。磁放大器控制電路根據(jù)采樣電路的第二輸出端輸出的與采樣燈電流成正比的控制電信號，控制流過控制繞組的電流相對于燈電流成反比例變化。本發(fā)明簡化了電路結(jié)構(gòu)，且成本低廉。
文檔編號H05B41/36GK101932180SQ20101026450
公開日2010年12月29日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者馮關(guān)興 申請人:上海送吉機電有限公司