基于雙向buck功率因數(shù)校正和lc高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)的單相單級hid高頻電子鎮(zhèn)流器的制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實用新型涉及HID燈等照明領(lǐng)域，特別涉及一種基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LC高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)的單相單級HID高頻電子鎮(zhèn)流器。
【【背景技術(shù)】】
[0002]HID燈由于顯色性好、亮度高、節(jié)能效果好、透光性好等優(yōu)點在照明領(lǐng)域得到廣泛推廣應(yīng)用，但是為確保HID燈可靠工作，需要專用電子鎮(zhèn)流器。但是，直到目前為止，市場上技術(shù)成熟的電子鎮(zhèn)流器主要是兩級結(jié)構(gòu)和三級結(jié)構(gòu)電路形式，先把輸入的交流電變成直流電，再把直流電變換成交流電輸出。前級電路是功率因數(shù)校正電路，把輸入的交流電變成直流電，主要功能是實現(xiàn)輸入電源側(cè)高功率因數(shù)。后級電路是逆變電路，把直流電逆變成低頻或高頻交流電，輸出滿足HID燈照明所需要的交流電源。三級結(jié)構(gòu)電路形式，是在上述前后級電路之間再加一級直流電壓變換電路，實現(xiàn)輸入和輸出電壓之間的匹配。由于多級電路結(jié)構(gòu)形式，造成電子鎮(zhèn)流器的電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、效率較低，并且為了實現(xiàn)輸入電源側(cè)高功率因數(shù)，增加的功率因數(shù)校正電路還會帶來FCC等電磁兼容問題。
[0003]路秋生等在文獻(xiàn)《高頻交流電子鎮(zhèn)流技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用》、徐曄在文獻(xiàn)《新型HID燈電子鎮(zhèn)流器的研究》分別介紹了幾種單級電子鎮(zhèn)流器，各有優(yōu)缺點和用途，但是性能還不夠完善。徐曄在文獻(xiàn)《新型HID燈電子鎮(zhèn)流器的研究》還提出了一種基于交流斬波技術(shù)的新型單級電子鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器的功率開關(guān)管工作在硬開關(guān)，開關(guān)損耗大，功率因數(shù)低，諧波大，輸出是低頻斷續(xù)方波或高頻斷續(xù)正弦波，存在輸入電源電流過零時HID燈再點火，也會帶來電磁兼容問題，且其斬波輸出電壓有效值低，僅可以用于小功率低電壓的HPS，不能應(yīng)用到大功率高電壓的HPS，并且還需增加點火裝置。
[0004]為了解決現(xiàn)有電子鎮(zhèn)流器存在的上述問題，本實用新型發(fā)明人已提出《基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LCC高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)的單相單級HID高頻電子鎮(zhèn)流器》發(fā)明專利申請，由于以調(diào)頻諧振方式工作，輸出電壓有效值較低，限制了其在高電壓HID及其它HPS的應(yīng)用。
【【實用新型內(nèi)容】】
[0005]有鑒于此，為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提出一種基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LC高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)的單相單級HID高頻電子鎮(zhèn)流器，結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)越，能直接進(jìn)行交交變頻，只用一級功率變換電路就可以直接把輸入的工頻交流電變換成高頻交流電，為HID燈等照明提供適用的高頻交流電源，同時滿足HID燈自啟動、輸入電源側(cè)高功率因數(shù)、鎮(zhèn)流器高效率和滿足FCC等電磁兼容的要求。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]基于雙向BUCK功率因數(shù)校正和LC高頻諧振軟開關(guān)技術(shù)的單相單級HID高頻電子鎮(zhèn)流器，包括功率主電路和控制電路，所述功率主電路是一個雙向BUCK電路拓?fù)?，由LC濾波電路、雙向開關(guān)電路與LC諧振電路組成，所述LC濾波電路設(shè)置在輸入端，與輸入電源連接，所述雙向開關(guān)電路的輸入端連接所述LC濾波電路，其輸出端連接所述LC諧振電路，所述LC諧振電路設(shè)置在輸出端，連接外部的HID等燈具。
[0008]所述功率主電路完成電能從輸入電源的工頻市電到HID燈等照明用的高頻交流電。
[0009]所述雙向開關(guān)電路由四個高頻功率開關(guān)管構(gòu)成，采用調(diào)頻控制和合適的控制邏輯，控制所述四個高頻功率開關(guān)管適時開通和關(guān)斷，對輸入電源斬波，給LC諧振電路供電，LC諧振電路以高頻準(zhǔn)諧振方式工作。所述LC濾波電路還對后級電路的電流脈沖進(jìn)行濾波，濾波電感中的電流連續(xù)，且跟隨輸入電壓變化，實現(xiàn)輸入電源側(cè)功率因數(shù)接近于I。
[0010]所述控制電路包括輔助電源、同步電路、取樣電路、調(diào)理電路、單片機(jī)、PFM產(chǎn)生電路、邏輯電路與驅(qū)動電路。
[0011]所述取樣電路的輸入端連接上述LC諧振電路的輸出端，所述取樣電路的輸出端連接調(diào)理電路，所述調(diào)理電路再連接單片機(jī)，所述單片機(jī)的輸出端連接PFM產(chǎn)生電路的輸入端，PFM產(chǎn)生電路的輸出端連接邏輯電路，邏輯電路再連接驅(qū)動電路，驅(qū)動電路再與上述雙向開關(guān)電路相連接。所述同步電路的輸入端連接上述LC濾波電路，其輸出端分別連接所述邏輯電路、PFM產(chǎn)生電路與單片機(jī)。
[0012]所述輔助電源在輸入LC濾波電路輸出端的濾波電容上取電，輸出電壓供控制電路其他各部分使用，進(jìn)一步減小輔助電源對輸入電源的影響。
[0013]所述同步電路完成對輸入電源正半周和負(fù)半周的判別，給出同步信號。所述同步電路輸出信號分別送到邏輯電路、PFM產(chǎn)生電路與單片機(jī)。
[0014]所述取樣電路的輸入端連接所述LC諧振電路，其輸出端連接所述調(diào)理電路。燈電流用電阻取樣，燈電壓用電阻分壓器取樣。
[0015]所述調(diào)理電路對燈電流、燈電壓取樣信號進(jìn)行分壓、整流、濾波等，得到正比于燈電流、燈電壓的反饋信號。
[0016]所述單片機(jī)完成系統(tǒng)管理和控制功能，對燈電流、燈電壓的反饋信號采樣、數(shù)字PI調(diào)節(jié)、比較等，輸出PFM控制電壓和燈狀態(tài)信號。
[0017]所述PFM產(chǎn)生電路接收來自單片機(jī)的PFM控制電壓，受控產(chǎn)生、輸出PFM信號。
[0018]所述邏輯電路接受同步信號、PFM信號、燈狀態(tài)信號等，輸出四路驅(qū)動控制信號。邏輯電路可以由組合邏輯電路構(gòu)成，或者是小規(guī)模邏輯電路構(gòu)成。
[0019]所述驅(qū)動電路把邏輯電路輸出的四路驅(qū)動控制信號進(jìn)行隔離、功率放大，去控制四個高頻功率開關(guān)管適時開通或關(guān)斷。
[0020]本實用新型采用恒頻準(zhǔn)諧振啟動方式，諧振電壓高，不用附加點火裝置，并可以熱啟動。
[0021]本實用新型的工作流程包括準(zhǔn)備、啟動、預(yù)熱和照明四個階段。在準(zhǔn)備階段，鎮(zhèn)流器上電后稍等片刻，功率開關(guān)管都截止，等待輔助電源輸出穩(wěn)定。在啟動階段，鎮(zhèn)流器以恒頻準(zhǔn)諧振方式啟動HID燈等，諧振電壓高，可以熱啟動，不用附加點火裝置;在預(yù)熱階段，鎮(zhèn)流器以調(diào)頻方式恒流控制燈電流，燈電流等于額定電流;在照明階段，鎮(zhèn)流器以調(diào)頻方式恒功率或恒流控制燈功率，燈功率等于額定功率，燈電壓等于額定電壓，燈電流小于額定電流。在HID燈壽命終了時，通過適當(dāng)增大鎮(zhèn)流器輸出功率或燈電流來延長HID燈使用壽命。
[0022]本實用新型所采取的技術(shù)方案中，鎮(zhèn)流器上電后先是準(zhǔn)備階段，四個功率開關(guān)管都處于截止?fàn)顟B(tài)，輔助電源先工作，直到輔助電源輸出電壓穩(wěn)定時輸出“準(zhǔn)備好”信號，控制電路和開關(guān)電路才開始工作。
[0023]在HID啟動期間，負(fù)載(HID燈等)沒有被擊穿，相當(dāng)于開路，LC電路工作在準(zhǔn)串聯(lián)諧振狀態(tài)，工作頻率接近LC高頻諧振頻率，Q值較大，隨著輸入電源的半波正弦瞬時值增大，電容C或HID燈兩端電壓逐步升高，直到HID燈兩電極擊穿。
[0024]HID啟動后進(jìn)入預(yù)熱階段，HID燈等效電阻與諧振電容并聯(lián)，諧振電路Q值變小，鎮(zhèn)流器先以工作電流等于額定電流的恒流控制方式調(diào)頻工作，此時燈電壓和溫度逐步升高，燈功率也逐步提高，直到燈功率達(dá)到額定功率值時，鎮(zhèn)流器開始以恒功率控制方式或恒流控制方式調(diào)頻工作照明，此時燈功率等于額定功率值，燈電壓等于額定電壓值，燈電流小于額定電流。
[0025]在HID壽命終了時，燈兩電極燒蝕，燈電壓會明顯高于額定電壓值，恒功率控制時燈亮度會明顯降低，為保證燈照明亮度不變，可以適當(dāng)增大鎮(zhèn)流器輸出功率，延長燈壽命。當(dāng)燈電壓高于極大值(大于額定電壓值)時，燈兩電極燒蝕嚴(yán)重，繼續(xù)增大鎮(zhèn)流器輸出功率，鎮(zhèn)流器可靠性降低，鎮(zhèn)流器停止工作。
[0026]本實用新型所采取的技術(shù)方案中，用一級功率電路直接把單相工頻交流電變換成高頻交流電，實現(xiàn)了單相單級直接交交變頻，結(jié)構(gòu)簡單，器件少，并且電路工作在高頻，極大減小了電子