专利名称：高亮度金属卤化物灯用的高频开关电源的制作方法
技术领域：
高亮度金属卤化物灯用的高频开关电源，属电源制造技术领域，特别涉及气体放电灯的电源技术。
高亮度金属卤化物灯是一种长寿命、高亮度的新型节能光源，它是当今世界上先进的电光源，在道路照明、泛光照明、工业照明及影视照明方面得到了广泛应用。然而，与金属卤化物灯配套使用的电源却是电感式镇流器，它存在功率因数低、输出电流含有大量三次谐波分量，特别是当电网电压波动时，光通量随之变化，使灯光亮度出现闪烁，灯的输出功率随电网电压明显波动，电感式镇流器不具备恒电流、恒功率的特性，尤其在电网电压过高时，电感式镇流器会产生饱和，输出电流是尖顶波，使高亮度金属卤化物灯的寿命缩短。
本实用新型的目的就是为了克服和解决现有的与高亮度金属卤化物灯配套使用的电感式镇流器存在功率因数低、输出电流含有大量三次谐波分量、不具备恒电流、恒电功率特性，特别在电网电压过高时，电感式镇流器会产生饱和、输出电流是尖顶波，会使高亮度金属卤化物灯寿命缩短等的缺点和问题，研究设计一种功率因数高、高效节能、小型轻量、具有恒流、恒功率特性、能改善输出电流波形，有效克服电网电源波动造成金属卤化物灯亮度闪烁并缩短灯寿命等缺点和问题的高亮度金属卤化物灯用的高频开关电源。
本实用新型是通过下述技术方案来实现的本高频开关电源的外形结构示意图如
图1所示，它由通风散热风道1、金属外壳2、电路板3、输入端子4、输出端子5、散热器6共同连接构成，其相对位置及连接关系为电路板3通过接插头及装于金属外壳内壁的接插座与金属外壳2相电气连接，通风散热风道1设置在金属外壳的后盖板上，输入、输出端子4、5装置在电路板一端的两侧，散热器6安装于电路板下部，电源的功率半导体器件装于散热器6上；本高频开关电源的电路方框原理图如图2所示，它由低通滤波器、桥式整流电路、功率因数校正升压电路、功率因数校正控制器、高频恒流变换器、电流检测器、高频脉冲宽度调制(PWM)控制器、功率场效应晶体管(MOSFET)驱动电路、绝缘栅双极晶体管(IGBT)全桥逆变电路、绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动器、低频振荡器、触发器共同连接构成，其相互连接关系为低通滤波器通过低通滤波信号线与桥式整流电路相电气连接，桥式整流电路通过直流信号线分别与功率因数校正升压电路、功率因数校正控制器相电气连接，功率因数校正控制器通过功率因数校正控制信号线与功率因数校正升压电路相互电气连接，功率因数校正升压电路通过功率因数校正升压信号线与高频恒流变换器相电气连接，高频恒流变换器通过高频恒流变换信号线分别与绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路、电流捡测器相电气连接，电流捡测器通过电流捡测信号线分别与功率场效应晶体管驱动电路、高频脉冲宽度调制控制器、绝缘栅双极晶体管驱动器相电气连接，高频脉冲宽度调制控制器通过高频脉冲宽度调制控制信号输出线与功率场效应晶体管驱动电路相电气连接，功率场效应晶体管驱动电路通过多条驱动信号线与高频恒流变换器相电气连接，低频振荡器通过振荡信号线与绝缘栅双极晶体管驱动器相电气连接，绝缘栅双极晶体管驱动器通过多条驱动信号线与绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路相电气连接，绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路通过逆变信号线与触发器相电气连接，触发器通过触发信号线与高亮度金属卤化物灯相电气连接；或为降低成本，电路方框的组成中省去功率因数校正升压电路和功率因数校正控制器电路，使桥式整流电路直接通过直流信号线与高频恒流变换器相电气连接，其它电路方框的相互连接关系与上述连接关系完全一样，这样构成的高频开关电源仍可满足高亮度金属卤化物灯的使用要求。其工作原理是采用低通滤波器滤除高频干扰信号，再通过桥式整流电路将交流电网220V整流成直流电信号，场效应功率晶体管构成的功率因数校正升压电路和功率因数校正控制器实现功率因数校正控制，保证功率因数接近于1，场效应功率晶体管实现高频恒流变换，IGBT全桥逆变电路将恒定直流电流逆变成低频方波恒值交流电流，利用电流捡测器反馈构成比例——积分(PI)调节器以实现高频脉冲宽度调制电流调节控制和负载过流保护，通过触发器触发实现高亮度金属卤化物灯的正常工作。其关键技术是高频开关电源采用高频晶体管开关器件实现输出电流的恒流特性，利用闭环反馈控制、高频PWM技术实现脉冲宽度的调节以实现输出电流的恒定，然后对恒定直流电流实施低频变换以达到交流方波恒流输出，以满足金属卤化物灯的最佳电流要求。本高频开关电源的电路原理图如图3所示，其中低通滤波器由电感L1、L2、电容C1、C2并串联连接构成，桥式整流电路由二极管D3～D6并串联桥式连接构成，功率因数校正升压电路及功率因数校正控制器由电阻R4～R8、继电器J、MOSFET晶体管Q1、集成电路IC1、电感L3、电容C3、二极管D7串并联连接构成，高频恒流变换器由MOSFET晶体管Q2、电感L4、二极管D8、高频PWM控制器集成电路IC2、驱动器集成电路IC3、电容C4、电阻R9并串联连接构成，低频恒流全桥逆变电路由绝缘栅双极晶体管Q3～Q6、二极管D9～D12串并联连接构成，低频振荡器及分频器由集成件IC9、IC7串联连接构成，IGBT驱动器由驱动器集成件IC5、IC6并联连接构成电流捡测器由电阻R10～R13、集成电路IC4串并联连接构成，IC8是过流保护集成电路、电感L5、L6构成输出噪声抑制器，HIDS为气体放电灯触发器。
本实用新型与现有的电感式镇流器相比有如下的优点和有益效果(1)由于本实用新型采用MOSFET和IGBT功率晶体管实现高频开关变换和低频开关逆变和电流闭环PWM控制技术实现恒流控制，故本开关电源恒流、恒功率特性好；(2)由于本实用新型采用功率因数校正升压控制技术，因此本开关电源功率因数高、效率高、节能效果显著；(3)本电源输出电流波形好，能有效克服电网电源波动造成金属卤化物灯亮度闪烁，提高金属卤化物灯的使用寿命；(4)本高频开关电源体积小、重量轻、可节省大量的有色金属。
下面对说明书附图进一步说明如下图1为本高亮度金属卤化物用的高频开关电源的外形结构示意图；图2为本高频开关电源的电路方框原理图；图3为本高频开关电源的电路原理图。图中1为通风散热风道，图2为金属外壳，图3为印刷电路板，4为交流输入线端子，5为本电源输出线端子，6为散热器，HIDS为气体放电灯触发器。
本实用新型的实施方式如下(1)按图3所示，绘制印刷电路板并筛选元器件，然后进行安装和简单调试。其中IC1可选KA7524，IC2可选UC3846N，IC3、IC5、IC6可选IR2110，IC4可选P-07，IC7可选CD4027，IC8可选LM311NIC9可选NE555，Q1、Q2可选IRFP460，Q3～Q6可选GT50J101；(2)利用一般的机加工方法，用铝板加工本电源外壳并选购合适的散热器，例如外壳高度可为70mm，宽度为170mm，长度可为230mm；(3)按图1及图2所示，并按上面说明书的连接关系进行安装和电气连接，便能较好的实现本实用新型。
权利要求1.一种高亮度金属卤化物灯用的高频开关电源，其特征在于它由通风散热风道(1)、金属外壳(2)、电路板(3)、输入端子(4)、输出端子(5)、散热器(6)共同连接构成，其相对位置及连接关系为电路板(3)通过接插头及装于金属外壳内壁的接插座与金属外壳(2)相电气连接，通风散热风道(1)设置在金属外壳的后盖板上，输入、输出端子(4)、(5)装置在电路板一端的两侧，散热器(6)安装于电路板下部，电源的功率半导体器件装于散热器(6)上；其中其电路由低通滤波器、桥式整流电路、功率因数校正升压电路、功率因数校正控制器、高频恒流变换器、电流检测器、高频脉冲宽度调制(PWM)控制器、功率场效应晶体管(MOSFET)驱动电路、绝缘栅双极晶体管(IGBT)全桥逆变电路、绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动器、低频振荡器、触发器共同连接构成，其相互连接关系为低通滤波器通过低通滤波信号线与桥式整流电路相电气连接，桥式整流电路通过直流信号线分别与功率因数校正升压电路、功率因数校正控制器相互电气连接，功率因数校正控制器通过功率因数校正控制信号线与功率因数校正升压电路相电气连接，功率因数校正升压电路通过功率因数校正升压信号线与高频恒流变换器相电气连接，高频恒流变换器通过高频恒流变换信号线分别与绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路、电流检测器相电气连接，电流检测器通过电流检测信号线分别与功率场效应晶体管(MOSFET)驱动电路、高频脉冲宽度调制控制器、绝缘栅双极晶体管(IGBT)驱动器相电气连接，高频脉冲宽度调制控制器通过高频脉冲宽度调制控制信号输出线与功率场效应晶体管驱动电路相电气连接，功率场效应晶体管驱动电路通过驱动信号线与高频恒流变换器相电气连接，低频振荡器通过振荡信号线与绝缘栅双极晶体管驱动器相电气连接，绝缘栅双极晶体管驱动器通过多条驱动信号线与(IGBT)全桥逆变电路相电气连接，绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路通过逆变信号线与触发器相电气连接，触发器通过触发信号线与高亮度金属卤化物灯相电气连接；或电路方框的组成中省去功率因数校正升压电路和功率因数校正控制器电路，使桥式整流电路直接通过直流信号线与高频恒流变换器相电气连接。
2.按权利要求1所述的高亮度金属卤化物灯用的高频电源开关，其特征在于所述的低通滤波器由电感L1、L2，电容C1、C2并串联连接构成，桥式整流电路由二极管D3～D6并串联接构成，功率因数校正升压电路及率因数校正控制器由电阻R4～R8、继电器J、MOSFET晶体管Q1、集成电路IC1、电感L3、电容C3、二极管D7串并联连接构成，高频恒流变换器由MOSFET晶体管Q2、电感L4、二极管D8、高频PWM控制器集成电路IC2、驱动器集成电路IC3、电容C4、电阻R9并串连连接构成，低频恒流绝缘栅双极晶体管全桥逆变电路由绝缘栅双极晶体管Q3～Q6、二极管D9～D12串并联连接构成，低频振荡器及分频器由集成件IC9、IC7串联连接构成，IGBT驱动器由集驱动器集成件IC5、IC6并联连接构成电流捡测器由电阻R10～R13、集成电路IC4串并联连接构成，IC8是过流保护集成电路、电感L5、L6构成输出噪声抑制器，HIDS为气体放电灯触发器。
专利摘要本实用新型是高频开关电源,它由通风散热风道、外壳、电路板、输入、输出端子、散热器等连接构成,风道设置于外壳后盖板,电路板通过接插头座与外壳连接,其中电路由滤波器、整流电路、功率因数校正升压控制器、高频恒流变换器、电流检测器、高频PWM控制器、驱动器、振荡器、全桥逆变电路、触发器等通过相应的各种信号线相互电气连接构成。本电源恒流特性好、高效节能、输出电流波形好、体积小、重量轻。
文档编号H02B13/00GK2282288SQ9624796
公开日1998年5月20日 申请日期1996年12月11日 优先权日1996年12月11日
发明者彭端, 彭珞丽 申请人:彭端