数控双灯驱动器的制造方法_3

文档序号:8515088阅读:来源:国知局
考电平,以确定灯电流的稳定工作点。该滤波后的直流电平大小与其滤波前的PWM脉冲的占空比有关,因此,所述单片机Ul只要确定了从第10引脚输出的PWM脉冲占空比,也就确定了灯具所对应的灯电流与灯功率。
[0038]所述单片机Ul的第13引脚(输入:LI2)、连接至所述的“灯电流监测”电路中的电压比较器U4A (型号LM393)的输出端引脚7,而所述单片机Ul的第14引脚(输入:LI1)连接至所述的“灯电流监测”电路中的电压比较器U4B (型号LM393)的输出端引脚1,所述单片机Ul根据上述这两个输入引脚的状态来感知两套灯具的实时工作情况,即:两灯具的电流都在正常范围内时,所述单片机Ul的两个输入引脚均应为高电平,如果某灯处于熄灭状态,对应的输入引脚就会变为低电平,通知单片机以便采取相应的故障应对处理措施。
[0039]单片机Ul的第15引脚是芯片的接地端,单片机Ul的第16引脚是芯片主电源供给端,接至+3.3V电源,电容C24、C25是电源的抗干扰滤波电容,分别连接在3.3V电源与地之间。
[0040]所述单片机Ul的第17、18引脚分别用来作为单片机的串行通信数据的输出端(微处理器MCUT)和数据的输入端(微处理器MCUR)。
[0041]所述单片机Ul不仅通过不断对灯电流进行实时监测,了解每一盏灯各自的工作情况,还能比对系统中根据照明需求而设定的预置参数以及灯的实际运行情况,控制各个灯具的启停时间、功率变动(节能)规律,智能控制双灯功率的大小,或分别对其进行开关切换;所述嵌入式微处理器能够根据诊断出的故障情况,根据预案进行分析和干预控制,对于偶然的灭灯,可以有针对性地控制多次试探性的重新触发,使性能稍有退化的灯具也能保持正常的点燃。而对于确实寿命到期或损坏的灯具,也能通过对相应“灯接入执行机构”的切断使其脱离系统,以保证无故障的灯具支路得以继续正常运行。
[0042]2、可调频振荡器:在电子镇流器中,针对气体放电灯管特有的负阻特性,必须设置和灯管串联的磁芯电感器以稳定灯电流,由于磁芯电感器的等效阻抗与通过的电流频率有关,因此在其它条件不变的情况下,高频逆变工作频率的高低直接决定了灯电流的大小,另夕卜,当采用LC串联谐振方式产生触发气体放电灯管所必需的高电压时,也需要对高频逆变频率进行控制,以满足LC串联谐振的条件,这使得可调频振荡器在触发灯管和控制灯功率方面都起着至关重要的作用。本实施例中,该部分由脉宽调制集成芯片U2 (SG2525A)及其外围元器件组成,包括电阻町、1?2、1?3、1?4、1?5、1?6、1?7,电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6,以及半导体场效应管Ql,SG2525A本是一款脉宽调制(PWM)芯片,但稍加变换,即可作为可调频率的方波振荡器使用,方便的产生高频逆变所必需的脉冲振荡源。
[0043]所述可调频振荡器U2的第13、15引脚是工作电源输入端,直接连至直流辅助电源正极VCC,所述可调频振荡器的12引脚是工作电源负极,接到直流辅助电源地端。所述可调频振荡器的16引脚是内部参考稳压源输出端,所述可调频振荡器的第1、2引脚是内部电压误差放大器的负输入和正输入端,所述可调频振荡器的第9引脚是该误差放大器的输出端,所述可调频振荡器的第8引脚是内部电路需要的一个外旁路电容连接端,由于本处不使用PWM功能,只需将上述引脚按闲置方式处理,即2-16引脚间接以电阻R6,1-9引脚间直连并经电容C5接地,所述可调频振荡器的第8引脚经电容C6接地,所述可调频振荡器的12引脚接直流辅助电源地端。
[0044]本处组建可调频振荡器需要重点说明的引脚为所述可调频振荡器的第5、6、7、10、
11、14脚。其中控制所述可调频振荡器启动与停止的是第10引脚,前文已提及,此引脚直接由单片机控制,随时根据需要施以高、低电平来关闭或开启可调频振荡器。此可调频振荡器本质上是一种电阻R与电容C构成的“RC振荡器”,其振荡周期正比于电阻R与电容C的乘积,这里的电阻R就是第6引脚(Rt)对地的全部电阻的集合体,包括电阻R3和电位器W3的串联阻值,也包括电阻R3与场效应管QI等效电阻的串联阻值;这里的电容C就是第5引脚(Ct)对地的电容C4,是一只不可改变的固定电容,因此可知,调整频率的过程主要依靠改变上述参与工作的各个电阻的阻值来实现。
[0045]其中,电位器W3与电阻R4组成的串联支路支路,跨接于所述可调频振荡器芯片U2的第6引脚和地线之间,用来确定所述可调频振荡器的基础振荡周期,所述电位器W3用作对可调频振汤器的基础振汤频率作精细的整定。
[0046]电阻R3与电容C3构成的的串联支路,用来确定启动触发过程中频率的变化趋向以及变化范围。电容C3作为电容,理想情况下电阻无穷大,但在加电瞬间,有相对较大的充电电流,然后随着充电电流逐渐减小直至为零,呈现电阻逐渐增大直至无穷,因而该支路等效于一个从电阻R3到无穷大的电阻,必将造成频率由高至低的连续变化,频率最高点由电阻R3确定,频率最低点由电位器W3-电阻R4支路确定,连续变化的时长则决定于电容C3的电容量。由于连续变化频率的过程中将在灯回路中引起LC串联谐振,产生灯端数千伏的高电压,因而实现了对灯管的起辉触发(过程在后续部分说明)。
[0047]而从所述可调频振荡器U2第6引脚开始,经电阻R3接场效应管Ql的“漏极”,然后由所述场效应管Ql的“源极”接到地回路的串联支路,则是频率闭环负反馈环路的重要组成部分,场效应管Ql的特性可等效为一个受外加电压控制的可变电阻,可根据需要,在单片机干预下通过改变施加在所述场效应管Ql的“栅极”上的电压来改变所述可调频振荡器U2的工作频率点,以改变灯功率,并用来保障频率工作点的稳定性(后面还会结合由电流误差放大器介入形成的闭环工作过程来进行分析说明)。
[0048]所述可调频振荡器U2的第11、14引脚(Gl、G2)是以差分形式引出的一对振荡脉冲输出端子,经过适当处理后,用以分别驱动功率半桥电路的上下两只大功率VMOS场效应管。
[0049]所述可调频振荡器U2的第7引脚和第5引脚之间连接的电阻R5,用来在所述的差分振荡输出脉冲G1、G2波形中加入“死区”时间,具体就是:当Gl输出端子从有脉冲输出的开通状态刚刚转入到关断状态的瞬间,不允许G2输出端子立即从关断状态转入有脉冲输出的开通状态,而必须经过一短暂的时延即“死区”以后,才允许G2输出端子转入开通状态。这样就可以防止Gl、G2输出脉冲衔接过紧,造成两只受其驱动的大功率场效应管中一只未及关闭而另一只已经导通,造成高压直流400V直接短路的危险情况。
[0050]3、双灯独立驱动回路:为使一套电子镇流器驱动两套气体放电灯,从功率半桥电路输出端开始,就需要分别配置两套独立的灯驱动电路,包括后续涉及的灯电流监测回路、灯接入执行机构。
[0051]图中Q2、Q3为构成功率半桥电路的两只VMOS管,其中点(C9左端)为半桥输出,经电容C9隔去直流成分后变成幅值为400V的方波交流脉冲,然后分为两路,分别通过继电器RL1、RL2的开关触点后,连接至两只灯管各自的磁芯电感器LI和L2。在第一灯支路上,LI与灯管LAMPl串联,灯管再与灯电流取样电阻R24串联,经过电阻R24的灯电流经过高频电流互感器CTl后回到功率半桥电路的负极地端;在第二灯支路上,L2与灯管LAMP2串联,灯管再与灯电流取样电阻(R25、R26并联而成,)相串联,此路的灯电流也经过高频电流互感器CTl后回到功率半桥电路的负极地端,可以看出,灯电流取样电阻R24、R25上分别只取样本灯管支路的电流,目的是送给各自的灯电流监测回路,用以提供给单片机判定各灯是否顺利触发点燃,各灯的运行是否正常,而高频电流互感器CTl上取样是两只灯管的总电流,目的是送给电流误差放大器,用以控制和稳定整个驱动器的双灯总电流。
[0052]气体放电灯需要触发高压激励下才能点燃,双灯独立驱动回路的另一个重要功能,就是要确保对所驱动的每一盏灯具都能有效的触发,彼此互不干扰。本实施例中,触发高压的产生是根据电感电容串联电路在交变电压激励下发生串联谐振时,电容两端电压将远高于电源电压这一原理设计的。
[0053]根据图2可以看出,功率半桥电路中点(即C7、C8连接点)输出的灯驱动交变电流经电容C9耦合,再经继电器RLl、RL2的触点后,分别向LAMPl和LAMP2两盏灯具供电。以LAMPl支路为例,电流经电感L1、电容C10、电容Cl I,再经过电流取样电阻R24回到电源地端形成回路。由于取样电阻R24极小,基本可以忽略不计,而与电容C10、C11相并联的灯具LAMPl在被触发导通之前亦呈现无穷大的内阻,对电路也暂时没有影响,因此,触发前这部分电路可等效为L1、C10、Cll构成的L-C串联电路,只要功率半桥电路输出的灯驱动交变电流频率趋近于它们的自然谐振频率,C10、Cll串联体的两端就可以获得足够高的交变电压,触发灯具点燃。灯具一旦被点燃后,其内阻将瞬时下降至数十欧姆量级,基本等效于将C1, Cll短路,L-C串联电路的结构被彻底破坏,自然谐振产生的高压也立即消失。
[0054]L-C串联电路发生串联谐振触发灯具点燃时的频率和灯具正常工作的交变电流频率是不同的,前者比后者高得多。因此,在可调频振荡器以及微处理器中,有在触发过程中按规律控制驱动电流频率实现由高至低扫频过渡的功能与执行机构。前已述及,当系统加电需要对灯具触发点燃时,由于电容C3的存在使可调频振荡器U2的第6脚对地短时间呈现较低阻抗,因而可调频振荡器的频率较高,接近L-C串联电路发生串联谐振的频率,使灯具触发点燃;而当可调频振荡器由于某种原因被封锁,需要在不断电的情况下对灯具重新进行触发时,则可由微处理器20脚送出一个低电平短脉冲,经电阻R55、送至C3上端,可使调频振荡器U2的第6脚对地阻抗降低,振荡频率升高,形成与上电时相同的触发过程。
[0055]LAMP2支路的结构与LAMPl支
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