一种单级多交错交流HID开关电源的制作方法

本发明涉及电源技术领域，尤其涉及一种单级多交错交流hid(气体放电)开关电源。

背景技术：

hid灯是由两端电极的几千伏的点火电压击穿灯管中填充的惰性气体和金属蒸汽来产生电弧、发光。hid灯虽然不够环保(hid灯的制造材料对环境有污染)、寿命略短，但明显的比led灯的成本更低，灯具配套简单，显色性更好(而led灯的显色指数决定了它无法应用于珠宝店等场所)，更加适用于大功率照明。

由于hid灯启动时要击穿惰性气体或金属蒸汽，所以hid灯需特殊电路来提供一个高于2000v电压来启动，启动之后又需提供一个稳定的交流电来让它持续发光，因此hid灯必须使用配套的电源。

目前，hid灯电源存在以下几个问题：(1)功率不大；目前的hid灯电源输出一般都较小，而使用传统电感镇流器的电路虽然功率可以变大，但无论效率还是功率因数都不好；(2)效率低；市面上很多电源厂商都号称自己的电源效率达到95％，实际上这只是它在50％负载时的最高效率，最低的效率只有80％多；(3)成本高；目前的hid灯电源一般采用两级拓扑结构，即功率因数矫正级和功率转换级。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种单级多交错交流hid开关电源，将传统电路的两级拓扑结构融合为一级，减少了元件成本，同时功率因数及电源转化效率得到较大提升。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种单级多交错交流hid开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路；功率转换电路包括交流输入emc单元、左交错桥臂单元、右交错桥臂单元、左电感单元、右电感单元和点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、第一开关信号驱动单元、第二开关信号驱动单元和初级信号接口单元；其中，

交流输入emc单元连向左交错桥臂单元、右交错桥臂单元及信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，初级信号接口单元连向第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元，第一开关信号驱动单元连向左交错桥臂单元，第二开关信号驱动单元连向右交错桥臂单元，左交错桥臂单元连向左电感单元，左电感单元连向点火输出单元，右交错桥臂单元连向右电感单元，右电感单元连向点火输出单元。

其中，所述左交错桥臂单元由开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4形成；所述右交错桥臂单元由开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4形成。

其中，当交流输入emc单元给右交错桥臂单元提供的交流输入电压ac0高于给左交错桥臂单元提供的交流输入电压ac1时，左交错桥臂单元中的开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态，右交错桥臂单元中的开关管qr1和开关管qr2均保持开通状态，开关管qr3和开关管qr4均保持关断状态；或

左交错桥臂单元中的开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态，右交错桥臂单元中的开关管qr1和开关管qr2均保持关断状态，开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态。

其中，当交流输入emc单元给右交错桥臂单元提供的交流输入电压ac0低于给左交错桥臂单元提供的交流输入电压ac1时，右交错桥臂单元中的开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态，左交错桥臂单元中的开关管ql1和开关管ql2均保持开通状态，开关管ql3和开关管ql4均保持关断状态；或

右交错桥臂单元中的开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态，左交错桥臂单元中的开关管ql1和开关管ql2均保持关断状态，开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态。

其中，所述第一开关信号驱动单元及所述第二开关信号驱动单元均由两个半桥驱动器ir2183形成。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明中的交流输入emc单元，能提高电源本身对电网过压、扰动的抵抗能力，并且有效的减小了电源对电网的影响；

2、本发明中的第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元均采用两个半桥驱动器ir2183来驱动左右交错桥臂单元中的开关管，可将输出电压波形整合接近于正弦波，提高功率因数，也减小了对电网的谐波污染，同时通过多组开关管并联工作，大大提高了输出功率，解决当前hid电源输出功率太小的问题；

3、本发明使用单级多交错结构，将功率因数矫正级与功率输出级整合为一级，大大简化了电路出错，同时左右交错桥臂单元通过并联的方式形成多交错结构，这就在功率管最大承受电流不变的情况下，不仅减小了开关管承受的开关应力并且成倍的提升输出功率，实现大功率输出的hid灯电源。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的单级多交错交流hid开关电源的原理方框图；

图2为图1中单级多交错交流hid开关电源的电路连接图；

图3为图1中第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元所采用ir2183半桥驱动器的工作电平图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提出的一种单级多交错交流hid开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路；功率转换电路包括交流输入emc单元、左交错桥臂单元、右交错桥臂单元、左电感单元、右电感单元和点火输出单元；信号控制电路包括信号采集单元、第一开关信号驱动单元、第二开关信号驱动单元和初级信号接口单元；其中，

交流输入emc单元连向左交错桥臂单元、右交错桥臂单元及信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，初级信号接口单元连向第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元，第一开关信号驱动单元连向左交错桥臂单元，第二开关信号驱动单元连向右交错桥臂单元，左交错桥臂单元连向左电感单元，左电感单元连向点火输出单元，右交错桥臂单元连向右电感单元，右电感单元连向点火输出单元。

在本发明实施例中，如图2所示，市电接入的火线零线和地线分别连接至交流输入emc单元中的ln1、nu1和et1上，共模电感cl1和电容cy1、cy2、cx1组成mec网络，一方面可以防止主电路产生的谐波污染干扰泄漏到电网，另一方面又可以抑制减少从电网窜入的各种干扰信号。vr1、vr2为压敏电阻，用来旁路电网上的瞬间过压比(如雷击导致的瞬间电压过大)，并与放电管cdt1一起保护后级电路。

最终，交流输入emc单元将市电转换为交流输入电压ac1接入左交错桥臂，以及转变为交流输入电压ac0接入右交错桥臂。

在本发明实施例中，如图2所示，左交错桥臂单元由开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4形成；所述右交错桥臂单元由开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4形成。

当交流输入emc单元给右交错桥臂单元提供的交流输入电压ac0高于给左交错桥臂单元提供的交流输入电压ac1时，左交错桥臂单元中的开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态，右交错桥臂单元中的开关管qr1和开关管qr2均保持开通状态，开关管qr3和开关管qr4均保持关断状态；或左交错桥臂单元中的开关管ql1、开关管ql2、开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态，右交错桥臂单元中的开关管qr1和开关管qr2均保持关断状态，开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态，即左交错桥臂单元中的所有开关管保持开通状态，而右交错桥臂单元中的两组开关管需要交替工作。

应当说明的是，当开关管qr1和开关管qr2开通而开关管qr3和开关管qr4关断时，右交错桥臂单元的电路工作于上半个回路，此时电流从ac0开始从右交错桥臂单元流入，经右电感单元流入点火输出单元，再给hid灯。而流出点火输出单元的电流，流经左电感单元后返回给交流电源。在此期间hid灯持续放电发光，并且储能电感ll1、ll2、lr1、lr2都在储存能量；当开关管qr3、开关管qr4开通工作而开关管qr1、开关管qr2关断截止时，右交错桥臂单元的电路工作于下半个回路，在这段时间内，退磁能量来自于左右电感单元。左右交错桥臂单元的低端开关和左右电感单元以及点火输出单元构成了退磁电流的串联回路，电流从电感ll1、ll2、lr1、lr2流出供给hid灯持续工作。

当交流输入emc单元给右交错桥臂单元提供的交流输入电压ac0低于给左交错桥臂单元提供的交流输入电压ac1时，右交错桥臂单元中的开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态，左交错桥臂单元中的开关管ql1和开关管ql2均保持开通状态，开关管ql3和开关管ql4均保持关断状态；或右交错桥臂单元中的开关管qr1、开关管qr2、开关管qr3和开关管qr4均保持开通状态，左交错桥臂单元中的开关管ql1和开关管ql2均保持关断状态，开关管ql3和开关管ql4均保持开通状态，即右交错桥臂单元中的所有开关管保持开通状态，而左交错桥臂单元中的两组开关管需要交替工作。

应当说明的是，当开关管ql1和开关管ql2开通而开关管ql3和开关管ql4关断时，左交错桥臂单元的电路工作于上半个回路，此时电流从ac1开始从左交错桥臂单元流入，经左电感单元流入点火输出单元，再给hid灯。而流出点火输出单元的电流，流经右电感单元后返回给交流电源。在此期间hid灯持续放电发光，并且储能电感ll1、ll2、lr1、lr2都在储存能量；当开关管ql3和开关管ql4开通工作而开关管ql1和开关管ql2关断截止时，左交错桥臂单元的电路工作于下半个回路，在这段时间内，退磁能量来自于左右电感单元。左右交错桥臂单元的低端开关和左右电感单元以及点火输出单元构成了退磁电流的串联回路，电流从电感ll1、ll2、lr1、lr2流出供给hid灯持续工作。

因此，通过合理地调整上述开关管开通时机，可以将输出波形调整到接近于正弦波，与输入的市电波形相符，这样就可以改善谐波污染，减少对电网的污染。为了达到这个目的，功率电路的全桥八个开关管都需要去控制开通和关断，而且时机要合适。左右交错桥臂单元上的两组开关管的导通时间要与左右储能电感搭配合理，当左上或右上开关管开通时也就是电路工作于上半部分的电感充能阶段的时间要与下管开通工作于电感放电阶段的时间基本一致，以使得整合后的波形基本吻合于正弦波，并且可以获得很高的功率因数。

在本发明实施例中，第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元均由两个半桥驱动器ir2183形成。选用ir2183的原因不止是它可以驱动两个开关管，更因为它可以承受高电压，这也符合我们提高输出功率的目的。

ir2183作为专门的半桥驱动器可以完美驱动两个开关管，主电路电压更是可以达到600v的高压！用市电作为电源输入的电子镇流器中用作驱动器绰绰有余。ir2183半桥驱动器的vcc脚接电源给驱动器供电，ho、lo为两路输出分别用于驱动两个开关管。hin和lin则是作为控制信号的输入脚，ho、lo两脚的输出电平高低就是由hin和lin的电平决定的，如图3所示。

在本发明实施例中，如图2所示，在信号采集单元中，通过r7，r8以及稳压管z1，z2取得输入交流电的相位信号phs0、phs1，他们通过驱动器dr1，…，dr4后成为d1，…，d8，接入相关的开关管ql1，…，ql4，和qr1，…，qr4，控制电路的开关工作状态。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、本发明中的交流输入emc单元，能提高电源本身对电网过压、扰动的抵抗能力，并且有效的减小了电源对电网的影响；

2、本发明中的第一开关信号驱动单元及第二开关信号驱动单元均采用两个半桥驱动器ir2183来驱动左右交错桥臂单元中的开关管，可将输出电压波形整合接近于正弦波，提高功率因数，也减小了对电网的谐波污染，同时通过多组开关管并联工作，大大提高了输出功率，解决当前hid电源输出功率太小的问题；

3、本发明使用单级多交错结构，将功率因数矫正级与功率输出级整合为一级，大大简化了电路出错，同时左右交错桥臂单元通过并联的方式形成多交错结构，这就在功率管最大承受电流不变的情况下，不仅减小了开关管承受的开关应力并且成倍的提升输出功率，实现大功率输出的hid灯电源。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。