专利名称：一种高强度气体放电灯电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电子镇流器，具体说是关于高压钠灯、金属卤化物灯等高强度气体放电灯的电子镇流器。
背景技术：
近年来，高强度气体放电灯由于其高发光效率、长寿命得到了越来越广泛的应用。传统的电感式镇流器体积大且笨重，高频电子镇流器的应用满足了镇流器小型化的要求。但是，高强度气体放电灯在高频运行下(一般为几十kHz到几百kHz)具有的声谐振现象使得高频电子镇流器的应用受到了限制。声谐振发生时会引起灯电弧不稳，使得光输出不稳、闪烁、滚动，严重影响照明效果，这种现象在小功率高强度气体放电灯电子镇流器中尤其严重。克服声谐振的方法一般基于如下原则①驱动高强度气体放电灯的频率落在声谐振频率之外；②驱动高强度气体灯的高频能量低于声谐振发生的阀值能量。基于以上两点，克服声谐振的方法可以归纳为①选频运行，使高强度气体放电灯运行在无声谐振的频率窗口；②频率调制法；③超高频点灯法；④低频方波点灯法；⑤高频方波点灯法。
采用低频方波点灯法，输入到灯上的能量为一恒定值，即没有周期性的变化的能量，因此是一种可靠的、易行的克服声谐振的方法，已被业界广泛接受。
传统的三级低频方波电路由功率因数校正级、直流直流变换级和产生低频方波的低频逆变级组成，该电路虽然可以有效的克服声谐振现象的发生，但由于电路有三级组成，存在着结构复杂、元器件多、成本高等缺点。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种单级的组合式高强度气体放电灯电子镇流器，该镇流器中显著简化了电路结构，并减少了开关的数目。
本设计方案为一种高强度气体放电灯电子镇流器，包括组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)，给灯(L)提供高压脉冲信号的点火电路(4)，它还包括电压电流检测电路(5)，恒功率控制电路(6)，高频开关管驱动电路(7)和低频驱动信号发生器(8)。组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)包含一个高频开关管(S1)，两个低频开关管(S2)和(S3)，有两个副边绕组的变压器(T)，两个副边绕组相连接中间有一个公共点，在变压器的副边可以形成两个电流回路，灯接在两个电流回路的公共支路上，其中每一个副边回路串入一个开关管，并使两个开关管在一百到一千赫兹的低频状态下交替导通，占空比各占50％。该电子镇流器的输出功率是通过调节所述高频开关管(S1)的占空比来控制的。组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)包含连接到电压电流检测电路(5)的电压电流检测点。电压电流检测电路(5)与所述电压电流检测点相连接，经过运放(A1)、(A2)和与运放(A1)、(A2)相连的电阻元件后，在运放(A1)、(A2)的输出端分别得到灯电压电流检测信号。所述的恒功率控制电路(6)与所述灯电压电流检测信号相连接，该恒功率控制电路(6)包括一个比例放大器、一个比例积分调节器和一个比较器；电压电流检测信号经过电阻与比例放大器相连，该比例放大器的输出经过一个电阻和比例积分调节器的一端相连，比例积分调节器的输出与比较器的正端相连，在比较器的输出端得到高频开关管的驱动脉冲信号。所述低频驱动信号发生器(8)包括芯片NE555、反相器N和与NE555相连的组容元件。
本设计的高强度气体放电灯电子镇流器包括电磁干扰滤波器、整流桥、组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路、点火电路，还包括电压电流检测电路、恒功率控制电路、驱动电路和低频驱动信号发生器。从低频方波电路得到的电压检测信号和电流检测信号输入到恒功率控制电路，产生出脉宽一定的开关驱动信号，然后通过驱动电路控制单级功率因数校正电路的高频开关管的占空比，来控制输入到灯上的功率恒定。
本设计采用组合式的单级电路达到功率因数校正的目的同时又得到了驱动高强度气体放电灯的低频方波信号。
上述组合式的单级电路采用了单级功率因数校正的技术，其中单级功率校正电路的变压器副边绕有两个绕组，两个副边绕组相连接中间有一个公共点，这样在变压器的副边可以形成两个电流回路，灯接在两个电流回路的公共支路上，其中每一个副边回路串入一个开关管，并使两个开关管在100～1000赫兹低频状态下交替导通，占空比各占50％，这样两个副边电流回路交替工作，在灯上可以得到一低频方波信号。
本设计将单级功率因数校正电路和驱动灯的低频方波电路组合在一起，这种电路布置适合于驱动功率小于200W的高强度气体放电灯。其中单级功率因数校正电路输入端的电感工作在电流断续导电模式，这样在频率固定占空比一定的情况下不需要任何反馈控制就可以使输入交流电流波形自然地跟随输入交流电压波形的变化而变化，从而达到功率因数校正的目的。
本设计的高强度气体放电灯电子镇流器，具有较高的功率因数，能有效地减小对电网的谐波污染，同时采用了恒功率控制，使得电子镇流器的输出功率不会随着灯的特性的变化而变化，保证了灯的输出光效，增强了系统的稳定性。采用低频方波信号驱动高强度气体放电灯，运行时无声谐振现象发生。并且采用一级组合式电路既实现了功率因数校正的目的又得到了驱动高强度气体放电灯的低频方波信号，与传统的三级电路相比结构简单、减少了元器件的数目、降低了成本。
图1是高强度气体放电灯电子镇流器的电路结构图；图2是组合式单级功率因数校正及低频方波产生电路的一种电路实例；图3是低频开关管驱动信号时序图；图4是低频驱动信号发生器的一种具体电路实例；图5是开关管S2导通、S3关断时的等效电路图；图6是开关管S2关断、S3导通时的等效电路图；图7是电压、电流检测电路的一种具体电路实例；图8是恒功率控制的一种具体电路实例。
具体实施方式
参照图1，本设计的高强度气体放电灯电子镇流器包括电磁干扰滤波电路1，整流桥2，组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路3，高强度气体放电灯L，给灯L提供高压脉冲信号的点火电路4，电压、电流检测电路5，恒功率控制电路6、高频开关管驱动电路7和低频驱动信号发生器8。从灯L检测到的电压、电流信号经电压、电流检测电路5后输入到恒功率控制电路6，通过调制恒功率控制电路6输出驱动信号的脉宽，使得输出到灯L上的功率基本恒定。
图2所示为组合式单级功率因数校正及低频方波产生电路的一种电路实例。它包括电磁干扰滤波器、整流桥Br，电感LB，电解电容CB，高频开关管S1，两个低频开关管S2、S3，四个二极管D1、D2、D3、D4，具有两个副边绕组的变压器T，两个高频电容C1、C2，点火变压器副边电感Lm，灯L和灯电流检测电阻R1，R2。电感LB一端接整流桥Br的正极另一端接二极管D1和D2的阳极，二级管D1的阴极接电解电容CB的正极和变压器T原边的一端，二极管D2的阴极接变压器T原边的另一端和开关管S1的漏极，整流桥的负极和电解电容CB的负极以及开关管S1的源极接在一块。变压器T的副边的上端接二极管D3的阳极，二极管D3的阴极接高频电容C1的一端以及开关管S2的漏极，开关管S2的源极接检流电阻R1的一端，检流电阻R1的另一端和检流电阻R2的一端以及灯L的一端连接在一起作为零电位参考点，灯L的另一端接带有点火副边的电感Lm的一端，点火电感Lm的另一端接高频电容C1的另一端、C2的一端以及变压器T副边的中间一端，检流电阻R2的另一端接开关管S3的漏极，开关管S3的源极接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极接高频电容C2的另一端以及变压器副边的下端。二极管D3的阴极和开关管S2的漏极的连接点A以及开关管S3和二极管D4的阳极的连接点B作为电压信号检测点，开关管S2的源极和检流电阻R1的连接点C以及检流电阻R2和开关管S3的漏极的连接点D作为电流信号检测点，电压信号检测点A、B和电流信号检测信点C、D得到的电信号输入到电压电流检测电路5。
图3所示为低频开关管S2、S3的驱动信号时序图，开关管S2、S3工作在低频状态下(一般为几百赫兹)，并且两个开关管互补导通，占空比为50％，两个开关管换流期间有一个很小的死区，以防止两个开关管共通。该电路有两种工作状态1、开关管S2导通，S3关断。此时，开关管S3、二极管D4、高频电容C2、点火电感Lm、灯L和检流电阻R2组成的回路处于阻断状态。此时的工作电路可以简化为图5所示的电路，其中开关管S1工作在高频开关状态，此电路既是由升压式直流直流变换器和反激式直流直流变换器组合而成的单级功率因数校正电路。在这种工作状态下灯L上流过的电流方向是从右到左。
2、开关管S3导通，S2关断。此时，二极管D3、开关管S2、检流电阻R1、灯L、点火电感Lm和高频电容C1组成的回路处于阻断状态。此时工作电路可以简化为图6所示的电路，其中开关管S1工作在高频开关状态，此电路既是由升压式直流直流变换器和反激式直流直流变换器组合而成的单级功率因数校正电路。在这种工作状态下灯L上流过的电流方向是从左到右。综上可见，灯L上得到的是一个低频方波信号，不会发生声谐振现象。
图4所示为低频驱动信号发生器的一种具体电路实例，它由芯片NE555和相应的组容元件以及反相器N组成。从芯片NE555的3脚输出的低频驱动信号可以直接驱动开关管S2，而3脚的输出信号经过反相器N反相后可以用来驱动开关管S3。
图7所示为电压、电流检测电路，它由运放A1，运放A2以及相应的电阻元件构成。其中A、B、C、D点分别和图2中的A、B、C、D点相连。A点经电阻R5、R6分压后接到运放A1的正端，B点经电阻R3接到运放的负端，然后通过电阻R4跨接到运放A1的输出E点。C点经电阻R9、R10分压后接到运放A2的正端，D点经电阻R7接到运放A2的负端，然后通过电阻R8跨接到运放A2的输出F点。由于开关管S2关断、S3导通时A点电位为灯电压幅值的两倍，B点电位为零；开关管S2导通、S3截至时B点电位为负的灯电压幅值的两倍，A点电位为零，因此A点电位减去B点电位即为灯电压幅值的两倍，所以可以通过对A点和B点电位进行采样，然后输入到运放A1，经过减法运算在E点得到灯电压检测信号。由于开关管S2导通或者开关管S3导通时，采样电阻R1或者R2上流过的电流即为灯电流，所以可以通过对C点和D点电位进行采样，然后输入到运放A2，经过减法运算在F点可以得到灯电流检测信号。
图8所示为恒功率控制的电路图，它由运放A3，运放A4，比较器P和相应的组容元件构成。其中E点和F点分别与图6中的E点和F点相连。E点的电压检测信号经过电阻R11接到运放A3的正端，F点的电流检测信号经过电阻R12接到运放A3的正端，运放A3的负端经过电阻R13接地经过电阻R14跨接到运放A3的输出端，即电压和电流检测信号的加权和通过运放A3比例放大，然后经过电阻R15接到运放A4的负端，与运放A4正端的基准电压Vref进行比较，经过由运放A4和跨接在运放A4负端与输出端之间的电阻R16、电容C3组成的比例积分调节器后输出一直流信号，该信号输入到比较器P的正端与比较器P负端的锯齿波进行比较，在比较器P的输出端得到驱动脉冲信号。
权利要求1.一种高强度气体放电灯电子镇流器，包括组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)，给灯(L)提供高压脉冲信号的点火电路(4)，其特征在于它还包括电压电流检测电路(5)，恒功率控制电路(6)，高频开关管驱动电路(7)和低频驱动信号发生器(8)。
2.根据权利要求1所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)包含一个高频开关管(S1)，两个低频开关管(S2)和(S3)，有两个副边绕组的变压器(T)，两个副边绕组相连接中间有一个公共点，在变压器的副边可以形成两个电流回路，灯接在两个电流回路的公共支路上，其中每一个副边回路串入一个开关管，并使两个开关管在一百到一千赫兹的低频状态下交替导通，占空比各占50％。
3.根据权利要求1和2所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于该电子镇流器的输出功率是通过调节所述高频开关管(S1)的占空比来控制的。
4.根据权利要求1和2所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述组合式的单级功率因数校正及低频方波信号产生电路(3)包含连接到电压电流检测电路(5)的电压电流检测点。
5.根据权利要求1和4所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述电压电流检测电路(5)与所述电压电流检测点相连接，经过运放(A1)、(A2)和与运放(A1)、(A2)相连的电阻元件后，在运放(A1)、(A2)的输出端分别得到灯电压电流检测信号。
6.根据权利要求1所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的恒功率控制电路(6)与所述灯电压电流检测信号相连接，该恒功率控制电路(6)包括一个比例放大器、一个比例积分调节器和一个比较器；电压电流检测信号经过电阻与比例放大器相连，该比例放大器的输出经过一个电阻和比例积分调节器的一端相连，比例积分调节器的输出与比较器的正端相连，在比较器的输出端得到高频开关管的驱动脉冲信号。
7.根据权利要求1所述高强度气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述低频驱动信号发生器(8)包括芯片NE555、反相器N和与NE555相连的组容元件。
专利摘要一种高强度气体放电灯电子镇流器，包括组合式单级功率因数校正及低频方波信号产生电路、电压电流检测电路、恒功率控制电路。从低频方波电路得到的电压电流检测信号输入恒功率控制电路，产生脉宽一定的开关驱动信号，通过驱动电路控制单级功率因数校正电路高频开关管的占空比，控制输入到灯上的功率恒定。在单级功率因数校正电路的变压器副边设置两个副边绕组，达到功率因数校正的目的，且又得到驱动气体放电灯的低频方波信号。
文档编号H05B41/288GK2694703SQ20042002129
公开日2005年4月20日 申请日期2004年3月22日 优先权日2004年3月22日
发明者杨永兵, 钱照明 申请人:浙江大学