专利名称：一种高气压放电灯电子镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及高气压放电灯，特别是高气压放电灯的电子镇流器。
目前，市场上的高气压放电灯(如钠灯等)的电子镇流器，一般是由整流器、校正器、直流/交流变换器、负载回路、保获电路和触发器组成，其中直流/交流变换器一般为他激式硬开关变换器，这种变换器有以下几点缺陷1、开关的开通、关断损耗大，耗能，会产生大量热量，温升高，可靠性差；2、需要其他部件触发，因此元件多，同时，由于温升高，对元件要求高，所以，成本高；3、受电源和负载的影响。正是因为上述几点原因，目前，高气压放电灯的电子镇流器还无法完全取代电感式镇流器。
本发明的目的是提供一种温升小，可靠性好，成本低，不受电源和负载影响的高气压放电灯电子镇流器。
为实现上述目的，本发明的解决方案为它由外壳和电路部分组成，电路部分包括整流器、校正器、直流/交流变换器、负载回路、保获电路、触发器；直流/交流变换器为自激式软开关直流/交流变换器，它的正极与校正器的输出端联接，它的输出端与负载回路的输入端联接；自激式软开关直流/交流变换器为正极接开关管T2的漏极和电阻R1，电阻R1的另一端接电容C7、二极管D8的阳极和二极管D11，二极管D11的另一端接电容C8、电阻R5、R6，电阻R5的另一端接开关管T3栅极和二极管对D7，电容C8另一端接电感L7，电感L7、电阻R8、二极管D7和电容C7另一端接地；开关管T2的源极接自耦变压器B3的抽头处二极管D6、电阻R4、电感L6、电阻R2和开关管T3的漏极联接，开关管T2的栅极接电阻R3、二极管D6，电阻R3的另一端接电阻R4、电容C7，电容C7的另一端接电感L6,T3的源极接地。
由于本发明电子镇流器中采用了自激式软开关直流/交流变换器，因此具有以下优点1、开关的开通、关断损耗小。耗能少，温升小，所以，可靠性好；2、由于是自激式，无须其他元件触发，元件少，又由于软开关温升小，对整个电子镇流器的元件要求不高，所以。成本低；3、不受电源和负载影响。
下面结合附图，对本发明实施例作进一步详细说明。
图1为本发明电路部分的电路原理图。
图2为本发明电路部分的电路原理方框图。
图3为输入电源通过整流器后的电流、电压波形图。
图4为输入电源通过功率因数校正器后的电流、电压波形图。
图5为250W高压钠灯灯管两端电压和电流波形图。
图6为本发明电子镇流器的结构示意图。
如图1、图2所示，本发明电路部分由滤波器1、整流器2、校正器3、自激式软开关直流/交流变换器4、负载回路5、保获电路6、触发器7组成。其中校正器3为功率因数校正器，负载回路5为超前型或滞后型负载回路。自激式软开关直流/交流变换器(4)为正极接开关管T2的漏极和电阻R1，电阻R1的另一端接电容C7、二极管D8的阳极和二极管D11，二极管D11的另一端接电容C8、电阻R5、R6，电阻R5的另一端接开关管T3栅极和二极管对D7，电容C8另一端接电感L7，电感L7、电阻R8、二极管D7和电容C7另一端接地；开关管T2的沅极接自耦变压器B3的抽头处；二极管D6、电阻R4、电感L6、电阻R2和开关管T3的漏极联接，开关管T2的栅极接电阻R3、二极管D6，电阻R3的另一端接电阻R4、电容C7，电容C7的另一端接电感L6,T3的源极接地。负载回路5为分别通过电容C11和C12接自耦变压器B3两端，电容C11的另一端接高气压放电灯NG，放电灯NG另一端接电抗器B4上端，下端接地，并与电容C10相接。
220V、50HZ市电经保险丝F接滤波器1，滤波器的输入电容器C1两端，经过C1、L1、L2、C2、C3、C4滤波后，由C4两端送到桥式整流器2(D1～D4)整流成脉动直流。如果将此脉动直流直接送到自激式软开关直流/交流变换器4，测电源输入电流与电压的波形如图3所示，分析和实验知此时线路总功率因故为0.6～0.7之间。2输出的脉动直流电压经校正器3校正后的输入电流电压波形如图4所示，线路总功率因数为0.985～0.998。
校正器3为L3、L4、IC,T1、D5、C5、C6、R8、R9、R10组成功率因数校正器，其中芯片IC可用KA7524、6560、MC33261、MC3362、MC34261、MC34262、UC1854、UC1852…均可，而且各种IC芯片的使用方法，见其介绍。按IC芯片规格要求，输入电源电压在90V～270V范围变化时，校正器3输出电压VC5(电容器C5两端)均为某稳定值，例如为400V，根据具体情况，可以选择在400V以下的适当值，但当参数选择好后，输入电源电压变化时，功率因数校正器3的输出就为其选定值。在这个意义上讲，功率因数校正器可视为稳压电源。由功率因数校正器输出电压VC5供应自激式软开关直流/交流变换器4和输出负载回路5，它们将不受电源波动的影响。
下面说明自激式软开关DC/AC变换器的工作原理。场效应管T2、T3、自耦变压器B3、电容器C10构成变换器4的主电路，负载回路5可以折算到主回路分析。电阻器R1、R2，二极管D8、D11、电容器C11为变换器4的驱动电路，二极管D9、D10可以是T2、T3内配的，也可以是外接的。二管D6、D7为稳压管对，对T2、T3起保获作用。开始T2、T3截止，功率因数校正器3提供的稳定直流电压VC5正端经过电阻器R1、R2、二极管D8自耦变压器B3向电容器C10充电，为开关管T3导通时提供电源准备。同时VC5正端经R1对电容器C7充电，当C7上电压VC7≥32V左右时，双向触发二极管D11开通，电容器C7上电压VC7经D11、电阻器R5、R6加在场效应管T3的栅极上，只要这个电压≥T3的阀值电压VG3时，T3导通，储存在电容器C10中的电能经变压器B3、T3放电，这个电能的一部分在回路的电阻上变成热能而消耗掉，另一部分转化为变压器B3的磁能储存起来。由于电感L7的正反馈作用，将维持T3导通，而L6上的感应电压将维持T2截止。但当变压器B3的磁感应强度B10的感应电流将通过D9反馈给电源VC5。D9导通期间，场效应管T2的漏、源极电压VTZDS=-2伏左右。T3截止后，磁感应Bm将退出饱和区产生反方向磁感，因L6的感应电压VL6的正反馈作用，使T2导通，电流换相，从VC5正端经T2、变压器B3、电容器C10回到电源VC5负端。在这期间，B3储存磁能，C10储存电能，同时电源还通过B3向负载提供电能。在T2导通以后，由于正反馈作用，VL6维持T2导通，VL7维持T3截止。要说明的是在T3截止瞬间，磁感应反相瞬时，VL6可以使T2导通，考虑到磁感应饱和时开通T2的有尖峰，可适当选择电容器C8(或C9)电阻器R3、R4(或R5、R6)，使磁感应退出饱和区进入线性区后，再开通T2(或T3)，从而大大地减少尖峰干扰信号。同样当磁感-Bm进入磁饱和区，而导致T2截止。T2截止后，由于电流的连续性，二极管D10开通，T3的漏、源极电压VP3DS=-2左右。T2截止后，磁感应-Bm将退出磁饱和区，正反馈将使T3导通，T2截止，完成直流DC变交流AC的变换。这样周而复始，循环往复。由上述分析知，T2、T3都是在VDS近零电压开通的。所以说T2、T3是软开关，又因正反馈自激，而不需要另外触发信号，故称为自激式软开关DC/AC变换器。好处是①开通、关断损耗少，工作频率高；②开关时尖峰小，削弱干扰源；③可以选择VDS较低的开关管；④自激式控制元件少，降低成本。
电抗器B4、电容器C11、高气压放电灯NG组成超前型负载回路5，也可以去掉C11而变成滞后型负载回路5。放电灯可以是高压钠灯、金卤灯或汞灯，对不同类型的灯，电路参数是不同的，参数设计不合理，电路的优越性发挥不出来。
下面结合250W高压钠灯说明其原理及实测的技术参数和温度、照度与电压变化时函数关系曲线。函数特性曲线又分为线路功率，因数为0.65和0.998的A档和B档两类。
高压钠灯NG具有负阻伏安特性，必须配用限流装置才能安全稳定运行。电抗器B4就是为完成这一任务而设立的，但电抗器是电感元件，电流滞后电压近90°，钠灯NG的电流超前电压约3～4°，和电抗器B4串联后，输出回路5仍属于电感性负载，电流滞后，电压超前，加入电容器C11，相位得到补偿，可以使流过钠灯的电流与灯两端电压位相一致，功率因数为“1”，如图5所示。
由图5知①灯电流和灯电压波形相同，同时过零换向，同时达到极值。一个周期内由方向相反的指数曲线AB和BC组成，类似正弦波，峰值因子为Vm/e=1.280，比正弦波的峰值因子Vm/Ve=Z]]>低1.108倍。因此本发明的伏一秒面积比正弦波大1.108倍。电感镇流器的峰值因子按标准为1.7(实际还要高)。故本发明的电效率比正弦波高1.108倍，比电感镇流器高1.328倍，由此可见，本发明的电热效率和电光效率都优于电感镇流器。
②电感镇流器工作在50HZ工频电，钠灯工作时，要经过一次着火，电离增长，衰减、熄灭、过零重新着火的过程，即电流过零换向，灯光熄灭，需要重新着火，每周重新着火两次，故有频闪。本发明工作频率高，电源极性改变快，灯管内放电过程的变化，跟不上电源极性的变化。电源极性变化时，来不及消电离，放电空间始终保持很高的电离浓度，因而不再发生光熄灭和电流过零对需重新着火的过程。带电粒子在放电空间随电源极性变化，来回振荡，使电子和离子在放电空间经过的实际路程和停留时间大大延长，电子的电高作用显著增长，从而提高了电光效率。在高频电场的作用下，电极受正离子轰击小，电极发射材料消耗少，从而延长灯管寿命。
触发电路由框图7和电感L10构成。L10是电抗器L9的一个抽头，抽头位置由灯管类型参数要求而定，对不同规格的灯管，具体参数不同。事实上任何形式的脉冲发生器都可以。脉冲前后沿为纳秒级，功率大小、视触发管功率而定，高压钠灯的着火电压一般在1.8～4.5KV。框图6为封锁脉冲，当灯管内气体一击穿，触发器7应停止工作。灯着火点燃后，线路中必有电流，隔离取样电流为封锁信号6，使触发器7停止工作，电灯在运行过程中，电流连续，封锁信号一直存在，触发器7一直被封锁。若有特殊情况发生，如瞬间停电一秒钟，灯自灭，封锁脉冲消失，触发脉冲又产生，待钠灯稍冷却消电离，大约1.5至2分钟，灯将重新启动工作。这种触发封锁电路是独立的，不受电路其它参数变化的干扰，它也不干扰其他的电路，有利于灯的稳定运行。
实测数据表明，对同一型号的不同灯管，启动时间约在1.5～3.0分钟，所谓启动时间是指灯点燃后的照度达额定的80％为准。比电感镇流器需6～8分钟快2.6～4倍。大大缩短启动过程中由辉光放电过渡到弧光放电的时间。辉光放电的电子来源主要靠正离子对阴极的轰击，轰击时间缩短2.6～4倍，使阴极发射材料消耗少。加之在高频电场作用下，辉光放电期间电子来源不光靠正离轰击阴极产生电子，高频电场也将导致气体击穿，这样对阴极发射材料更有保获作用。钠灯专著文献指出，电感镇流器对灯管的不利因数主要是启动时辉光放电时间长和电流波形的功率因数低。本发明对这两个问题都得到比较好的解决，如上所述。
下面再介绍结构和散热问题。
高气压放电灯电子镇流器，一般在露天工作，要经受长年累月的风吹雨打，日晒雨淋，必需密封、防漏、防潮、防锈、防雾、防雷击、防干扰。特别是电子镇流器本身就是一个高频大功率的振荡器，每只灯管都是一根发射天线，设计不好，工艺不严，将严重地污染用电环境。另一方面，电子镇流器又是自然冷却的，密封以后，热量不易散出去，温度高了将导致镇流器的不可靠，这是一对矛盾。加之使用于宽环境，温差大，供电差，对镇流器提出更加苛刻的要求。
本发明是这样解决这些问题的，将所有的电子元器件安装在一块长方形印制板上，再将印制板置入于密闭的容器的外壳8内，如图6所示，在外壳8内填满液体电介质10(留一定空隙，以防添充剂热胀冷缩)，使电路部分9完全浸泡在该液体电介质10中，要求液体电介质10的热容量大，传热性能好，绝缘强度高。由于铝密闭容器的屏蔽和输入电容的严密滤波，高频电磁波只能通过输出线和钠灯辐射到用电空间，但辐射与距离4次方成反比，因此对环境污染不大，同时正确设计电子镇流器的工作频率，使其基波及11次以下的谐波远离音频和视频区域，加上严格的有源滤波(PFC)和无源滤波(RF1)措施，不难杜绝对环境污染。经过这样设计和结构处理以后，不仅在技术上满足上述要求，而且在价格上，A档成本低于电感镇流器成本，B档成本略高于电感镇流器成本。使用一年节约电费足够购置镇流器价格。无论是A档或B档电子镇流器的性能，都优于电感镇流器。
下面的技术数据是经过几个连续运行后确定下来的。白天运行电压为250V，夜间运行电压经调压后，在1～4点之间高达270V，负载运行时输入电压高达290V左右。
表一 主要技术参数
表二 电源电压220V、250W钠灯实测温度、照度与时间关系
注1、T内——发热最大的元件表面温度，T外——外壳表面温度，ΔT——内外温度，Ta——环境温度，TQ——湿度，V——电源电压，β——照度，单位lm2、镇流器体积5.5×6.2×12=612cm33、温升为T内-Ta=53-26=27(℃)4、运行时间9.20～22.005、在相同条件下，亚明电感镇流器时，照度为5500lm，比电子镇流器低500lm。
表三 线路总功率因数0.65时，实测照度与输入电压的关系
表四 线路总功率因数0.998时，照度、温度与电压的关系
VO——是PFC校正器的输出VC5的电压，余同表二。
比较表二、四可知，照度与电压关系密切，而且β=KV=60×V在表四上，Vλ→150～270变化时，V0由370～385变化，故照度变化很小。不难推知，这种镇流器配合钠灯工作，无疑是会延长灯的使用寿命的。
元件明细表序号 代号 名称 型号规格 数量1 C1 电容器0.1μF400V 12 C2 电容器1000PFY400V 23 C3 电容器1000PFY400V 24 C4 电容器0.1μF400V 15 C5 电介器47μF400V16 C6 瓷介器1000PFY400V 17 C7 纸介器0.001μF63V 18 C8-9 纸介器0.001μF63V 29 C10纸介器0.01μF400V 110 C11纸介器0.01μF400V 1C12纸介器1000PF63V1C13纸介器0.47Mf100V 1
序号代号 名称 型号规格数量1 D1-4 极管 1N54842 D5 二极管 MU500V5A 13 D6-7 稳压二极管对 15V 24 D8 二极管 1N4148 15 D11 双向触发二极管 D2AC32V 1D12-14 极管 1N4148 31 R8 电阻器 0.1Ω、3W12 R1 电阻器 2MΩ、1/4W 13 R2 电阻器 100K、1/4W 14 R3.6电阻器 10KΩ、1/4W 15 R4-5电阻器 50KΩ、1/4W 16 R9 电阻器 10K、1/4W17 R10 电阻器 2MΩ、1/4W 1R12 电阻器 100Ω、1/4W 1R13 电阻器 10KΩ、1/4W 11 T1-3 场效应管 IRF8331 B1 L1=L2=2.7MH铁芯EI25 30匝2 B2 L3=800μH铁芯EI33 50匝L4=30μH铁芯EI33 12匝3 B3 L5=800μH铁芯EI35 50匝L6=L7=20H铁芯EI35 8匝4 B4 L9=480μH铁芯ERC12 80匝L10=15μH铁芯ERC12 2匝5 NG 250W高压钠灯6 DY1-4 C1004或H00权利要求
1.一种高气压放电灯电子镇流器，它由外壳(8)和电路部分(9)组成，电路部分(9)包括整流器(2)、校正器(3)、直流/交流变换器(4)、负载回路(5)、保获电路(6)、触发器(7)；其特征在于直流/交流变换器(4)为自激式软开关直流/交流变换器，它的正极与校正器(3)的输出端联接，它的输出端与负载回路(5)的输入端联接；自激式软开关直流/交流变换器为正极接开关管T2的漏极和电阻R1，电阻R1的另一端接电容C7、二极管D8的阳极和二极管D11，二极管D11的另一端接电容C8、电阻R5、R6，电阻R5的另一端接开关管T3栅极和二极管对D7，电容C8另一端接电感L7，电感L7、电阻R8、二极管D7和电容C7另一端接地；开关管T2的源极接自耦变压器B3的抽头处；二极管D6、电阻R4、电感L6、电阻R2和开关管T3的漏极联接，开关管T2的栅极接电阻R3、二极管D6,电阻R3的另一端接电阻R4、电容C7，电容C7的另一端接电感L6,T3的源极接地。
2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于负载回路(5)为超前或滞后型负载回路。
3.如权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于负载回路(5)为分别通过电容C11和C12接自耦变压器B3两端，电容C11的另一端接高气压放电灯NG，放电灯NG另一端接电抗器B4上端，下端接地，并与电容C10相接。
4.如权利要求1或2或3所述的电子镇流器，其特征在于电源与整流器(2)之间接入一滤波器(1)。
全文摘要
本发明涉及一种高气压放电灯电子镇流器。它由外壳8和电路部分9组成,电路部分9包括整流器2、校正器3、直流/交流变换器、负载回路5、保获电路6、触发器7;直流/交流变换器为自激式软开关直流/交流变换器4。由于本发明电子镇流器,采用了自激式软开关直流/交流变换器4,因此本发明可靠性好、成本低、不受电源和负载影响。
文档编号H05B41/00GK1215972SQ98121619
公开日1999年5月5日 申请日期1998年10月5日 优先权日1998年10月5日
发明者李国础, 李谦, 李村艳, 李爱迪 申请人:李国础