CN102143642A - 大功率uv灯高频电子变压器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率UV灯高频电子变压器，包括三相全波整流器，所述三相全波整流器的输出端依次连接有功率因数校正电路、全桥式软开关电路、高频变换器和并联触发电路，所述功率因数校正电路和并联触发电路的控制端还连接有CPU控制器，所述CUP控制器的输出端还连接有信号调制电路和全桥移相控制电路，所述信号调制电路的输出端与全桥移相控制电路相连，所述全桥移相控制电路的输出端与全桥式软开关电路的驱动端连接，所述CPU控制器的输入端连接有来自高频变换器的输出端的电流反馈信号，所述全桥移相控制电路的输入端连接有来自功率因数校正电路输出端的电流反馈信号。所述高频电子变压器具有损耗小、功率恒定、工作性能稳定的优点。

Description

大功率UV灯高频电子变压器

技术领域

本发明涉及一种变压器，尤其是一种大功率UV灯高频电子变压器，广泛应用于照相制版、PS晒版、光刻、UV固化等光化学领域。

背景技术

大功率UV灯广泛应用于照相制版、PS晒版、光刻、UV固化等光化学领域, 是印刷制版、软包装彩印、家具、塑胶、印刷铁罐、木地板装饰材料、纸张上光等行业的理想产品。例如在印制电路板的制作中，需要用光固化油墨；在电子行业，通常采用UV灯作为光固化机，通过传送带使物件通过紫外线强光照射，促使光致抗蚀剂或者光敏漆快速固化。现有的大功率UV灯一般采用硅钢片及铜线绕制的漏磁式UV变压器，漏磁变压器有隔离式和自耦式两种。UV紫外线灯是气体放电灯，在石英灯管中充以高压水银蒸气，它的供电方式以采用漏磁变压器为主，当UV灯起辉后，必须限制通过灯管的电流。隔离式及自耦式输入均为两相交流380V，输出串接电容器。自耦式漏磁式UV变压器，通电开机时浪涌电流大，为了防止对灯管的冲击，必须在电路中串联一个电抗器，以增加回路中的阻抗。

传统的漏磁式UV变压器，使用硅钢片和铜线饶制，体积大而笨重，极不利于环保和节能。正常使用的时候，大部分的电压降加在电抗器上，使电抗器和漏磁式UV变压器发热严重，电光转换效率低，对于一支5千瓦的高强紫外线UV灯，需要大于8千瓦的电输入功率，功率因数低，耗电严重。由于使用50~60Hz工频市电通过升压后直接驱动高强紫外线UV灯管，光谱中紫外光强度偏低，红外光含量偏高，导致灯管发出的光颜色偏红黄，色温低，灯管发热严重。漏磁式UV变压器没有恒功率控制，灯管启动的时候，由于灯管启动时呈负阻特性，使启动电流巨大，巨大的电流流过UV灯，影响灯管寿命，容易烧毁灯管以及漏磁式UV变压器。由于没有恒功率控制，正常使用当中，灯管启动缓慢，受公用电网电压影响大，电压低的时候工作不正常。漏磁式UV变压器均采用两相380V交流电输入，会导致公用电网的三相线电流严重不平衡。

现有的高频变压器，当工作电源频率为1KHz至数百KHz时，都可能产生声共振。当发生声共振时，会使放电弧光扭曲或跳动，造成光输出不稳定、闪烁，甚至熄灭，更严重的会使灯管破裂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种高频电子变压器，所述高频电子变压器具有损耗小、功率恒定、工作性能稳定的优点。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

大功率UV灯高频电子变压器，包括三相全波整流器，所述三相全波整流器的输出端依次连接有功率因数校正电路、全桥式软开关电路、高频变换器和并联触发电路，所述功率因数校正电路和并联触发电路的控制端还连接有CPU控制器，所述CUP控制器的输出端还连接有信号调制电路和全桥移相控制电路，所述信号调制电路的输出端与全桥移相控制电路相连，所述全桥移相控制电路的输出端与全桥式软开关电路的驱动端连接，所述CPU控制器的输入端连接有来自高频变换器的输出端的电流反馈信号，所述全桥移相控制电路的输入端连接有来自功率因数校正电路输出端的电流反馈信号。

进一步作为优选的实施方式，所述全桥式软开关电路包括两个相同的软开关电路，每个软开关电路可以独立驱动同一变压器的不同输入绕组。

进一步作为优选的实施方式，所述全桥移相控制电路的输出频率随着信号调制电路输出信号的周期、电压值变化而变化，频率变化范围为29KHz~33.5KHz。

进一步作为优选的实施方式，所述并联触发电路包括激发UV灯启动的启动端子和驱动UV灯正常工作的工作端子，所述启动端子和工作端子同时并联在UV灯管上。所述启动端子的输入侧连接50Hz的工频高压，所述工作端子的输入侧与高频变换器的输出侧连接。

本发明的有益效果是：本发明通过全桥移相控制电路，将全桥式软开关电路的驱动频率调整为周期性变化的频率范围，克服了高频变压器驱动UV灯管的声共振缺陷，提高了高频变压器的可靠性；全桥式软开关电路采用两组相同的拓扑结构的对称设计，规避了驱动电路的偏流现象，省去了均流元件，降低了均流损耗，提高了输出功率；并联触发电路通过50Hz的工频高压启动变压器，启动时间短，正常工作时采用高频开关电流驱动，UV灯色温高，灯管发热量低，使用寿命长。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明高频电子变压器的原理框图；

图2是本发明实施例中功率因数校正电路的电路原理图；

图3是本发明实施例中全桥式软开关电路的电路原理图；

图4是本发明实施例中高频变换器的电路原理图；

图5是本发明实施例中信号调制电路的电路原理图；

图6是本发明实施例中全桥移相控制电路的电路原理图；

图7是本发明实施例中并联触发电路的电路原理图。

具体实施方式

参照图1，本发明大功率UV灯高频电子变压器，包括三相全波整流器1，所述三相全波整流器1的输出端依次连接有功率因数校正电路2、全桥式软开关电路3、高频变换器4和并联触发电路7，所述功率因数校正电路2和并联触发电路7的控制端还连接有CPU控制器8，所述CUP控制器8的输出端还连接有信号调制电路5和全桥移相控制电路6，所述信号调制电路5的输出端与全桥移相控制电路6相连，所述全桥移相控制电路6的输出端与全桥式软开关电路3的驱动端连接，所述CPU控制器8的输入端连接有来自高频变换器4的输出端的电流反馈信号，所述全桥移相控制电路6的输入端连接有来自功率因数校正电路2输出端的电流反馈信号。

进一步作为优选的实施方式，所述全桥式软开关电路3包括两个相同的软开关电路，每个软开关电路可以独立驱动同一变压器的不同输入绕组。

进一步作为优选的实施方式，所述全桥移相控制电路6的输出频率随着信号调制电路5输出信号的周期、电压值变化而变化，频率变化范围为29KHz~33.5KHz。

进一步作为优选的实施方式，所述并联触发电路7包括激发UV灯启动的启动端子和驱动UV灯正常工作的工作端子，所述启动端子和工作端子同时并联在UV灯管上。所述启动端子的输入侧连接50Hz的工频高压，所述工作端子的输入侧与高频变换器4的输出侧连接。

下面对本发明各个电路单元的组成和功能作进一步描述：

三相全波整流器1将输入端A、B、C接入的380伏50Hz工频交流电整流为513VDC左右脉动直流；

参照图2，功率因数校正电路2对输入的脉动直流信号经IGBT晶体管Q1高频斩波，再经由电感L1和电容C1、C2组成的低通滤波电路滤波，将脉动直流电源转变为400V稳定电压的直流电源。该电路具有稳压、过流保护、提高功率因数等功能；

参照图3，全桥式软开关电路3采用两个结构相同的双全桥式软开关拓扑结构，可驱动12KW以上大功率UV紫外线灯管。图3中，场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、电感L3、电容C3、高频变压器TR1绕组N1构成一个全桥式软开关电源电路，场效应管Q5、Q6、Q7、Q8、电感L4、电容C4、高频变压器TR1绕组N2构成另一个全桥式软开关电源电路。双全桥软开关电路同时驱动高频变换器TR1。

传统的全桥式开关电源电路，采用单组全桥式拓扑结构。如果需要大功率输出，需要多管并联方式。采用多管并联时，为了均流，需串接大功率电阻或者电感作为均流元件，均流元件流过很大的电流，均流元件产生很高热量，增加了消耗。而且当均流效果不理想时，流过较大电流的管子严重发热。

本双全桥式软开关电路，采用两个相同的全桥电路，每个全桥独立驱动同一输出变压器的不同输入绕组，每个全桥只负担一半功率。由于两个全桥电路对称驱动，不存在偏流现象，不需要均流元件，没有均流损耗，工作稳定可靠，输出功率大等优点。

参照图4，高频变换器TR1的作用是将直流电源变换为33KHz高频交流电源，驱动后级的UV紫外线灯管。本实施例中采用Φ100mm磁环2只叠加一起，N1、N2采用0.1*800支的漆包线穿过磁环绕16圈作两个输入绕组，N3为0.1*1200支漆包线穿过磁环绕30圈作输出绕组。上述参数只为12KW灯管的高频变换器参数，不同功率灯管时，采用的磁环数量及外径、绕组圈数会有所不同。

参照图5，信号调制电路5由AT89C2051编程产生100Hz方波，经电阻R5、电容C11积分形成100Hz锯齿波，再由运算放大器U2A、U2B整形放大，供给后级全桥移相控制电路6作调制信号用。

参照图6，全桥移相控制电路6采用UC3875，其中滑变电阻RZ1、电容C14为RC振荡设定，调节滑变电阻RZ1或者电容C14可以改变振荡频率。当100Hz锯齿波信号输入到电阻R8、电容C8、C12、二极管D1组成的电路时，会改变电容C14两端的电容数值，该电容值会随着100Hz锯齿波信号的周期、电压值而变化。因此，UC3875全桥移相控制电路的输出频率也会随着100Hz锯齿波信号的周期、电压值而变化。本电路的频率变化范围为：29KHz~33.5KHz。

大功率UV紫外线灯属于高强度气体放电灯，当工作电源频率1KHz至数百KHz时，都可能产生声共振。当发生声共振时，会使放电弧光扭曲或跳动，造成光输出不稳定、闪烁，甚至熄灭，更严重的会使灯管破裂。

本设计的驱动输出频率29KHz~33.5KHz，即按100Hz为周期，驱动输出电源频率从29KHz至33.5KHz不断的变化。这样可使灯管内产生声共振的能量打散，避免产生声共振现象。

参照图7，并联触发电路7包括激发UV灯启动的启动端子和驱动UV灯正常工作的工作端子，所述启动端子和工作端子同时并联在UV灯管上。所述启动端子的输入侧连接50Hz的工频高压，所述工作端子的输入侧与高频变换器的输出侧连接。开机时，先由CPU控制器8发出检测信号，继电器JK1每秒接通、断开3次，220V交流电源以脉冲方式通过电容C3加到升压器TR2输入端，检测板对升压器TR2输入端进行检测。如果检测到灯管状态正常，CPU控制器8发出信号令继电器JK1接通，升压器TR2输出端输出50Hz工频高压加在UV灯管两端，令UV灯管内气体击穿电离。此时，全桥式软开关电路3启动，驱动高频变换器4，将400V直流电源转换为33KHz高频电压。33KHz高频电流经电容C1、C2加到UV灯管两端，点燃UV灯管。控制***检测到UV灯管有工作电流后，将继电器JK1断开，接通继电器JK2，将电容C1、C2短接，UV灯管进入正常工作状态。

电容C1、C2为高通滤波，当50Hz工频高压加在UV灯管两端时，因为50Hz工频高压频率很低，对其视为开路状态，电流不能流过电容C1、C2。而对于33KHz高频电流，由于频率高，电流可以流过电容C1、C2加到UV灯管上。从上图可看到，UV灯的工作电压以及触发电压都是同时并联在UV灯管上的，因此，本触发电路为并联式触发电路。

本发明高频电子变压器采用三相380V，50~60Hz交流电输入，三相桥式整流得到脉动直流；采用BUCK PFC功率因数校正方式，提高整机功率因数；使用高频（29~33KHz）开关电流驱动高强紫外线UV灯，光谱中紫外光强度极高，颜色偏蓝，色温高，灯管发热量低；采用了恒功率控制方式，灯管启动时使用低电流启动，灯管启动快；电路设置有恒压、恒流控制，正常工作时功率保持恒定，不受市电电压波动的影响，大大提高了灯管的使用寿命。无需使用漏磁式UV变压器所采用的硅钢片，比漏磁式UV变压器节省大量的铜线，重量轻，体积小。电路中DC/AC高频变换器对输出灯管的电源与输入的380V市电电源进行隔离，使操作人员更加安全。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.大功率UV灯高频电子变压器，包括三相全波整流器（1），所述三相全波整流器（1）的输出端依次连接有功率因数校正电路（2）、全桥式软开关电路（3）、高频变换器（4）和并联触发电路（7），其特征在于：所述功率因数校正电路（2）和并联触发电路（7）的控制端还连接有CPU控制器（8），所述CUP控制器（8）的输出端还连接有信号调制电路（5）和全桥移相控制电路（6），所述信号调制电路（5）的输出端与全桥移相控制电路（6）相连，所述全桥移相控制电路（6）的输出端与全桥式软开关电路（3）的驱动端连接，所述CPU控制器（8）的输入端连接有来自高频变换器（4）的输出端的电流反馈信号，所述全桥移相控制电路（6）的输入端连接有来自功率因数校正电路（2）输出端的电流反馈信号。

2.根据权利要求1所述的大功率UV灯高频电子变压器，其特征在于：所述全桥式软开关电路(3)包括两个相同的软开关电路，每个软开关电路可以独立驱动同一变压器的不同输入绕组。

3.根据权利要求1所述的大功率UV灯高频电子变压器，其特征在于：所述全桥移相控制电路(6)的输出频率随着信号调制电路(5)输出信号的周期、电压值变化而变化，频率变化范围为29KHz~33.5 KHz。

4.根据权利要求1所述的大功率UV灯高频电子变压器，其特征在于：所述并联触发电路(7)包括激发UV灯启动的启动端子和驱动UV灯正常工作的工作端子，所述启动端子和工作端子同时并联在UV灯管上。

5.根据权利要求4所述的大功率UV灯高频电子变压器，其特征在于：所述启动端子的输入侧连接50Hz的工频高压，所述工作端子的输入侧与高频变换器(4)的输出侧连接。

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