CN102917523B - 智能低压钠灯电源控制器 - Google Patents

Abstract

一种智能低压钠灯电源控制器，包括前置电路、镇流电路、保护电路、负载，前置电路为后续电路提供电源和镇流电路连接，负载与镇流电路和保护电路连接，保护电路与镇流电路和负载连接；前置电路由电磁滤波电路、整流电路、有源功率因数调整电路组成；镇流电路包括震荡电路、功率放大电路、输出电路；保护电路由保护级、过载检测电路、灯检测电路组成。本发明能够可靠地保护镇流器内的元器件，延长使用寿命。

Description

智能低压钠灯电源控制器

技术领域

本发明涉及一种结构简单，检测灯管，用于保护镇流器的智能低压钠灯电源控制器。 

背景技术

由于传统的电子低压钠灯镇流器内部没有检测灯管开路或灯管是否接入的功能，所以经常遇到灯管没有接入或灯管破碎的情况下接通电源，容易损坏镇流器的电子元器件。即使更换新的灯管后，在镇流器没有修复的情况下，也不能正常工作，效率低，故障率高，寿命达不到要求，不利于环保、节能。 

发明内容

针对这种现象，在原有电路的基础上设计了一种灯管检测、保护电路，能很好地解决这个问题。在使用该发明时需要在普通低压钠灯并联一个电阻RL,使电路具有灯管检测功能。本发明在遇到灯管没有接入、破碎、过载等故障时，能使镇流器自保，自动停止工作，可靠地保护镇流器内的元器件，更换新的灯管后会自动投入正常工作，降低了成本，延长了使用寿命。 

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为： 

一种智能低压钠灯电源控制器，包括前置电路1、镇流电路2、保护电路3、负载，特征是：所述的前置电路1用于为后续电路提供电源并和镇流电路2连接，负载与镇流电路2和保护电路3连接，保护电路3与镇流电路2和负载连接；所述的前置电路1由电磁滤波电路、整流电路、有源功率因数调整电路组成；所述的镇流电路由震荡电路、功率放大电路、输出电路组成，功率放大电路和输出电路分别用于为过载检测电路提供电压信号U6、U7；所述的保护电路3由保护级、过载检测电路、灯检测电路组成，过载检测电路用于检测采集到的电压信号U6、U7并产生电压信号U10,灯检测电路检测从负载采集到的电压信号U8然后产生电压信号U11，保护级用于接收电压信号U10、U11并控制震荡电路的工作；所述的智能低压钠灯电源控制器需结合并联有电阻的低压钠灯灯管使用；

所述的输出电路由电感L 、电容C2、C3、C4、二极管D2组成，电感L与电容C2串联后与灯管一极相连，电容C3与灯管并联，由电感L及电容C2组成谐振电路，在C3两端产生高频脉冲电压，将灯管内部气体击穿而发光，电容C3作为输出电路到灯管之间的并联谐振电容，用于补偿由于引线所造成的不匹配，电感L与二极管D2串联后的整体与电容C4并联，电容C4一端接地，另一端与过流检测电路连接；

所述的灯检测电路由电阻R1～R10、电容C6、C7、二极管D6、比较器U2B组成，直流400V端子与电阻R1、电阻R2串联后接地，直流400V端子与电阻R3、电阻R4串联后接地，电阻R1、R2公共端与电阻R5、灯管内部电阻串联后接地，电阻R1、R2公共端通过电阻R8与比较器U2B反相端连接，电阻R3、R4公共端通过串接电阻R6、电阻R10再与比较器U2B同相端连接，比较器U2B同相端通过电阻R7接地，电阻R7与电容C6并联，比较器U2B反相端通过电阻R9接地，电阻R9与电容C7并联，二极管D6阳极接比较器U2B同相端，阴极接比较器U2B输出端， K点是比较器U2B同相端，K点的电压Uk作用于比较器U2B的同相端，F点是比较器U2B反相端，F点信号Uf作用于比较器U2B的反相端；二极管D6用于在比较器U2B输出低电平时对比较器U2B进行自锁；电容C6、C7是抗干扰电容，可以使比较电路稳定工作；

所述的保护级由二极管D3、D5、电阻R17、发光二极管LED1、LED2组成，比较器U2A输出端与二极管D3阴极连接，比较器U2B输出端与二极管D5阴极连接，二极管D3、D5阳极均与集成电路U1的3号引脚连接，任一比较器U2A、U2B输出低电平都会通过二极管D3、D5使型号为IR2155的集成电路U1管脚3的电压达不到7.5V，集成电路U1停止震荡；

15V直流电源端通过电阻R17与发光二极管LED1、LED2阳极连接，发光二极管LED1、LED2阴极分别接比较器U2A、U2B的输出端，电阻R17是发光二极管LED1和发光二极管LED2的限流电阻， 发光二极管LED1在比较器U2A输出低电平时接通发光，指示过流保护，发光二极管LED2在比较器U2B输出低电平时接通发光，指示灯管故障保护。

本发明的优点是: 在原有电路的基础上设计了一种灯管检测、保护电路，使电路在灯管没有有接入、破碎、过载等故障时，使镇流器自保，自动停止工作，可靠地保护镇流器内的元器件。本发明在更换新的灯管后会自动投入正常工作，降低了成本，延长了使用寿命。 

附图说明

图1为本发明的方框图。 

图2为本发明电气原理图。 

图3为本发明振荡电路的电气原理图。 

图4为本发明输出电路的电气原理图。 

图5为本发明灯检测电路的电气原理图。 

图6为本发明过载保护电路的电气原理图。 

图7为本发明保护级的电气原理图。 

附图中：1、前置电路； 2、镇流电路； 3、保护电路。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明： 

本发明在原有电路的基础上设计了保护电路，使电路在灯管没有有接入、破碎、过载等故障时，使镇流器自保，自动停止工作，可靠地保护镇流器内的元器件。本发明在更换新的灯管后会自动投入正常工作，降低了成本，延长了使用寿命。

本发明包括前置电路1、镇流电路2、保护电路3、负载，其特征在于：所述的前置电路1用于为后续电路提供电源并和镇流电路2连接，负载与镇流电路2和保护电路3连接，保护电路3与镇流电路2和负载连接；所述的前置电路1由电磁滤波电路、整流电路、有源功率因数调整电路组成；所述的镇流电路由震荡电路、功率放大电路、输出电路组成，功率放大电路和输出电路分别用于为过载保护电路提供的电压信号U6、U7；所述的保护电路3由保护级、过载保护电路、灯检测电路组成，过载保护电路用于检测采集到的电压信号U6、U7并产生电压信号U10,灯检测电路检测从负载采集到的电压信号U8然后产生电压信号U11，保护级用于接收电压信号U10、U11并控制震荡回路的工作；所述的负载为一与灯管并联的电阻。 

电网提供的电源经过电磁滤波电路的滤波和整流电路的整流，通过有源功率因数调整电路为后续电路提供电压值15V和400V的直流电源。前置电路为现有的电源控制器的常规电路。 

震荡电路如图3所示，集成电路U1采用是美国国际整流器公司生产的专用芯片IR2155，功能包括：震荡、电平转换、供电钳位、2路PWM输出。由有源功率因数调整电路提供15V的直流电压作为集成电路U1的工作电源，集成电路U1内部自带15.6V的稳压。集成电路U1内部电流从2脚输出经震荡电阻RT给电容CT充电，当3脚电位达到供电的一半（7.5V）时，3脚内部电路开始放电，放电路径是：电容CT、集成电路U1的3脚内部、电源地，经集成电路U1内部整理、电平转换后分别从集成电路U1的5脚、7脚输出相位相差180度的脉冲，5脚与7脚的脉冲含有1-2uS的死区时间，防止MOS管V1、V2同时导通造成损坏，且正负脉冲的占空比是50%。通过改变电阻RT或电容CT的参数，可以改变震荡频率,以满足不同的用途和要求。采用专用芯片IR2155组成的镇流器***电路结构非常简单，可靠性高，故障率极低。 

由N沟道MOS管V1和V2组成半桥式功率放大电路，分别将集成电路U1输出的脉冲进行放大，二极管D1与电容C1组成自举电源，负责8脚内部高端供电，MOS管V2导通时，+15V经二极管D1、MOS管V2、到地给电容C1充电，MOS管V2截止、MOS管V1导通时，电容C1经8脚给内部激励电路、7脚、MOS管V1的控制极、6脚放电。由于采用了二极管D1和电容C1组成的自举电源供电，省略了一组供电电路，从而简化了电路，降低了成本。 

输出电路如图4所示，由MOS管V1、V2放大后的脉冲流经电感L、二极管C2后送到钠灯灯管，由电感L及电容C2组成谐振，在电容C3两端产生约600-800V的高频脉冲电压，将灯管内部的气体击穿，灯管发光，由于钠灯灯管具有负阻特点，在没被击穿点燃时呈开路状态，一旦灯管被点燃后，其等效电阻很低，这时的电感L就起到限流作用。MOS管V1导通时+400V经MOS管V1、电感L、电容C2、灯管、电源地形成回路，MOS管V1截止时MOS管V2导通，电容C2上的电压经过电感L、MOS管V2、电源地、灯管放电形成回路。在电感L上绕有一组线圈，对流经电感L的电流进行取样，作为灯工作时电流的检测，经二极管D2整流，电容C4滤波，在C4上形成约6V的直流电压，送给比较电路进行鉴别。图4中的电容C3是作为输出到灯管之间的并联谐振电容，补偿由于引线所造成的不匹配现象。 

     灯检测电路如图5所示，由电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10及与灯管内部的电阻（510K）共同组成。当灯管没有连接或接触不良时，电阻R1、R2、R8、R9把400V电压进行分压，在N点形成135V电压，同时电阻R3、R4、R6、R7、R10分压在M点的电压为135V，由于电阻R9阻值大于电阻R7阻值，F点电压为4.3V，K点电压为3.9V，使得F点的电压高于K点，比较器U2B的同相端电压低于反相端电压，比较器U2B输出低电平，由于有二极管D6的存在，比较器U2B形成自锁，使K点电位更加低于F点电位并保持，比较器U2B自锁，并使比较器U2B锁定输出低电平，防止因干扰造成误动作。电容C6、电容C7是抗干扰电容，防止外界的干扰，使比较电路不受影响，工作更加可靠。图5中括号内的电压值为灯管正常的接入的电压。 

当灯管正常接入时，由于灯管内部电阻的分流，使得N点的电压降低为100V，远低于M点的135V，经R8、R9分压后F点的电压为3.2V，低于K点的3.9V，经过U2B比较后输出高电平。 

过载保护电路如图6所示，在电感L上绕有一组检测绕组，利用电流互感原理检测流过电感L的电流，经二极管D2整流、电容C4滤波，在电容C4（C点）上形成约6V左右的电压，经电阻（R11、R12、W2、RF）共同作用，并通过调节电阻W2使比较器U2A的反相端的电压为2V。由电阻R14、精密稳压芯片U3将15V稳压在2.5V作为基准，经电阻R15送到比较器U2A的同相端，MOS管V1、V2的电流经取样电阻RF取样，在D点形成一跟随电流大小变化的电压，只要流经电阻RF的电流不超过正常值就不会造成比较器U2A的反相端电位超过2.5V。钠灯的另一端不是传统的直接接地，而是接到D点，目的是可以检测MOS管(V1、V2)的实际工作电流。只要流经MOS管（V1、V1）、电感L以及灯管的电流任何一处异常，都会造成E点电位的升高，造成比较器U2A反相端电压升高，一旦超过设定值，比较器U2A就立即翻转输出低电平实行保护。 

     电阻W2是保护点的设定可调电阻，正常工作时通过调整电阻W2设定比较器U2A反相端的电压为2V，那么比较器U2A的同相端的电位高于反相端，比较器U2A输出高电平。MOS管V2的工作电流经RF取样，在D点接入可调电阻W2，只要C点或D点任意一处有变化，E点电压也跟随变化，当比较器U2A反相端高于同相电压后，比较器U2A翻转，输出低电平将震荡电容CT的充电电流短接到地，定时电容CT没法充电，电路停止震荡，没有功率输出，起到了很好地保护作用。经二极管D4使比较器U2A自锁，震荡电路停止工作。电阻R16的作用是当比较器U2A的翻转输出为低电平时，反相端的电压会消失，比较器U2A的反相端又低于同相端，输出就会翻转成高电平，如此反复地转换，有电阻R16的存在后，经电阻R16给反相端提供一个最低电压，当比较器U2A输出低电平后经二极管D4将同相端拉低约0.6V，这时的反相端仍有约1V的电压，使比较器U2A可靠地保持输出低电平。 

保护级如图7所示，只要比较器U2B、比较器U2A任意一个输出低电平都会使B点的电位变为低电平，使得电容CT无法达到供电电压的一半，集成电路U1停止震荡没有脉冲输出。 

假设比较器U2B检测到灯管没有接入，输出低电平，经二极管D5使B点为低电平（约0.6V），流经电阻RT的电流经二极管D5短路，无法使电容CT充电，集成电路U1停止震荡，同时由发光二极管LED2发光指示灯管有故障。如果比较器U2A检测到有过流现象时，翻转输出低电平，也会使B点为低电平，同样集成电路U1也停止工作，并由发光二极管LED1指示有过载现象的存在。电阻R17是发光二极管（LED1、LED2）的限流电阻。由于有二极管（D3、D5）的组成的与门电路，比较器(U2A、U2B)输出的高电平不会影响电容CT的充、放电。 

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围。 

Claims (1)

1.一种智能低压钠灯电源控制器，包括前置电路（1）、镇流电路（2）、保护电路（3）、负载，其特征在于：所述的前置电路（1）用于为后续电路提供电源并和镇流电路（2）连接，负载与镇流电路（2）和保护电路（3）连接，保护电路（3）与镇流电路（2）和负载连接；所述的前置电路（1）由电磁滤波电路、整流电路、有源功率因数调整电路组成；所述的镇流电路由震荡电路、功率放大电路、输出电路组成，功率放大电路和输出电路分别用于为过载检测电路提供电压信号U6、U7；所述的保护电路（3）由保护级、过载检测电路、灯检测电路组成，过载检测电路用于检测采集到的电压信号U6、U7并产生电压信号U10,灯检测电路检测从负载采集到的电压信号U8然后产生电压信号U11，保护级用于接收电压信号U10、U11并控制震荡电路的工作；所述的智能低压钠灯电源控制器需结合并联有电阻的低压钠灯灯管使用；

所述的输出电路由电感L 、电容C2、C3、C4、二极管D2组成，电感L与电容C2串联后与灯管一极相连，电容C3与灯管并联，由电感L及电容C2组成谐振电路，在C3两端产生高频脉冲电压，将灯管内部气体击穿而发光，电容C3作为输出电路到灯管之间的并联谐振电容，用于补偿由于引线所造成的不匹配，电感L与二极管D2串联后的整体与电容C4并联，电容C4一端接地，另一端与过流检测电路连接；

所述的灯检测电路由电阻R1～R10、电容C6、C7、二极管D6、比较器U2B组成，直流400V端子与电阻R1、电阻R2串联后接地，直流400V端子与电阻R3、电阻R4串联后接地，电阻R1、R2公共端与电阻R5、灯管内部电阻串联后接地，电阻R1、R2公共端通过电阻R8与比较器U2B反相端连接，电阻R3、R4公共端通过串接电阻R6、电阻R10再与比较器U2B同相端连接，比较器U2B同相端通过电阻R7接地，电阻R7与电容C6并联，比较器U2B反相端通过电阻R9接地，电阻R9与电容C7并联，二极管D6阳极接比较器U2B同相端，阴极接比较器U2B输出端， K点是比较器U2B同相端，K点的电压Uk作用于比较器U2B的同相端，F点是比较器U2B反相端，F点信号Uf作用于比较器U2B的反相端；二极管D6用于在比较器U2B输出低电平时对比较器U2B进行自锁；电容C6、C7是抗干扰电容，可以使比较电路稳定工作；

所述的保护级由二极管D3、D5、电阻R17、发光二极管LED1、LED2组成，比较器U2A输出端与二极管D3阴极连接，比较器U2B输出端与二极管D5阴极连接，二极管D3、D5阳极均与集成电路U1的3号引脚连接，任一比较器U2A、U2B输出低电平都会通过二极管D3、D5使型号为IR2155的集成电路U1管脚3的电压达不到7.5V，集成电路U1停止震荡；

15V直流电源端通过电阻R17与发光二极管LED1、LED2阳极连接，发光二极管LED1、LED2阴极分别接比较器U2A、U2B的输出端，电阻R17是发光二极管LED1和发光二极管LED2的限流电阻， 发光二极管LED1在比较器U2A输出低电平时接通发光，指示过流保护，发光二极管LED2在比较器U2B输出低电平时接通发光，指示灯管故障保护。