CN104507198A - 有源箝位正、反激推挽集成灯控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,该控制器包括电源Vin,所述电源Vin正极到负极依次串联的变压器T1、变压器T2、电容CC和主开关管V2;带并联触发的高压气体放电灯的谐振回路,包括串联的自耦合变压器T3、灯和电容CS,所述灯并联有电容CP;非隔离式推挽电路,包括与所述电容CC和主开关管并联的辅助开关管V1,自耦合变压器与电源Vin负极之间连接有电容Cd,变压器T1通过二极管VD3与电容Cd串联,变压器T2通过二极管VD4与电容Cd串联。本发明实现电路的功率因数校正、电力变换及高压触发等多种功能,通过一只小功率MOS及缓冲电容器实现变压器的磁通复位和开关器件的零电压开通,提高了***的转换效率。
Description
技术领域
本发明涉及灯控制装置,具体地指一种有源箝位正、反激推挽集成灯控制器。
背景技术
高压气体放电照明灯及其它照明灯具是中小功率耗电设备,它要求其驱动器输入功率因数高、转换效率高、触发可靠。为了实现功率因数校正及恒流(压)变换,常采用二级或三级级联方式。但是,采用多级变换器级联,应用的开关器件多、控制、驱动电路复杂、转换效率不高。此外,为了实现高压触发,传统的触发电路多为串联电感并采取专门的触发装置实现高压触发,也有通过滑频控制方式通过串(并)联谐振槽路产生串联高压触发灯具,这些方式触发电感都串联在灯回路中,电路复杂有严格的时序要求,触发的可靠性不高;如果采取滑频谐振触发,开关器件参与高压大电流触发过程,易损坏开关器件。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,该控制器通过电力电子集成变换实现高功率因数、高转换效率、高可靠性的照明驱动。
实现本发明目的采用的技术方案是:一种有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,该控制器包括:
正、反激有源箝位变换器,包括电源Vin,所述电源Vin正极到负极依次串联的变压器T1、变压器T2、电容CC和主开关管V2;
带并联触发的高压气体放电灯的谐振回路,包括串联的自耦合变压器T3、灯和电容CS,所述灯并联有电容CP;
非隔离式推挽电路,包括与所述电容CC和主开关管并联的辅助开关管V1,所述辅助开关管V1与所述自耦合变压器T3之间连接有二极管VD1,自耦合变压器与电源Vin负极之间连接有电容Cd,变压器T1通过二极管VD3与电容Cd串联,变压器T2通过二极管VD4与电容Cd串联,电容CS与电源Vin负极之间连接有二极管VD2。
在上述技术方案中,二极管VD3的阳极和阴极分别与变压器T1的同名端和电容Cd连接;二极管VD4的阳极和阴极分别与变压器T2的非同名端和电容Cd连接。
在上述技术方案中,所述二极管VD2的阴极连接在所述自耦合变压器与电容CS之间,所述二极管VD2的阳极与电源Vin的负极连接。
在上述技术方案中,所述二极管VD1的阳极与自耦合变压器连接,阴极与辅助开关管连接。
本发明通过一只主开关管、四只二极管、两个高频变压器、一个高频自耦变压器及LC谐振回路实现电路的功率因数校正、电力变换及高压触发等多种功能,通过一只小功率MOS及缓冲电容器实现变压器的磁通复位和开关器件的零电压开通,提高了***的转换效率。
附图说明
图1为本发明有源箝位正、反激推挽集成灯控制器的电路原理图。
图2为主开关管V1和辅助开关管V2的驱动波形图。
图3为稳压过程的等效电路图。
图4为启动过程的等效电路图。
图5为稳态过程波形示意图。
图6为启动过程波形示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示,本发明有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,该控制器包括:实现功率因数校正和能量传输的正—反激变换器、非隔离式推挽电路和带并联触发的高压气体放电灯的谐振回路,
正、反激有源箝位变换器包括电源Vin、电源Vin正极到负极依次串联的变压器T1、变压器T2、电容CC和主开关管V2。
带并联触发的高压气体放电灯的谐振回路包括串联的自耦合变压器T3、灯和电容CS,灯并联有电容CP。
非隔离式推挽电路包括与电容CC和主开关管V2并联的辅助开关管V1、辅助开关管V1与自耦合变压器T2之间连接有二极管VD1,具体地,二极管VD1的阳极与自耦合变压器连接,阴极与辅助开关管V1连接。
自耦合变压器与电源Vin负极之间连接有电容Cd,变压器T1通过二极管VD3与电容Cd串联,具体地,二极管VD3的阳极和阴极分别与变压器T1的同名端和电容Cd连接;变压器T2通过二极管VD4与电容Cd串联,具体地,二极管VD4的阳极和阴极分别与变压器T2的非同名端和电容Cd连接;电容CS与电源Vin负极之间连接有二极管VD2,具体地,二极管VD2的阴极连接在自耦合变压器T3与电容CS之间,二极管VD2的阳极与电源Vin的负极连接。
图1中,V1是主开关管,c为实现有源箝位的辅助开关管,Lσ2是LC串联谐振电感,它由自耦合变压器T3耦合集成得到。由变压器T1、T2及V1、V2等元件组成的正、反激有源箝位变换器的工作原理许多文献中都有介绍,说明书中不作具体分析。该发明主要是将该电路用在整个***中,通过单级电路实现功率因数校正与能量变换,属***集成发明。
将磁集成自耦变压器作为推挽电路能量传输部分,实现谐振槽路的能源变换与传输,也是一种集成技术,本说明书不介绍磁路集成过程的推导及变压器绕制的安排。
如图2所示,V1g、V2g分别是主开关管V1和辅助开关管V1的驱动动波形,下面分别说明本发明***的稳压和启动过程。
1.稳压过程分析
假设:
(1)所有元器件均为理想元件;
(2)Cd足够大,工作期间Vd不变;
(3)开关器件工作频率
触发频率:
槽路稳态工作频率:
且fo1>>fo2 fS略大于fo1
t0-t1期间:t0时刻之前,灯已触发,Vd已稳定,CS两端电压等于Vd(上正下负),t0时刻,V1导通,等效电路如附图3所示。此时:VD1导通,V2截止,VD2截止,VD3导通,灯电流方向如图所示。T1与V1形成正激变换,T2(L2)作为反激储能电感元件,得到输入电流:
在设计上,初级工作在断续模式(DCM),得输入电流为:
t1-t2期间:t1时刻,V1关断,等效电路如图4所示,此时输入端由V2与CC组成的电路对变压器T1进行磁复位,同时存储在L2中的能量耦合到次级VD2、VD4导通,将存储的能量泵给灯回路,从t1开始,灯回路进入自由谐振阶段。
2.启动过程分析
启动过程为滑频启动,启动时逐步上升,启动后频率稳定在f=fs。启动过程中Cp参与谐振,
启动瞬间启动电压:
其中:
r——线路集中电阻。
在设计上要求启动瞬间:
本发明中:Q≥20
3、主要设计公式
3.1输入参数
η-转换效率;
L1-反激变压器的初级绕组电感;
D-占空比
输入电流
3.2最大占空比
取反激变压器和正激变压器各输出一半功率,又设T1与T2的初级匝数均为N1,次级匝数均为N2
又∵
式中:L2-反激变换器次级绕组电感
由式(3.3)和式(3.4)得到:
3.3开关器件V1峰值电压及峰值电流
式中:—灯电流;L3—自耦变压器初级激励电感
3.4灯回路电压、灯电流与灯电压
VL3,L4=±(2Vd) (3.7)灯稳定电流
—灯导通后的电阻
灯启动电流
由式(3.7)—(3.9)及式(3)得到LS与CS的设计公式:
下面以具体的实施例来说明本发明有源箝位正、反激推挽集成灯控制器的效果,本实施例设置的具体参数如下:
输入电压:220V±10%50Hz
根据上述设计公式推导得出:
按照图1所示电路进行仿真,仿真结果如图5和图6所示:
图5是稳态工作主要波形,图中,(a)为稳态电流波形,峰值接近5A;(b)为稳态电压波形,峰值接近100V;(c)为开关驱动波形。
由图5可以看出,仿真结果与理论分析基本吻合。
图6是启动过程中主要波形,图中,(a)为启动电流波形;(b)为启动电压波形。
由图6可以看出,最大启动电压达2000以上,最大启动电流接近40A,启动功率>稳态功率。
Claims (4)
1.一种有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,其特征在于,包括:
正、反激有源箝位变换器,包括电源Vin,所述电源Vin正极到负极依次串联的变压器T1、变压器T2、电容CC和主开关管V2;
带并联触发的高压气体放电灯的谐振回路,包括串联的自耦合变压器T3、灯和电容CS,所述灯并联有电容CP;
非隔离式推挽电路,包括与所述电容CC和主开关管并联的辅助开关管V1,所述辅助开关管V1与所述自耦合变压器T3之间连接有二极管VD1,自耦合变压器与电源Vin负极之间连接有电容Cd,变压器T1通过二极管VD3与电容Cd串联,变压器T2通过二极管VD4与电容Cd串联,电容CS与电源Vin负极之间连接有二极管VD2。
2.根据权利要求1所述有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,其特征在于:二极管VD3的阳极和阴极分别与变压器T1的同名端和电容Cd连接;二极管VD4的阳极和阴极分别与变压器T2的非同名端和电容Cd连接。
3.根据权利要求1所述有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,其特征在于:所述二极管VD2的阴极连接在所述自耦合变压器与电容CS之间,所述二极管VD2的阳极与电源Vin的负极连接。
4.根据权利要求1所述有源箝位正、反激推挽集成灯控制器,其特征在于:所述二极管VD1的阳极与自耦合变压器连接,阴极与辅助开关管连接。
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