CN107681905A - 一种单极多交错交流无桥hid开关电源 - Google Patents

一种单极多交错交流无桥hid开关电源 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种单极多交错交流无桥HID开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括交流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元以及点火输出单元，信号控制电路包括信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括左交错单元以及右交错单元，电感单元包括左电感单元与右电感单元；这样的设置，将原有的功率因素校正级的功能融合进入功率转换级；通过再一次恰当地设计两级融合后的功率转换电路的控制方法以及交流电源的接入方式，将工频交流整流级的功能融合进入融合后的功率转换级，成为真正意义上的单级HID开关电源转换电路，实现总体开关电源转换效率的提升。

Description

一种单极多交错交流无桥HID开关电源
技术领域
本发明涉及一种开关电源，更具体的来说，涉及一种单极多交错交流HID开关电源。
背景技术
现有的交流HID开关电源主流方案采用的是多级开关电源电路方案，第一级为工频交流整流级，第二级为功率因素校正级，第三级为DC-AC全桥功率开关转换级，用于驱动HID灯珠。由于各级在工作中都会产生电能的损耗，三级串联起来后的总电能损耗较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种交流HID开关电源的电源转换效率高的交流HID开关电源。
为实现上述目的，本发明采用一种单极多交错交流无桥HID开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括交流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元以及点火输出单元，信号控制电路包括信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括左交错单元以及右交错单元，电感单元包括左电感单元与右电感单元；点火输出单元与左电感单元、右电感单元相连，左交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，右交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，电流信号采集单元连向信号采集单元，左交错桥臂单元与右交错桥臂单元相连并与交流输入EMC单元相连，交流输入EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，开关信号驱动单元连向左交错桥臂单元以及右交错桥臂单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元。
这样的设置，将原有的功率因素校正级的功能融合进入功率转换级；进一步通过再一次恰当地设计两级融合后的功率转换电路的控制方法以及交流电源的接入方式，将工频交流整流级的功能融合进入融合后的功率转换级，成为真正意义上的单极HID开关电源转换电路，实现总体开关电源转换效率的提升。
本发明进一步设置为，左交错桥臂单元包括开关管QL1、开关管 QL2、开关管QL3、开关管QL4以及电阻RS2，开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4并联在电路中，电阻RS2与开关管QL1、开关管QL3并联；电阻RS2连向线圈LL2以及VS2，开关管QL2与开关管QL4连向线圈LL1，开关管QL1与开关管QL2连向AC1，开关管QL3 与开关管QL4连向GNDP。
这样的设置，将若干单极开关电路并联在一起，并且在开关工作的时机上，使得各个并联级交错地工作，能够进一步地提升总体开关电源的转换效率，减轻单极开关工作的压力。
本发明进一步设置为，左电感单元包括线圈LL1、线圈LL2；线圈LL1的一端与开关管QL2、开关管QL4相连，另一端连向HID灯珠，开关管QL4相连，线圈LL2的一端与电阻RS2相连，另一端连向HID 灯珠。
这样的设置，将原有单一桥臂的全桥开关电源电路中的电感一分为二，分别放置于HID灯珠的两侧，最终使得多桥臂交错开关成为可行。
本发明进一步设置为，开关信号驱动电路包括四个开关信号电路，所述的开关信号电路包括单片机DR1，电阻R6以及二极管D3，电阻R6的一端连向单片机DR1的引脚2，二极管DR1的阴极与单片机DR1的引脚1以及电阻R6连向D3，二极管DR1的阳极连向PHS1。
这样的设置，恰当地设计DC-AC全桥功率开关转换级的驱动信号，将原有的功率因素校正级的功能融合进入功率转换级，减少了 HID开关电源里的级数，减少电能损耗，使HID开关电源总体的转换效率提高。
附图说明
图1是本发明实施例一种单极多交错交流HID开关电源的原理方框图；
图2是本发明实施例一种单极多交错交流HID开关电源的电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，一种单极多交错交流无桥HID开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括交流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元以及点火输出单元，信号控制电路包括信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其中桥臂单元为交错桥臂单元，交错桥臂单元包括左交错单元以及右交错单元，电感单元包括左电感单元与右电感单元；点火输出单元与左电感单元、右电感单元相连，左交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，右交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，电流信号采集单元连向信号采集单元，左交错桥臂单元与右交错桥臂单元相连并与交流输入EMC单元相连，交流输入 EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，开关信号驱动单元连向左交错桥臂单元以及右交错桥臂单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元。
如图2所示，左交错桥臂单元包括开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4以及电阻RS2，开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4并联在电路中，电阻RS2与开关管QL1、开关管 QL3并联；电阻RS2连向线圈LL2以及VS2，开关管QL2与开关管QL4 连向线圈LL1，开关管QL1与开关管QL2连向AC1，开关管QL3与开关管QL4连向GNDP；左电感单元包括线圈LL1、线圈LL2；线圈LL1 的一端与开关管QL2、开关管QL4相连，另一端连向HID灯珠，开关管QL4相连，线圈LL2的一端与电阻RS2相连，另一端连向HID灯珠；开关信号驱动电路包括四个开关信号电路，开关信号电路包括单片机 DR1，电阻R6以及二极管D3，电阻R6的一端连向单片机DR1的引脚 2，二极管DR1的阴极与单片机DR1的引脚1以及电阻R6连向D3，二极管DR1的阳极连向PHS1。
本发明的工作原理是：当交流输入电压的相位为AC0高于AC1时，信号采样单元中的相位信号PHS1＝1，PHS0＝0，采样开关Q1开通，采样开关Q2截止；左交错桥臂单元的所有开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4均保持开通状态，右交错桥臂单元的开关管QR1， QR2、QR3、QR4则按互补的方式工作。此时每个开关周期中的激磁能量来自于交流电源，电流从右交错桥臂单元流入，经右电感单元流入点火输出单元，再给HID灯珠。而流出点火输出单元的电流，流经左电感单元后返回给交流电源。每个开关周期中的退磁能量来自于左右两个电感单元。左右两个交错桥臂单元的低端开关和左右两个电感单元，以及点火输出单元，构成了退磁电流的串联回路。此时流经HID 灯珠的开关电流信号Icsm通过测量开关Q1从电阻RS2上的电压VS2 取得。
当交流输入电压的相位为AC0低于AC1时，信号采样单元中的相位信号PHS1＝0，PHS0＝1，采样开关Q1截止，采样开关Q2开通；左交错桥臂的开关QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4按互补的方式工作，右交错桥臂单元的所有开关管QR1、开关管QR2、开关管QR3、开关管QR4则均保持开通状态。此时每个开关周期中的激磁能量来自于交流电源，电流从左交错桥臂单元流入，经左电感单元流入点火输出单元给HID灯珠，而流出点火输出单元的电流，流经右电感单元后返回给交流电源。每个开关周期中的退磁能量来自于左右两个电感单元。左右两个交错桥臂单元的低端开关和左右两个电感单元，以及火、输出单元，构成了退磁电流的串联回路。此时流经HID 灯珠的开关电流信号Icsm通过测量开关Q2从电阻RS1上的电压VS1 取得。
在信号采集单元中，通过二极管D1、二极管D2和电阻R2取得输入交流电压信号Vacc；通过电阻R3，电阻R4取得HID灯珠电压差分信号；通过电阻R7，电阻R8以及稳压管Z1，稳压管Z2取得输入交流电的相位信号；上述五个信号都接入初级信号接口单元，供电源控制器分析。
初级信号接口单元中的电源控制器在分析输入信号后产生交错开关信号PWM0，PWM1，PWM2，PWM3，他们通过驱动器DR1，驱动器 DR2、驱动器DR3、驱动器DR4后成为信号D1、D2、D3、D4、D5、D6、 D7、D8，接入相关的开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管 QL4和开关管QR1、开关管QR2、开关管QR3、开关管QR4，控制电路的开关工作状态。

Claims (5)

1.一种单极多交错交流无桥HID开关电源，包括功率转换电路和信号控制电路，功率转换电路包括交流输入EMC单元、桥臂单元、电感单元以及点火输出单元，信号控制电路包括信号采集单元、电流信号采集单元、开关信号驱动单元以及初级信号接口单元，其特征在于：所述的桥臂单元为交错桥臂单元，所述的交错桥臂单元包括左交错单元以及右交错单元，所述的电感单元包括左电感单元与右电感单元；点火输出单元与左电感单元、右电感单元相连，左交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，右交错桥臂单元与左电感单元相连并连向电流信号采集单元，电流信号采集单元连向信号采集单元，左交错桥臂单元与右交错桥臂单元相连并与交流输入EMC单元相连，交流输入EMC单元连向信号采集单元，信号采集单元连向初级信号接口单元，开关信号驱动单元连向左交错桥臂单元以及右交错桥臂单元，初级信号接口单元连向开关信号驱动单元。
2.根据权利要求1所述的单极多交错交流无桥HID开关电源，其特征在于：所述的左交错桥臂单元包括开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4以及电阻RS2，开关管QL1、开关管QL2、开关管QL3、开关管QL4并联在电路中，电阻RS2与开关管QL1、开关管QL3并联；电阻RS2连向线圈LL2以及VS2，开关管QL2与开关管QL4连向线圈LL1，开关管QL1与开关管QL2连向AC1，开关管QL3与开关管QL4连向GNDP。
3.根据权利要求1或2所述的单极多交错交流无桥HID开关电源，其特征在于：所述的左电感单元包括线圈LL1、线圈LL2；线圈LL1的一端与开关管QL2、开关管QL4相连，另一端连向HID灯珠，开关管QL4相连，线圈LL2的一端与电阻RS2相连，另一端连向HID灯珠。
4.根据权利要求1或2所述的单极多交错交流无桥HID开关电源，其特征在于：所述的开关信号驱动电路包括四个开关信号电路，所述的开关信号电路包括单片机DR1，电阻R6以及二极管D3，电阻R6的一端连向单片机DR1的引脚2，二极管DR1的阴极与单片机DR1的引脚1以及电阻R6连向D3，二极管DR1的阳极连向PHS1。
5.根据权利要求3所述的单极多交错交流无桥HID开关电源，其特征在于：所述的开关信号驱动电路包括四个开关信号电路，所述的开关信号电路包括单片机DR1，电阻R6以及二极管D3，电阻R6的一端连向单片机DR1的引脚2，二极管DR1的阴极与单片机DR1的引脚1以及电阻R6连向D3，二极管DR1的阳极连向PHS1。
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