CN2517223Y - 电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是用于电子镇流器的预热、启辉和过流保护的控制电路。现有技术的电子镇流器在设计预热、启辉和过流保护时,电路复杂,可靠性低。本实用新型提出一种简单的电路结构,可同时完成预热、启辉和过流保护功能。电路由定时器、开关控制单元和反馈调节单元构成,可方便地设定预热时间、预热频率、启辉时间和过流保护时的最大电流。

Description

电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种荧光灯电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制装置的结构。

背景技术

荧光灯是一种大众化的照明光源，由于其负阻特性，必须有相应的镇流器与之匹配才能正常工作。电子镇流器是一种新近发展出来的电子装置，它工作频率一般在几十千赫兹。由于工作频率由五十或六十赫兹的工频提高到了几十千赫兹，使得电子镇流器与传统的电感镇流器相比具有更高的效率。

现有技术的电子镇流器的电路结构，通常是由半桥式的逆变电路构成，采用他激的方式，其预热时间的控制由一个定时电路完成，预热频率由电阻来设定，启辉时间被固定地设定为预热时间的某个百分比，而过流保护功能则是通过检测主回路电流幅度，或者通过检测负载两端的电压来完成。

这种电路虽然可以工作，但也有其相应的缺点。

第一，由于预热时间与启辉时间的比例关系固定，使得在具体的电路设计中缺乏灵活性。

第二，在过流保护时，如将过流保护设计得过于迟顿，则主回路电流过大，会造成逆变电路中的功率开关管的损坏。如将过流保护电路设计得过于灵敏，则会造成提前保护。因此在保护电路的设计时，对灵敏度会比较难于取舍，达不到可靠、及时的保护目的。

由于上述缺点，使得此种电路在性能上具有一定的局限性，也限制了在电子镇流器上的应用。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种能克服上述缺点的电子镇流器预热、启辉和过流保护的控制装置。

本实用新型设计的电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制装置由定时器、开关控制器和反馈调节器构成。定时器用于设定预热时间，开关控制器用于预热阶段和启辉阶段的切换控制，反馈调节器用于自动调节在灯管异常时整流器逆变器的主回路电流，完成过流保护的功能。其中，开关控制器和反馈调节合并在一起，基本由同一电路结构组成。根据本实用新型设计的电子镇流器，具有良好的过流保护功能。当出现过流时，反馈调节器自动调节逆变器的频率，从而限制了逆变器主回路的电流，防止功率开关管的损坏。同时在检测到过流时，定时器开始启动，在定时时间到达时刻，判断是否存在过流，从而决定是否停止电子镇流器工作。

为了便于描述本实用新型，我们先看一下电子镇流器的结构，如图1所示，电子镇流器200由交流电源100供电。镇流器200冂一个EMI滤波器210、一个全波整流桥220、一个预调节器230、一个逆变器240和一个控制电路250经电路连接构成，逆变器240的输出作为镇流器200的输出，与荧光灯负载300相连。EMI滤波器210滤去由预调节器230和逆变器240产生的谐波。整流桥220将滤波后的正弦电压整流为脉动直流电压。预调节器230将此脉动直流电压升高成为基本恒定的直流电压，供应给逆变器240。同时，预调节器230也改善了镇流器200的功率因子。控制电路250驱动逆变器240以45KHz左右的频率工作，逆变器240输出近似正弦波的电流到灯管300上。

本实用新型设计的电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制器，使用了一个集成电路(具体可为FM2811)。集成电路60和电容C6连接构成定时器，集成电路60和电容C5、C7、电阻R4、R5、R6、R7、晶体管Q1经电路连接构成开关控制器，集成电路60和逆变器输出电压采样电路40及电容C5、C7、电阻R3、R4、R5、R6、R7、晶体管Q1、二极管D2经电路连接构成反馈调节器。图2具体给出了本控制器电路及其与电子镇流器逆变器240、控制电路250和灯管300之间的连接关系。由预调节器230提供的基本恒定的直流电压，通过一对输入端子VBUS和GND连接到逆变器240上。逆变器240的结构是一个半桥，包括直流电压总线10，接地返回端11，以及串连在总线10和11之间的一对开关(MOSFET管)M1和M2，开关M1和M2在节点20处连接，形成一个推挽式的输出电路。电容C1连接在总线10和11之间。控制集成电路60的输出端G1与开关M1的栅极21连接，控制集成电路60的输出端G2与开关M2的栅极22连接。隔直电容C2的一端连接至串连开关M1和M2的连接点20，隔直电容C2的另一端与电感L1相连在23，电感L1的另一端与灯管300的灯丝端24相连。灯管30之另一端灯丝26连接至接地返回端11。电容C3跨接在灯管30两端，分别与灯丝端25和27相连。在24和25之间构成灯管的一个灯丝等效阻抗，在26和27之间构成灯管的另一个灯丝等效阻抗。

电路40构成逆变器输出电压的采样单元，由分压电阻R1和R2、电容C4、二极管D1经电路连接组成。分压电阻R1和R2串连后跨接在灯丝端25和地之间，电阻R1和R2的串接点42连至整流二极管D1的正极，电容C4的一端与D1的负极43相连，电容C4的另一端接地。采样电路40的输出端43连接至控制电路50的输入端51。

控制集成电路60的工作电源端VDD和供电端VS1相连，VS1端可以和各种可能的直流电源提供电路相连，以保证控制集成电路60的正常工作。电容C8的一端连接至控制集成电路60的CF端，另一端接地。电阻R8的一端连接至控制集成电路60的RF端，另一端接地。电容C6的一端连接至控制集成电路60的CT端，另一端接地。电容C5的一端与控制集成电路60的SCI端相连于54端，电容C5的另一端接地。电阻R4连接在54端和另一个电源端VS2，VS2端可以和各种可能的直流电源提供电路相连。电阻R5的一端连接至54端，另一端与晶体管Q1的集电极相连。晶体管Q1的发射极接地。电阻R6连接在晶体管Q1的基极和地之间。电容C7连接在晶体管Q1的基极和地之间。稳压二极管D2的正极与晶体管Q1的基极相连与53端，D2的负极连接至51。电阻R3的一端与控制集成电路60的VT端相连于52，电阻R3的另一端连至51。电阻R7连接在52和53之间。

从本实用新型的电路可以看出，开关控制器和反馈调节器的很多元件是共用的。本控制器的工作原理如下：

当镇流器上电完成后，控制集成电路60开始振荡。此时，控制集成电路60处于预热模式阶段。在此阶段，控制集成电路60的VT端为高电平，经电阻R7驱动晶体管Q1使其导通，则集成电路60的输入端SCI的电压就是VS2经电阻R4和R5分压而得。SCI端的电压决定了集成电路60的振荡频率。因此，在预热阶段，可通过设定R4和R5的阻值来设定振荡频率。集成电路60驱动输出端G1和G2产生不交叠的两路方波脉冲，驱动功率开关管M1和M2作交替导通，由此在20处产生占空比为50％的方波，此方波经隔直电容C2隔除直流成分后，送至由电感L1和电容C3构成的串联谐振回路上。此时处在预热阶段，振荡频率高于由电感L1和电容C3决定的自然谐振频率，因而电容C3两端的电压还不足于使灯启辉，但此时串联谐振回路中的电流流过24、25和26、27的灯丝，可以达到加热灯丝的目的。预热时间的长短由电容C6决定，电容C6和集成电路60配合，完成定时的功能。因此在预热阶段，设定电阻R4和R5的阻值可设定镇流器的预热频率，设定电容C6的容值可设定预热时间的长短。

在预热阶段结束以后，即进入启辉阶段。此时，集成电路60的VT端变成低电平的输入端，从而使晶体管Q1关断。VS2经电阻R4对电容C5充电，使SCI端的电压上升。SCI端电压的上升使集成电路60的振荡频率下降，因此振荡频率的下扫速率取决于由R4和C5确定的时间常数。当SCI端的电压超过某个由集成电路60内部设定的电平时，SCI端电压对60内部的压控振荡器的频率不再产生影响，此时的振荡频率由电阻R8和电容C8决定。在上述的频率下扫过程中，逆变器的工作频率逐渐靠近电感L1和电容C3的自然谐振频率，在电容C3两端的电压逐渐升高，直至将并联在C3两端的灯管300击穿，灯管由此进入稳定的弧光放电状态，镇流器进入稳态工作。因此，在启辉阶段，设定电容C5的容值就可以设定设定频率下扫的速率，也就是设定了启辉时间。

在电子镇流器中，设置过流保护是必须的。在荧光灯的使用过程中，随着灯管的老化，会出现灯管无法被高压击穿点亮，或者，灯管出现漏气，而此时灯丝仍然连接在回路中。当这种情况出现时，由于振荡频率靠近或者略低于自然谐振频率，使得逆变器回路中的电流非常大，在电容C3两端的电压也非常高。在此情形下，将使功率开关管M1和M2因出现过流或过热而失效，抑或者过高的电压使电容C3被击穿，最终造成镇流器的损坏。

在本实用新型中的电路结构，可以克服上述缺点。

当逆变器主回路的电流过大时，电容C3两端的电压也会升高，电路40用来完成C3上电压的采样，并将其转换成对应的直流电平。分压电阻R1和R2与电容C3的一端相连，完成对此电压的采样。整流二极管D1对R2上分到的交流电压作整流，经滤波电容C4在43转换成直流电压。此直流电压与C3两端电压的峰值成比例关系，也与逆变器主回路的电流成比例关系，其比例关系取决于电阻R1和R2的比值。43端的电压信号分两路送出，一路经电阻R3送至集成电路60的输入端VT，另一路经稳压二极管D2送至晶体管Q1的基极。

当灯管没有出现异常时，逆变器中的回路电流不大，43端的电压保持在正常值，此电压值低于稳压管D2的击穿电压，因而D2不会导通，晶体管Q1始终处于关断状态，逆变器的振荡频率不受影响。当逆变器出现过流时，43的电压升高，当超过稳压管D2的击穿电压时，晶体管Q1开始导通，导致集成电路60的SCI端的电压下降，当此电压低于某个值时，将对集成电路60中的压控振荡器的频率产生影响，SCI端的电压越低，则振荡器的频率越高。因此，当过压检测电路40检测到过压时，将使逆变器的频率自动上升，从而远离电感L1和电容C3的自然谐振频率，由此就大大降低了逆变器主回路的电流。当主回路电流降低时，过压检测电路40检测到的电压又会降低，当此电压低于稳压管D2的击穿电压时，晶体管Q1会再次关断，SCI端的电压又会上升。如果灯管的异常情况没有被排除，则过压检测电路40将再次检测到过压，电路50将重复前述的调整，最终电路将进入一个动态的平衡。在此平衡态中，过压检测电路40检测到的电压43刚好略微超过稳压管D2的击穿电压，晶体管Q1也不是处在完全导通区，而是处于放大区，相当于一个可调节的电阻，自动调节SCI端的电压，进而自动调节逆变器主回路的电流，防止该电流变得过大而损坏功率开关管M1和M2。

上述的电路构成了一个负反馈的自动调节回路，可概括如下：逆变器过流 → 逆变器过压 → Q1基极电流增大 → Q1集电极电流增大

 ↑                                                ↓逆变器电流减小←逆变器频率上升←压控振荡器频率上升←SCI电压下降

由此可见，该负反馈回路能够通过调节逆变器的频率，限制逆变器的主回路电流的

另外，当过压检测电路40检测到过压时，通过电阻R3流进VT端的电流将增大。在集成电路60的内部设置了一个电流比较器。当流进VT端的电流超过某个设定值时，将启动一个定时器。在该定时器启动后的某个时间段内，通过前述的自动调节回路，逆变器工作在某个频率，主回路的电流被限制在某个幅度。当定时器的定时时间结束的时刻，集成电路60再次检测流进VT端的电流的大小，如果此电流仍然超过某个内部的设定值，则集成电路60内部的控制电路使压控振荡器停振，逆变器就停止工作，镇流器进入停振待机状态。

由上述描述，可以看到，电路40、50和集成电路60通过如附图2的连接，可以完成镇流器的预热、启辉和过流保护的功能。电路40实现过流(等同于过压)检测功能，电路50和集成电路60相配合，实现了对预热、启辉、限流和在各个不同阶段的定时功能。

附图说明

图1是根据本实用新型的电子镇流器的框图。

图2是根据本实用新型的逆变器和相关控制电路的结构图。

图中标号：100为交流电源，200为电子镇流器，300为灯管，210为电子镇流器200的滤波器，220为全波整流桥，230为预调节器，240为逆变器，250为控制电路：10为直流电压总线，11为一个接地端，M1和M2为一对开关，20为M1和M2之间的连接点，21为M1的栅极，22为M2的栅极，23为电容C2与电感L1的连接线，24、25、26、27分别为灯管300的两端的灯丝。40为采样电路，41为电阻R1与灯丝25的串接点，42为R1和R2的串接点，43为电路40的输出端。50为控制电路，51为50的输入端，52为集成电路60的VT端与电阻R3、R7的连接点，53为D2、R7和C7的连接点，54为集成电路60的SCI端和R4、R5的连接点，60为集成电路。

具体实施方式把元器件按图2方式连接，主要元器件取如下数值：集成电路FM2811，R1＝200K，R2＝50K，R3＝200K，R4＝200K，R5＝100K，R6＝10K，R7＝100K。C4＝0.01U，C7＝0.1U，C6＝0.1U，C5＝0.22U。D1：1N4148，D2：40V稳压管，Q1：2SC9013，VS2：5V直流电压。

Claims (5)

1、一种电子镇流器的预热、启辉和过流保护控制装置，由定时器、开关控制器和反馈调节器构成，定时器器用于设定预热时间，开关控制器用于预热阶段和启辉阶段的切换控制，反馈调节器用于自动调节在灯管异常时逆变器的主回路电流，其特征在于开关控制器和反馈调节器合并在一起，基本由同一个电路结构组成，具体电路连接如下：定时器由集成电路(60)和电容C6连接构成，开关控制器由集成电路(60)和电容C5、C7、电阻R4、R5、R6、R7、晶体管Q1经电路连接构成，反馈调节器由集成电路(60)和逆变器输出电压采样电路(40)及电容C5、C7、电阻R3、R4、R5、R6、R7、晶体管Q1、二极管D1经电路连接构成。

2、根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于采样电路(40)由分压电阻R1、R2、电容C4、二极管D1经电路连接组成，其中R1和R2串连后跨接在灯丝端25和地之间，电阻R1和R2的串接点42连至整流二极管D1的正极，电容C4的一端与D1的负极43相连，电容C4的另一端接地；采样电路40的输出端43连接至控制电路50的输入端51；控制集成电路60的工作电源端VDD和供电端VS1相连；电容C8的一端连接至控制集成电路60的CF端，另一端接地；电阻R8的一端连接至控制集成电路60的RF端，另一端接地；电容C6的一端连接至控制集成电路60的CT端，另一端接地；电容C5的一端与控制集成电路60的SCI端相连于54端，电容C5的另一端接地；电阻R4连接在54端和另一个电源端VS2；电阻R5的一端连接至54端，另一端与晶体管Q1的集电极相连；晶体管Q1的发射极接地；电阻R6连接在晶体管Q1的基极和地之间；电容C7连接在晶体管Q1的基极和地之间；稳压二极管D2的正极与晶体管Q1的基极相连与53端，D2的负极连接至51；电阻R3的一端与控制集成电路60的VT端相连于52，电阻R3的另一端连至51；电阻R7连接在52和53之间。

3、根据权利要求1的控制装置，其特征还在于：开关控制器用于设定预热频率和启辉时间。

4、根据权利要求1的控制装置，其特征还在于：当逆变器进入过流状态时将启动定时器，经延时后再确定是否要使镇流器进入停振状态。

5、根据权利要求1、4的控制装置，其特征还在于：用于预热时间设定的定时器和用干过流保护时的定时器是同一个的，两者的区别在于定时时间的不同。