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