CN2932913Y - 高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，由有源功率因数校正电路、电流馈电型推挽振荡电路、隔离输出电路、恒功率控制电路和直流高压触发电路所构成。有源功率因数校正电路的输入端经整流器与低通滤波器相连，输出端经电流馈电型推挽振荡电路与隔离输出电路及直流高压触发电路相接，电流馈电型推挽振荡电路经恒功率控制电路与有源功率因数校正电路相连接。该电子镇流器采用高频恒功率的电路方式实现金属卤化物灯的启动和正常工作，主要特点是有效解决了“声共振”问题，可以在电网电压不稳定时保证金属卤化物灯获得恒定功率，当金属卤化物灯灯电压不同时镇流器输出功率相同，具有节能效果。

Description

高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及一种电子镇流器，是指一种应用于金属卤化物灯上的采用高频恒功率启动方式的电子镇流器。

背景技术

随着科学技术的迅猛发展，新的照明光源不断出现。光效高、显色性好、高亮度、节能、适用于高大建筑内外照明的光源不断被科研人员研发出来并被越来越多的人们所认识和使用。金属卤化物灯就是一种集合了上述优点的具有较高科技含量的新型光源。

但这种光源需要有电器匹配才能点亮。目前国内使用的电器绝大部分是电感的。而电感电器的缺点十分明显，不节能、体积大、对电网有影响，影响光源的使用寿命。

虽然有高频电子镇流器问世，但存在着“声共振”的缺陷，即：金属卤化物灯在采用高频电子镇流器点燃时，灯管内压力波的脉动从管内壁反射回来，若与灯高频电流的脉动成分相位相同，则形成驻波，从而产生“声共振”。“声共振”会造成灯的损坏，减少灯的使用寿命。现有的高频电子镇流器还存在着当电网电压不稳定时金属卤化物灯功率也不稳定的问题，以及金属卤化物灯灯电压不同时引起输出功率不稳定的问题，这些缺陷会缩短金属卤化物灯的使用寿命并增加电能损耗。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，它能在高频状态不使金属卤化物灯产生“声共振”现象，而且能使金属卤化物灯在电网电压不稳定以及金属卤化物灯灯电压不同的情况下，始终保持稳定的输出功率，有效地保证金属卤化物灯照度的稳定性和均衡性，充分体现金属卤化物灯的照明效果和节能效果。

本实用新型所采取的技术方案是：一种高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，包括低通滤波器1、整流器2。还包括有源功率因数校正电路3、电流馈电型推挽振荡电路4、隔离输出电路5、恒功率控制电路6和直流高压触发电路7，有源功率因数校正电路3的输入端经整流器2与低通滤波器1相连，其输出端经电流馈电型推挽振荡电路4与隔离输出电路5及直流高压触发电路7相接；电流馈电型推挽振荡电路4经恒功率控制电路6与有源功率因数校正电路3相连接。

有源功率因数校正电路3包括开关MOS管Q1、降压电感L2、取样电阻R4、快恢复二极管D6和电容C7，降压电感L2的一端经取样电阻R4连接在开关MOS管Q1的源极，快恢复二极管D6和电容C7连接在降压电感L2的另一端，开关MOS管Q1的控制极经一电阻R2及一接线端子U1与恒功率控制电路6的输出端相连。

电流馈电型推挽振荡电路4由电感L3、变压器组T、MOS管Q2和Q3、电阻R16、稳压管D13所构成，变压器组T中包含有一个驱动绕组，电感L3的一端与功率因数校正电路3的输出端相连，另一端与变压器组T的中心抽头相接，二个MOS管Q2、Q3的源极相连，二个MOS管Q2、Q3的漏极分别连接到变压器组T初级线圈的两端，二个MOS管Q2、Q3的控制极分别连接到变压器组T的驱动绕组的两端，驱动绕组的中心抽头与电阻R16和稳压管D13相连接。

恒功率控制电路6由驱动电路6-1、斜率补偿电路6-2和恒功率取样调制电路6-3所构成；其中，驱动电路6-1由脉冲宽度调整专用芯片IC1和分压电阻RB7、RB8、RB9所组成，脉冲宽度调整专用芯片IC1的输入端经分压电阻RB7、RB8、RB9与有源功率因数校正电路3中快恢复二极管D6的负极相连，脉冲宽度调整专用芯片IC1的输出端经接线端子U1与有源功率因数校正电路3中开关MOS管Q1的控制极相接；斜率补偿电路6-2由三极管QB1和电阻RB5所组成，并与脉冲宽度调整专用芯片IC1相连接；恒功率取样调制电路6-3由运算放大电路IC2A及基准电位调整电位器W1所组成，其正相输入端经接线端子与电流馈电型推挽振荡电路4中稳压管D13的正极相连，反向输入端与基准电位调整电位器W1相接，输出端经一电阻RB6与恒功率控制电路6中脉冲宽度调整专用芯片IC1相连接。

变压器组T中单个变压器的数量为1个或多个。

本实用新型的效果是：由于本实用新型设计了有源功率因数校正电路、电流馈电型推挽振荡电路、隔离输出电路、恒功率控制电路和直流高压触发电路，可以通过一个稳定的直流电压来点亮金属卤化物灯，并且通过电子镇流器恒功率控制功能使其输出一个恒定的功率，取得如下明显效果。

1、延长了金属卤化物灯的使用寿命：由于能在高频状态不使金属卤化物灯产生“声共振”现象，不会因“声共振”而损坏灯管，因此延长了金属卤化物灯的使用寿命。

2、保持了稳定的输出功率：由于该高频恒功率电子镇流器输出的工作电压为平稳电压，使金属卤化物灯在电网电压不稳的情况下仍能获得稳定恒功率电源，金属卤化物灯灯电压不同时仍能获得一致的功率。显色好、效率高和节能。

附图说明

图1为本实用新型结构框图。

图2为本实用新型有源功率因数校正电路、电流馈电型推挽振荡电路、隔离输出电路、直流高压触发电路原理图。

图3为本实用新型恒功率控制电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细地描述。

如图1所示，本实用新型包括低通滤波器1、整流器2，还包括有源功率因数校正电路3、电流馈电型推挽振荡电路4、隔离输出电路5、恒功率控制电路6和直流高压触发电路7。有源功率因数校正电路3的输入端经整流器2与低通滤波器1相连，其输出端经电流馈电型推挽振荡电路4与隔离输出电路5及直流高压触发电路7相接；电流馈电型推挽振荡电路4经恒功率控制电路6与有源功率因数校正电路3相连接。

如图2所示，当电源接通后，先经过保险管F1，F1在电路出现异常时很快熔断起到保护作用。电路设置有压敏电阻VR1，在正常电源下不起作用，当有尖峰电压输入时压敏电阻VR1可将其吸收掉，起到保护后级电路的作用。电容C1、C2、C3、C4、电感L1组成低通滤波器，可使电磁兼容达到国家相应标准。二极管D1、D2、D3、D4组成整流电路。电源先经过低通滤波器滤波1，再经过二极管整流后2得到脉动直流。

有源功率因数校正电路3包括开关MOS管Q1、降压电感L2、取样电阻R4、快恢复二极管D6和电容C7。开关MOS管Q1、降压变压器L2快恢复二极管D6、电容C7组成单端反激电路即buck-boost(降压--升压)电路，降压电感L2的的一端经取样电阻R4连接在开关MOS管Q1的源极，快恢复二极管D6和电容C7连接在降压电感L2的的另一端，开关MOS管Q1的控制极经一电阻R2及一接线端子U1与恒功率控制电路6的输出端相连，C7两端得到降压后的150v直流电压，给电流馈电型推挽振荡电路4供电。

电阻R1、二极管D5、电容C6、电感L2次级为恒功率控制电路6中的芯片IC1、IC2A供电。R4是有源功率因数校正电路(APFC)电流取样电阻。

如图2所示，电流馈电型推挽振荡电路4由电感L3、变压器组T、MOS管Q2和Q3、电阻R16、稳压管D13所构成，变压器组T中包含有一个驱动绕组，电感L3的一端与功率因数校正电路3的输出端相连，另一端与变压器组T的中心抽头相接，二个MOS管Q2、Q3的源极相连，二个MOS管Q2、Q3的漏极分别连接到变压器组T初级线圈的两端，二个MOS管Q2、Q3的控制极分别连接到变压器组T的驱动绕组的两端，驱动绕组的中心抽头与电阻R16和稳压管D13相连接。变压器组T中单个变压器的数量为1个或多个。

在本实用新型中变压器组T由变压器T1和变压器T2两个变压器构成，MOS管Q2和Q3、电阻R16、二极管D13组成电流馈电型推挽振荡电路，可实现正弦波振荡并降低MOS管Q2和Q3开关损耗以降低温升。电阻R5、R6并联为恒功率控制电路提供电流取样。

如图2所示，隔离输出电路5为变压器组T的次级绕组并与直流高压触发电路7的输入端相连接。

如图2所示，直流高压触发电路7由倍压二极管D7-D12、倍压电容C10、C11、C12和限流电容C9及限流电阻R11-R15所构成，限流电阻R11-R15的一端经限流电容C9与变压器组T次级绕组的一端相连，限流电阻R11-R15的另一端经倍压二极管D7-D12和倍压电容C10、C11、C12与变压器组T次级绕组的另一端相接，直流高压触发电路7的输出端与金属卤化物灯相连接。其中，二极管D7、D8、D9、D10、D11、D12和电容C10、C11、C12组成倍压电路，并通过电阻R11、R12、R13、R14、R15限流，提供高直流电压低电流，以实现点燃金属卤化物灯的目的。电容C9在金属卤化物灯点亮后起限流作用。

如图3所示，恒功率控制电路6由整驱动电路6-1、斜率补充电路6-2和恒功率取样调制电路6-3所构成；其中，驱动电路6-1由脉冲宽度调整专用芯片IC1和分压电阻RB7、RB8、RB9所组成，脉冲宽度调整专用芯片IC1的输入端经分压电阻RB7、RB8、RB9与有源功率因数校正电路3中快恢复二极管D6的负极相连，脉冲宽度调整专用芯片IC1的输出端经接线端子U1与有源功率因数校正电路3中开关MOS管Q1的控制极相接；斜率补偿电路6-2由三极管QB1和电阻RB5所组成，并与脉冲宽度调整专用芯片IC1相连接；恒功率取样调制电路6-3由运算放大电路IC2A及基准电位调整电位器W1所组成，其正相输入端经接线端子与电流馈电型推挽振荡电路4中稳压管D13的正极相连，反向输入端与基准电位调整电位器W1相接，输出端经一电阻RB6与恒功率控制电路6中脉冲宽度调整专用芯片IC1相连接。

此电路为整个高频恒功率电路的控制部分。由两个芯片组成：IC1-UC3842、IC2A-LM2904。其中IC1为专用PWM(脉冲宽度调整)控制电路。在此电路中用它实现APFC(有源功率因数校正电路)恒功率控制功能。芯片IC1-UC3842是由以下组成：芯片1脚为误差放大器输出端；芯片2脚为误差放大器反相输入端；1脚到2脚接有电容CB3、电阻RB2起到稳定误差放大器输出的作用。2脚信号输入是将150V电压经电阻RB7、RB8、RB9分压后提供。3脚是峰值电流检测端，由电阻RB1、电容CB1组成。4脚由电阻RB4、电容CB2组成，为芯片提供振荡信号。5脚为接地端；6脚为输出端，为图2中MOS管Q1提供驱动信号。7脚为电源端；8脚为5V基准端。由三极管QB1、电阻RB5组成斜率补偿电路，加到3脚，增强芯片UC3842的稳定性，使芯片不易受到干扰。运算放大器芯片IC2-LM2904由以下组成：1脚为输出端，通过电阻RB6实现对图2中电容C7两端电压的控制，并通过由电阻RB10、电容CB7、CB6组成的滤波电路，稳定1脚输出电平。2脚为反相输入端，由电阻RB12、RB13、RB14、电位器W1组成，为运算放大器提供基准。3脚为同相输入端，由电阻RB11、RB15、电容CB8组成；信号由恒功率取样电阻(图2中的电阻R5、R6)提供。8脚为电源端；4脚为接地端。

本实用新型的工作原理是：

电源接通后，经过保险管F1、并联压敏电阻VR1，再经过低通滤波器1后接到整流电路2，经过C5滤波后得到脉动直流。电阻R1为启动电阻，为C6充电以提供芯片IC1、IC2A工作所需的电平。开关MOS管Q1为开关，可以通过控制开关管的导通时间来实现功率因数校正。当电流流过开关MOS管Q1、电感L2后能量存储于L2中。当开关MOS管Q1关断后，由于L2上电流不能突变，L2中的能量经过快恢复二极管D6传输到电解电容C7。

通过控制开关MOS管Q1的开关时间使输入电流的平均值近似正弦波并和输入电压相位相同，以实现功率因数校正的目的，并得到一个任意数值的稳定的直流电压。功率因数校正电路的输出端连接到电流馈电型推挽振荡电路的输入端。电流馈电型推挽振荡电路中包括电感L3变压器T1、T2，L3一端连接于功率因数校正电路的输出端，另一端连接于两个变压器T1、T2的中心抽头上(亦可采用一个或多个变压器输出)R16、D13为电流馈电型推挽振荡电路的启动部分，并维持电流馈电型推挽振荡电路的正常工作。开关管的启动由其中一个变压器提供，此电路采用变压器隔离输出，即由变压器的次级为负载提供能量。

金属卤化物灯的启辉采用直流高压触发电路7，经过倍压电路得到直流高压并经电阻R11、R12、R13、R14、R15限流将直流高压存储到C9两端再叠加隔离变压器本身的输出电压，可以将金卤灯启辉，同时C10、二极管D11、D12在灯启辉瞬间起吸收高压作用。

高频恒功率控制电路由三部分组成：驱动电路6-1、斜率补充电路6-2、恒功率取样调制电路6-3。U1为接插件分为U1-A1  U1-B两部分，用于图2与图3之间的电气连接。

电阻R5、R6并联，作为恒功率取样电阻，将取得的电流样通过U1输入到恒功率控制电路6中，由恒功率控制电路输出的开关管驱动信号经由U1及R2加到开关管Q1控制极上。

有源功率因数校正电路3的输出直流电压经U1输入到恒功率控制电路中，有源功率因数校正电路的电流取样电阻R4上的电流取样经U1加到恒功率控制电路中。

驱动电路6-1采用脉冲宽度调节器(pwm)芯片来控制开关MOS管Q1的导通和关断。

斜率补偿电路6-2：将4脚产生的振荡信号经三极管QB1电流放大后，再由电阻RB5分压后加到芯片IC1的ISENES端，提供一个补偿电平，以稳定芯片IC1的工作状态，使其不会受到干扰。

恒功率取样调制电路6-3：将U1输入的恒功率信号经电阻RB15、电容CB8滤波，经电阻RB11加到运算放大电路芯片IC2A的同相输入端。

芯片IC1的VREF端提供了精准的基准电压，经电阻RB13、RB14和电位器W1分压后再经VB12加到运算放大电路芯片的反相输入端。运算放大电路的输出端1脚跨接于反相输入端2脚，由电阻RB10电容CB7构成滤波电路，以稳定运算放大电路IC2A输出端1脚的输出电平，其输出电平再经电容CB6滤波后经电阻RB6限流加到电阻RB9上，通过对电阻RB13、RB14、RB9、RB8、电位器W1数值的精确计算使有源功率因数校正电路输出的功率恒定。

Claims (8)

1、一种高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，包括低通滤波器(1)、整流器(2)，其特征在于：还包括有源功率因数校正电路(3)、电流馈电型推挽振荡电路(4)、隔离输出电路(5)、恒功率控制电路(6)和直流高压触发电路(7)；所述的有源功率因数校正电路(3)的输入端经整流器(2)与低通滤波器(1)相连，其输出端经电流馈电型推挽振荡电路(4)与隔离输出电路(5)及直流高压触发电路(7)相接；电流馈电型推挽振荡电路(4)经恒功率控制电路(6)与有源功率因数校正电路(3)相连接。

2、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的有源功率因数校正电路(3)包括开关MOS管(Q1)、降压电感(L2)、取样电阻(R4)、快恢复二极管(D6)和电容(C7)，降压电感(L2)的一端经取样电阻(R4)连接在开关MOS管(Q1)的源极，快恢复二极管(D6)和电容(C7)连接在降压电感(L2)的另一端，开关MOS管(Q1)的控制极经一电阻(R2)及一接线端子(U1)与恒功率控制电路(6)的输出端相连。

3、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的电流馈电型推挽振荡电路(4)由电感(L3)、变压器组(T)、MOS管(Q2、Q3)、电阻R16、稳压管(D13)所构成，变压器组(T)中包含有一个驱动绕组，电感(L3)的一端与功率因数校正电路(3)的输出端相连，另一端与变压器组(T)的中心抽头相接，二个MOS管(Q2、Q3)的源极相连，二个MOS管(Q2、Q3)的漏极分别连接到变压器组(T)初级线圈的两端，二个MOS管(Q2、Q3)的控制极分别连接到变压器组(T)的驱动绕组的两端，驱动绕组的中心抽头与电阻(R16)和稳压管(D13)相连接。

4、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的隔离输出电路(5)为隔离变压器组(T)的次级绕组与限流电容C9和直流高压触发电路(7)的输入端相连接。

5、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的直流高压触发电路(7)由倍压二极管(D7-D12)、倍压电容(C10、C11、C12)、限流电容(C9)及限流电阻(R11-R15)所构成，限流电阻(R11-R15)的一端经限流电容(C9)与变压器组(T)次级绕组的一端相连，限流电阻(R11-R15)的另一端经倍压二极管(D7-D12)和倍压电容(C10、C11、C12)与变压器组(T)次级绕组的另一端相接，直流高压触发电路(7)的输出端与金属卤化物灯相连接。

6、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的恒功率控制电路(6)由驱动电路(6-1)、斜率补偿电路(6-2)和恒功率取样调制电路(6-3)所构成；其中，驱动电路(6-1)由脉冲宽度调整专用芯片(IC1)和分压电阻(RB7、RB8、RB9)所组成，脉冲宽度调整专用芯片(IC1)的输入端经分压电阻(RB7、RB8、RB9)与有源功率因数校正电路(3)中快恢复二极管(D6)的负极相连，脉冲宽度调整专用芯片(IC2)的输出端经接线端子(U1)与有源功率因数校正电路(3)中开关MOS管(Q1)的控制极相接；斜率补偿电路(6-2)由三极管(QB1)和电阻(RB5)所组成，并与脉冲宽度调整专用芯片(IC1)相连接；恒功率取样调制电路(6-3)由运算放大电路(IC2A)及基准电位调整电位器(W1)所组成，其正相输入端经接线端子与电流馈电型推挽振荡电路(4)中稳压管(D13)的正极相连，反向输入端与基准电位调整电位器(W1)相接，输出端经一电阻(RB6)与恒功率控制电路(6)中脉冲宽度调整专用芯片(IC1)相连接。

7、根据权利要求1所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的低通滤波器(1)的输入端并接有一压敏电阻(VR1)。

8、根据权利要求3所述的高频恒功率金属卤化物灯电子镇流器，其特征在于：所述的变压器组(T)中单个变压器的数量为1个或多个。

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