CN101351070B - 高强度放电灯镇流器电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及高强度放电灯镇流器电路。现有电路比较复杂、成本高昂。本发明包括AC-DC转换模块和DC-AC逆变电路模块。AC-DC转换模块包括桥式整流器VD1、压敏电阻VR1、滤波电感L1、滤波电容C5和C6；DC-AC逆变电路模块包括功率双极型晶体管VT1和VT2、启动充电电阻R1、启动电容C1、放电二极管VD2、双向二极管VD3、高频电容C4、发射极电阻R4和R5、旁路电阻R6、初级线圈T1a、副线圈T1b和与T1b的副线圈T1c；初级线圈T1a与镇流电感L4连接，启动器S的一端与镇流电感L4的抽头连接，另一端与滤波电容C5和C6连接。本发明采用双极型晶体管半桥逆变电路，元器件成熟可靠、成本低廉、来源丰富。
Description
技术领域
本发明属于控制技术领域，涉及一种电路，具体涉及一种改进的高强度放电灯(High Intensity Discharge Lamps，HID Lamps)的镇流器电路，特别是采用双极型晶体管半桥逆变电路结构的低成本电子镇流器电路。
背景技术
高强度放电灯具有负阻效应，放电电阻随电压升高急剧下降，工作时必须加限流装置。典型的方法采用串联电感镇流器，灯管两端并联启动—点火电路来实现稳定地工作和启动。电感镇流器具有稳定可靠的优点，但体积大。电子镇流器采用较高的振荡频率对放电灯管供电，电感阻抗随工作频率升高而提高，故在较高频率下可用小电感代替原来很大的电感器，缩小了镇流器的整体体积。高强度放电灯的启动电压高，如电极间隙4.2mm的35W氙气灯的冷启动电压4000—5000V，启动后进入连续的放电状态的电压降85V，故必须附加启动-点火电路，提供瞬态高电压以击穿灯管内的气体，气体击穿后进入持续导电状态。经典的日光灯启动器(司打脱)采用短路镇流器输出端加热灯丝，延时后瞬间断路，切断镇流器电流，造成镇流线圈自感应产生高电压。传统的汽车点火器采用的漏磁变压器能产生10000V以上高压。可根据不同的工作原理组成启动器，只要能产生超过灯管的起辉电压完成点火任务，并能让电路保持持续的放电电流即可。如，电子节能灯大量采用LC串联共振方法产生启动高电压。
高强度放电灯具有声共振等特殊问题，无法采用一般的节能灯镇流电路。高强度放电灯镇流器电路比节能灯电路复杂，国外普遍采用专用集成电路、多采用全桥MOS功率器件的镇流器，相应的成本高昂。目前高强度放电灯，如汽车大灯用氙气灯的电子镇流器，附加的点火器产生25000V触发高压，可瞬时击穿热态高压气体，但也对灯管寿命造成了影响；点火电压高，对线路绝缘要求十分严格，给安装和使用带来了困难。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种高强度放电灯的低成本电子镇流器电路。
本发明包括AC-DC转换模块和DC-AC逆变电路模块。
AC-DC转换模块包括桥式整流器VD1、压敏电阻VR1、滤波电感L1、第一滤波电容C5、第二滤波电容C6、保险丝F；桥式整流器VD1的一个输入端与压敏电阻VR1的一端和单相交流电源的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输入端与压敏电阻VR1的另一端和保险丝F的一端连接，保险丝F的另一端与单相交流电源的另一端连接；桥式整流器VD1的一个输出端与滤波电感L1的一端连接，滤波电感L1的另一端与第一滤波电容C5的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输出端与第二滤波电容C6的一端连接，第二滤波电容C6的另一端与第一滤波电容C5的另一端连接。通过AC-DC转换模块将交流电源转换成直流电源。
DC-AC逆变电路模块包括第一功率双极型晶体管VT1、第二功率双极型晶体管VT2、启动充电电阻R1、启动电容C1、放电二极管VD2、双向二极管VD3、高频电容C4、第一发射极电阻R4、第二发射极电阻R5、旁路电阻R6、初级线圈T1a、第一副线圈T1b和与第一副线圈T1b反相的第二副线圈T1c；第一选频电容C2的一端与第一Q值调节电阻R2的一端连接、第一Q值调节电阻R2的另一端与第一选频电感L2的一端连接、第一选频电感L2的另一端与第一功率双极型晶体管VT1的基极连接、第一功率双极型晶体管VT1的发射极与第一发射极电阻R4的一端连接，第二选频电容C3的一端与第二Q值调节电阻R3的一端连接、第二Q值调节电阻R3的另一端与第二选频电感L3的一端连接、第二选频电感L3的另一端与第二功率双极型晶体管VT2的基极和双向二极管VD3的一端连接，第二功率双极型晶体管VT2的发射极与第二发射极电阻R5的一端连接；第一发射极电阻R4的另一端与初级线圈T1a的一端、第一副线圈T1b的一端、旁路电阻R6的一端、高频电容C4的一端、放电二极管VD2的负极、第二功率双极型晶体管VT2的集电极连接，第一副线圈T1b的另一端与第一选频电容C2的另一端连接；第二选频电容C3的另一端与第二副线圈T1c的一端连接、第二发射极电阻R5的一端与第二功率双极型晶体管VT2的发射极连接，启动电容C1的一端、第二副线圈T1c的另一端和第二发射极电阻R5另一端与桥式整流器VD1的另一个输出端和第二滤波电容C6的一端连接；启动电容C1的另一端与双向二极管VD3的另一端、放电二极管VD2的正极和启动充电电阻R1的一端连接；启动充电电阻R1的另一端、高频电容C4的另一端、旁路电阻R6的另一端、第一功率双极型晶体管VT1的集电极与滤波电感L1的另一端和第一滤波电容C5的一端连接。
初级线圈T1a的另一端与镇流电感L4的一端连接、另一端与高强度放电灯的一极连接，启动器S的一端与镇流电感L4的抽头连接，启动器S的另一端与第一滤波电容C5的另一端和第二滤波电容C6的另一端、以及高强度放电灯的另一极连接。
本发明的电子镇流器电路通过内部镇流电感与外部高强度放电灯串联，以稳定弧光放电电流，启动-点火器的高压输出并联在高强度放电灯的电极两端，为冷态高强度放电灯提供启动所需点火高压。本发明采用两个RLC选频网络预选择振荡频率，避免外接高强度气体放电灯的声共振。本发明采用双极型晶体管半桥逆变电路，元器件成熟可靠、成本低廉、来源丰富。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步对本发明说明。
附图1给出采用低成本的双极型晶体管(BJT)组成的预先选频避开高强度放电灯的声共振区的直流-交流逆变的镇流器电路。图形符号中，与功率电源有关的元器件前标注了“V”。
该高强度放电灯镇流器电路包括AC-DC转换模块和DC-AC逆变电路模块。
AC-DC转换模块包括桥式整流器VD1、压敏电阻VR1、滤波电感L1、第一滤波电容C5、第二滤波电容C6、保险丝F；桥式整流器VD1的一个输入端与压敏电阻VR1的一端和单相交流电源的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输入端与压敏电阻VR1的另一端和保险丝F的一端连接，保险丝F的另一端与单相交流电源的另一端连接；桥式整流器VD1的一个输出端与滤波电感L1的一端连接，滤波电感L1的另一端与第一滤波电容C5的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输出端与第二滤波电容C6的一端连接，第二滤波电容C6的另一端与第一滤波电容C5的另一端连接。从交流电源引入的电流首先通过串联在输入端的保险丝F，然后并联上压敏电阻VR1。经过滤除电网的高电压尖脉冲后，输出到桥式整流器VD1的输入端，整流后的脉动直流通过桥式整流电路的另外两端输出。电源滤波电感L1串联在VD1输出和第一、第二电源滤波电容C5和C6串联组合成总的等效电源滤波电容之间，形成倒L滤波电路，构成了镇流器的AC—DC模块。电源滤波电感L1不仅平滑了桥式整流输出脉动电流，还阻止了后端逆变电路产生的高次谐波对电网的污染。C5、C6串联等效于一个总电容，它并联在经L1的直流电源输出的两端上，其中C5、C6的串接点作为直流电源的中点输出。
DC-AC逆变电路模块包括第一功率双极型晶体管VT1、第二功率双极型晶体管VT2、启动充电电阻R1、启动电容C1、放电二极管VD2、双向二极管VD3、高频电容C4、第一发射极电阻R4、第二发射极电阻R5、旁路电阻R6、初级线圈T1a、第一副线圈T1b和与第一副线圈T1b反相的第二副线圈T1c；第一选频电容C2的一端与第一Q值调节电阻R2的一端连接、第一Q值调节电阻R2的另一端与第一选频电感L2的一端连接、第一选频电感L2的另一端与第一功率双极型晶体管VT1的基极连接、第一功率双极型晶体管VT1的发射极与第一发射极电阻R4的一端连接，第二选频电容C3的一端与第二Q值调节电阻R3的一端连接、第二Q值调节电阻R3的另一端与第二选频电感L3的一端连接、第二选频电感L3的另一端与第二功率双极型晶体管VT2的基极和双向二极管VD3的一端连接，第二功率双极型晶体管VT2的发射极与第二发射极电阻R5的一端连接；第一发射极电阻R4的另一端与初级线圈T1a的一端、第一副线圈T1b的一端、旁路电阻R6的一端、高频电容C4的一端、放电二极管VD2的负极、第二功率双极型晶体管VT2的集电极连接，第一副线圈T1b的另一端与第一选频电容C2的另一端连接；第二选频电容C3的另一端与第二副线圈T1c的一端连接、第二发射极电阻R5的一端与第二功率双极型晶体管VT2的发射极连接，启动电容C1的一端、第二副线圈T1c的另一端和第二发射极电阻R5另一端与桥式整流器VD1的另一个输出端和第二滤波电容C6的一端连接；启动电容C1的另一端与双向二极管VD3的另一端、放电二极管VD2的正极和启动充电电阻R1的一端连接；启动充电电阻R1的另一端、高频电容C4的另一端、旁路电阻R6的另一端、第一功率双极型晶体管VT1的集电极与滤波电感L1的另一端和第一滤波电容C5的一端连接。当启动电容器C1上的电压超过双向二极管VD3的击穿阈值，该管导通，电流注入功率晶体管VT2的基极并造成此晶体管导通，通过放电二极管VD2向VT2释放启动电容C1上的电荷；完成启动任务后，逆变电路会自动维持振荡。
初级线圈T1a的另一端与镇流电感L4的一端连接、另一端与高强度放电灯的一极连接，启动器S的一端与镇流电感L4的抽头连接，启动器S的另一端与第一滤波电容C5的另一端和第二滤波电容C6的另一端，以及高强度放电灯的另一极连接。启动器可以采用有触点的辉光启动器，或者无触点的电子启动器。
各元器件的参考参数如下：保险丝F—1A，VR1—470压敏电阻，桥式整流器VD1—1N4007或1N4148，滤波电感L1—1mH，C5、C6—10μF/400V，R1—680KΩ/1/4W，C1—0.022μF/400V，VD2—1N4007或1N4148，VD3—DB3，VT1、VT2—BUL580或BUL810，R4—0.5～1.0Ω/1W，R5—0.5～1.0Ω/1W，C4—2200pF/630V，R6—470KΩ/1/4W，L4—漏磁电感线圈设计，取决于灯管的功率、工作电流和电压降和镇流器工作频率，提高线圈的匝数，确保磁芯没有出现磁饱和，抽头的匝数1：4～15；S—无并联电容器的辉光启动器或者无触点启动器，L2、C2根据所用高强度放电灯管的共振频率区决定，L3、C3取值与L2、C2相同；R2、R3—阻值相同。T1—磁环，T1a—6～8匝，T1b、T1c——各3～4匝。
Claims (1)
1.高强度放电灯镇流器电路，包括AC-DC转换模块和DC-AC逆变电路模块，其特征在于：
AC-DC转换模块包括桥式整流器VD1、压敏电阻VR1、滤波电感L1、第一滤波电容C5、第二滤波电容C6、保险丝F；桥式整流器VD1的一个输入端与压敏电阻VR1的一端和单相交流电源的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输入端与压敏电阻VR1的另一端和保险丝F的一端连接，保险丝F的另一端与单相交流电源的另一端连接；桥式整流器VD1的一个输出端与滤波电感L1的一端连接，滤波电感L1的另一端与第一滤波电容C5的一端连接，桥式整流器VD1的另一个输出端与第二滤波电容C6的一端连接，第二滤波电容C6的另一端与第一滤波电容C5的另一端连接；
DC-AC逆变电路模块包括第一功率双极型晶体管VT1、第二功率双极型晶体管VT2、启动充电电阻R1、启动电容C1、放电二极管VD2、双向二极管VD3、高频电容C4、第一发射极电阻R4、第二发射极电阻R5、旁路电阻R6、初级线圈T1a、第一副线圈T1b和与第一副线圈T1b反相的第二副线圈T1c；第一选频电容C2的一端与第一Q值调节电阻R2的一端连接、第一Q值调节电阻R2的另一端与第一选频电感L2的一端连接、第一选频电感L2的另一端与第一功率双极型晶体管VT1的基极连接、第一功率双极型晶体管VT1的发射极与第一发射极电阻R4的一端连接，第二选频电容C3的一端与第二Q值调节电阻R3的一端连接、第二Q值调节电阻R3的另一端与第二选频电感L3的一端连接、第二选频电感L3的另一端与第二功率双极型晶体管VT2的基极和双向二极管VD3的一端连接，第二功率双极型晶体管VT2的发射极与第二发射极电阻R5的一端连接；第一发射极电阻R4的另一端与初级线圈T1a的一端、第一副线圈T1b的一端、旁路电阻R6的一端、高频电容C4的一端、放电二极管VD2的负极、第二功率双极型晶体管VT2的集电极连接，第一副线圈T1b的另一端与第一选频电容C2的另一端连接；第二选频电容C3的另一端与第二副线圈T1c的一端连接、第二发射极电阻R5的一端与第二功率双极型晶体管VT2的发射极连接，启动电容C1的一端、第二副线圈T1c的另一端和第二发射极电阻R5另一端与桥式整流器VD1的另一个输出端和第二滤波电容C6的一端连接；启动电容C1的另一端与双向二极管VD3的另一端、放电二极管VD2的正极和启动充电电阻R1的一端连接；启动充电电阻R1的另一端、高频电容C4的另一端、旁路电阻R6的另一端、第一功率双极型晶体管VT1的集电极与滤波电感L1的另一端和第一滤波电容C5的一端连接；
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