专利名称：航空用荧光灯限压稳流装置的制作方法
技术领域：
开关电源发明目的1、采用两个独立的闭环控制回路，通过改变脉冲的幅值和频率分别实现对荧光灯管启动电压和工作电流的最佳控制，提高工作可靠性；2、采用各种措施满足民航飞机对装置安全性和可靠性的使用要求。技术方案1、工作原理(见
图1)桥式整流电路(QZ)将飞机交流输入变换成直流输出，经开关升压电路(KS)增至限定的高压直流输出。通过开关稳流电路(KW)向桥式逆变电路(QN)提供稳定的低频单向矩形脉冲电流，由桥式逆变电路变换成正负交替通过荧光灯管(YD)的双向矩形脉冲电流，使灯管在低频交流状态下点亮工作。
(1)熔断器(RD)当飞机输入电流大于规定值时，熔断器切断交流电源输入，终止限压稳流装置(简称装置)工作。
(2)输入射频滤波器(SL)主要抑制装置对机上电源的射频传导干扰，同时也抑制飞机电源射频传导干扰影响装置。
(3)桥式整流电路(QZ)桥式整流电路将飞机115伏400赫兹交流电源输入经全波整流得到正弦脉动电压输出。
(4)开关升压电路(KS)功能将来自桥式整流电路的正弦脉动电压变换成650伏高压直流输出，并稳压。
构成由升压控制模块(U1)、场效应开关管(Q1)、电感(L1)、二极管(D1)、电容(C1)、及分压电阻(R1、R2、R3、R4、R5)组成。
原理升压控制模块(U1)按输出电压的反馈控制开关管(Q1)的通断，通过升压电感(L1)的储能由二极管输出高压直流。电容(C1)起储能和平滑滤波作用。
开关管的通断由电流阈值决定。电流阈值由全波整流后的正弦脉动电压(ul)和输出电压反馈(uf)相对于基准电压的偏差信号共同决定。当开关管电流等于电流阈值时，升压控制模块使开关管关断，待电感绕组电流为零时再次接通开关管。当输出电压偏高，输出电压反馈与基准电压相比为正偏差信号，使电流阈值降低而开关管输出峰值电流随之下降，导致电感绕组储能减小、输出电压下降。反之，输出电压偏低，输出电压反馈并产生负偏差信号，使电流阈值增加，从而使输出电压保持稳定。
(5)开关稳流电路(KW)功能控制开关升压电路的高压直流输出，得到稳定的输出电流。
构成由电流控制模块(U2)、场效应开关管(Q2)、电感(L2)、二极管(D2)、电容(C2)及电阻(R6、R7)组成。
原理电流控制模块(U2)按输出电流的反馈控制开关管(Q2)的通断，通过电感(L2)的储能由二极管输出稳定的灯管电流。开关管的通断由电流阈值决定。电流阈值由电平移位电路(DYW)的电流反馈输出控制。当开关管中电流达到电流阈值时，开关稳流模块使开关管关断，电感储存的能量经二极管向灯管供电。电感电流降为零时，开关管重新导通。当灯管电流大时，电流反馈使电流阈值降低，反之使电流阈值增加，保持输出电流稳定。
开关稳流电路除能保持输出电流稳定外，通过电流控制模块还能实现延时启动、过热保护和亮/暗控制功能(见图2)。
a、延时启动功能装置接通电源后延时启动电路工作，待灯丝预热后再启动开关稳流电路工作。
构成由开关管(Q21)、延时电容(C21)、电阻(R24、R25)组成。
原理装置接通电源后，灯丝变压器通过整流器向电容C21施加整流电压(Vz)。电容延时0.5～1秒后，两端电压使开关管Q21导通，将电压(Vz)加至开关电源芯片(IC)。芯片开始接受电流反馈，控制开关管Q2通断，提供输出电流。
b、过热保护功能当开关稳流电路温度过热时，自动减小输出电流使得温度降低，保持电路温度正常。
构成由热敏电阻(Rt)、电阻(R26、R27)和二极管(D22)组成。
原理随电路温度升高热敏电阻(Rt)阻值减小，当温度升至规定值(+125℃)时，使Rt和R27的分压值U27升高，通过D22、R26使反馈电压加大而减小开关管的电流阈值。输出电流的降低使装置的总损耗减少，从而电路温度降低。
c、亮/暗控制功能按亮/暗控制开关位置的选择，实现荧光灯管亮态工作或暗态工作的控制，并使亮、暗态灯管电流之比约为规定数值。
构成由开关管(Q22)、脉冲发生器(MF)和电阻(R28、R29、R30)组成。
原理亮态工作时亮/暗控制输入为高电位，一方面使Q22导通，R29与R30并联阻值减小，电流反馈减小使灯管电流阈值增加，而得到大的输出电流；另一方面，使脉冲发生器(MF)输出的400赫兹矩形脉冲变窄，Q2的强制关断时间变小，输出电流脉宽加大而得到大的平均电流，灯管处于亮态工作。反之，暗态工作时亮/暗控制输入为低电位，Q22关断得到小的输出电流；脉冲发生器(MF)输出矩形脉冲变宽，输出电流脉宽减小而得到小的平均电流，灯管处于暗态工作。
(6)桥式逆变电路(QN)桥式逆变电路由四个开关管为核心的桥式逆变模块(QL)构成，在变压器输出400赫兹交流信号驱动下，将开关稳流电路输出的单向电流脉冲变换成正负交替的双向电流脉冲，使灯管处于400赫兹低频交流工作状态。
(7)状态控制电路(ZK)状态控制电路接受通/断和亮/暗开关控制信号，对装置的接通、断开和灯管亮、暗工作状态进行控制。
通/断开关处在断开位置时，通过变压器控制电子开关切断灯丝变压器的输入电源，由此断开灯丝加热电源、控制芯片直流电源和桥式逆变器所需的400赫兹驱动信号。此时灯丝不加热，电路停止工作，且高压直流消失，灯管熄灭。反之，通/断开关处在接通位置时，灯管点亮。
亮/暗开关处在亮态位置时，通过光/电耦合器向电流控制模块(U2)提供高电位信号，使灯管处于亮态工作，反之处于暗态工作。
(8)灯丝变压器(DB)灯丝变压器的原边绕组通过电子开关接至飞机115伏400赫兹交流电源。副边绕组包括向灯丝提供的低压交流加热电源，经整流器向控制电路提供的直流电源和向桥式逆变电路提供的400赫兹驱动信号。灯丝变压器还包括一个双金属片温度继电器。当灯丝变压器超温时切断变压器原边绕组输入电源。
2、为满足民航飞机要求采取如下措施(1)安全保护措施装置在使用中不能影响飞机的安全，在方案中考虑了限温、限流、隔离高压、抑制电磁干扰等安全保护措施。
a、超温保护当荧光灯管灯丝短路或其它原因造成灯丝变压器过热超过150℃时，贴近于变压器的双金属片温度继电器自动切断变压器输入电源，装置停止工作。待变压器温度低于100℃时，自动接通变压器输入电源，装置恢复工作。
b、短路保护当装置输出短路时，由于开关稳流电路起恒流源作用，限制短路电流不超过额定工作电流而起到保护作用。
c、过流保护
当飞机电源输入电流超过规定值时，输入电路熔断器自动切断输入电源，终止装置工作。
d、人员安全保护操作人员通过开关操纵装置的通/断、亮/暗控制，由于状态控制电路通过变压器和光/电耦合器与装置内高压隔离后实施状态控制，确保了操作人员的安全。
e、抑制射频干扰装置的桥式整流电路输入和开关稳流电路输出都采用了射频滤波器，抑制了装置对外电路及外界对装置的射频传导干扰。装置采用了金属外壳，抑制了装置对外电路及外界对装置的射频幅射干扰。因此既避免了由于装置的射频干扰影响飞机其它电子设备正常工作，也避免了外界的射频干扰影响装置正常工作。
f、提高装置的输入功率因数装置的开关升压电路采用了功率因数控制芯片，由全波整流后的正弦脉动电压(ul)控制开关管的电流阈值，使桥式整流输出脉动电流的波形为半正矢，减少了谐波分量，并且使输入电流和输入电压始终保持同相位而提高了输入功率因数，从而减小了对飞机电源的谐波污染。
(2)提高可靠性措施装置应在民航飞机使用条件下工作可靠，在方案中考虑了耐电源波动、耐瞬变以及耐环境高温等可靠性措施。
a、耐电源波动当飞机输入电源波动时，开关升压电路根据电源波动自动改变开关管的电流阈值，保持高压直流输出稳定，装置正常工作。
b、耐电源尖峰当飞机输入电源产生尖峰电压瞬变时，开关升压电路立即使开关管关断，中止输出。待尖峰电压消失后恢复工作。
c、耐环境高温当装置所处位置的环境温度超出规定范围时，开关稳流电路中热敏电阻阻值减小而自动降低灯管电流，保证了装置正常工作。
d、降低装置故障率装置中的关键控制电路采用集成电路芯片，在飞机使用条件下提高了装置的可靠性。
e、加强装置耐冲击、耐振动能力装置在装配中采用胶粘等特种工艺，使装置在飞机冲击、振动条件下能正常工作。
(3)满足亮/暗控制和灯管通用要求a、亮/暗控制根据操作人员的选择，装置通过开关稳流电路改变灯管输出低频方波电流的占空比来实现灯管亮/暗控制。
b、满足多种灯管使用要求装置采用了独立的双重闭环控制电路，灯管启动电压由开关升压电路提供，灯管电流受开关稳流电路控制。因此，装置适用于启动并控制电压不超过650伏直流，输出功率不超过80瓦，亮态灯管电流约250毫安，暗态灯管电流约50毫安的各种型号单管或双管串联荧光灯。
(4) 结构设计上满足民航机对装置体积小、重量轻、散热好的要求a、印制电路板设计上，将整个电路按其功能划分成两块电路板，以元件面相对穿插组装在一起。大功率器件的散热板同时又起到结构支撑件的作用，使整个结构十分紧凑而又易于分解、维护和组装。
b、装置的外壳用0.8mm的硬质铝合金板材制作，分成底板和上罩二个部分，经黑色阳极化处理，既有利于散热和电磁屏蔽，又实现了减轻重量的要求。
c、整个金属外壳只需用4只带防松装置的紧固件即可牢固地安装在散热支架上，且二者保持紧密接触，有利于将装置的热量向周围空间释放。本装置的主要特点1、现在同类装置大都采用单控制器同时实现荧光灯管启动电压和工作电流的控制，在控制中两者互相影响而降低了装置工作的质量。本装置采用了双重独立闭环控制电路，分别由开关升压电路控制灯管启动电压，由开关稳流电路控制稳定灯管电流，实现了启动电压和灯管电流的最佳控制，从而提高了装置工作的质量。
2、和同类装置相比，本装置着重考虑民航飞机的使用要求，使装置能适用于民航飞机荧光灯的照明控制。
说明书附图的图面说明1、“图1、荧光灯限压稳流装置电路原理图”的图面说明QZ——桥式整流电路；KS——开关升压电路；KW——开关稳流电路；QN——桥式逆变电路；YD——荧光灯管；RD——断器；SL——频滤波器；U1——升压控制模块；U2——电流控制模块；DYW——电平移位电路；QL——桥式逆变模块；DB——灯丝变压器；ZK——状态控制电路。
2、“图2、电流控制模块原理图”的图面说明IC——开关电源控制芯片；MF——脉冲发生器；Rt——热敏电阻。
权利要求
航空用荧光灯管限压稳流装置 一、独立前序通过高频脉宽调制技术实现对荧光灯管启动电压和工作电流的控制，使荧光灯管正常工作。特征1、采用双重独立闭环控制电路分别实现对荧光灯管启动电压和工作电流的最佳控制；2、采用低频交流输出显著减小射频干扰；3、对输入电路实现功率因数控制，提高功率因数并减小对飞机电源的谐波污染；4、采取多重安全保障措施，确保飞机使用安全；5、采取多重可靠性保障措施，在飞机使用条件下工作可靠；6、满足飞机的荧光灯管亮/暗控制及多种型号和组合荧光灯管的使用要求；7、满足民航飞机对装置体积小、重量轻、散热好的使用要求。二、从属权利1 根据独立权利要求，适合荧光灯管工作的限压稳流装置(简称装置)包括(1)桥式整流电路通过射频滤波器接至飞机电源上，将飞机交流电源变换成全波整流的脉动电压输出；(2)开关升压电路接至桥式整流电路输出，响应电压反馈将全波整流的脉动电压增至限定的高压直流输出；(3)开关稳流电路接至开关升压电路输出，响应电流反馈控制稳定荧光灯管电流；(4)桥式逆变电路接至开关稳流电路输出，将开关稳流电路输出的单向电流脉冲变换成通过灯管的双向电流脉冲；(5)状态控制电路通过电子开关控制灯丝变压器的通、断；并通过开关稳流电路实现荧光灯管亮、暗控制；(6)灯丝变压器将飞机交流电源变换成低压交流电源，实现荧光灯管灯丝加热。权利2 根据权利1开关升压电路的要求，开关升压电路响应电压反馈，通过对高频脉冲的幅度、频率进行调制，得到限定的高压直流输出。权利3 根据权利1开关升压电路的要求，开关升压电路使用功率因数控制芯片，对输入电流波形控制，使开关升压电路保持高功率因数。权利4 根据权利1开关稳流电路的要求，开关稳流电路使用开关电源控制芯片，响应电流反馈，通过对高频电流脉冲的幅度、频率进行调制，得到稳定的灯管电流输出。权利5 根据权利1开关稳流电路的要求，开关稳流电路实施低频开关电流点亮灯管，得到高输出效率。权利6 根据权利1开关稳流电路的要求，开关稳流电路使用延时电路，使灯管在灯丝加热延时后点亮。权利7 根据权利1状态控制电路要求，状态控制电路通过开关稳流电路实现荧光灯管亮/暗工作状态控制。权利8 根据权利1灯丝变压器要求，灯丝变压器通过整流电路为控制电路提供低压直流，并为桥式逆变电路提供400赫兹交流驱动电压。权利9 根据独立权利要求，确保飞机使用安全的装置包括(1)过流熔断器接至飞机电源输入，对飞机电源输入实现过流保护；(2)贴近于灯丝变压器的双金属片温度继电器，实现灯丝短路保护；(3)开关稳流电路对装置输出实现短路保护；(4)状态控制电路通过电隔离措施，实现操作人员安全保护；(5)装置中采取射频干扰抑制措施，确保飞机上其它电子设备不受电磁干扰而影响工作。权利10 根据权利9过流保护要求，当输入电流超过规定值时，熔断器自动切断飞机电源输入，使装置终止工作。权利11 根据权利9灯丝短路保护要求，当灯丝短路或其它原因使灯丝变压器温度超过规定值时，双金属片温度继电器自动切断灯丝变压器输入电源，中断灯丝加热、控制电路和桥式逆变器所需电源，装置停止工作。经一定时间迟滞，当灯丝变压器温度降至较低的规定值时，双金属片温度继电器自动接通电源，装置恢复工作。权利12 根据权利9短路保护要求，当装置的灯管输出短路时，开关稳流电路响应电流反馈维持输出电流不变，实现短路保护。权利13 根据权利9人员保护要求，状态控制电路通过变压器、光/电耦合器和装置内高压电路隔离后，进行装置的通/断和亮/暗控制，确保操作人员安全。权利14 根据权利9射频干扰抑制要求，桥式逆变器提供低频交流输出减小射频干扰；装置的输入和输出电路采用了射频滤波器，以及装置采用了金属外壳抑制了装置射频干扰，从而避免了对机上其它电子设备的影响。权利15 根据独立权利要求，在飞机使用条件上工作可靠的装置包括(1)开关升压电路采用功率因数控制芯片，在飞机电源波动条件下确保装置工作可靠；(2)开关升压电路采用功率因数控制芯片，在飞机电源尖峰瞬变条件下确保装置工作可靠；(3)开关稳流电路采用热敏电阻控制灯管电流，在飞机环境温度升高条件下确保装置工作可靠；(4)装置采用集成芯片，减小装置故障率；(5)装置采用特种胶粘工艺，提高装置耐冲击和耐振动能力。权利16 根据权利15耐电源波动要求，当飞机输入电源波动时，开关升压电路中功率因数控制芯片控制改变高频脉冲的幅度和频率，而使开关升压电路输出高压直流保持稳定，装置工作正常。权利17 根据权利15耐电源尖峰要求，当飞机输入电源产生尖峰瞬变时，开关升压电路中功率因数控制芯片瞬间中断输出，而保持装置工作正常。权利18 根据权利15耐环境高温要求，当装置所处飞机环境温度超出常温时，开关稳流电路中热敏电阻阻值减小而自动降低灯管电流而保证装置工作正常。权利19 根据权利15降低装置故障率要求，对装置中关键的控制电路，采用最新集成芯片使装置在飞机使用条件下降低故障率。权利20 根据权利15耐冲击、耐振动要求，装置中易松动器件采用特种胶粘工艺，使装置能适应飞机的冲击、振动条件保证装置正常工作。权利21 根据独立权利要求，满足飞机荧光灯亮/暗控制及多型号荧光灯使用的装置包括(1)通过状态控制电路对灯管实现亮、暗控制；(2)通过开关升压电路控制灯管启动电压，通过开关稳流电路稳定灯管电流，实现多型号荧光灯管使用要求。权利22 根据权利21亮、暗控制要求，通过状态控制电路改变开关稳流电路方波脉冲电流的占空比来实现灯管的亮、暗控制。权利23 根据权利21多型号荧光灯管使用要求，装置采用独立的双控制电路，使装置适用于启动电压不超过650伏直流、输出功率不超过80瓦、工作电流大致为250毫安(亮态)和50毫安(暗态)的单管或双管荧光灯的控制。权利24 根据独立权利要求，满足民航飞机对装置体积小、重量轻、散热好的使用要求(1)恰当划分并设计印制电路，使结构紧凑。(2)采用铝质金属外壳。(3)用防松紧固件使外壳与散热板紧密接触。权利25 根据权利24，印制电路板设计划分成上下两块，以元件面相对穿插组装，大功率器件的散热板同时起到结构支撑件的作用。权利26 根据权利24，装置的金属外壳，用0.8mm铝质板材制作，分成底板和上罩两部份，经黑色阳极化处理，使重量轻，散热好。权利27 根据权利24，整个金属外壳用4只带防松装置紧固件安装在散热支架上，且二者保持紧密接触，以保持良好的散热条件。
全文摘要
航空用荧光灯限压稳流装置属于开关电源类高科技电子产品,采用双重独立闭环控制电路分别实现荧光灯管启动电压和灯管电流的最佳控制,同时着重考虑民航飞机的使用要求,使装置能适用于民航飞机多种组合荧光灯的照明控制。
文档编号H05B41/28GK1373632SQ0110928
公开日2002年10月9日 申请日期2001年3月6日 优先权日2001年3月6日
发明者王璋 申请人:北京金燕莱科工贸有限责任公司