专利名称：低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电照明装置，更确切地说是涉及一种适于与高强度气体放电灯配套使用的低成本电子镇流器。
现有的各种HID灯的专用电子镇流器，包括名称均为“高强度气体放电灯用电子镇流器”的96207781.x和99200370.9的中国专利，虽然在提高功率因数、简化电路结构、降低产品成本和提高使用寿命方面作出了较大的改进，但其普遍存在的问题仍是体积较大、成本较高、发热现象比较严重，特别是价格较高，因此不能被普遍应用，目前大部分的HID灯，仍不得不使用大而笨重且功率因数低、噪声大的工频电感镇流器。
当前电子镇流器的核心技术大致有以下四个方面在用高频信号点燃HID灯时如何通过一些特殊的技术措施解决声共振问题；由于驱动HID灯启辉的开关管工作在高频状态下，为避免过大的高频损耗，需选用价格昂贵的高档开关管，为对付各种异常情况而采用保护电路，这些技术措施都会导致电子镇流器成本增加，因此必须有效解决电子镇流器的成本问题；解决如何产生驱动开关管的高频信号及如何设计可靠的保护电路的问题；如何提高电子镇流器电路的工作可靠性问题。但总的来说，因为要综合解决以上四个方面的技术问题，而使电子镇流器电路更为复杂，成本过高不利于产品的实用化。
专利号为00246388.1、名称为“大功率高强度气体放电灯用低成本电子镇流器”的中国专利，是一种综合解决上述四方面问题且针对基本国情作出的改进方案，一种实施结构如
图1中所示。包括由低通滤波电路1及二极管桥式整流电路2连接构成的直流电源电路对电网电压进行滤波，和完成交流至直流的变换；由无源功率因数校正电路3、脉宽调制(PWM)斩波电路4、电压取样反馈电路7和斩波电路的自供电电路8连接构成的包括恒流驱动电路的无源功率因数校正电路(PPFG)，通过采用典型的无高频能量反馈的逐流电路，提高对电网的利用率、降低对电网的干扰和为后级电路提供恒流驱动；和由直流至交流的逆变电路5、振荡启动电路9和镇流点灯电路6连接构成的谐振输出电路。
其中的功率因数校正电路还可由有源功率因数校正电路(APFG)和自供电电路连接构成。
该电子镇流器，以高频振荡输出的正弦波作为起辉气体放电灯及正常点灯的工作主频，基本无声共振现象且使总体体积减小；采用有源或无源校正电路，使功率因数可分别达到0.99、0.95以上，电流谐波总含量分别低于10％、30％，波峰比小于1.7；整个电路由于工作在15至150KHz高频状态下，和采用恒流电路为后级的谐振输出电路提供稳定的工作电源，使谐振输出电路中构成电感器及变压器的磁性材料的尺寸可大大减小，电容器的尺寸也可大为减小。
图2所示是按上述电原理设计的实施电路，包括一个集成电路芯片IC1、三个MOS开关管TR1-TR3、二个变压器T1-T2、二个电感器L1-L2、及其它电器元件，从总体上说仍有电路结构复杂、成本偏高的问题，有待进一步改进设计、简化电路和降低成本。
实用新型内容本实用新型的目的是设计一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，在保证现有电子镇流器性能及参数的条件下，进一步简化电路结构和降低成本。
实现本实用新型目的的技术方案是这样的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于包括由低通滤波电路和二极管桥式整流电路连接构成的直流电源电路，由典型逐流电路构成的无源功率因数校正电路，变型劳耶尔正弦波振荡电路，和变压器输出电路；直流电源电路、无源功率因数校正电路、变型劳耶尔正弦波振荡电路和变压器输出电路顺序连接。
在电子镇流器的工作电压是交流120V时，变型劳耶尔正弦波振荡电路采用由第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、电感器、电容器、带中心抽头的自耦隔离变压器初级绕组主线圈连接构成的推挽式电路；所述的变压器输出电路包括第一镇流点灯电路和第二镇流点灯电路，第一镇流点灯电路由自耦隔离变压器初级绕组主线圈及延伸连接在主线圈两端的线圈构成；第二镇流点灯电路由自耦隔离变压器的次级绕组构成。采用两个变压器输出电路，可供使用者根据安全性的要求进行选择输出，进行点灯。
在电子镇流器的工作电压是交流220V时，变型劳耶尔正弦波振荡电路是由第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、包括初、次级线圈的电感器、电容器、自耦隔离变压器初级绕组主线圈连接构成的半桥式电路；所述的变压器输出电路包括第一镇流点灯电路和第二镇流点灯电路，第一镇流点灯电路由自耦隔离变压器初级绕组主线圈及延伸连接在主线圈两端的线圈构成，第二镇流点灯电路由自耦隔离变压器的次级绕组构成。采用半桥式电路，可使对MOS晶体管的耐压要求降低。采用两个变压器输出电路，可供使用者根据安全性的要求进行选择输出，进行点灯。
本实用新型低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，采用变型劳耶尔正弦波振荡器，将50-60Hz正弦波信号变成90KHz高频正弦波信号，并通过变压器直接输出高压点灯，与背景技术的电路结构相比较，电路设计方案新颖且简单，达到降低产品成本的设计目的，并能保持原有电路的性能及参数，功率因数达到0.96(标准为0.9)，谐波总含量小于24％(标准小于30％)，波峰比也能满足设计要求。
参见图3，本实用新型低成本的电子镇流器，包括由低通滤波电路31和二极管桥式整流电路32连接构成的直流电源电路，无源功率因数校正电路33、变型劳耶尔正弦波振荡电路34和变压器输出电路35。其中的变型劳耶尔正弦波振荡电路34，在输入工作电源为110-120V交流时，采用推挽式电路，实施电路如图4所示；在输入的工作电源为220-240V交流时，采用半桥式电路，实施电路如图5所示。
直流电源电路31、32及无源功率因数校正电路33，在120V、220V实施例中采用了相同的电路结构，如图4、图5中所示。
直流电源电路由互耦式低通滤波电路31和二极管桥式整流电路32连接构成。互耦式低通滤波电路31由压敏电阻VR1、电容器C1、C2、共模线圈L1连接构成，使用电容器C3、C4可减小电子镇流器对其它电子设备的高频电磁干扰。二极管桥式整流电路32由二极管D1至D4连接构成，完成交流至直流的变换，输出峰值电压分别为150V和300V。
无源功率因数校正电路33，采用典型的无高频能量反馈部分的逐流电路，由二极管D5至D7、电阻R1、电容C5、C6连接构成，用于提高对电网的利用率和降低对电网的干扰，该部分电路可将功率因数提高到0.96以上。
变型劳耶尔正弦波振荡电路34及变压器输出电路35，在120V、220V工作电压的实施例中分别采用各自独到的电路结构，如图4、图5中所示。
参见图4，变压器输出电路采用变压器T1，其初级绕组是一自耦式变压器，包括带中心抽头的主线圈N1，在主线圈N1两端各连接一个线圈N2、N3，和两个串连连接的付线圈N4、N5。付线圈N4、N5通过电阻R4、R3为第二、第一MOS晶体管Q2、Q1交替提供栅压，电阻R2、电容C9与触发二极管D9连接，通过对电容C9充电为第一MOS晶体管Q1提供触发启动电压并维持振荡。付线圈N4、N5的串接端通过稳压管Z1接地。由主线圈N1及线圈N2、N3连接限流电容器C8构成变压器自耦升压输出的第一镇流点灯电路。在主线圈两端各加绕线圈N2、N3升压，可放松对两MOS管Q1、Q2对称性方面的要求。由变压器T1的次级绕组N6连接限流电容器C8’构成变压器互耦隔离输出的第二镇流点灯电路，相比第一镇流点灯电路，有抗输入、输出短路、安全性好的特点。调节C8、C8’可调整输出功率(35至400W)。
电感器L2，源极接地的第一、第二MOS晶体管Q1、Q2，及变压器T1初级绕组的主线圈N1，电容器C7连接构成推挽式的变型劳耶尔正弦波振荡电路，将输入正弦波(50-60Hz)信号变为高频高压正弦波(＞90KHz)信号。本实施电路中MOS晶体管的耐压要求为π×120×2V.]]>参见图5，图中逐流电路输出端连接有两串接的电容器C7、C8，串接点输出中点电位。变压器输出电路采用变压器T1，其初级绕组是一自耦式变压器，包括主线圈N1，在主线圈N1两端分别连接一个线圈N2、N2’实现升压输出，和两个付线圈N3、N4。付线圈N3、N4通过电阻R3、R4为第一、第二MOS晶体管Q1、Q2交替提供栅压，使之交替导通截止。电阻R2、电容C10、触发二极管D10和二极管D9(反向截止作用，防止D10击穿)的连接电路，通过对电容C10的充、放电，为第二MOS晶体管Q2提供触发启动电压，并维持电路振荡，二极管D8、电阻R5在MOS管Q2截止时为电容C10提供放电通路。主线圈N1两端并接电容C11，且一端连接逐流电路两电容器C7、C8的连接点，即其输出返回中点电位，可使两MOS晶体管Q1、Q2的耐压要求降低一倍。将MOS管原本的耐压要求π×220×2V]]>降低为(π×220×2)/2V.]]>由变压器T1主线圈N1及线圈N2、N2’连接限流电容器C12构成变压器自耦升压输出的第一镇流点灯电路，由变压器T1的次级绕组N5连接限流电容器C12’构成变压器互耦隔离输出的第二镇流点灯电路，相比第一镇流点灯电路，有抗输入、输出短路、安全性好的特点。调节C12、C12’可调整输出功率(35至400W)。
共模式电感器L2，源、漏极串接且串接点悬浮的第一、第二MOS晶体管Q1、Q2，及变压器T1初级绕组的主线圈N1，电容器C11连接构成半桥式的变型劳耶尔正弦波振荡电路，将输入方波(50-60Hz)变为高频正弦波(＞90KHz)。
将本实用新型图4、图5的实施电路与图2所示背景技术的实施电路比较，不难看出本实用新型确有电路结构简单的特点，从而有效地降低了电子镇流器的成本，达到设计目的。实验结果表明，本实用新型的实施电路在功率因数、谐波总含量及波峰比等方面均能达到国家标准，并占有性能价格比的优势。
权利要求1.一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于包括由低通滤波电路和二极管桥式整流电路连接构成的直流电源电路，由典型逐流电路构成的无源功率因数校正电路，变型劳耶尔正弦波振荡电路，和变压器输出电路；直流电源电路、无源功率因数校正电路、变型劳耶尔正弦波振荡电路和变压器输出电路顺序连接。
2.根据权利要求1所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述的变型劳耶尔正弦波振荡电路是由第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、电感器、电容器、带中心抽头的自耦隔离变压器初级绕组主线圈连接构成的推挽式电路；所述的变压器输出电路包括第一镇流点灯电路和第二镇流点灯电路，第一镇流点灯电路由自耦隔离变压器初级绕组主线圈及延伸连接在主线圈两端的线圈构成；第二镇流点灯电路由自耦隔离变压器的次级绕组构成，第一、第二MOS晶体管的源极连接并接地，第一、第二MOS晶体管的栅极分别通过电阻连接自耦隔离变压器初级绕组的付线圈，两付线圈串联连接并通过稳压管接地，第一、第二MOS晶体管的漏极分别连接自耦隔离变压器初级绕组的主线圈两端并并接电容器两端，自耦隔离变压器初级绕组主线圈的中心抽头连接电感器一端，电感器另一端连接所述的逐流电路。
3.根据权利要求2所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于还包括有MOS晶体管的触发启动电路，由电阻器、电容器和触发二极管连接构成，电阻器与电容器的连接点接触发二极管，触发二极管连接一MOS晶体管的栅极。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述直流电源电路输入端连接110V-120V交流电源。
5.根据权利要求1所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述的变型劳耶尔正弦波振荡电路是由第一MOS晶体管、第二MOS晶体管、包括初、次级线圈的电感器、电容器、自耦隔离变压器初级绕组的主线圈连接构成的半桥电路；所述的变压器输出电路包括第一镇流点灯电路和第二镇流点灯电路，第一镇流点灯电路由自耦隔离变压器初级绕组主线圈及延伸连接在主线圈两端的线圈构成，第二镇流点灯电路由自耦隔离变压器的次级绕组构成；第一、第二MOS晶体管串联连接，并连接自耦隔离变压器初级绕组主线圈一端，自耦隔离变压器初级绕组主线圈另一端接所述逐流电路的电位输出中点端，自耦隔离变压器初级绕组主线圈两端并接电容器，第一、第二MOS晶体管的栅极分别通过电阻连接自耦隔离变压器初级绕组的付线圈，第一MOS晶体管的漏极和第二MOS晶体管的源极分别连接电感器初、次级线圈一端，电感器初、次级线圈另一端连接所述的逐流电路。
6.根据权利要求5所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述逐流电路电位输出中点端是两个电容器的串接端，两电容器另一端连接所述的逐流电路。
7.根据权利要求5所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于还包括有MOS晶体管的触发启动电路，由电阻器、电容器、触发二极管、第一二极管和第二二极管连接构成，电阻器与电容器的串接点连接触发二极管与第二二极管，触发二极管连接第一二极管，第二二极管连接所述逐流电路的电位输出中点端，第一二极管连接所述第二MOS晶体管栅极。
8.根据权利要求1或5或6或7所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述直流电源电路输入端连接220V-240V交流电源。
9.根据权利要求2或5所述的一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于所述第一、第二镇流点灯电路中还串接有供调节输出功率的电容器。
专利摘要一种低成本的高强度气体放电灯用电子镇流器，有电路结构简单、成本低的特点。包括由低通滤波电路和二极管桥式整流电路连接构成的直流电源电路；由典型的无高频能量反馈的逐流电路构成的无源功率因数校正电路，用于提高对电网的利用率和降低对电网的干扰，功率因数达0.96以上；变型劳耶尔正弦波振荡电路，将50－60Hz正弦波信号转变成大于90KHz的高压正弦波信号，在120伏交流工作电压条件下，采用由MOS晶体管等电器元件连接构成的推挽式电路，在220伏交流工作电压条件下，采用由MOS晶体管等电器元件连接构成的半桥式电路，以减小对MOS管耐压的要求；变压器输出电路，包括安全性能较差的和允许输入、输出短路的第一、第二变压器输出电路，直接用于点灯。
文档编号H05B41/288GK2543321SQ02232558
公开日2003年4月2日 申请日期2002年4月16日 优先权日2002年4月16日
发明者李斌 申请人:李斌