专利名称：一种高强度放电灯电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型属一种用于高强度放电灯的高频电子镇流器。
背景技术：
高强度放电灯(也称HID灯)在高频工作时常会出现放电不稳定的现象，传统理论认为这种现象的产生是“声谐振”效应导致的，也就是说高频放电时，放电管中的气体被高频加热，因而出现了随放电极性改变而交替变化的频率比放电频率高一倍的温度起伏，而这种温度起伏必然导致气体的膨胀和收缩，从而产生压力波—声波。当该声波的波长与HID灯的放电管尺寸谐振时，即会产生放电不稳定现象。所有现有技术均是根据这一论点，采用破坏声波与管壳的谐振条件的方法以求获得稳定的高强度放电灯高频放电，但数十年来这—途径一直未能走通，现有的高强度放电灯电子镇流器均不能保证稳定的高频放电电流，特别是金属卤化物灯的高频放电不稳定现象更难抑制。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种能有效抑制高强度放电灯高频放电不稳定现象的高强度放电灯电子镇流器。
解决上述问题的技术方案是(参见实施例图1)本实用新型设有由交流电源或直流电源转换成的幅值适合的直流电源，直流电源与接有高频驱动信号发生器的高频变换电路连接，高频变换电路与接有高压发生电路的高强度放电灯连接，其特征在于所述高频驱动信号发生器的频率调制信号输入端与低频调制信号发生器的输出端连接。
本实用新型认为传统的关于HID灯高频放电不稳定现象的“声谐振”理论与实际情况不符放电灯工作时电弧管中的气体为热容量很大、温度恒定的高温气体，不可能反应出频率如此之高而且幅度又很大的温度起伏。以往研究者们测出的声波只是在放电不稳定时出现，而放电稳定时测不到任何声波辐射，这就证明产生声波的原因与高频加热无关，很多其它现象也证明了“声谐振”论点是不能成立的，因此HID灯放电不稳定时出现的声波并非由温度起伏引起。本实用新型认为HID灯高频放电不稳定现象是因电弧中的等离子体振荡引起的HID灯工作时，其电弧为一由均匀等量的正离子和电子构成的导电的中性等离子体，宏观的等离子体呈电中性，但其内部时常出现局部不平衡现象，当电弧中某处的离子析出时，附近的多余电子将在析出的正电荷周围振荡，而离子则在电子电荷作用下在自身的平衡位置附近振动，这就形成了离子振荡，这一振荡的频率通常在几千赫兹到几百千赫兹范围，在低频或在直流放电中离子振荡是一种随机并因碰撞而迅速衰减的过程，但在高频放电情况下，振荡频率与放电电源频率相近的离子将从电场吸收能量并发展成为稳定的离子振荡。这时振荡的离子通过碰撞带动数量更多的气体原子同步振荡。这种由大量离子的往返振荡产生的压力波称为离子声波，离子振荡时的电荷分离使电弧与管壳的作用力失衡，造成电弧弯曲，而净电荷点在空间的漂移则造成电弧抖动等放电不稳定现象。因此放电电弧中产生稳定的离子振荡是HID灯放电不稳定的根本原因，也是放电不稳时出现声波的根源。根据汤克斯—朗缪创建的等离子体理论，离子振荡频率取决于离子温度、密度以及离子质量，通常离子振荡频率在数千赫兹至数百千赫兹范围，正好与高频电子镇流器的工作频率重叠，所以当高频电子镇流器在常规高频范围工作时均可激起稳定的离子振荡，可见使HID灯的高频放电稳定的唯一方法是控制和调整等离子体参数，使其不能形成稳定的等离子体振荡，而高频放电电流的工作状态能直接影响电弧中等离子体的参数，因此可采用对高频放电电流进行调制的方法来控制和调整电弧中等离子体的参数，防止其形成稳定的离子振荡。
本实用新型正是基于上述认识采用了能对高频放电电流进行低频调制的电路结构，其工作原理是直流电源在进行高频变换时，由于高频驱动信号发生器的高频驱动信号被低频调制信号调制，因此使高强度放电灯的高频放电工作频率受到了低频调制(参见图2)，也就是说高频放电电流按调制信号频率交替处于(f1)、(f2)两种不同的工作频率状态，由频率变化引起的回路阻抗变化又使放电电流幅值随调制频率周期变化，这样就能周期性地改变放电电弧中等离子体的温度和密度，使其不能产生稳定的离子振荡。设被调制的高频驱动信号发生器频率为f，若在t0-t1时段该频率为f1，t1-t2时段该频率为f2，调制前后的频率变化率为D＝2|f1-f2|/(f1+f2)，其中t1-t0与t2-t1可以相等亦可不相等，f1≠f2，通常适当调整变化周期以及二种频率各自的持续时间并使D＞2％，即可以获得电流波峰系数符合标准要求的稳定的HID灯高频放电。
本实用新型能够通过对高强度放电灯的高频放电电流进行低频调制，周期性地调整改变放电电弧中等离子体的温度、密度等参数，防止稳定离子振荡的发生，达到使高强度放电灯高频放电稳定的目的，同时解决了目前金属卤化物灯高频放电不稳定的难题。
图1、本实用新型实施例方框原理图图2、本实用新型实施例用低频方波信号对放电频率进行低频调制的波形图图3、本实用新型实施例电路图具体实施方案本例是接入工频交流电网使用的，其直流电源电路为在交流电源输入端与整流电路BR1之间串接有电磁滤波电路，整流电路输出端接有由变压器T1原边绕组、二极管D7与电容C14、C15、C16、C17组成的滤波电路，同时还设有由场效应开关部件及与开关部件栅极相连的脉宽调制电路组成的稳压及功率因数补偿和谐波抑制电路(本例的场效应开关部件及脉宽调制电路是采用将二者集成于一体的TOPSWITCH250部件，即图3所示的U2)，该电路开关部件两端漏极D及源极S并联在滤波电感T1原边绕组输出端与地之间，其作用等同于通常的有源功率因数补偿电路，T1原边绕组输出端与滤波电容C14、C15、C16、C17之间串联一整流二极管D7，由发光二极管和光敏三极管组成的具有光电转换和放大作用的光耦三极管U1的发射极接U2的控制电路输入端C，U1的发光二极管负端接地，正端通过电阻R5、稳压管D8接直流电源输出端，从而将输出的直流电压信号经光耦三极管输入U2。经BR1整流后的电压信息则通过稳压管D6、电阻R2并经U2的L端输入U2，接有整流二极管D5和滤波电容C8的T1副边绕组N13的直流输出通过R1接光敏三极管的集电极，光敏三极管的发射极接U2的脉宽电路调制输入端C。U2的开关部件在脉宽调制电路控制下产生高频开关信号，并通过输出端D-S控制T1原边输出端与地端之间的启闭，从而可抑制工频电源输入电流中的高次谐波，提高其功率因数，同时实现稳定直流输出电压的目的(本实用新型所采用的直流电源幅值一般为150～450伏)。
直流电源的输出端接高频变换电路，本例将直流转换为高频的高频变换电路采用外驱动半桥变频电路，驱动该电路变频的高频驱动信号发生器是由集成电路IC5(型号4046)与周边元件组成的能产生相位相反方波信号的高频发生器，高频发生器输出端2脚和3、4脚分别与由两组三极管Q4、Q5和Q6、Q7及变压器T3主绕组组成的推挽式放大电路的两个信号输入端连接，变压器T3设有两相位相反的独立副绕组，分别与场效应开关管VT1、VT2的栅极和源级连接，VT1、VT2分别组成两个开关信号放大电路，高强度放电管HID接在两个放大回路共用的支路里，组成典型的外驱动半桥变频电路。
低频调制信号发生器是由集成电路IC3(型号555)及周边部件组成的低频方波发生器，其低频方波输出端3脚接高频驱动信号发生器IC5的频率调制信号输入端9脚，对高频驱动信号发生器输出的脉冲信号频率进行低频调制。低频方波信号或准方波信号的调制效果优于其它低频信号。
其变频工作过程是IC5的2脚和3、4脚分别产生两个相位相反的高频方波信号(频率通常在25～50KHZ之间)，经推挽放大电路放大后，通过变压器T3的两个相位相反的副绕耦合到开关部件VT1、VT2的栅极与源极之间，VT1、VT2分别放大的相位相反的脉冲信号并在共同支路中的放电灯HID里形成极性交替变化的高频放电电流，实现频率转换功能，由于驱动变频的高频脉冲信号是经过低频调制的，所以高频放电电流的频率和幅值也是按低频周期性变化(见图2)。
传统高强度放电灯HID的高压发生电路通常是由其设计在频率谐振状态的放电回路构成，放电管两端并联有谐振电容，利用放电灯未击穿前回路的Q值很高，在谐振电容上产生的高谐振电压使放电灯击穿点燃，由于未经调制的工作频率只有一个，所以当放电回路的参数或脉冲发生器的工作频率发生漂移时，常会出现回路的失谐情况，不能形成高谐振电压，使放电灯无法启动。
本实施例在高频驱动信号发生器IC5的频率调制输入端9脚并联一能延缓低频方波信号上升前沿的充电电容C35(该电容还兼有滤除高频干扰信号的作用)，放电回路的谐振频率数值f0设计在高频驱动信号发生器输出的周期性变化的两种工作频率数值f1与f2之间，且使f0≈(f1+f2)/2，见图2所示的谐振电压波形图当被低频方波信号调制的高频信号在f1与f2之间周期性交替变化时，由于C35延缓了交替变化所需的过渡时间，而回路谐振频率值f0又介于交替变化的f1与f2之间，所以放电灯很容易被频率交替变化过程中产生的高谐振电压点燃，通常情况下，回路参数或工作频率的漂移难以使谐振频率f0超出f1与f2之间的数值范围，从而能保证可靠地点燃放电灯；此外，由于本放电回路的谐振状态只在两种频率交替过程中的很短时间里内发生，持续时间非常短，重复频率又很低，因此灯启动时回路中因谐振引起的能耗很小，即使放电灯不能正常点火，也不会发生因谐振电流持续时间太长而烧毁回路元器件的情况。
本例在放电电路里设有灯电压降反馈信号电路，其反馈信号输出端接到高频驱动信号发生器的频率调制信号输入端，通过对放电频率的控制保证放电灯近似以恒功率的状态运转。上述灯电压降反馈信号电路是在放电灯HID的并联支路里设有灯电压取样电容C24，其反馈信号输出端通过电阻R13、电容C26、整流二极管D11与并联在IC5电源电路里的三极管Q8基极连接，Q8的射极输出端经二极管D12接高频驱动信号发生器IC5的频率调制信号输入端9脚。
高频驱动信号发生器IC5的频率调制信号输入端9脚与跨接在该信号发生器直流电源两端的电位器R24的滑动变阻端连接，频率调制信号输入电路里接有热敏电阻R25，本例的热敏电阻R25与电位器R24串联连接，电位器可用以调整高频驱动信号发生器的频率，热敏电阻在镇流器温度较高时可自动调高频率，适当减小放电功率，当温度过高时还可使高频驱动信号发生器停止工作，以保证电子镇流器不致因温度过高而烧毁。
本例设有异常状态保护电路在放电回里串联一电感线圈L3，其副绕组通过整流二极管D9、电阻R8、积分电容C18、稳压二极管D10和电容C20接开关三极管Q1基极，开关三极管输出端接由IC1与周边部件组成的时钟电路输入端2脚，时钟电路输出端3脚接高频驱动信号发生器IC5的5脚，当放电灯出现异常状态不能正常工作时，回路电感L3上较高的谐振电压的取样信号整流后输入到IC1时钟电路，时钟电路输出一定时的正脉冲信号，输入到IC5，使IC5停止工作，经过预定的时间后，时钟电路恢复常态，IC5重新工作，使放电灯自动启动，IC1输出正电压的时间长短由R6和C19的充电时间常数决定。
权利要求1.一种高强度放电灯电子镇流器，设有由交流电源或直流电源转换成的幅值适合的直流电源，直流电源与接有高频驱动信号发生器的高频变换电路连接，高频变换电路与接有高压发生电路的高强度放电灯连接，其特征在于所述高频驱动信号发生器的频率调制信号输入端与低频调制信号发生器的输出端连接。
2.根据权利要求1所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于所述的低频调制信号发生器是低频方波发生器。
3.根据权利要求2所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于在所述高频驱动信号发生器频率调制输入端并联一能延缓低频方波信号上升前沿的充电电容(C35)，放电灯放电回路的谐振频率数值(f0)设计在介于高频驱动信号发生器输出的周期性变化的两种工作频率数值(f1)与(f2)之间。
4.根据权利要求1、2或3所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于在放电灯放电电路里设有灯电压降反馈信号电路，其反馈信号输出端接高频驱动信号发生器的频率调制信号输入端。
5.根据权利要求1、2或3所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于所述高频驱动信号发生器(IC5)的频率调制信号输入端与跨接在该信号发生器直流电源两端的电位器(R24)的滑动变阻端连接，频率调制信号输入电路里接有热敏电阻(R25)。
6.根据权利要求4所述的高强度放电灯电子镇流器，其特征在于所述高频驱动信号发生器(IC5)的频率调制信号输入端与跨接在该信号发生器直流电源两端的电位器(R24)的滑动变阻端连接，频率调制信号输入电路里接有热敏电阻(R25)。
专利摘要一种高强度放电灯电子镇流器，本实用新型设有由交流电源或直流电源转变成的幅值适合的直流电源，直流电源与接有高频驱动信号发生器的高频变换电路连接，高频变换电路与接有高压发生电路的高强度放电灯连接，其特征在于所述高频驱动信号发生器的频率调制信号输入端与低频调制信号发生器的输出端连接。本实用新型能达到使高强度放电灯高频放电稳定的目的，同时解决了目前金属卤化物灯高频放电不稳定的难题。
文档编号H05B41/282GK2571124SQ0224808
公开日2003年9月3日 申请日期2002年9月17日 优先权日2002年9月17日
发明者杨正名, 柴国生, 张明 申请人:柴国生