专利名称：Hid灯用低频正弦波电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种HID灯用低频正弦波电子镇流器。
目前，高强度放电(HID)灯主要包括高压钠灯、金卤灯，属于第三代电光源，其功率范围35W～1kW，光效达80～1401m/W，寿命可达24000h，广泛应用于道路、码头、机场、矿山、厂房、广场、商店、庭院等室外照明。由于HID灯的工作电压在100～150V左右，且具有负的V-I特性，故必须加入镇流器以提供合适稳定的工作电压和电流。
传统的电感式镇流器存在许多缺点①大而笨重，消耗大量的铜材和硅钢片；②功率因数低，补偿时需较大的电容器；③镇流器本身耗能大，效率低。随着电力电子技术的发展，研究和开发与之配套的高效率、高功率因数、高可靠性、低成本、小体积的HID灯电子镇流器，实施绿色照明工程，具有显著的经济效益和社会效益。
HID灯电子镇流器的主要技术障碍是声振荡现象。为此，提出了一些电路拓扑和控制方法，主要包括低频方波镇流器、超高频谐振式镇流器、频率调制式镇流器等。它们一般为两级电路拓扑，即前级为功率因数校正(APFC)，后级为逆变驱动，所用元器件较多成本高、控制复杂可靠性差。
本实用新型的目的是，克服上述现有技术的不足，提供一种HID灯用低频正弦波电子镇流器，它采用一级开关电路对电网电压进行交流降压变换，供给HID灯合适稳定的工频正弦电压和电流，并实施近似恒功率控制。不但避免了声振荡现象，而且输入功率因数接近1。
本实用新型是这样实现的。
一种HID灯用低频正弦波电子镇流器，其主电路拓扑由四个MOSFET开关管(VQ1～VQ4)、两个交流电容(C1、C2)、两个缓冲电容(Cp1、Cp2)、零纹波耦合电感(Lo、Lr)、两个滤波电容(Co、Cr)、检测电阻(Rs)、触发器(LT)以及输入端共模-差模滤波器构成，如
图1所示。
该镇流器各元器件的连接关系是交流电网电源(Vs)经输入端共模-差模滤波器后，送出两个交流电压输出端(①、②)，①端连接开关管(VQ1)的漏极和交流电容(C1)的一端，VQ1的源极连接开关管(VQ3)的漏极，并作为节点A；②端连接开关管(VQ2)的漏极和交流电容(C2)的一端，VQ2的源极连接开关管(VQ4)的漏极，并作为节点B。开关管(VQ3、VQ4)的源极接在一起，连接检测电阻(Rs)的一端，Rs的另一端接两个交流电容(C1、C2)的另一端。缓冲电容(Cp1)的一端连接节点A，另一端连接VQ1的漏极或VQ3的源极；缓冲电容(Cp2)的一端连接节点B，另一端连接VQ2的漏极或VQ4的源极。零纹波耦合电感(Lo、Lr)的一对同名端接在一起，并且连接节点A或B；Lo的另一端连接滤波电容(Co)的一端，Lr的另一端连接滤波电容(Cr)的一端；两个滤波电容(Co、Cr)的另一端接在一起，并且连接节点B或A。触发器(LT)与HID灯串联后，并联在Co两端。
该镇流器的工作原理。
四个开关管(VQ1～VQ4)组成双向交流降压(Buck)变换器，电感(Lo、Lr)采用磁集成技术绕在同一磁芯上，满足零纹波条件，即k=(0.9~1.1)Lr/Lo---(1)]]>式中k——Lr与Lo的耦合系数。
电感(Lo、Lr)与Co、Cr组成零纹波滤波网络。C1、C2为输入滤波电容。Cp1、Cp2与开关管并联，以实现零电压软开关(ZVS)。
设①端电压高于②端电压时，称为正半波；②端电压高于①端电压时，称为负半波。电网电压正半波时，控制开关管VQ4导通、VQ2导通或关断。对开关管(VQl、VQ3)进行PWM控制，即VQ1、VQ3轮换导通(设一定死区)。
当VQl导通、VQ3关断时，电源电流经[①端→VQ1→LoCo滤波网络→HID灯→VQ2的体二极管→②端]这一通路流动；交流电容(C1)的放电电流经[VQ1→LoCo滤波网络→HID灯→VQ4→Rs]这一通路流动。
当VQ1关断、VQ3导通时，HID灯电流通过[VQ4→VQ3的体二极管→LoCo滤波网络]这一通路续流；电源通过检测电阻(Rs)和VQ2、VQ4的体二极管给交流电容(C1)充电。
所以，在正半波周期内，交流电容(C1、C2)的端电压平均值 、 分别为V‾C1=VSV‾C2=0VS≥0---(2)]]>两桥臂中点A、B的输出电压平均值 为V‾AB=DA·VSVS≥0---(3)]]>式中DA——开关管VQ1的导通占空比。
电网电压负半波时，控制开关管VQ3导通、VQ1导通或关断。对开关管(VQ2、VQ4)进行PWM控制。此期间的工作原理与正半波周期相同，则有V‾C1=0V‾C2=VsVs≤0---(4)]]>
V‾AB=DB·VSVS≤0---(5)]]>式中DB——开关管VQ2的导通占空比。
两桥臂中点A、B的输出电压VAB经过Lo、Lr与Co、Cr组成的零纹波滤波网络滤波后，Co两端输出平滑的正弦电压；再经触发器(LT)初级电感的平波作用，供给HID灯标准的正弦电流。
由于电感(Lo、Lr)零纹波耦合，高频纹波绝大部分从LrCr回路流动，Lo中高频纹波电流极小。同时，电感(Lo、Lr)可选较小值，使得总电流(iLo+iLr)在一个开关周期内能够反向，在缓冲电容(Cp1、Cp2)配合下，四个开关管(VQ1～VQ4)可实现零电压软开关(ZVS)。
由于①、②端电压平均值为正弦波形，经输入端共模-差模滤波器滤波，可输入与电网电压同相的平滑正弦电流，即输入功率因数接近1。
检测电阻(Rs)可检测HID灯的大部分电流，以及桥臂直通的短路电流，故通过Rs可以进行电流反馈控制和过流、短路保护。
本实用新型与现有技术相比具有如下优越性①该镇流器采用单级电路，实现了交流降压变换，输入功率因数和效率高。
②该镇流器结构简单、PWM控制方便，可靠性高，成本低。
③该镇流器采用零纹波耦合滤波网络，不但使灯电流纹波极小(避免HID灯的声谐振)，而且实现了ZVS软开关。
④该镇流器不使用大容量电解电容，减小电网电流冲击，并延长了寿命。
以下结合附图以最佳实施例详述本实用新型。
图1为该HID灯用低频正弦波电子镇流器的主电路拓扑图。
如图1所示，该HID灯用低频正弦波电子镇流器，其主电路拓扑由四个MOSFET开关管(VQ1～VQ4)、两个交流电容(C1、C2)、两个缓冲电容(Cp1、Cp2)、零纹波耦合电感(Lo、Lr)、两个滤波电容(Co、Cr)、检测电阻(Rs)、触发器(LT)以及输入端共模-差模滤波器构成。
该镇流器各元器件的连接关系是交流电网电源(Vs)经输入端共模-差模滤波器后，送出两个交流电压输出端(①、②)，①端连接开关管(VQ1)的漏极和交流电容(C1)的一端，VQ1的源极连接开关管(VQ3)的漏极，并作为节点A；②端连接开关管(VQ2)的漏极和交流电容(C2)的一端，VQ2的源极连接开关管(VQ4)的漏极，并作为节点B。开关管(VQ3、VQ4)的源极接在一起，连接检测电阻(Rs)的一端，Rs的另一端连接两个交流电容(C1、C2)的另一端。缓冲电容(Cp1)的一端连接节点A，另一端连接VQ3的源极；缓冲电容(Cp2)的一端连接节点B，另一端连接VQ4的源极。零纹波耦合电感(Lo、Lr)的一对同名端接在一起，并且连接节点A；Lo的另一端连接滤波电容(Co)的一端，Lr的另一端连接滤波电容(Cr)的一端；两个滤波电容(Co、Cr)的另一端接在一起，并且连接节点B。触发器(LT)与HID灯串联后，并联在Co两端。
电感(Lo、Lr)采用磁集成技术绕在同一磁芯上，满足零纹波条件，即k=(0.9~1.1)Lr/Lo,]]>式中k为Lr与Lo的耦合系数。
参考设计示例电网电压us＝220VAC±20％，高压钠灯额定功率Poe＝250W，开关管VQ1～VQ4IRF840，开关频率f＝50kHz；交流电容C1＝C2＝1μF，缓冲电容Cp1＝Cp2＝2nF，零纹波耦合电感Lo＝0.2mH、Lr＝0.15mH，耦合系数k＝0.75，滤波电容Co＝1μF、Cr＝0.47μF，检测电阻Rs＝0.05Ω。
权利要求1.一种HID灯用低频正弦波电子镇流器，其主电路拓扑由四个MOSFET开关管(VQ1、VQ2、VQ3、VQ4)、两个交流电容(C1、C2)、两个缓冲电容(Cp1、Cp2)、零纹波耦合电感(Lo、Lr)、两个滤波电容(Co、Cr)、检测电阻(Rs)、触发器(LT)以及输入端共模-差模滤波器构成；触发器(LT)与HID灯串联后，并联在滤波电容(Co)两端；交流电网电源(Vs)经输入端共模-差模滤波器后，送出两个交流电压输出端(①、②)；其特征是①端连接开关管(VQ1)的漏极和交流电容(C1)的一端，开关管(VQ1)的源极连接开关管(VQ3)的漏极，并作为节点A；②端连接开关管(VQ2)的漏极和交流电容(C2)的一端，开关管(VQ2)的源极连接开关管(VQ4)的漏极，并作为节点B；两个开关管(VQ3、VQ4)的源极接在一起，连接检测电阻(Rs)的一端，检测电阻(Rs)的另一端接两个交流电容(C1、C2)的另一端；缓冲电容(Cp1)的一端连接节点A，另一端连接开关管(VQ1)的漏极或开关管(VQ3)的源极；缓冲电容(Cp2)的一端连接节点B，另一端连接开关管(VQ2)的漏极或开关管(VQ4)的源极；零纹波耦合电感(Lo、Lr)的一对同名端接在一起，并且连接节点A或节点B，电感(Lo)的另一端连接滤波电容(Co)的一端，电感(Lr)的另一端连接滤波电容(Cr)的一端；两个滤波电容(Co、Cr)的另一端接在一起，并且连接节点B或节点A。
专利摘要本实用新型涉及一种HID灯用低频正弦波电子镇流器，其主电路拓扑由四个开关管(VQ
文档编号H05B41/16GK2907171SQ20062011477
公开日2007年5月30日 申请日期2006年5月10日 优先权日2006年5月10日
发明者张焱植 申请人:周春香