专利名称：单相照明系统节电装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种照明灯具节电装置；特别是涉及一种单相照明系统 的节电装置。
背景技术：
现阶段配电系统中，为了补偿送电过程中的电能损耗， 一般常用的方法 都采用提高输送电压的手段，这时，用户实际承受的电压会高于照明灯具的 额定电压。而当电网在用电低峰时，供电电网的输送电压会更高，过高的供 电电压，不仅会使用电设备耗能增加，而且，会使电光源的使用寿命大大縮 短；供电电压的波动，造成对电光源和照明灯具的冲击，也导致降低了照明 灯具的使用寿命，增加了照明成本，也增加了更换、维护照明灯具的工作量。
下面比较两组实验数据
当施加在气体放电照明灯具两端的 工作电压230V时，功耗109W,照度92，灯具使用寿命4千小时； 工作电压205V时，功耗85 W，照度89，灯具使用寿命9千小时。
由此对比可以看出当照明灯具在超压运行时，亮度变化不大，而灯具 的使用寿命却显著縮短，用电耗能则大幅增加。
当照明灯具使用电压在额定范围内变化时，功耗损失为109-85=24;照 度变化为92-90=2;灯具使用寿命却由4千小时延长到9千小时。
因此得出结论是气体放电灯具的工作电压由230V下降至205V时，功 率下降22%，照度变化仅为2.2%，灯具的使用寿命却延长l倍多。而照度变 化却并不明显，只是减少了灯具在过电压情况下产生的眩光，而气体放电照 明灯具的功耗却显著减小，寿命也会延长很多。基于以上原因，很有必要适当降低用电设备的终端电压。 发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是，克服已有技术的缺点，提供一种可 适当降低用电设备的终端电压的单相照明系统的节电装置。
本实用新型所采用的技术方案是单相照明系统节电装置，包括电压 调整电路、市电电压检测电路、基准电压电路、比较电路和正、负补偿切换 触发电路，所述电压检测电路通过检测本装置的输入、输出电压的变化，并 将检测结果输出给所述比较电路，经所述基准电压电路和所述比较电路输出 的比较信号，通过所述正、负补偿切换触发电路控制所述电压调整电路对市 电电压进行正、负补偿，稳定本装置的输出电压。
所述的比较电路包括两个比较器U1、 U2和一个三角波发生器，所述 三角波发生器电路，由一个方波电压发生器U7和一个积分器U8组成。
所述的三角波频率与方波电压发生器U7的频率相同，当方波电压发生 器U7中的电阻R8-0.86R9时，三角波频率为fc-l/ (1/2R10C2)。
所述对市电电压波动进行正、负补偿的触发电路是由比较器U1、 U2， 比例放大器PI1、PK，及EPWM、比较器U3、U4，和基准电压设定电路R3 R5组成，两个基准电压设定值为Url及Ur2， Url对应于市电电压的218V; Ur2对应于市电电压的222V。
".本实用新型的有益效果是本实用新型可以有效降低照明系统终端的用 电电压，节省电能，减少电能瞬间变化对负载及电网的影响，延长了灯具的 使用寿命，电压调整电路是以隔离变压器来进行能量交换无触点运行的，在 补偿后电路稳定运行时装置本身不消耗电能。
图1是本实用新型节电装置的电路组成方框图2是本实用新型节电装置的简化电路原理框图3是本实用新型节电装置的桥式斩波器电压调整电路图4是本实用新型节电装置的电原理图。
图中
11:市电电压检测电路 22:比较电路
33:正、负补偿切换触发电路 44:电压调整电路 55:基准电压
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步的详细说明。 图l是本实用新型节电装置的电路组成方框图，如图1所示，本实用新 型单相照明系统节电装置包括电压调整电路44、市电电压检测电路ll、比 较电路22和正、负补偿切换触发电路33，基准电压电路55、电压检测电路 ll通过检测本装置的输入、输出电压的变化，并将检测结果输出给比较电路 22，经基准电压电路55和比较电路22输出的比较信号，通过正、负补偿切 换触发电路33控制电压调整电路44对市电电压进行正、负补偿，稳定本装 置的输出电压。
图4是本实用新型节电装置的电原理图，如图4所示，比较电路22包 括两个比较器和一个三角波发生器，三角波发生器电路，由一个方波电压 发生器(U7)和一个积分器(U8)组成。
如图4中的U7及U8所示，三角波频率与方波电压发生器的频率相同， 当方波电压发生器中的电阻R8-0.86R9时，三角波频率fc-l/ (1/2R10C2)。图2是本实用新型节电装置的简化电路原理框图；如图2所示。它是由
电压调整电路44和控制电路两大部分组成的。电压调整电路44是由EPWM (EPWM——equal pulse width modulation)桥式斩波器V1 V4及其输出变 压器Tr、直流整流电源VD1 VD4和输出交流滤波器LF、 CF组成。桥式斩 波器通过其输出变压器Tr的次级串联在市电电源与负载之间，以便对市电电 压的波动进行正、负补偿。桥式斩波器输出电压中的谐波，由滤波器LF、 CF来滤除。桥式斩波器所需的直流电源，取自稳压电源输出端的市电电源， 通过整流器VD1 VD4来供给。其中，EPWM桥式斩波器V1 V4并不是 工作在逆变器状态，而是工作在桥式斩波器状态。这是由它的EPWM工作方 式、直流电源电压波形和直流电容Cd值的大小及其功能来区分的。
图3是本实用新型节电装置的桥式斩波器电压调整电路图；如图3所示， 桥式斩波器的直流电压，不是通过电容Cd把整流电压滤波成为恒定的平滑 直流电压，而是仍然为单相桥式整流电压的波形。直流电容Cd不再具有直 流滤波功能，而只是为了创造一个续流通路而设置的。对于感性负载，在一 个斩波开关周期内续流的能量是很小的(由于斩波频率较高)，所以Cd的 值也很小，Cd的充放电速度很快，不会影响整流电压的上升或下降速度，使 Cd上的电压与未进行滤波的整流电压波形相同。也就是说，由于电容Cd的 值很小，它只允许续流电流通过，不再具有直流滤波功能，因此对整流波形 不,产生影响。这就说明桥式斩波器是工作在EPWM斩波状态，而不是工作 在i变状态。
采用图3所示电压调整电路44对市电电压波动进行补偿的关键有两点 —是EPWM; 二是电容Cd的值要小到不影响整流电压ucd的变化，即使Cd 小到不再具有直流滤波功能。
斩波式交流稳压电源的控制电路，是由市电输入电压整流检测电路11、 比较电路22、EPWM电路和桥式斩波器开关V1 V4工作状态的切换和触发
6电路组成。在市电电压整流检测电路ll中，加入对滤波电感LF上的电压检 测的目的，是为了减小滤波电感LF的电抗对稳压精度的影响。
图2是本实用新型节电装置的简化电路原理框图；如图2所示，当市电 电压波动时，通过对市电输入电压us及滤波电感LF上电压的市电电压检测 电路ll，得到电压信号US丄，将电压信号US丄与基准参考电压Ur进行比 较，得到误差电压AU。
当电压信号US,L〉Ur时(市电电压上波动)得动态+AU，动态+AU使 EPWM调制器中的比较器U2不工作，仅能使比较器U1工作，动态+AU通 过与三角波uc在比较器Ul中进行比较，在动态+AU大于三角波的部分产 生出EPWM脉冲信号，此信号通过正、负补偿切换触发电路33对桥式斩波 器中的晶闸管V1 V4进行控制，在其输出变压器Tr次级产生负补偿电压一 uco，使负载电压UI^US—Uc(^Ur。
当电压信号US丄〈Ur (市电电压下波动)得动态一AU，动态一AU使 EPWM调制器中的比较器U1不工作，仅能使比较器U2工作，动态一AU通
过与三角波uc在比较器u2中进行ti:较，在动态AU大于三角波的部分产生
出EPWM脉冲信号，此信号通过正、负补偿切换触发电路33对桥式斩波器 中的晶闸管VI V4进行控制，在其输出变压器Tr次级产生负补偿电压+uco ， 使负载电压UL=US+Uco=Ur。
对市电电压的正、负补偿，是通过正、负补偿切换触发电路33，切换桥 式斩波器中晶闸管V1 V4的工作顺序来实现的。如果对应于市电的正半周 V1及V4导通，对应于市电的负半周V2及V3导通，是对市电电压进行正 补偿，如图3中的虚线路径所示。
图4是本实用新型节电装置的电原理图，如图4所示，市电电压的检测 电路ll，由两个相同的变压器Tr2、 Tr3及二极管VD9 VD12，电容器Cd2 组成。市电电压检测的采样点取法，对稳压精度影响很大。定性是有
利的，但不能补偿因变压器Trl次级漏抗及滤波电感LF电抗引起的电压降， 使补偿精度变差。
如果采样点取自输出端，检测输出负载电压，这样可以对变压器Trl次 级漏抗及电感LF的电抗引起的电压降进行补偿，但补偿后由于UL-Ur就不 能继续保持变压器Trl次级补偿电压uco的存在，出现补偿不稳定现象；如 果像多个补偿变压器无触点补偿式交流稳压电源那样，采样点取自输入端与 输出端，对市电输入电压与负载电压同时检测，然后将它们相加并除以2， 即(Us+UL)/2，当IS邦时，如果令变压器Trl次级漏抗XT与电感LF的电抗 XL之和XT+XI^X，则US—XIS=UL，所"(Us+UL)/2=(Us+Us+XIs)/2=US —〈XIs)/2。
由此可知，这种检测法虽然可以对因X而造成的电压降进行补偿，也不 会出现补偿不稳定现象，但只能补偿一半的XIS，还有一半XIS不能进行补 偿。比较好的检测法是采样点取自输入端，检测市电输入电压US及检测X 上的电压降XIS，用US—XIS作为检测到的电压。这样，既能保证补偿电压 的稳定性，也能使补偿的精度提高。
串联补偿变压器的次级漏电抗XT， 一般为变压器Trl容量的(3 5) %。而变压器Trl的容量与市电电压的波动范围有关，当市电电压波动范围 为古15%时，变压器Trl的容量仅为稳压电源标称容量的17.6%。所以，补偿 变压器Trl折算到负载额定电压Ur的次级漏抗压降标示值为 XTIS=(0.03 0.05)x0.176=0.00528 0.0088 XTIS的值很小，可以认为XTIS-O，此时只需对电感LF的电抗XL引起 的电压降进行补偿就可以了。变压器Tr2检测的是市电输入电压US，变压器 Tr3检测的是电感LF上的电压降，用变压器Tr2及Tr3的次级电压相减后再 进行整流，就可以得到反映US—XLIS数值的直流电压USL。对市电电压波动进行正、负补偿的触发电路是由比较器Ul、 U2，比例 放大器PIl、 PI2，及EPWM比较器U3、 U4，和基准电压设定电路R3 R5 组成。它分成上下两个支路，上支路由比较器U1、 PIl、 U3组成，用于对市 电电压的负波动进行正补偿控制；下支路由比较器U2、 PI2、 U4组成，用于 对市电电压的正波动进行负补偿控制。与此相应基准电压设定电路也设定了 两个基准电压给定值Url及Ur2。 Url对应于市电电压的218V; Ur2对应于 市电电压的222V。
当市电电压US〈218V时上支路工作，下支路不工作，直流电压USL与 基准电压给定值Url在U1中进行比较，产生出正误差电压+AU，十AU经 过PIl放大后与三角波uc在U3中进行比较，产生出使桥式斩波器对市电电 压进行正补偿的控制。
当市电电压US〉222V.时下支路工作，上支路不工作，USL与Ur2在U2 中进行比较，产生出正误差电压+AU，十AU经过PI2放大后与三角波uc在 U4中进行比较，产生出使桥式斩波器对市电电压进行负补偿的控制。基准电 压设定电路设定出两个基准电压(Url=218V与Ur2=222V)的目的，是为了 当市电电压US在218V 222V之间时使本节电装置不工作，以避免市电电 压US在(220士2)V区间内稳压电源产生正负补偿振荡，使输出电压不稳定。
需要指出的是，运放PI1和PI2的放大倍数，与补偿变压器Trl的初次 级变比《h 1、检测变压器Tr2、 Tr3 (两个变压器完全相同)的初次级变比 《2: 1、三角波的电压幅值Ucm及市电电压的幅值Um有关。PI1及PI2的放 大倍数为K》《lX《2XUcm/Um。
三角波发生器电路，由一个方波电压发生器U7和一个积分器U8组成。 三角波频率与方波电压发生器U7的频率相同，当方波电压发生器U7中的电 阻R8-0.86R9时，三角波频率fc-l/ (1/2R10C2)。
状态切换是由脉冲变压器Tr4、 Tr5、 Tr6、 Tr7及两个三极管组成。比较器U9、 U10是将市电电压变换成与其相对应的正、负半周方波电压。比较 器U9得到与us正半周相对应的方波电压，比较器U10得到与us负半周相 对应的方波电压。电路的切换采用的是三极管与门的工作原理，触发电路采 用的是脉冲变压器输出形式。切换电路有两组输入信号，每组两个输入信号， 即正补偿与负补偿，正半周方波与负半周方波。因此，有4组触发电路，即 由脉冲变压器Tr4、三极管V5、 V6组成的正补偿正半周触发电路； 由脉冲变压器Tr6、三极管V9、 V10组成的正补偿负半周触发电路； 由脉冲变压器Tr7、三极管Vll、 V12组成的负补偿正半周触发电路； 由脉冲变压器Tr5、三极管V7、 V8组成的负补偿负半周触发电路。 每一个触发电路，只有两个三极管同时导通时才能输出触发脉冲。其中一个 受正负补偿信号的控制，另一个受正负半周方波电压的控制。因此，四种触 发电路对应于市电电压的每半个周期中，只有一个触发电路输出触发脉冲， 其它3个触发电路不工作。由于正负方波电压的加入，4个触发电路之间每 半个周期转换一次，而且转换是在市电电压过零时进行。因此，触发电路的 切换不会对输出产生冲击。
实现单相照明系统节电装置的方法，包括以下步骤 第一步骤检测本装置的输入、输出电压；
第二步骤将检测结果与两个基准电压设定值Url及Ur2进行比较;
第三步骤通过正、负补偿切换触发电路33控制电压调整电路44; 第四步骤通过电压调整电路44稳定本装置的输出电压。
所述第二步骤，将检测结果与两个基准电压设定值Url及Ur2进行比较，是 通过比较电路22进行的，所述比较电路22包括两个比较器U1、 U2和一 个三角波发生器，所述三角波发生器电路，由一个方波电压发生器U7和一 个积分器U8组成。
三角波频率与方波电压发生器U7的频率相同，当方波电压发生器U7
10中的电阻R84.86R9时，三角波频率fc-l/ (1/2R10C2)。
对市电电压波动进行正、负补偿的触发电路33是由比较器U1、 U2， 比例放大器PI1、PI2，及EPWM、比较器U3、U4，和基准电压设定电路R3 R5组成，两个基准电压设定值为Url及Ur2， Url对应于市电电压的218V; Ur2对应于市电电压的222V。
本实用新型可以有效降低照明系统终端的用电电压，节省电能，减少电 能瞬间变化对负载及电网的影响，延长了灯具的使用寿命，本实用新型电压 调整电路是以隔离变压器来进行能量交换无触点运行的，在补偿后电路稳定 运行时装置本身不消耗电能。
值得指出的是，本实用新型的保护范围并不局限于上述具体实例方式， 根据本实用新型的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳 动，即可联想到的实施方式，均属于本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种单相照明系统节电装置，其特征在于，包括电压调整电路(44)、市电电压检测电路(11)、基准电压电路(55)、比较电路(22)和正、负补偿切换触发电路(33)，所述电压检测电路(11)通过检测本装置的输入、输出电压的变化，并将检测结果输出给所述比较电路(22)，经所述基准电压电路(55)和所述比较电路(22)输出的比较信号，通过所述正、负补偿切换触发电路(33)控制所述电压调整电路(44)对市电电压进行正、负补偿，稳定本装置的输出电压。
2. 根据权利要求l所述的单相照明系统节电装置，其特征在于，所述的 比较电路(22)包括两个比较器U1、 U2和一个三角波发生器，所述三角 波发生器电路，由一个方波电压发生器U7和一个积分器U8组成。
3. 根据权利要求2所述的单相照明系统节电装置，其特征在于，所述的 三角波频率与方波电压发生器U7的频率相同，当方波电压发生器U7中的电 阻R84.86R9时，三角波频率为fc-l/ (1/2R10C2)。
4. 根据权利要求1或2或3所述的单相照明系统节电装置，其特征在于， 所述对市电电压波动进行正、负补偿的触发电路(33)是由比较器U1、 U2， 比例放大器PI1、PI2，及EPWM、比较器U3、U4，和基准电压设定电路R3 R5组成，两个基准电压设定值为Url及Ur2， Url对应于市电电压的218V; Ur2对应于市电电压的222V。
专利摘要本实用新型公开了一种单相照明系统节电装置，包括电压调整电路、市电电压检测电路、基准电压电路、比较电路和正、负补偿切换触发电路，所述电压检测电路通过检测本装置的输入、输出电压的变化，并将检测结果输出给所述比较电路，经所述基准电压电路和所述比较电路输出的比较信号，通过所述正、负补偿切换触发电路控制所述电压调整电路对市电电压进行正、负补偿，稳定本装置的输出电压。本实用新型的有益效果是本实用新型可以有效降低照明系统终端的用电电压，节省电能，减少电能瞬间变化对负载及电网的影响，延长了灯具的使用寿命，电压调整电路是以隔离变压器来进行能量交换无触点运行的，在补偿后电路稳定运行时装置本身不消耗电能。
文档编号H05B41/36GK201409252SQ200920096718
公开日2010年2月17日 申请日期2009年5月12日 优先权日2009年5月12日
发明者郑镇朋 申请人:天津博大元通科技有限公司