专利名称：防止高频电子镇流器产生声振荡的方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电子镇流器，尤指一种防止高压气体放电等使用的高频电子镇流器产生声振荡的方法及采用脉冲相位调制和直流启动以实现该方法的高压气体放电灯(HID)电子镇流器。
1、灯管点燃后，在到达全功率的这几分钟时间内，灯管维持在很低的电压降(约为正常值的三分之一以下)。这就要求镇流器具有一定的过载能力。
2、高动态负载特性能从很低的阻抗瞬时地变化到开路或反之。这就要求填流器具有恒功率输出，以能提供开路负载和过载保护。
3、在几百赫到几百千赫的任何频率上，都可能产生声振荡，而导致弧光不稳定，并带来灯管损坏。而且这个频率可因灯不同而不同，并能存在于整个灯管寿命期中。因此大多数工作在这个频率范围的电子镇流器就很不可靠。
铁磁镇流器工作在50赫或60赫线网频率，不具备声振荡条件，又因使用大功率变压器以克服过载。但重量大、效率低，且需一个昂贵的功率电容以解决功率因数过低的问题。
目前大多数高频电子镇流器都是采用变化的频率来解决声振荡的问题，例如脉冲频率调制技术。但是这种方法使频率变化范围大，变化周期快，声振荡问题解决的不彻底，且还导致声频噪声和电磁噪声，容易烧坏灯管，甚至烧毁镇流器。有的设计使用快反馈电路的功率源驱动灯管。这种方法使设计复杂化并且也增加了成本。这些原因都导致了高压气体放电灯现有配套使用的电子镇流器消耗能量过多，成本大，工作不稳定，可靠性低。
本发明的另一目的是，提供一种采用脉冲相位调制和直流启动以实现上述方法的高压气体放电灯(HID)电子镇流器。
本发明的方法至少包括步骤使高频电子镇流器的脉冲源以固定频率工作在脉冲相位调制模式上，其脉冲在一个相位上重复有限次后，跳变到另一个新的相位上。
根据上述方法，其中所述相位跳变的最大间隔不超过10个脉冲周期；所述脉冲相位序列的周期大于5毫秒，以阻止低频率声振荡的产生；所述脉冲相位调制可以是二相或多相调制，该脉冲源的固定工作频率可为千赫级；所述的脉冲相位调制采用两相调制时，其可以是2n-1的伪随机序列，用0或1代表两个相位，最大相位跳变间隔N≤10；所述的脉冲相位调制采用三相或三相以上调制时，可以用固定的相位跳变间隔N，即在脉冲相位调制序列中，输出脉冲在每个相位上重复N个脉冲周期。
实现上述所述方法的高压气体放电灯电子镇流器，其结构特点在于至少包括一脉冲相位调制器产生经脉冲相位调制后的具有固定频率的脉冲序列；一开关驱动电路接收所述脉冲相位调制器的输出脉冲，用于给高压气体放电灯提供驱动功率；一反馈电路用于反馈开关电路的电流脉冲状态用以控制脉冲序列；一耦合电路连接于高压气体放电灯和开关驱动电路之间，以改善相互之间的功率耦合；一直流启动电路有可调的较低频率用以点燃高压气体放电灯。
本发明的效果是采用脉冲相位调制方法避免了声震荡产生产生声振荡，简化了电路，采用脉冲相位扣除技术保护了因低的灯管阻抗或短时间输出短路引起的灯管过流和开关驱动电路过热。直流启动电路保证了灯管与功率驱动电路的直流串联连接，因而实现了负载开路保护。因此本发明较现有高频电子镇流器电路技术更加简洁，电能消耗低，大幅度地提高了工作效率和可靠性，同时生产成本更低。
图1为本发明的电路方框图；图2为本发明的一电路原理示意图；图3为本发明的另一电路原理示意图；图4为对应于图2的一实施例的实现电路图；图5为对应于图3的一实施例的实现电路图。
参阅图2脉冲相位调制器1和开关电路2分别受反馈电路中的开关电流脉冲宽度反馈电路和开关电流脉冲幅度反馈电路控制。功率开关管M1、电阻R、二极管D20和电感L20组成功率驱动电路。电容C20、电感L21和灯6组成耦合电路。启动电路是由连接到电感L21抽头处的硅二端元件SIDAC、电容C21和电阻R21组成，小电感L22用来提升点燃电压的，启动电路为直流启动。
脉冲相位调制器1输出脉冲信号的固定频率可以从几千赫到几十千赫，可采用两相或多相调制。输出脉冲在一个相位上重复有限次，即可以是几次、几十次或几百次，然后移到一个新的相位上。当输出脉冲的最大相位跳变间隔小于10个脉冲时，能可靠地防止灯管产生声振荡。相位跳变序列的周期大于5毫秒，以避免相位跳变序列包络引起的低频声振荡。当采用两相调制时，可用2n-1的二进制伪随机序列，最大相位跳变间隔小于N个脉冲；当多相调制时，可采用固定相位跳变，间隔为N个脉冲。
在本发明中，对高压气体放电灯6是采用低频率启动，调整电阻R21可使触发频率的最佳值为每秒1次至数次。低启动频率有助于延长灯管寿命，也避免了由于灯管接触不良而损坏硅二端开关元件。
参阅图4这是以75瓦电子镇流器为例给出的。应用微处理器做为脉冲相位调制器，其型号为PIC12C508。内部编程保证其输出为频率固定，经相位调制的脉冲序列信号，以能满足电子镇流器稳定工作的需要。在本实施例中，PIC12C508输出脉冲频率可为17～25千赫，如选择为17千赫，宽度可为1～5微秒，如选择为1微秒，相位增量为可大于零且小于2微秒的三个相位调制信号，如选择为2微秒，整个相位跳变序列的周期可为10～20毫秒，如选择为10毫秒。开关电路为时基电路LMC555，可将微处理器输出的电压为5伏、宽度为1微妙的脉冲调相信号转换成电压为13伏、宽度为18微秒的脉冲调相信号，以推动功率驱动电路中的功率开关管M1。电阻R42和三极管T40组成开关电流脉冲幅度反馈电路，负温度系数的热敏电阻R201用于补偿三极管T40的温度漂移。电阻R60和R61组成开关电流脉冲宽度反馈电路。在启动电路中，点燃高压气体放电灯的点燃频率是由电容C21和电阻R21所决定，与高压气体放电灯的工作频率无关。在本实施例中触发频率为每秒5次左右，可通过电阻R21进行调节。小电感L22用来提升点燃电压的。高压气体放电灯被点燃后，电容C21、硅二端开关元件和电阻R21处于旁路状态，这是因为电容C21上的电压被高压气体放电灯的电压降所限定，这个电压降低于硅二端开关元件的击穿电压。
本实施例中高压气体放电灯工作电流含有直流分量，为避免其造成灯管光色不均，开关电路的工作频率应低于20千赫。
由于灯管与功率驱动电路在直流上串联，当灯管开路时，功率驱动电路的电流下降为零，自动实现了高压气体放电灯开路保护。
本发明的过载保护是由脉冲扣除技术来实现。在灯管点燃启动时，灯阻抗很低，随着灯的温度升高，慢慢达到它的标准负载阻抗。由于恒功率源驱动，点燃起始过程中的灯管低阻抗将引起灯管电流过流，功率不能全部转移到低阻的灯管上，使功率驱动电路过热。其中部分功率将存储于电感L20和电容C20上。这意味着功率开关晶体管M1导通时，电感中已有电流流过，导致电流脉宽变窄。因过载而引起的电流脉冲宽度下降被开关电流脉冲宽度反馈电路检测，将其反馈给微处理器使其扣除下一个脉冲输出。用以保证功率驱动电路有足够的时间使存储在电感和电容上的多余功率能以自由振荡的形式转移到高压气体放电灯的灯管上，因而也防止功率驱动电路过热。在灯管阻抗上升到全阻抗的过程中，这个脉冲扣除作用从每次一个脉冲逐渐减少越来越少，直至消失。在极端过载情况下，此脉冲扣除技术可使功率驱动电路的输出功率减少一半。脉冲扣除方法不仅避免了灯管过流，也保护了因较低的灯管阻抗或短时间输出短路引起的功率驱动电路过热问题。
欠压保护电路包括稳压管Z50、三极管T50及电阻R50、R51。当13伏电源欠压时，此电路使微处理器置位，并强迫其停止工作，以免功率开关晶体管M1因非饱和态导通而过热损坏。
本实施例中的反馈控制方法也可采用监测电路其它性能参数变化来获得，如负载电流变化等。
实施例2参阅图3和图5。与实施例1相比，增加了功率开关晶体管M2、泄流二极管D16、分压电容C17和C19及大阻值的泄流电阻R18。功率开关晶体管M2处于常断状态。只有当功率开关晶体管M1有电流脉冲时，在延迟半个脉冲周期后导通，持续时间与开关晶体管M1电流脉冲相同。
在高压气体放电灯6启动前，功率开关管M2处于常断状态，泄流电阻R18使分压电容C19上压降等于电压350V左右，其启动过程与实施例1相同。
在高压气体放电灯6启动后，功率开关晶体管M2与功率开关晶体管M1推挽工作，使灯管工作于交流状态。大阻抗的泄流电阻R18的影响可忽略不计。分压电容C19上的电压降由分压电容C17和C19的比值决定。
本实施例更有利于消除灯管上的直流偏置所引起的光色不均现象。
权利要求
1.一种防止高频电子镇流器产生声振荡的方法，其特征在于至少包括步骤使高频电子镇流器的脉冲源以固定频率工作在脉冲相位调制模式上，其产生的调相脉冲序列在一个相位上重复有限次后，跳变到另一个新的相位上。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于相位跳变的最大间隔不超过10个脉冲周期。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于脉冲相位序列的周期大于5毫秒，以阻止低频率声振荡的产生。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于脉冲相位调制可以是二相或多相调制，该脉冲源的固定工作频率可为千赫级。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的脉冲相位调制采用两相调制时，其可以是2n-1的伪随机序列，用0或1代表两个相位，最大相位跳变间隔N≤10。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的脉冲相位调制采用三相或三相以上调制时，可以用固定的相位跳变间隔N，即在脉冲相位调制序列中，输出脉冲在每个相位上重复N个脉冲周期。
7.一种实现按照权利要求1所述方法的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于至少包括一脉冲相位调制器产生经脉冲相位调制后的具有固定频率的脉冲序列；一开关驱动电路接收所述脉冲相位调制器的输出脉冲，用于给高压气体放电灯提供驱动功率；一反馈电路用于反馈开关电路的电流脉冲状态用以控制脉冲序列；一耦合电路连接于高压气体放电灯和开关驱动电路之间，以改善相互之间的功率耦合；一直流启动电路有可调的较低频率用以点燃高压气体放电灯。
8.如权利要求7所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的脉冲相位调制器包括一微处理器。
9.如权利要求7所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于开关驱动电路包括一开关电路和功率驱动电路，所述开关电路用于推动所述的功率驱动电路。
10.如权利要求9所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的功率驱动电路包括一功率开关管、一电感、一个二极管和一采样电阻。该功率驱动电路受脉冲相位调制器和开关电路控制，经耦合电路向灯管提供功率。
11.如权利要求9所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的功率驱动电路可以包括两个功率开关管，。在灯管点燃后，两个功率开关管推挽工作用以抵消灯管上的直流偏置现象。
12.如权利要求10或11所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的功率开关管可以是MOSFET、IGBT或双极型功率晶体管。
13.如权利要求7所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的反馈电路包括一开关电流脉冲宽度反馈电路，该反馈电路检测功率驱动开关电路的电流脉冲宽度状态并反馈给脉冲相位调制器。
14.如权利要求7或13所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的反馈电路包括一开关电流脉冲幅度反馈电路，该反馈电路将功率开关晶体管的电流脉冲幅度状态反馈给开关驱动电路的开关电路。
15.如权利要求7所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的耦合电路包括一电感，一电容和构成并联LRC回路的灯管支路；在开关驱动电路作用下，用来推动灯管的等效负载阻抗，以改善功率耦合效率。
16.如权利要求7所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于所述的直流启动电路包括一电容、一硅二端开关元件(SIDAC)、一电感和一电阻，其中硅二端开关元件连接到电感的≥15∶1的抽头上，调节电阻可控制该启动电路的点燃频率。
17.如权利要求9或10所述的采用脉冲相位调制的高压气体放电灯电子镇流器，其特征在于还包括欠压保护电路，由稳压二极管、一PNP晶体管和二电阻构成欠压保护电路，当功率开关晶体管在非饱和状态下过热时，所述欠压保护电路向脉冲相位调制器输出控制置位信号。
全文摘要
本发明公开了一种防止高频电子镇流器产生声振荡的方法及装置，本发明的电子镇流器包括一脉冲相位调制器、一开关驱动电路、一反馈电路、一耦合功率匹配电路和启动电路；由脉冲相位调制器产生经调相后的脉冲信号；所述脉冲相位调制器产生调相脉冲信号，该调相脉冲信号经开关驱动电路和耦合电路控制直流启动电路，以使高压气体放电灯点燃；本发明采用相位脉冲调制方法避免了声震荡产生产生声震荡，同时采用脉冲减除方法避免了高压气体放电灯启动时电子镇流器过载；脉冲相位调制器、开关驱动电路和反馈电路构成一恒功率开关源，以使灯管工作在稳定状态；低启动频率有助于延长灯管寿命。整个电路结构简单，工作稳定，效率高，成本低。
文档编号H05B41/288GK1459999SQ0212047
公开日2003年12月3日 申请日期2002年5月24日 优先权日2002年5月24日
发明者龚明甫, 尹达衡, 赵开盛, 张尊侨, 武元祯 申请人:龚明甫, 尹达衡