本发明涉及一种高效全桥模式大功率HID电子镇流器，用于配套大功率HID照明。
背景技术：
大功率HID电子镇流器产品目前主要销往美国和欧洲等发达国家，产品必须通过FCC认证才能进入美国市场。由于美国市场近期对产品电磁兼容（EMC）标准的提高，目前国内无一家公司批量生产的产品能达到其标准。本公司原批量出口到美国的产品数字式大功率多功能HID电子镇流器（ZL2009202292422）和高频半桥加升压输出和带数控调光HID电子镇流器（ZL2010205172942）也达不到其新的要求。为此公司自2013年以来通过多项技术攻关，研发出“一种电磁兼容性能优良的大功率HID电子镇流器”（2014202838146），该产品是国内首家在美国通过FCCPart18ClassB标准测试的产品，并成功实现了量产出口到北美市场。
近几来年国际照明巨头PHILIPS公司推行的一种1000W双端高压钠灯DE系列，已经逐步得到市场的认可，并在美国市场流行起来。此种DE系列1000W高压钠灯光效高，光谱特别适合农业大棚种植，但其对配套的电子镇流器要求非常高，需要配套的电子镇流器输出100KHz工作频率才能发挥灯泡的最佳性能，如果灯泡工作频率低于100KHz，很容易引起灯泡的声共振，灯泡将寿命缩短，甚至损坏。而一般的单端式高压钠灯配套电子镇流器工作于30-60KHz即可以避免声共振。工作频率的提高带来的难题是MOS管，二极管，功率电感的dv/dt，di/dt加大，电磁兼容的处理更加困难。
由于市场竞争的加剧，人民币汇率的下降，再加上已通过FCC测试的2014202838146产品成本较高，产品的利润空间缩小，企业生产经营十分困难。在这种情况下公司迫切需要一种全功能的，通用性好，单端HID灯，双端HID灯都可以配套工作，工作频率在100KHz以上，通过FCC测试认证，性价比又比较高的产品，来增加竞争力，扩大市场份额。基于上述原因，公司研发团队，主攻研发了“一种高效全桥模式大功率HID电子镇流器”。
技术实现要素：
本发明的目的是采用全桥电路模式提供一种产品性能好，EMC性能能通过美国FCC认证，能工作于100KHz的高频，与配点HID灯泡的通用性好，性价比高的大功率电子镇流器。
本发明的技术方案：本发明在吸收和优化本公司上述三项专利技术的基础上，再度优化现有技术的滤波电路，改进高频吸收电路，创新全桥电路拓扑结构，增加输出滤波电路，从而实现本发明的构想。
本发明电路包括：扫频谐振点灯电路4，输入端与高频全桥逆变电路3的输出端相连，采用扫频谐振点灯技术完成HID灯泡的可靠驱动；输出滤波电路5，输入端与扫频谐振点灯电路4相连，用于滤除高频全桥回路产生的EMI干扰，将比较干净的高频交流电提供给HID灯，抑制辐射干扰；采样电路6，输入端与扫频谐振点灯电路4相连，用于采集谐振电压、HID灯电压、灯电流给智能控制电路7；辅助电源9，输出端与整流及有源功率因数校正电路2及智能控制电路7相连，用于提供芯片工作的低压电源，其特征在于：还包括EMC滤波电路1，输入端与市电相连，用于将来市电的射频干扰和电磁干扰进行滤除，衰减电子镇流器内部产生的传导和辐射干扰；整流及有源功率因数校正电路2，采用摆频技术和多重高压吸收技术，其输入端与EMC滤波电路1连接，用于产生稳定的直流电供给高频全桥逆变电路3；高频全桥逆变电路3，采用对称双电感设计，其输入端与整流及有源功率因数校正电路2相连，用于生成高频交流电供给HID灯泡；智能控制电路7与辅助电源9，采样电路6及驱动电路8连接，实现恒功率调光，谐振电压测试，灯管寿终、短路等各种控制；驱动电路8，与智能控制电路7和高频全桥逆变电路3相连，用于驱动高频全桥逆变电路3工作。
本发明所述整流及有源功率因数校正电路2，采用带摆频的PFC控制模块为核心的摆频技术，实现降低射频干扰和电磁干扰；采用电感L2，二极管D2，电阻R2，电容C2，小容量电容C3，大容量电容C4组成多重吸收回路，当MOS管Q1关断时，C2经D2充电，Q1开通时，C2吸收的高频纹波电荷经R2返回到大电解电容C5；L2在PFC二极管导通时减弱来自PFC电感L1的纹波电流；小容量的C3衰减PFC输出直流电中的高频干扰电压，泄放到地；大容量吸收电容C4泄放掉PFC输出直流电中的高频谐波成分。
本发明所述高频全桥逆变电路3，采用对称双电感设计，其输入端与整流及有源功率因数校正电路2的输出端相连，输出端连接扫频谐振点灯电路4，其电路中，M1-M4是全桥逆变电路的四只MOS管，D3-D6是四只续流二极管，C6-C9是四只缓冲电容，C10，C11是谐振电容，C12，C13是高频吸收电容，对称双电感L3，L4是电感量相等的两只镇流电感。
当驱动电路8给出高频方波驱动信号，MOS管M1，M3同时开通，+400V电源电流经M1、L3、输出滤波电路5、HID灯、L4、M3回到电源负；当驱动电路8给出另一组高频方波驱动信号，MOS管M2，M4同时开通，+400V电源电流经M4、L4、输出滤波电路5、HID灯、L3、M2回到电源负；在高频驱动方波信号交替给出的死区时间内，二极管D3-D6实现回路的续流。
高频全桥逆变电路工作于100KHz的高频，输出功率最高达到1500W，会产生很高的传导和辐射干扰。
为了解决上述技术问题，本发明在高频全桥逆变电路里增加了电容C6-C9并联于四只MOS管M1-M4的DS极，用于MOS管关断时提供缓冲，减小主回路中dv/dt；电容C12，C13一端连接于桥臂中点，一端连接于镇流器外壳接地，把全桥电路切换时产生的高频干扰信号泄放到地；输出滤波电路5再度衰减辐射干扰。
与现有技术相比，本电路由于使用了对称的两只镇流电感（L3，L4绕组圈数、电感量相等），使得镇流器通电工作时，扫频谐振点灯电路4产生的点灯高压由两只镇流电感均分，每只电感分担一半的谐振高压，回路可靠性提高，全桥的每一对MOS管导通工作时提供给灯负载的电压是对称的，电流更加干净，辐射干扰减小。
本发明的有益效果是：前段APFC电路采用多重滤波电路，有效滤除和隔离输入交流电源所产生的EMI噪声；采用摆频PFC控制模式，有效降低PFC电路的谐波噪声峰值，通过多重吸收电路，降低PFC电路MOS管、二极管开关所带来的高频dv/dt，di/dt,得到优质的直流电；后段采用性价比更高，可靠性更好的对称双电感全桥模式电路，增加高频吸收及泄放回路，减小全桥MOS管，镇流电感的dv/dt，di/dt；增加输出高频滤波电路，衰减输出辐射干扰；智能控制部分采用数模集合的成熟控制方法，实现对谐振高压、恒功率、调光、灯管寿终、短路等各种状态的有效控制。
采用本发明技术所制造的北美市场主力产品1000W大功率HID电子镇流器，其EMC性能达到国内领先水平，已经于近期通过美国FCC测试权威机构NorthwestEMC的认证。
附图说明
图1为本发明实施例中HID电子镇流器的电路框图。
图2为本发明实施例中EMC滤波电路及高频吸收电路原理图。
图3为本发明实施例中高频全桥逆变电路原理图。
具体实施方式
如图1所示本发明主要包括EMC滤波电路1、整流及有源功率因数校正电路2、高频全桥逆变电路3、扫频谐振点灯电路4、输出滤波电路5、采样电路6、智能控制电路7、驱动电路8和辅助电源电路9。
EMC滤波电路1的输入端与市电相连，用于将来自市电中的射频干扰和电磁干扰进行滤除，衰减电子镇流器内部产生的传导和辐射干扰；整流及有源功率因数校正电路2的输入端与EMC滤波电路1的输出端相连，用于产生稳定的直流电供给高频全桥逆变电路3；高频全桥逆变电路3的输入端与整流及有源功率因数校正电路2的输出端相连，用于生成高频交流电供给HID灯泡；扫频谐振点灯电路4的输入端与高频全桥逆变电路3的输出端相连，采用扫频谐振点灯技术完成HID灯泡的可靠驱动；输出滤波电路5的输入端与扫频谐振点灯电路4相连，用于滤除高频全桥回路产生的EMI干扰，将比较干净的高频交流电提供给HID灯，抑制辐射干扰；采样电路6输入端与扫频谐振点灯电路4连接，用于采集谐振电压、HID灯电压、灯电流给智能控制电路7，以实现完善的保护功能；智能控制电路7实现恒功率，调光，谐振电压检测，灯管寿终，短路等各种控制；驱动电路8输出端与高频全桥逆变电路3相连，用于驱动高频全桥逆变电路3工作；辅助电源9输出端与整流及有源功率因数校正电路2及智能控制电路7相连，用于提供各种芯片工作的低压电源。
本实施例中，智能控制电路7采用数模集合的控制方式，即调光信号的采集由简单的模拟电路实现，调光信号的判定、调光周期的设定均由可靠的工业级单片机实现，调光功率的变化由工业级的单片机输出信号给出，最终由可靠的PWM控制芯片调频控制完成，实现高精度、高线性度的调光控制。扫频谐振回路的扫频起点，扫频周期也由可靠的工业级单片机实现，扫频起点，扫频周期均可灵活调节。
采样电路6所实现谐振电压检测，灯管寿终，短路检测均由简单可靠的模拟电路实现，所采集信号经处理后送给可靠的工业级单片机实现镇流器的保护。
驱动电路8采用可靠的集成驱动器，提供稳定可靠的高频方波驱动信号。
如图2所示：整流及有源功率因数校正电路2中采用并优化了公司专利（2014202838146）中的摆频技术，改进了高频吸收电路。
L2，D2，R2，C2，C3，C4组成多重吸收回路。MOS管Q1关断时，C2经D2充电，提供缓冲回路，保护MOS管；Q1开通时，C2吸收的高频纹波电荷经R2返回到大电解C5；小电感L2在PFC二极管导通时减弱来自PFC电感L1的纹波电流；小容量的C3衰减PFC输出直流电中的高频干扰电压，泄放到地。大容量吸收电容C4泄放掉PFC输出直流电中的高频谐波成分。
如图3所示高频全桥逆变电路3，M1-M4是全桥逆变电路的四只MOS管，D3-D6是四只续流二极管，C6-C9是四只缓冲电容，C10，C11是谐振电容，C12，C13是高频吸收电容，L3，L4是电感量相等的两只镇流电感。
驱动电路8给出高频方波驱动信号，MOS管M1，M3同时开通，+400V电源电流经M1、L3、输出滤波电路5、HID灯、L4、M3回到电源负；驱动电路8给出另一组高频方波驱动信号，MOS管M2，M4同时开通，+400V电源电流经M4、L2、输出滤波电路5、HID灯、L1、M2回到电源负。
在全桥逆变电路固定的死区时间内，两组桥臂换流时二极管D3-D6实现回路的续流；电容C6-C9并联于四只MOS管的DS极，用于MOS管关断时提供充电缓冲，减小主回路中dv/dt；电容C12，C13一端连接于桥臂中点，一端连接于镇流器外壳接地，把全桥电路切换时产生的高频干扰信号泄放到地；输出滤波电路5再度衰减辐射干扰。由于采用了对称的双电感设计技术，使得镇流器通电工作时，扫频谐振点灯电路产生的点灯高压由两只镇流电感L3、L4均分，每只电感分担一半的谐振高压，回路可靠性提高，全桥的每一对MOS管导通工作时提供给灯负载的电压是对称的，电流更加干净，辐射干扰减小。