专利名称：恒功率气体放电灯电子镇流器的制作方法
技术领域：
本实用新型属电光源技术领域，特别涉及用于金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯等大功率、高光效气体放电灯的限压限流恒功率供电装置。
目前，气体放电灯因光效高、显色性好、寿命长、功率大等优点，已在众多照明领域获得广泛使用，但由于其伏一安特性非线性的缘故，需要镇流器进行启动和稳弧放电。国内目前与之配套的镇流器大致可分为电感式镇流器和电子镇流器两大类。电感式镇流器因需工频感性元件而导致体积庞大、重量大、电网侧功率因数低、效率低、灯管的放电电流和寿命受网压波动影响大，不利于节能照明。国内外也有几种电子镇流器，但线路复杂、可靠性低、输出性能不佳、成本高、不利于气体放电灯的高效稳定运行和延长寿命。
本实用新型的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种恒功率气体放电灯电子镇流器，使其具有体积小、重量轻、成本低、效率高、电网侧功率因数高、能限压限流恒功率输出的优点，可用于金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯的高性能电子镇流器，尤其适用于照明要求高的场合。
本实用新型提出的一种恒功率气体放电灯电子镇流器，包括相互电路连接的主功率变换电路、控制电路及触发器；所说的主功率变换电路包括滤波器、与滤波器输出端相连的工频整流及滤波电路、与该工频整流及滤波电路的输出端相连的近似恒功率降压变换电路及与该变换电路输出端相连的桥式逆变电路。
所说的主功率变换电路中的滤波器可由电容及共模电感构成。
所说的主功率变换电路中的工频整流滤波电路可由整流桥及电容构成。
所说的主功率变换电路中的降压近似恒功率变换电路可由功率场效应管、二极管、滤波电感及电容组成。
所说的主功率变换电路中的全桥逆变电路可由功率场效应管构成。
所说的控制电路可由近似恒功率控制及驱动电路及与其相连的方波逆变控制及驱动电路组成，该近似恒功率控制及驱动电路可采用两运算放大器。
所说的串联触发器可采用串联多级升压电路。
本实用新型的工作原理当接通交流电时，电源通过整流滤波电路变为直流后送到降压近似恒功率变换电路，降压近似恒功率变换电路根据控制电路产生的触发脉冲对直流电压进行斩波形成脉动直流电压，该脉动直流电压经电感滤波和二极管续流形成所需的具有限压限流近似恒功率输出特性的直流输出。该输出再经全桥逆变电路变成低频交流方波，该方波再经串联的高压触发电路后给气体放电灯提供近似恒功率的电流，从而实现气体放电灯的稳定运行，提高使用寿命。
由于采用了高频电力电子技术，系统取消了工频感性元件，大大减小了体积和重量，提高了电能利用率，当电网电压在220±10％内波动时，本镇流器可恒定地输出功率，减少了电网电压波动对灯寿命和亮度的影响。同时，本电子镇流器还具有控制简单、性能/价格比高、使用安全可靠的优点。
附图简要说明
图1为本实用新型的电子镇流器实施例总体连接图。
图2为本实施例电子镇流器恒功率降压单元U/I输出、功率输出特性。
图为本实施例电子镇流器恒功率控制分析图。
图4为本实施例电子镇流器两极触发的高压包连接图。
下面结合各附图及实施例对本实用新型作进一步描述。
本实用新型实施例的总体结构如图1所示。由主功率变换电路、控制电路及触发器组成，在图中分别用I，II，III表示以上三个部分。主电路包括EMI滤波器、工频整流及滤波电路、近似恒功率降压变换电路及桥式逆变电路等单元。其中电容C1、C2、C3及共模电感GM1组成EMI滤波器。整流桥BR1及电容C4、E1组成工频整流滤波电路。功率场效应管M1、二极管D1、滤波电感L1及电容C5组成BUCK降压近似恒功率变换电路，电阻R1、R2电容C6、C7组成功率管M1、D1的缓冲电路。功率场效应管M2~M5组成全桥逆变电路；控制电路由近似恒功率PWM控制及驱动电路、200HZ方波逆变控制及驱动电路组成；串联触发器采用串联多级升压电路。各部分电路分别详细说明如下(1)本镇流器降压近似恒功率变换级输出电压U0~电流I0特性(图2中的2)和输出功率特性曲线(图2中的1)如图2中所示。这样的曲线用于拟合恒功率曲线，实现镇流器工作区间的恒功输出和限压限流功能。公式1和公式2就是两条曲线的方程。
I0＝IMAX(1-U0/UMAX)公式1 电子镇流器输出功率曲线为一顶点在(UMAX/2，IMAX/2)处的抛物线，该顶点处功率对电压的变化率为零，设计时取该点作为气体放电灯额定工作点的电压UN、电流IN。设镇流器输出电压在额定电压附近波动量为ΔU，输出功率的变化量为ΔP，额定输出功率为PN，则有 由上式可以看出，采用该拟合方式，本镇流器输出功率的变化率远小于输出电压的变化率。如在输出电压变化±33％时，输出功率仅变化±10％，表现出良好的恒功效果，从而改善灯管工作条件，延长灯管寿命。
上述近似恒功率PWM控制及驱动电路采用两运算放大器即可实现，其电路原理如图3所示，在本镇流器中使用LM358运算放大器和UC3842电流型PWM控制器的误差放大器。输出控制特性为
I0＝[(Uref-KVU0)R1/R2-KVU0]/KI公式4P0＝U0I0＝U0[UrefR1/R2-KVU0(1+R1/R2)]/KI公式5其中Kv为电压采样率，KI为电流采样率，图中其他未标注电阻与输出特性无关，可以参照运算放大器和UC3842外围电路设计。
以上方法就可以实现对镇流器输出的恒功率控制。而且具有控制简单可靠，成本低的优点。
(2)本镇流器桥式逆变级采用通用PWM控制芯片TL494作为200HZ低频方波发生器，采用通用功率管驱动芯片IR2110对场效应管M2~M5进行隔离驱动。因该部分属常用技术，本处不详细介绍。
(3)本镇流器的触发器采用两级升压方式产生触发高压，电路原理如图4所示。功率开关管M6在高频驱动信号的作用下导通关断，单端反激变压器B1则对高压电容C8充电，当其上电压达到放电管FD1的击穿电压时，FD1由阻断变为导通，电容C8经FD1向变压器B2原边放电，在变压器B2次边感应出高压，使气体放电灯启动。当电容C8所存储电荷放完后，放电管FD1恢复阻断。该过程可反复进行，直至灯完全启动为止。本镇流器的触发器可产生10000V~27000V的高压脉冲，上升时间小于1uS，持续时间可达几十个纳秒，而且可以重复触发。同其它触发方式相比，具有触发可靠，体积小可控性好等优点，有利于保护灯的电极和热启动，特别适合于影视照明设备使用。
由于金卤灯、高压钠灯、和高压汞灯的技术性能差异很大，且灯的功率范围也很大，由100~3000W，故图中各元件的参数要根据气体放电灯的种类和不同的功率等具体设计选定，现给出350W各类气体放电灯的主要元件参数范围。
电容E1 330uF-440uF500V电容C4 2.2uF-4.7uF400V功率场效应管M1~M510A 500V电感L1 600uH-1mH变压器B1变比 N1∶N2＝1∶40变压器B2变比 N1∶N2＝1∶8放电管FD11000V-2000V电流反馈系数KI0.05，电压反馈系数KV0.001输出U0开路电压 190V输出I0短路电流 6A本实施例的逆变桥可控制使得M2、M5一直导通，从而对直流气体放电灯也能恒功率稳定供电。
权利要求1.一种恒功率气体放电灯电子镇流器，其特征在于，包括相互电路连接的主功率变换电路、控制电路及触发器；所说的主功率变换电路包括滤波器、与滤波器输出端相连的工频整流及滤波电路、与该工频整流及滤波电路的输出端相连的近似恒功率降压变换电路及与该变换电路输出端相连的桥式逆变电路。
2.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的主功率变换电路中的滤波器由电容及共模电感构成。
3.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的主功率变换电路中的工频整流滤波电路由整流桥及电容构成。
4.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的主功率变换电路中的降压近似恒功率变换电路由功率场效应管、二极管、滤波电感及电容组成。
5.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的主功率变换电路中的全桥逆变电路由功率场效应管构成。
6.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的控制电路由近似恒功率控制及驱动电路及与其相连的方波逆变控制及驱动电路组成，该近似恒功率控制及驱动电路采用两运算放大器。
7.如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所说的串联触发器采用串联多级升压电路。
专利摘要本实用新型属电光源技术领域,包括主功率变换电路、控制电路及触发器;主功率变换电路包括滤波器、工频整流及滤波电路、近似恒功率降压变换电路及与该变换电路输出端相连的桥式逆变电路。本实用新型具有体积小、重量轻、成本低、效率高、电网侧功率因数高、能限压限流恒功率输出的优点,可用于金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯的高性能电子镇流器,尤其适用于照明要求高的场合。
文档编号H05B41/28GK2489546SQ01225070
公开日2002年5月1日 申请日期2001年6月1日 优先权日2001年6月1日
发明者杨潮, 和军平, 邱虹云 申请人:北京澳柯玛视美乐信息技术有限公司