陷波反馈式无源校正电子镇流器的制作方法

专利名称：陷波反馈式无源校正电子镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种荧光灯镇流器，尤其是电子镇流器。
背景技术：
现在的荧光灯一般都已使用了电子镇流器，与传统的电感镇流器相比，电子镇流器具有体积小，重量轻，自身损耗小，光效率高和启动与维持电压低优点，然而大多数的电子镇流器也都存在着不少的不足之处，如谐波含量高，可靠性差，达到国家标准的成本却较高，是电感镇流器的3～5倍。市场竞争力差。

发明内容
本发明的目的是提供一种谐波含量低，高功率因数、可靠性好和成本低的陷波反馈式无源较正电子镇流器。
本发明包括滤波整流、陷波式无源较正、触发逆变和异态保护四大电路，其特征在于所述的滤波整流电路包括能抑制射频和电磁脉冲干扰的双∏加∏型复合滤波网络；具有高频滤波和传导干扰抑制作用的大电感量低通滤波器；所述的陷波式无源较正电路包括起陷波与信号反馈双重作用的陷波反馈器；对功率因数进行较正，使输入和输出信号对称，可降低灯电流波峰比的双泵无源校正电路；所述的触发逆变电路包括具有加速、降耗和滤波作用，提高可靠性和使用寿命的两个逆变功率开关三极管的基极电路；低成本的一次性触发电路；所述的异态保护电路包括反时限电流保护电路；负载可以是一或二支荧光灯管。
上述结构的陷波式无源校正电子镇流器与现有的常用镇流器相比，有许多独特的优点，经实测得出表1和表2的对比参数；表1 多种镇流器性能、价格对比表(以36/40W灯管为例)

注1、表中成本与厂价均不含税；2、从表中知其功率因数超过0.98、可达.0.99；总谐波比进口电子式还低；而三次谐波最低，仅为1～3％，可说是电子式中最低的。
3、温升是考核镇流器工作可靠性的一个重要的指标，温升越低越可靠，它比国产式低，与进口电子式接近。而与国产电感式相比则强多了，它们标称是30～65℃，实际都在最大值的60～65℃为多。
4、材料成本仅为国产电子式的45～55％左右，而性能远比它强，可见其性价比是很高的。进口电子式的成本不了解，但估计肯定比国产电子式高，因其中有些仅IC片价格就与本陷波式的总成本差不多。
表2 部分高功率因数(λ)校正电路性能对比

从上表可知1、从功率因数λ指标看无源校正电路一般在0.98以下；有源校正电路在0.990～0.995之间；而本电路约为0.98～0.99，高于无源校正，与一有源校正接近。可见功率因数指标优于一般无源校正电路，与有源接近。
2、从总谐波指标看无源校正电路一般在13～25％；有源校正电路在8～15％之间；而本电路为6～8％，远远低于无源，比有源还低。其谐波指标优于有源和无源校正电路。
3、从三次谐波指标看无源校正电路一般在12～23％；有源校正电路在7～13％之间；而本电路仅为1～3％(实际制作中1～2％不难)，远远低于无源，比有源还低。其三次谐波指标特别优良。
4、从总的输入指标看，与一般无源校正电路对比，它是望尘莫及的；就是大家公认的，性能很好的专用有源功率因数校正IC集成电路，都稍比本电路差。可是成本比一般符合标准的无源校正电路还低，与有源校正IC电路相差就远多了，本发明电路成本低得多，性价比也高得多。
5、从本表可知，本陷波反馈式电子镇流器的输入电性能都非常理想，而成本与同类相比又较低或很低。


图1所示，是本发明工作电路原理图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明作进一步说明。
在图1的电路原理图中，由保护电阻R1、压敏电阻RV、电容C1～C6、整流二极管D1～D4、电感L1和L2及互感器B1组成整流滤波电路。其中，变压器B1的两个设有同名端的线圈I1、I2和两电容C3及C4组成双∏型滤波器；电感L1和两电容C4及C5又组成一个∏型滤波器；二极管D1～D4组成桥式整流电路；设在整流输出端的电容C6和电感L2构成低通滤波器。以上元器件及其构成的电路设在图1上左侧的虚线框内，组成滤波整流电路。
在滤波整流电路中，保护电阻R1串接在输入相线L中，电容C1和C2串接后，交接点接地G，然后，与压敏电阻RV、电容C3一样，并接在电阻R1后的相线L和零线N之间。变压器B1的两个线圈I1和I2分别串接在输入的相线和零线中，两线圈的同名端与电容C3的两端相接，另两端分别与电容C4的两端连接，构成双∏型滤波器。电容C5的两端接整流二极管D1～D4构成的桥式整流电路的输入端。电感L1的两端分别与电容C4和电容C5的上端连接，构成一个∏型滤波器。所以，双∏型滤波器和一个∏型滤波器构成双∏型加∏型复合滤波网络。在桥式整流电路的两输出端a和o并接有容量较大的电容C6，上端a串接有容量较大的电感L2，构成整流输出端的低通滤波器。
在高频高功率因数电子镇流器中，能抑制电磁干扰EMI的滤波整流电路很重要，没有它就不可能达到高功率因数。电磁干扰EMI包括射频干扰RFI和电磁脉冲干扰EMP，这些干扰有在导线内传递的，也有在空间以无线方式传播的。为了更好地抑制这些无孔不入的EMI，本电路在整流前后进行了多种有效地屏蔽、接地和滤波。在本滤波整流电路中，采用了双∏型加∏型的复合滤波网络，双电容C1和C2串接的中点接地G的形式，这些都是有效的低通滤波器，实践证明是经济且行之有效的。首先保护电阻R1和压敏电阻RV对输入电流电压进行高压浪涌的吸收和电压保护，一般的浪涌电压可由承受上千安培电流的压敏电阻RV吸收，如380V长时间的过电压则在电阻RV导通的同时保护电阻R1熔断，从而保护了内电路。电容C1、C2组成中点接地泄放电路，高频信号经电容C1、C2对大地G短路释放。双∏型滤波器对共模干扰信号的抑制很有效，又增加了一个∏型滤波器。于是双∏型加∏型组成的复合滤波网络对输入的交流电，能有效和理想地抑制EMI的干扰。在桥式整流电路的输出端a，接入较大容量的电感L2和电容C6构成的低通滤波器，可对脉动的直流输出进行高频滤波和传导干扰抑制，使输出直流波形更平滑，并可阻挡高频信号进入直流电路，有效抑制传导干扰，降低灯电流波峰比。
陷波式无源功率因数较正电路设在图1上方右侧的虚线框内，由陷波反馈器和无源功率因数较正电路组成。其中，陷波反馈器由电容C7、同磁芯电感L3和L4、二极管D6组成；二极管D8～D11和电容C9～C13组成双泵无源功率因数较正电路；二极管D5和D7为隔离二极管。在该低通滤波器的输出端b与直流电源的负极o点之间串接有电容C7和电感L3，电感L4的一端接地，另一端通过二极管D6与隔离二极管D5的负极和二极管D7的正极交点C连接，组成陷波反馈器。当然该陷波反馈器的电容C7上端还可设在a点或c点，其余的相应移动，而且，陷波器还可设一个或两个，两个的效果更好些。在图1中，双泵无源功率因数较正电路由电容C10～C13和二极管D8～D11八个元件构成。其中，电容C10和C11串接后并接于直流电源的正负o极之间。同理，电解电容C12和二极管D10串接，二极管D11和电解电容C13串接，两串接后的电路也并接在直流电源的正负极之间；其中，二极管D10的正极和电解电容C13的负极接电源负极o，二极管D11的负极和电容C12的正极接电源的正极。电容C8的一端与两隔离二极管D5、D7的交接点C连接，另一端与电容C10和C11的交接点d及二极管D8的正极连接。二极管D8的负极与二极管D11的正极连接。二极管D9的负极与d点连接，正极与二极管D10的负极连接。另外，逆变输出灯管反馈电容C22一端接点C，另一端接灯管的一脚h。
在整流输出后设置了由电容C7，电感L3和L4及二极管D6构成的隐波器，起着陷波与信号反馈的双重作用，其目的是设置高频波的“陷阱”，把不需要的高频信号通过“陷阱”把它除掉。这是一个事半功倍、本小利大和行之有效的方案。这陷波器可以通过调整参数，有选择地去掉有害的谐波，还可通过再生反馈提高功率因数一举两得。陷波器通过二极管D6将信号反馈于C点，校正电路利用电容C8将d点的部分高频电流反馈到C点，又利用灯管反馈电容C22将h点的部份高频电路反馈到C点，这样C点得到三个反馈再生电能的补充，只要控制反馈量适当，可得到理想的谐波和功率因数。在这里，隔离二极管D5和D7把陷波、两个高频电流反馈和校正反馈隔离分开，互不干扰。由四个电容C10～C13和四个二极管D8～D11组成的双泵无源功率因数较正电路，一般通过它可获得功率因数约为0.95的效果。该电路也叫双反馈电路，它是由变频输出后，从高频信号中反馈部分电能来进行功率因数校正，由于逆变输出的充电反馈点和高频信号再生补充反馈点都在电容C10和C11的交接点d，所以，输入与输出信号对称，灯电流波峰比也较好(≤1.7)。选择电容C8的容量，可控制反馈点C的位置和反馈量。
在图1中，触发逆变电路设在下半部分右侧的虚线框内，它由电阻R2～R6、电容C14～C19、双向二极管D15、电感L6～L9及开关三极管T1和T2组成。其中，电阻R2、电容C14和C15及双向二极管D15组成一种新型低成本的一次性触发电路；电感L6和L8、电阻R3、电容C16和C17组成三极管T1的基极电路；电容L7和L9、电阻R5、电容C18和C19组成三极管T2的基极电路。开关三极管T1的集电极接直流电源的正极，基极至电源负极o之间，依序串接有电阻R3、单扎电感L8、带磁芯电感L6和电阻R8，发射极通过电阻R4与另一个三极管T2的集电极连接。电容C17并接于三极管T1的基极和发射极之间。电容C16与电阻R3并接。电阻R2、电容C14和C15依序串接在直流电源正极与负极o之间。双向二极管D15一端与电容C14和C15的交接点连接，另一端与三极管T2的基极e连接。开关三极管T2的发射极通过电阻R6与电源的负极o连接；基极的结构与三极管T1的相同，与负极o之间，依序串接有电阻R5，单扎电感L9、带磁芯电感L7。电容C18与电阻R5并接。电容C19并接在三极管T2的基极与发射极之间。
在触发逆变电路中，电感L6、L7和灯管输出电路中的电感L10同磁芯，并组成自激振荡电路，将输出的电通以正反馈的方式反馈回三极管T1和T2的基极，从而形成自激振荡，把直流电逆变为高频交流电。开关三极管T1和T2的基极电路，是一种同时具有加速、降耗、滤波作用的多功能电路；其中，电容C18、C16起加速作用，可为三极管T1、T2的基极提供瞬间大电流，从而可加速三极管T1、T2的导通和截止，减少开关管在变频开关时的损耗；电容C17、C19则是储能电容，可减小开关管的交越失真，避免开关管的共态导通，也有开关管的降耗和降温作用；电流负反馈电阻R4、R6，也可用小电感来代替，这样还可进一步降低自身损耗；单扎电感L8、L9，它能有效滤除脉冲杂波，使开关管损耗降低，从而温升降低。实测可比无比电感时降温10～15℃，这对电子镇流器来说，可是难得的，温度降低10～15℃可使电子镇流器的可靠性约提高一倍，寿命延长近一倍；当然还可在三极管T1、T2射基极之间再加一个反向二极管，以吸收反向基极电流；新型低成本的一次性触发电路，在异常状态保护时，保护动作消失后，开关管又重新工作，而故障却没有排除，所以，这时保护电路会反复动作，对开关管很不利，但在一次性触发电路中，只要有故障后，有电源时即可永远自保在保护状态，无反复触发现象。电阻R2、电容C14、C15作一次性充电，充完电后，由于电容C14在直流电中充电完毕后，若不放电，是不会再有电流通过的，所以，触发后不可能有电脉冲去触发三极管T2的基极；电阻R7、R8是作断电后放掉电容C14、C15原来储存的电能，以备重新开灯之用；在图1中，灯管输出电路设在虚线框外，它电阻R7、二极管D12、D13、D17和D18、电容C20～C24、电感L10和LS1、温控电阻PTC组成。其中，二极管D12、D13分别并接于三极管T1、T2的集电极与发射极之间；电容C20和C21串接后，并接于电源的正极和负极o之间，其中点f与三极管T2的集电极连接；电感L10与电阻R7串接，电阻R7的一端与电源正极连接，另一端为交接点f，电感L10的另一端g与电感Ls1的一端连接。电感Ls1的另一端h与灯管EL1下端的一脚、二极管D18的正极、电容C22和C23的一端连接。二极管D18的负极与灯管EL1下端的另一脚、电容C24、温控电阻PTC的一端连接。电容C23的另一端与电源负极连接。灯管EL1的上端两脚间并接有二极管D17、二极管D17的负极还与电容C24、电阻PTC的一端连接。
在灯管输出电路中，电感L10接于f、g点之间，与逆变电路中的电感L6、L7构成激振荡电路；电容C21和C23组成多点对“地”的谐波低通滤波器，两电容配合得当，也有延时和缓冲作用，使灯管软启动，减小对开关管和灯管的开机电流冲击，二极管D17、D18有降耗和提高流明系数的作用，在二极管D17、D18半波整流作用下，它可使流过灯管EL1的灯丝电流约降低一半，正常发光时灯丝是损耗电流的，所以能降低损耗；电阻PTC对灯管预热效果更好。
若要再驱动多一支灯管EL2，则在校正电路中的d点和灯管输出电路中的g点接入灯管EL2及其电容C26、温控电阻PTC2和电感Ls2即可，发光效果与灯管EL1的相同。
所述的异态保护电路，在图1中，设在下半部分的左侧，它由三极管T3、稳压二极管D14、电容C25、电阻R9、二极管D16和电感L5构成。其中，三极管T3的集电极接逆变三极管T2的基极e，发射极接电源负极o，基极与电源负极o之间依序串接有稳压二极管D14、电阻R9、二极管D16和电感L5，电解电容C25的正极接稳压二极管D14的负极，负极接电源负极o。在该电路中，取样电感L5与输出电路中的电感Ls1共磁芯，当各电路发生异态，过流信号经过电感Ls1时，电感L5上产生感应，经二极管D16、电阻R9和电容C25组成的反时限电路进行延时触发，稳压二极管D14作过量控制，通过使三极管T3导通，逆变三极管T2基极电位变低而截止，使电路停振，整个电路不工作，达到保护电路的目的。
本陷波式无源校正电子镇流器的工作原理为如图1，220V50HZ电源由相线L、零线N输入，G为接大地之点，输入电流先经保护电阻R1和电容C1、C2对地作泄放式的滤波，又经电容C3、C4、C5、互感器B1、电感L1组成的双π型与π型组成的复合滤波网络进行对射频与电磁脉冲的防干扰抑，然后进行桥式整流。
整流后，经电感L2和电容C6的低通滤波器滤波和传导干扰抑制；再经由电容C7、电感L3、L4、二极管D6组成的陷波反馈器，把不需要的高频波通过“陷阱”把它短路除掉，并利用陷阱的无用波再生利用，提高功率因数，真可谓一箭双雕。本人实验知，很多种无源功能因数效正电路不难把功率因数提到0.95以上，只是受到谐波的影响而被削减了，达不到国家标准，只要把谐波这个罪魁祸首控制住，功率因数就提上来了，也符合国家标准了，这是最关键的。然后，信号电流经电容C10-13与二极管D8-11组成的双泵无源功率因数较正电路和把功率因数校正为0.95以上，又在高频反馈电容C8、C22、反馈绕组L4、再生整流管D6和隔离二极管D5、D7的作用下，获得了高功率因数(≥0.97)和低谐波(≤6～8％)的高质量直流电源。
通过一次性触发电路的触发，使开关三极管T1、T2触发后，在电感L6、L7、L10组成的自激振荡电路中进行自激振荡，输出高频电流，电感L6、L7为基极绕组，电感L10为激励绕组。这种一次性触发的优点是，在发生异态故障时，使开关管关断后不会重新反复的进行保护性的开与关。逆变开关三极管T1、T2的基极电路是一种经多年实践总结，并结合新技术，而设计的，它有加速开关管的导通和截止，减小开关管的交越失真，避免两开关管的共态导通，降低开关管损耗和降温的作用，也是本发明中的一个关键组成电路之一。逆变开关电路输出高频高压，灯管EL1和/EL2在温控电阻PIC的作用下，对灯管灯丝的热，预热后，在高频高压的作用下启辉、发光。启辉后在扼流圈Ls1/Ls2的控制下，稳定输出高频交流，灯管正常发光。如要进一步降低自身损耗，可把电阻R4、R6改为电感式的电流负反馈；为了开关工作更稳定，谐波更少，且使灯管启动电流的冲击较小，这里在f、h两个高频输出点设置了两个电容C21、C23，它们是具有滤波、延时及缓冲的LC电路；为了减少灯丝电流的损耗，又在灯管两端增加二极管D17、D18作半波减流；又用温控电阻PIC作预热启动，以延长灯管使用寿命；当出现异常状态故障时，输出电流剧增，这时电感L5感应的电压也高很多，通过二极管D16、电阻R9、电容C25组成的反时限电路获得过流信号触发三极管T3，从而使三极管T2截止，电路停振，保护电路。
权利要求
1.一种陷波式无源校正电子镇流器，它包括滤波整流、陷波式无源较正、触发逆变输出和异态保护四大电路，其特征在于所述的滤波整流电路包括能抑制射频和电磁脉冲干扰的双∏加∏型复合滤波网络；具有高频滤波和传导干扰抑制作用的大电量低通滤波器；所述的陷波式无源较正电路包括起陷波与信号反馈双重作用的陷波反馈器；对功率因数进行较正，使输入和输出信号对称，可降低灯电流波峰比的双泵无源校正电路；所述的触发逆变电路包括具有加速、降耗和滤波作用，提高可靠性和使用寿命的两个逆变功率开关三极管的基极电路；低成本的一次性触发电路；所述的异态保护电路包括反时限电流保护电路；负载可以是一或二支荧光灯管。
2.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的双∏加∏型复合滤波网络由变压器(B1)的两个设有同名端的线圈(I1、I2)和两个电容(C3、C4)构成的双∏型滤波器与由两个电容(C4、C5)和一个电感(L1)构成的∏型滤波器组成；其中，电容(C3)两端并接于两线圈(I1和I2)的同名端之间，电容(C4)并接于两线圈(I1和I2)的非同名端之间；电感(L1)一端与电容(C4)的一端连接，另一端与电容(C5)的一端连接，电容(C5)的两端整流电路的输入端。
3.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的大电量低通滤波电器由一个大容量的电容(C6)和一个大容量的电感(L2)组成，其中，电容(C6)并接于整流电路的输出端，电感(L2)串接于输出端。
4.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的陷波反馈器由一个电容(C7)和两个同磁芯的电感(L3和L4)及一个二极管(D6)构成，设在滤波整流电路的输出端，并可设一个或两个；其中，电容(C7)与电感(L3)中接后，并接于滤波整流电路的两输出端，二极管(D6)与电感(L4)串接后，二极管(D6)的负极接两隔离二极管(D5和D7)的交接点C。
5.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的双泵无源校正电路由四个电容(C10～C13)和四个二极管(D8～D11)构成，其中，两电容(C10、C11)串接、电解电容(C12)和二极管(D10)串接、二极管(D11)和电解电容(C13)串接，三个串接电路的两端并接于直流电源的正极和负极之间，二极管(D10)的正极和电容(C13)的负极接电源负极，二极管(D11)的负极和电容(C12)的正极接电源的正极；电容(C8)的一端接两隔离二极管(D5和D7)的交接点C，另一端接两串接电容(C10和C11)的交接点d及二极管(D8)的正极，二极管的负极接二极管(D11)的正极。
6.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的两个逆变功率开关三极管(T1和T2)的基极电路分别由两个电阻(R3和R8)、一个单扎电感(L8)、一个带磁芯的电感(L6)、两个电容(C16和C17)组成一个三极管(T1)的基极电路；一个电阻(R5)、一个单扎电感(L9)、一个带磁芯的电感(L7)、两个电容(C18和C19)组成另一个三极管(T2)的基极电路；其中，三极管(T1)的基极至电源负极之间，依序串接有电阻(R3)、单扎电感(L8)、电感(L6)和电阻(R8)；另一个三极管(T2)的基极至电源负极之间，依序串接有电阻(R5)、单扎电感(L9)、电感(L7)；两电容(C16、C18)分别与两电阻(R3、R5)并接；另两电容(C17、C19)分别并接于两三极管(T1、T2)的基极和发射极之间。
7.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的低成本一次性触发电路由两个电容(C14和C15)、一个电阻(R2)和一个双向二极管(D15)组成；其中，电阻(R2)和两电容(C14和C15)依序串接在电源的正负极之间，双向二极管(D15)一端接两电容(C14和C15)的交接点，另一接逆变开关三极管(T2)的基极。
8.根据权利要求1所述的陷波式无源校正电子镇流器，其特征在于所述的反时限电流型延时保护电路包括一个电容(C25)、一个电阻(R9)和一个二极管(D16)组成；其中，电阻(R9)一端通过一个稳压二极管(D24)与三极管(T3)的基极连接，另一端与二极管(D16)的负极连接，二极管(D16)的正极与电感(L5)一端连接；电容(C25)的两端并接于稳压二极管负极与电源负极之间。
全文摘要
本发明公开了一种陷波反馈式无源校正电子镇流器，它包括滤波整流，无源较正，触发逆变，异态保护电路，其特征在于所述的滤波整流包括双π加π型的复合滤波网络；所述的无源校正包括陷波再生反馈电路、双泵无源校正电路；所述的触发逆变电路包括一次性触发和加速、降耗、滤波的基极电路；所述的异态保护采用反时限电流型延时保护电路。该镇流器能比一般无源功率因数校正电路大大提高功率因数和极大地降低谐波含量，尤其是三次谐波特别低，而成本还比一般无源校正电路低，更是远远低于有源校正电路。从而使电子镇流器的制造技术和商业应用更有价值，造就一种很高性价比的电子镇流器。适用于各种荧光灯或高、低压放电灯。
文档编号H05B41/28GK1523948SQ0312540
公开日2004年8月25日 申请日期2003年9月9日 优先权日2003年9月9日
发明者刘旭, 刘 旭 申请人:刘旭, 刘 旭