一种新型单级电路结构的电子镇流器
阅读：164发布：2024-01-25
专利汇可以提供一种新型单级电路结构的电子镇流器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本实用新型公开一种新型单级 电路 结构的 电子 镇流器 ，包括：检测输入的交流电源的 电压 、 电流 和 相位 的装置； 整流桥 ；全桥逆变电路；和逆变控制电路；在全桥逆变电路的输出端接入作为负载的 气体放电灯 Lamp时还设置有 串联 谐振电容Cs和串联谐振电感L。本实用新型中由于在现有的单级电路结构的 电子镇流器 中增加了串联谐振电容Cs和串联谐振电感L，这样单向 正弦波 直流电的过零点导致HID因欠压熄灭的问题就能得到有效解决，且由于增加了HID在整个单向正弦半波上的导通 角 ，从而使PF值得到提高，并有效降低谐波。(ESM)同样的 发明 创造已同日 申请 发明 专利，下面是一种新型单级电路结构的电子镇流器专利的具体信息内容。
1.一种新型单级电路结构的电子镇流器，包括：
检测输入交流电源的电压、电流和相位的装置；
对输入交流电源进行整流的整流桥；
由四个半导体开关组成的全桥逆变电路；
和逆变控制电路；
所述的全桥逆变电路设置在整流桥的输出端；
所述的逆变控制电路分别与检测输入交流电源的电压、电流和相位的装置相连，根据检测到的电压、电流和相位信号产生控制全桥逆变电路四个半导体开关的时序；其特征在于：在所述的全桥逆变电路的输出端接入作为负载的气体放电灯Lamp时还设置有串联谐振电容Cs和串联谐振电感L。
2.根据权利要求1所述的新型单级电路结构的电子镇流器，其特征在于：还包括与作为负载的气体放电灯Lamp并联的并联谐振电容Cp，所述的并联谐振电容Cp在作为负载的气体放电灯Lamp启动结束以后才接入作为负载的气体放电灯Lamp并联电路中。
3.根据权利要求2所述的新型单级电路结构的电子镇流器，其特征在于：还包括由逆变控制电路控制的继电器RY1，所述的继电器Y1设置在并联谐振电容Cp接入作为负载的气体放电灯Lamp并联电路中。
一种新型单级电路结构的电子镇流器
技术领域
[0001] 本实用新型涉及镇流器领域，特别涉及一种新型单级电路结构的电子镇流器。
背景技术
[0002] 目前照明领域中电子镇流器，包括高压气体放电灯HID电子镇流器应用越来越多，主要架构仍是二级甚至三级电路结构的电子镇流器。这些电子镇流器结构复杂，相应的成本也较高。因此本申请人设计了一种单级电路结构的电子镇流器（见中国专利文献CN 103369806 B），该单级的镇流器的电路拓扑如图1所示，该单级的镇流器包括检测交流输入电压、电流以及相位的装置芯片U3和U2；还有由4 个二极管构成的整流桥D1、由4 个半导体开关S1/S2/S3/S4 构成的半导体全桥电路FB、片上系统SOC 集成电路U1 以及电感L1 组成，半导体全桥电路FB 直接连接到其前面的整流桥D1，该半导体全桥电路FB 将整流桥D1 输出的单向正弦波直流电直接转换成和交流输入电源同频、同相的、降压的准正弦交流电输出到气体放电灯lamp，并点亮该灯；检测交流输入电压、电流以及相位的装置的检测结果输入到片上系统SOC 集成电路U1上，片上系统SOC 集成电路U1通过对4 个半导体开关S1/S2/S3/S4通/断进行控制，实现半导体全桥电路FB输出交流电。如当片上系统SOC 集成电路U1判断输入交流电为正半周时，则固定左侧桥臂或右侧桥臂其中一侧桥臂的半导体开关状态不动，与此同时高速通、断另一侧桥臂；当片上系统SOC 集成电路U1 的端口7 判断输入交流电为负半周时，则调整开关规则按相反次序；所述的左侧桥臂和右侧桥臂上的半导体开关的状态一定是相反的，左侧桥臂上面的半导体开关S1 和右侧桥臂上面的半导体开关S2 开通时，左侧桥臂下面的半导体开关S3 或右侧桥臂下面的半导体开关S4 一定是关断状态，反之则反。
[0004] 本实用新型是针对目前单级的镇流器在正弦波过零点会导致HID工作不稳定，另外谐波较大，PF较低的问题，提供一种新型单级电路结构的电子镇流器。该电子镇流器输出端串联谐振电容和电感以克服目前单级的镇流器在正弦波过零点会导致HID工作不稳定，另外谐波较大，PF较低的问题。
[0005] 本实用新型为实现其技术目的所采用的技术方案是：一种新型单级电路结构的电子镇流器，包括：检测输入的交流电源的电压、电流和相位的装置；对输入交流电源进行整流的整流桥；由半导体四个开关组成的全桥逆变电路；和逆变控制电路；所述的全桥逆变电路设置在整流桥的输出端；所述的逆变控制电路根据检测输入的交流电源的电压、电流和相位的装置检测到电压、电流和相位信号产生控制全桥逆变电路四个半导体开关的时序；在所述的全桥逆变电路的输出端接入作为负载的气体放电灯Lamp时还设置有串联谐振电容Cs和串联谐振电感L。
[0006] 本实用新型中由于在现有的单级电路结构的电子镇流器中增加了串联谐振电容Cs和串联谐振电感L，这样单向正弦波直流电的过零点导致HID因欠压熄灭的问题就能得到有效解决，且由于增加了HID在整个单向正弦半波上的导通角，从而使PF值得到提高，并有效降低谐波THDi（Total Harmonic Current Distortion)。
[0007] 进一步的，上述的新型单级电路结构的电子镇流器中：还包括与作为负载的气体放电灯Lamp并联的并联谐振电容Cp，所述的并联谐振电容Cp在作为负载的气体放电灯Lamp启动结束以后才接入作为负载的气体放电灯Lamp并联电路中。
[0008] 进一步的，上述的新型单级电路结构的电子镇流器中：还包括由逆变控制电路控制的继电器RY1，所述的继电器Y1设置在并联谐振电容Cp接入作为负载的气体放电灯Lamp并联电路中。
附图说明
[0010] 附图1是现有技术的单级电路结构的电子镇流器原理图。
[0011] 附图2是本实用新型实施例1新型单级电路结构的电子镇流器原理图。
具体实施方式
[0012] 实施例1，如图1所示，是一种HID工作稳定，谐波被抑制，功率因数PF较高的新型单级电路结构的电子镇流器。本实施例的新型单级电路结构的电子镇流器采用一个逆变控制电路U1实现对半导体全桥电路FB的控制，完成逆变。
[0013] 本实施例的改良单级电路结构的电子镇流器，由交流输入电压检测及相位检测芯片U3、电流检测芯片U2、由4个二极管构成的整流桥D1、由4个半导体开关S1/S2/S3/S4构成的半导体全桥电路FB、逆变控制电路芯片U1，串联谐振电感L1，串联谐振Cs，并联谐振电容Cp,继电器RY1组成。半导体全桥电路FB直接连接到其前面的整流桥D1，该半导体全桥电路FB将整流桥D1输出的单向正弦波直流电直接转换成和交流输入电源同频、同相位的准正弦交流电输出到HID灯Lamp，并点亮该灯，HID被点亮后，继电器RY1闭合，使FB电路工作在SPRC（串并联谐振）模式，这样单向正弦波直流电的过零点导致HID因欠压熄灭的问题就能得到有效解决，且由于增加了HID在整个单向正弦半波上的导通角，从而使PF值得到提高，并有效降低THDi。
[0014] 本实施例中，气体放电灯Lamp的电源使用的是市电，一般是220VAC，本实施例中，在市电接入端直接检测市电的输入电压，目前这样的电压检测电路很多，如采用电路将采集到输入电压降压后产生的模拟电压信号即可表示市电电压大小。相位检测电路（仪）目前也很多，本实施例中，将相位检测电路和电压检测电路集成形成一个交流输入电压及相位检测芯片U3，这种芯片U3在本申请人提供的植物补光灯产品中广泛应用，可以大大缩小植物补光灯产品电路板。检测输入电流采用的是设置在整流桥D1输出的负极回流电路上的电流检测芯片U2。本实施例中，交流输入电压及相位检测芯片U3和电流检测芯片U2检测的电压、电流大小数值和电流相位角都输入到逆变控制电路芯片U1中，在逆变控制电路芯片U1中进行处理，产生控制半导体全桥电路FB中的4个半导体开关S1/S2/S3/S4的时序信号。本实施例中，逆变控制电路芯片U1是一种智能芯片，内部集成了处理器、存储器、AD转换器等，实践中，在本申请人的大量的植物补光灯产品中广泛应用的是一种专用的单片机。本实施例中，4个半导体开关S1/S2/S3/S4可以都采用MOS管，MOS管的D－S极组成半导体全桥电路FB的一个臂，G极与逆变控制电路芯片U1相连，由逆变控制电路芯片U1产生有交的信号控制其闭合。
[0015] 本实施例中，从整流桥D1输出到气体放电灯Lamp，中间只有一级电路。这个一级电路，是由半导体开关S1、半导体开关S2、半导体开关S3、半导体开关S4，串联谐振电感L1，串联谐振Cs，并联谐振电容Cp,继电器RY1等组成体全桥谐振电路FB，4个半导体开关的控制时序由逆变控制电路芯片U1来控制。
[0016] 半导体全桥电路FB在逆变控制电路芯片U1控制下，半导体开关1与半导体开关S3， 半导体开关S2与半导体开关S4在一个周期内互补导通，半导体开关 S1与半导体开关S4, 半导体开关S2与半导体开关S3存在一个导通相位角，逆变控制电路芯片U1通过调整这个导通相位角来控制输出功率，实现具备有源功率因数补偿APFC功能。
[0017] 本实施例的改进型单级电路结构的电子镇流器，与现有二级、三级镇流电路相比，整流桥D1后不需要大容量滤波电容，整流桥D1输出的是单向、有正弦波浪的直流电，不需将其滤波成平坦直流电，而是将这个单向、以正弦波浪起伏的直流电直接转化成与输入交流电同频、同相、降压的准正弦的交流电，并直接输出到气体放电灯Lamp。与现有单级电路结构的电子镇流器相比，增加了串联谐振电容Cs，并联谐振电容Cp,继电器RY1；启动时，继电器RY1断开，避免过大的启动电流将FB桥4个半导体开关器件损坏，启动结束后，继电器RY1合上，谐振电容Cp与HID灯并联并与谐振电容Cs，谐振电感L1结成串并联谐振，使HID灯在单向正弦波直流电的过零点时有高于1的增益，谐振电容Cs，并联谐振电容Cp和谐振电感L1的大小本领域技术人员可以根据这一目的计算。从而增大HID在单向正弦波周期内的导通时间，使HID电流波形接近于单向正弦波电压波形，从而提高电路的PF值并降低THDi。
[0018] 本实施例的新型单级电路结构的电子镇流器使用在植物补光灯上，取得了较好的效果。目前，对50Hz和60Hz两种市电、277V，240V ，220V，208V，120V电压都可以使用本实施例的电子镇流器。市电电源连接到二极管整流桥D1，同时电压和相位检测电路U3连接到该交流输入电源的两端，该电压和相位检测电路U3将交流电压值和实时相位转换成相应的弱电信号分别送到申请人专为植物补光灯的电子镇流器设计的逆变控制电路芯片U1中。整流桥D1将接入的正弦交流电转成单向、正弦波浪的直流电。特别强调的是，这个带波浪上下起伏的直流电在这里不用大容量电容进行滤波，而是直接送至由四个半导体开关S1/S2/S3/S4组成的半导体全桥电路FB。
[0019] 半导体全桥电路FB分左侧桥臂和右侧桥臂，左侧桥臂由左上侧桥臂半导体开关S1、左下侧桥臂半半导体开关S3组成，右侧桥臂由右上侧桥臂半导体开关S2、右下侧桥臂半导体开关S4组成。左上侧桥臂的半导体开关S1、左下侧桥臂半导体开关S3分别连接到逆变控制电路芯片U1两个端口并由其控制，右上侧桥臂半导体开关S2、右下侧桥臂半导体开关S4分别连接到逆变控制电路芯片U1两个端口并由其控制。左上侧桥臂半导体开关S1与左下侧桥臂半导体开关S3， 右上侧桥臂半导体开关S2与右下侧桥臂半导体开关S4在一个周期内互补导通， 左上侧桥臂半导体开关S1与右下侧桥臂半导体开关S4, 右上侧桥臂半导体开关S2与左下侧桥臂半导体开关S3存在一个导通相位角，通过控制这个导通相位角的大小来控制送入气体放电灯Lamp的电流为一个对应该灯额定功率的额定电流，流入该灯的电流不至于过大或者过小，这个电流的反馈检测是由电流检测U2送出来连接到逆变控制电路芯片U1的端口，该电流检测信号反映出半导体全桥电路FB的中心点输出到电感L1再送入灯的电流大小，逆变控制电路芯片U1根据其电流输入端口来自电流检测电路U2的电流检测信号，逆变控制电路芯片U1根据采样到的电流值，通过内部程序的算法计算得到左上侧桥臂半导体开关S1与右下侧桥臂半导体开关S4, 右上侧桥臂半导体开关S2与左下侧桥臂半导体开关S3的导通相位角并输出相应的控制信号，使输出到HID灯的功率恒定。
[0020] 逆变控制电路芯片U1通过其端口实时检测灯电流和交流输入电压，来通过其内部计算和逻辑判断功能实现过压、过流保护。
[0021] 1、半导体全桥电路FB，左上侧桥臂半导体开关S1与右下侧桥臂半导体开关S4, 右上侧桥臂半导体开关S2与左下侧桥臂半导体开关S3在一个周期内互补导通，左上侧桥臂半导体开关S1与右下侧桥臂半导体开关S4, 右上侧桥臂半导体开关S2与左下侧桥臂半导体开关S3存在一个导通相位角，逆变控制电路芯片U1通过检测到的HID灯电流大小，与设定值进行比较，并计算出S1与S4,S2与S3的导通相位角，通过调整这个导通相位角来控制输出功率。
[0022] 2、增加了串联谐振电容Cs，并联谐振电容Cp,继电器RY1；启动时，继电器RY1断开，避免过大的启动电流将FB桥4个半导体开关器件损坏，启动结束后，继电器RY1合上，Cp与HID灯并联并与Cs，L1结成串并联谐振，使HID灯在单向正弦波直流电的过零点时有高于1的增益，从而增大HID在单向正弦波周期内的导通时间，使HID电流波形接近于单向正弦波电压波形，从而提高电路的PF值并降低THDi。
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