技术领域
[0001] 本
发明涉及一种HID灯安定器，尤其是指一种提高电能利用效率的HID灯电子安定器。
背景技术
[0002] 照明
光源是人类生活中不可或缺的要素，随着人口不断的增加，人们对于照明光源之需求也日益增加。而高强度
气体放电灯(HID) 具有
亮度高、
发光效率高、不诱虫、寿命长等良好的发光特性，因而具有研究的价值。
[0003] 高强度气体放电灯(HID)虽然拥有许多优点，但也因为本身的物理特性而延伸出：较高的启动
电压、
冷启动的瞬时过渡时间过长、
热启动困难以及音频共振的问题等缺点，使得高强度气体放电灯(HID)的电子安定器的设计显得更加的困难和复杂。
[0004] 中国发明
专利（
申请号：201720705580.3）披露了一种用于HID灯的新型半桥驱动
电路，其包括MOS管Q11、
电阻R21、
变压器T3和变压器T4，所述MOS管Q11的漏极连接电阻R21和电源VCC，变压器T3的次级绕组一端连接连接电阻R16，电阻R16的另一端连接
二极管D6的
阳极、电阻R17和
三极管Q10的基极，二极管D6的
阴极连接三极管Q10的发射极和MOS管Q11的栅极。以上电路结构虽然能够把驱动输出的脉冲幅值限制在一定范围内，保证MOS管和驱动电路的安全，提高了电路的可靠性，但是在实际使用过程中还存在有以下不足之处：电路结构较为复杂、
硬件成本较高且能耗率较高，并且实际使用中会存在因音频共振的问题。
发明内容
[0005] 本发明提供一种提高电能利用效率的HID灯电子安定器，其主要目的在于克服
现有技术中HID灯驱动电路存在的电路结构较为复杂、硬件成本较高且能耗率较高等
缺陷。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种提高电能利用效率的HID灯电子安定器，包括交流电源VS、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容Cdc、电容Cfi、电容Cfo、电感Lb、电感Lfi以及电感Lfo，所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4分别在其各自内部反向并联有二极管，所述电感Lfi的一端与所述交流电源VS的正极电连接，所述电感Lb的一端以及电容Cfi的一端并联于电感Lfi的另一端，所述电感Lb的另一端以及二极管D4的阴极并联于所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极、MOS管Q3的漏极、MOS管Q2的源极以及电容Cfo的一侧并联于一HID灯的一侧，所述电容Cfo的另一侧以及电感Lfo的一侧并联于所述HID灯的另一侧，二极管D2的阴极、MOS管Q4的漏极以及MOS管Q1的源极共同并联于所述电感Lfo的另一侧，二极管D2的阳极、二极管D3的阴极以及电容Cfi的另一端共同并联于交流电源VS的负极，二极管D3的阳极、二极管D4的阳极、MOS管Q4的源极、MOS管Q3的源极以及电容Cdc的一端并联接地，MOS管Q1的漏极以及MOS管Q2的漏极共同并联于电容Cdc的另一端。
[0007] 进一步的，所述电容Cdc为直线链电容。
[0008] 进一步的，所述电容Cdc的参数为330μF。
[0009] 进一步的，所述电容Cfi的参数为0.22μF。
[0010] 进一步的，所述电容Cfo的参数为22nF。
[0011] 进一步的，所述电感Lb的参数为0.7mH。
[0012] 进一步的，所述电感Lfi的参数为5mH。
[0013] 进一步的，所述电感Lfo的参数为150μH。
[0014] 和现有技术相比，本发明产生的有益效果在于:本发明将传统低频方波驱动的三级电子安定器架构，整合成单级架构，不仅大幅降低成本及提高整体转换效率，而且同时具有功因修正的功能，能输出市电
频率的方波
电流驱动高强度气体放电灯(HID)，有效防止音频共振的发生，并且使得高强度气体放电灯(HID)具有高演色性、高发光效率等优点。
附图说明
[0015] 为了更清楚地说明本发明
实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0016] 图1为本发明的电路图。
[0017] 图2为本发明工作时的控制讯号和理论
波形图。
[0018] 图3为本发明在各工作模式下的电路工作原理图。
具体实施方式
[0019] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0020] 参照图1、图2和图3。一种提高电能利用效率的HID灯电子安定器，包括交流电源VS、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、电容Cdc、电容Cfi、电容Cfo、电感Lb、电感Lfi以及电感Lfo，所述MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3以及MOS管Q4分别在其各自内部反向并联有二极管，所述电感Lfi的一端与所述交流电源VS的正极电连接，所述电感Lb的一端以及电容Cfi的一端并联于电感Lfi的另一端，所述电感Lb的另一端以及二极管D4的阴极并联于所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极、MOS管Q3的漏极、MOS管Q2的源极以及电容Cfo的一侧并联于一HID灯的一侧，所述电容Cfo的另一侧以及电感Lfo的一侧并联于所述HID灯的另一侧，二极管D2的阴极、MOS管Q4的漏极以及MOS管Q1的源极共同并联于所述电感Lfo的另一侧，二极管D2的阳极、二极管D3的阴极以及电容Cfi的另一端共同并联于交流电源VS的负极，二极管D3的阳极、二极管D4的阳极、MOS管Q4的源极、MOS管Q3的源极以及电容Cdc的一端并联接地，MOS管Q1的漏极以及MOS管Q2的漏极共同并联于电容Cdc的另一端。
[0021] 本发明电子安定器电路，由桥式整流、全桥式换流器与升压式主动功因修正电路所组成，其中电容Cdc为直流链电容，功率
开关组件分别由MOS管Q1～Q4 与其内部反向并联的二极管所组成；
升压转换器由换流器中的MOS管Q3 以及升压电感Lb 所组成，通过调整MOS管Q1～Q4的切换频律来调节输入电流，使其达到功律因数修正与调变输入功率的目的；负载端的低通
滤波器Lfo与Cfo 则是用来消除负载端的高频谐波，供应高强度气体放电灯(HID)所需低频方波的
能量。此外，输入端的小型
低通滤波器Lfi与Cfi，则是用来消除输入电流的高频谐波。设计升压式主动功因修正电路中的电感电流可以工作在连续电流模式(CCM)或不连续电流模式(DCM)，不连续电流模式其开关组件的切换损失较小、控制电路较简单，适用于小功率电路；而连续电流模式则能降低开关组件的传导损失与电流应
力，只是其控制电路较复杂，适用于大功率电路。本发明将电路工作在不连续电流模式，使得所有的MOS管Q1-Q4均能达到零电压切换导通，同时通过调变MOS管Q1-Q4的导通时间，以控制电路的输入功率。主动式功因修正电路可以将谐波抑制到几乎不存在，功因接近于1，其控制电路驱动MOS管Q1-Q4作高频切换，并侦测输入和输出讯号，以因应不同功率的负载所需。控制MOS管Q1-Q4的切换时机，可精确地控制输入电流的波形及大小，使成为高频的脉动波形，其波包或平均值能追随交流
电源电压的波形，并且随时保持相同
相位，达到功因修正及稳压的功能。最后一级是由全桥所组成的换流电路，把交流的高频方波电流经由低通滤波器滤除高频成分将低频方波电流加到高强度气体放电灯(HID)。
[0022] 图2为电路各组件的理论波形，根据MOS管Q1-Q4的动作状态，此电路在一个低频的周期内可分为八个操作模式，其中模式1～4 为市电为正值时适用，模式5～8 为市电为负值时适用，其分析方式与模式1～4 相同，其中1～4阶段的工作模式如图3 所示。
[0023] 电路在进入工作模式1 之前，电感电流iLb已降为零。工作模式1 开始后，闸级讯号Vgs1 与Vgs3 分别触发MOS管Q1 与MOS管Q3 使其导通，整流后的输入电压经由MOS管Q3连接而直接跨在电感Lb上，故电感电流iLb 呈线性增加。高强度气体放电灯(HID)两端电压Vo经由MOS管Q1与MOS管Q3 连接而等于VB，因此MOS管Q3上的电流是io 和iLb两者相加所得。当MOS管Q1 截止时，电路进入工作模式2 或工作模式3。
[0024] 电路在工作模式2 开始后，闸级讯号Vgs3 与Vgs4 分别触发MOS管Q3 与MOS管Q4 使其导通，电感电流iLb仍呈线性增加。当MOS管Q4 截止时，电路再重新进入工作模式1。虽然工作模式2结束后可以直接进入工作模式3，但此流程会使MOS管的突波过大，容易损害MOS管组件；另再进入工作模式1，可使能量再一次提供至负载，对于输出低通滤波器的设计较容易。
[0025] 工作模式3与工作模式2 相似，只是改成闸级讯号Vgs1与Vgs2 分别触发MOS管Q1 与MOS管Q2 使其导通，电感电流iLb仍呈线性减少，并将能量储存至储能电容。当电感电流iLb降为零时，电路进入工作模式4。
[0026] 工作模式4的用途只是确保进入下一模式1 前，电感电流iLb已降为零，使升压式主动功因修正电路中的电感电流可以工作在不连续电流模式，等到MOS管Q2截止、MOS管Q3 导通时，再次回到工作模式1。
[0027] 本发明以70W高强度气体放电灯(HID)为实验对象，实际制作电子安定器电路并进行量测，经测试，该安定器的电路参数如下表所示。
[0028] 本发明以低频方波驱动的换流电路，研发完成高强度气体放电灯(HID)的单级电子式安定器雏型，经实验证实此电子安定器电路具有以下的优点:1、 采用单级架构整合全桥
整流器，升压式功因修正器、全桥式高频换流器及低通滤波器，大幅降低安定器成本及体积，控制电路简单而稳定。
[0029] 2、本发明将传统低频方波驱动的三级电子安定器架构，整合成单级架构，不仅大幅降低成本及提高整体转换效率，而且同时具有功因修正的功能，能输出市电频率的方波电流驱动高强度气体放电灯(HID)，有效防止音频共振的发生，并且使得高强度气体放电灯(HID)具有高演色性、高发光效率等优点。
[0030] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明
权利要求的保护范围内。
