技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种调光HID
电子镇流器。
背景技术
[0002] 20世纪70年代出现的世界性
能源危机，导致许多公司致
力于新型节能电
光源及交流电子镇流器的研究。
半导体技术的快速发展为交流电子镇流器的研发提供了前提条件。70年代末，荷兰飞利浦公司率先研制成功了
荧光灯交流电子镇流器，这是照明电器发展史上的一项重大创新。我国对高频交流电子镇流器的研制始于80年代中期。目前
荧光灯电子镇流器在国内市场上已随处可见，节能灯早已进入千家万户；荧光灯T4、T5、T8电子镇流器已在国内很多写字楼、商场、车站等应用，取得了良好的节能经济效益，高品质的小功率电子镇流器节能这一理念已深入人心。采用优质的HID电子镇流器替代传统落后的电感镇流器正在逐步实现。
[0003] 目前给市场上大功率
高压钠灯及金卤灯(简称HID)光源配套的镇流器(150W以上)绝大部分均为老式的电感镇流器。目前电感式镇流器节能的主要方法是采用节电器。工作原理是：在正常的市电下(220V)点灯，在可以降低光源
亮度的情况下调节输入市电降低输入
电压，使灯功率下降达到节能的目的。但是此种调光方式存在很大的局限性，输入电压最低不能小于190V否则容易引起光源的熄弧灭灯。节能的效果有限只有10％左右。 [0004] 目前大功率电子镇流器常用的调光方法主要有调压调光法、调脉宽调光法(PWM)、调频调光法(PFM)。比较常用的是调频调光法，即通过控制
信号的变化，改变镇流器的工作
频率以达到调节输出灯功率的目的。目前很多调频调光
电路很复杂，所用元器件多，线性度不好。在HID
灯泡老化
灯管电压大范围上升时不能精确的调节输出功率。
实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是针对上述
现有技术提供一种可靠性高、更节能的调光HID电子镇流器。
[0006] 本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该调光HID电子镇流器，包括
[0007] EMI滤波电路，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射频和电磁干扰，
[0008] 整流及功率因数校正电路，输入端与EMI滤波电路的输出端相连，用于将来自市电的交流电转换成稳定的直流电；
[0009] 高频半桥逆变电路，输入端与整流及功率因数校正电路的输出端相连，用于生成适合HID灯泡工作的高频交流电；
[0010] 灯
启动电路，输入端与所述高频半桥逆变电路的输出端相连，用于启动HID灯泡工作；
[0012] 电压
采样电路，用于采集HID灯泡工作电压；
[0013] 其特征在于：还包括
[0014] 功能控制电路，所述整流及功率因数校正电路、所述高频半桥逆变电路、所述调光电路和所述电压采样电路均与所述功能控制电路相连，用于对HID灯泡进行恒功率控制、对高频半桥逆变电路进行控制、对灯启动电路进行控制、对调光电路进行控制、对HID灯泡进行故障控制。
[0015] 作为改进，所述功能控制电路包括
[0016] 主控电路，主控电路的输出端与高频半桥逆变电路相连，用于控制高频半桥逆变电路的工作频率；
[0017] 恒功率控制电路，整流及功率因数校正电路输出端与恒功率控制电路的第一输入端相连，调光电路的输出端与恒功率控制电路的第二输入端相连，恒功率控制电路的第一输出端与主控电路相连；
[0018] 扫频电路，扫频电路的输出端与主控电路相连；
[0019] 数字保护电路，恒功率控制电路的第二输出端与数字保护电路的第一输入端相连，电压采样电路的输出端与数字保护电路的第二输入相连，数字保护电路的输出端与功率因数校正电路相连；
[0020] 故障定时保护控制电路，故障定时保护控制电路的输出端与数字保护电路相连。 [0021] 再改进，所述主控电路由PWM控
制芯片及其外围电路组成。
[0022] 再改进，所述数字保护电路由NE555芯片及外围电路组成。
[0023] 再改进，所述恒功率控制电路包括
电流采集
电阻、第一电阻、可调电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第二电容、第三电容、第一
运算放大器、第二
运算放大器、第三运算放大器，其中电流采集电阻的两端串接在整流及功率因数校正电路的输出端与高频半桥逆变电路的输入端之间，第一电阻的第一端与电流采集电阻的第一端相连，可调电阻的第一端与第一电阻的第二端相连，可调电阻的第二 端与第一运算放大器的
反相输入端相连，第一运算放大器的同相输入端接地；第一运算放大器的输出端连接所述第三电阻后与第二运算放大器的反相输入端相连，第二运算放大器的同相输入端为基准电压输入端、且与调光电路的输出端相连；第二运算放大器的输出端与高频半桥逆变驱动电路相连；第二电阻的两端分别与第一运算放大器的反相输入端和第一运算放大器的输出端相连；第二电容的两端并联在第二电阻的两端；第四电阻的两端分别与第二运算放大器的反相输入端和第二运算放大器的输出端相连；第三电容的两端并联在第四电阻的两端；第一运算放大器的输出端连接第五电阻后与第三运算放大器的同相输入端相连，第三运算放大器的反相输入端连接第六电阻后与+5.1V电压相连，第三运算放大器的反相输入端连接第七电阻后接地；第三运算放大器的输出端作为恒功率控制电路的第二输出端与数字保护电路的第一输入端相连。
[0024] 再改进，所述故障定时保护控制电路包括第三分压电阻、第二稳压管、第三
三极管、记时芯片、第一计时电阻、第二计时电阻、计时电容、第一三极管、第二三极管、第一稳压管、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第七分压电阻、第八分压电阻、充电电容、第四运算放大器，其中第三分压电阻的第一端与第一运算放大器的输出端相连，第三分压电阻的第二端与第二稳压管的
阴极相连，第二稳压管的
阳极与第三三极管的基极相连，第三三极管的发射极接地，第三三极管的集
电极与计时芯片的电源输入引脚相连，第一计时电阻、计时电容、第二计时电阻分别与计时芯片的第一、第二、第三引脚相连，构成计时芯片的计时周期电路；第四分压电阻的第一端与第一运算放大器的输出端相连，第四分压电阻的第二端与第四运算放大器的反相输入端相连，第四运算放大器的同相输入端连接第五分压电阻后与+5.1V电压相连，且第四运算放大器的同相输入端连接第六分压电阻后接地；充电电容的第一端与第三分压电阻的第二端相连，充电电容的第二端接地；第四运算放大器的输出端连接第七分压电阻后与第一稳压管的阴极相连，第一稳压管的阳极与第二三极管的基极相连，第二三极管的发射极接地，第二三极管的集电极连接第八分压电阻后与数字保护电路相连；第一三极管的基极与计时芯片的第八引脚相连，第一三极管的集电极接地，第一三极管的发射极与第一稳压管的阴极相连。
[0025] 与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于增设功能控制电路，使得本实用新型提供的调光HID电子镇流器，具有可靠性高、更加节能、能保持HID灯泡工作稳定的特点，能实现冷灯快速启动、热灯可靠启动，实现高压钠灯和金卤灯的通用，可进行50％-100％的智能调光工作，有完善的故障保护功能，包括开路、
短路、灯虚接、灯老化、过电流、过电压、
过热等保护，可以实现智能调光控制，适合大面积集中照明。
附图说明
[0026] 图1为本实用新型
实施例中调光HID电子镇流器的电路
框图；
[0027] 图2为本实用新型实施例中调光HID电子镇流器的电路原理图。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0029] 如图1所示的调光HID电子镇流器，其包括EMI滤波电路1、整流及功率因数校正电路2、高频半桥逆变电路3、灯启动电路4、电压采样电路5、功能控制电路6、辅助电源7和调光电路8，其中EMI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射频和电磁干扰，使之达到合理的
水平；
整流及功率因数校正电路2的输入端与EMI滤波电路的输出端相连，用于将来自市电的
90V-260V/50-60HZ交流电转换成稳定的直流电供给高频半桥逆变电路3；高频半桥逆变电路3的输入端与整流及功率因数校正电路2的输出端相连，用于生成适合HID灯泡工作的高频交流电；灯启动电路4的输入端与高频半桥逆变电路3的输出端相连，运用扫频谐振技术完成灯泡的可靠启动；电压采样电路5用于采集HID灯泡工作电压；整流及功率因数校正电路2、高频半桥逆变电路3、调光电路8和电压采样电路5均与所述功能控制电路6相连，功能控制电路6用于对HID灯泡进行恒功率控制、对高频半桥逆变电路进行控制、对灯启动电路进行控制、对调光电路进行控制、对HID灯泡进行故障控制；辅助电源7用于提供稳定的15V直流电给各功能芯片供电，并提供18V直流电给调光电路8用于基准设定；调光电路8用于输出调光控制信号。
[0030] 本实施例中，EMI滤波电路1、整流及功率因数校正电路2、高频半桥逆变电路3、灯启动电路4、电压采样电路5、辅助电源7和调光电路8均采用常规电路。
[0031] 而功能控制电路6包括
[0032] 主控电路，主控电路的输出端与高频半桥逆变电路相连，用于控制高频半桥逆变电路的工作频率；
[0033] 恒功率控制电路，整流及功率因数校正电路输出端与恒功率控制电路的第一输入端相连，调光电路的输出端与恒功率控制电路的第二输入端相连，恒功率控制电路的第一输出端与主控电路相连；
[0034] 扫频电路，扫频电路的输出端与主控电路相连；
[0035] 数字保护电路，恒功率控制电路的第二输出端与数字保护电路的第一输入端相连，电压采样电路的输出端与数字保护电路的第二输入端相连，数字保护电路的输出端与功率因数校正电路相连；
[0036] 故障定时保护控制电路，故障定时保护控制电路的输出端与数字保护电路相连。 [0037] 其中，扫频电路采用常规电路，主控电路由型号为SG3525A的PWM控制芯片IC2 及其外围电路组成；参见图2所示；数字保护电路由NE555芯片及外围电路组成；恒功率控制电路包括电流采集电阻Rcs、第一电阻R1、可调电阻RX、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第二电容C2、第三电容C3、第一运算放大器OP1、第二运算放大器OP2、第三运算放大器OP3，其中电流采集电阻Rcs的两端串接在整流及功率因数校正电路的输出端与高频半桥逆变电路的输入端之间，第一电阻R1的第一端与电流采集电阻Rcs的第一端相连，可调电阻RX的第一端与第一电阻R1的第二端相连，可调电阻RX的第二端与第一运算放大器OP1的反相输入端相连，第一运算放大器OP1的同相输入端接地；第一运算放大器OP1的输出端连接所述第三电阻R3后与第二运算放大器OP2的反相输入端相连，第二运算放大器OP2的同相输入端为基准电压输入端、且与调光电路的输出端相连；第二运算放大器OP2的输出端与高频半桥逆变驱动电路相连；第二电阻R2的两端分别与第一运算放大器OP1的反相输入端和第一运算放大器OP1的输出端相连；第二电容C2的两端并联在第二电阻R2的两端；第四电阻R4的两端分别与第二运算放大器OP2的反相输入端和第二运算放大器OP2的输出端相连；第三电容C3的两端并联在第四电阻R4的两端；第一运算放大器OP1的输出端连接第五电阻R5后与第三运算放大器OP3的同相输入端相连，第三运算放大器OP3的反相输入端连接第六电阻R6后与+5.1V电压相连，第三运算放大器OP3的反相输入端连接第七电阻R7后接地；第三运算放大器OP3的输出端作为恒功率控制电路的第二输出端与数字保护电路的第一输入端相连； [0038] 故障定时保护控制电路包括第三分压电阻RK3、第二稳压管ZK2、第三三极管QK3、计时芯片IC4、第一计时电阻RK1、第二计时电阻RK2、计时电容CK1、第一三极管QK1、第二三极管QK2、第一稳压管ZK1、第四分压电阻RK4、第五分压电阻RK5、第六分压电阻RK6、第七分压电阻RK7、第八分压电阻RK8、充电电容CK3、第四运算放大器OP4，其中第三分压电阻RK3的第一端与第一运算放大器OP1的输出端相连，第三分压电阻RK3的第二端与第二稳压管ZK2的阴极相连，第二稳压管ZK2的阳极与第三三极管QK3的基极相连，第三三极管QK3的发射极接地，第三三极管QK3的集电极与计时芯片IC4的电源输入引脚相连，第一计时电阻RK1、计时电容CK1、第二计时电阻RK2分别与计时芯片IC4的第一、第二、第三引脚相连，构成计时芯片IC4的计时周期电路；第四分压电阻RK4的第一端与第一运算放大器OP1的输出端相连，第四分压电阻RK4的第二端与第四运算放大器OP4的反相输入端相连，第四运算放大器OP4的同相输入端连接第五分压电阻RK5后与+5.1V电压相连，且第四运算放大器OP4的同相输入端连接第六分压电阻RK6后接地；充电电容CK3的第一端与第三分压电阻RK3的第二端相连，充电电容CK3的第二端接地；第四运算放大器OP4的输出端连接第七分压电阻RK7后与第一稳压管ZK1的阴极相连，第一稳压管ZK1的阳极与第 二三极管QK2的基极相连，第二三极管QK2的发射极接地，第二三极管QK2的集电极连接第八分压电阻RK8后与数字保护电路相连；第一三极管QK1的基极与计时芯片IC4的第八引脚相连，第一三极管QK1的集电极接地，第一三极管QK1的发射极与第一稳压管ZK1的阴极相连。 [0039] 本实施例中，调光电路8控制原理如下：参见图2所示
[0040] 18V直流电经电阻RD1，RD2分压后用于运放IC3-2的正端比较基准电压，0-10VDC信号经电阻RD9限流后进入运放IC3-2负端与基准电压比较得到高电平或低电平，对光耦U3通断进行控制，进而控制数字保护电路是否动作。若0-10VDC电平大于设定值则主电路工作。
[0041] 电阻RD3，RD4分压以决定可控
硅DD2的
阀值电压；电阻RD5，RD6，RD7及PNP三级管QD1组成恒流源对电容CD1进行线性充电，电容CD1电压大于可控硅DD2阀值电压时可控硅DD2导通，电容CD1放电，放电完成后再充电。这样得到一个三
角波的
电信号输入到运放IC3-1的负端(频率由电容CD1容量及充电电流决定)与正端0-10VDC输入电压进行比较。运放IC3-1输出端形成一个频率与负端信号一致的方波信号。此方波信号控制线性光耦U2的通断，电容CD2的基准电压信号受到光耦U2的控制。电阻RD12，RD13，RD14通过分压设定直流调
光信号等于10V时的基准电压。电容CD8基准电压的变化通过恒功率电路的变化实现IC2工作频率的变化，以达到输出灯功率控制的目的。
[0042] 实际应用：用于600W农用高压钠灯电子镇流器，(0-10VDC)Vi设定为大于3.5V工作。Vi＝10V时Pin＝648W f＝66KHZ；Vi＝8V时Pin＝530W f＝75KHZ；Vi＝6V时Pin＝418Wf＝88KHZ；Vi＝4V时Pin＝306W f＝110KHZ；调光功率线性度优良。 [0043] 故障保护功能6控制原理如下：
[0044] 市电接通后，辅助电源工作，输出15V，18V直流电。整流及功率因数校正电路2开始工作，功率因数校正电路输出稳定的400V直流电，同时PWM控制芯片IC2开始工作，扫频电路工作由高往低扫频，扫频起点400KHZ，高频半桥逆变电路中
开关管M1，M2开始轮流导通；灯启动电路4中电感Lres和电容Cres开始电压谐振，电容Cres电压开始逐渐升高到5KV，并联在电容Cres两端的HID灯泡点亮；亮灯后扫频结束，PWM控制芯片IC2工作于设定的初始频率；电感Lres开始限流。
[0045] 电流采集电阻Rcs采集的电流信号通过第一运算放大器OP1放大，一路经电阻R3 通过第二运算放大器OP2与基准电压进行比较；亮灯初期电流信号小于基准电压，第二运算放大器OP2输出高电平对PWM控制芯片IC2频率没有调节；第一运算放大器OP1输出另一路信号经电阻R5与第三运算放大器OP3的负端电平进行比较，灯正常点亮时第三运算放大器OP3输出高电平，数字保护电路正常工作；如灯未点亮或者开路，第三运算放大器OP3输出低电平，数字保护电路动作，关闭功率因数校正电路中控制芯片和PWM控制芯片IC2；亮灯约3-5分钟后，灯泡功率升到额定功率，电流采样信号经OP1放大后大于第二运算放大器OP2正端的基准电压，第二运算放大器OP2的输出端信号由高电平开始缓慢下降，同时开始调节PWM控制芯片输出频率，实现恒功率控制，调节RX电阻可以校正设定的灯功率。 [0046] 电压采样电路5在灯启动时，采集电感Lres和电容Cres的谐振电压，谐振电压达到最高设定值时灯仍未启动或灯开路时，使数字保护电路动作，关闭功率因数校正电路中控制芯片和PWM控制芯片IC2，电路进入待机状态。电压采样电路5在灯正常工作后，采集HID灯的灯管电压，由HID灯的特性知道，灯老化后灯管电压会逐步上升，当灯管电压大于设定值时，使数字保护电路动作，关闭功率因数校正电路中控制芯片和PWM控制芯片IC2，电路进入待机状态。
[0047] HID灯在热灯启动时需要很高的电压，特别是金卤灯甚至要数万伏电压；为了克服这个问题，大家都会在电路中增加重复启动电路，待灯冷却或故障排除时点亮灯泡。本实施例中，在数字保护电路中集成了重复启动电路，由NE555芯片实现，即在热灯启动时灯未点亮，经过2分钟的计时后再次启动功率因数校正电路中控制芯片和PWM控制芯片IC2，使主电路扫频工作；这样带来一个问题，如果灯损坏或者开路时，重复启动电路会一直工作，电感Lres和电容Cres会每隔一段时间就电压谐振一次，每一次的的电压谐振都会对高频半桥逆变电路的开关管M2，M3产生很大的
能量冲击，长时间的谐振能量冲击很容易造成半桥开关MOS管的炸机和受损，从而引起主电路失效。
[0048] 为了有效解决上述问题，本实施例在功能控制电路中设置了故障计时设定和故障定时保护控制电路。在故障时设定重复启动电路的工作时间，计时到达后若故障未解除即关闭彻底关闭主电路。工作原理如下：计时芯片IC4(型号为CD4541)用于计时，灯正常工作时电流采样支路信号经OP1放大后(H点)经电阻RK3，第二稳压管ZK2，第三三极管QK3使计时芯片IC4(CD4541)的14P电源脚屏蔽，计时芯片IC4不计时，H点 经电阻RK4输入到第四运算放大器OP4的反相输入端，第四运算放大器OP4的反相输入端大于同相输入端的基准信号，第四运算放大器OP4输出低电平，第二三极管QK2截止，数字保护电路不动作。 [0049] 灯故障时(开路，短路等)，H点采样信号小于稳压管ZK2的导通电压，计时芯片IC4计时开始，计时周期由第一计时电阻RK1，第二计时电阻RK2，计时电容CK1设定。H点经电阻RK4输入到第四运算放大器OP4的反相输入端，第四运算放大器OP4的反相输入端电压小于正相输入端的基准信号，第四运算放大器OP4输出高电平。由于计时芯片IC4在计时，输出脚8P为低电平。第四运算放大器OP4的输出电平经电阻RK7被第一三极管QK1拉低。第一稳压管ZK1不导通，第二三极管QK2截止，数字保护电路不动作。当计时芯片IC4计时达到设定时间时(比如15分钟)，计时芯片IC48P输出高电平，第一三极管QK1由导通变为截止。第四运算放大器OP4的输出高电平经电阻RK7，第一稳压管ZK1使第二三极管QK2导通。数字保护电路的NE555芯片的4P电平经电阻RK8被第二三极管QK2拉低，数字保护电路动作，关闭功率因数校正电路中控制芯片和PWM控制芯片IC2及重复启动电路。主电路彻底关闭，只有断电重启才能重新工作。
