一种电子镇流器及其工作频率选择方法.pdf

本发明涉及一种用于高强度放电灯的调光型电子镇流器，及其工作频率的选择方法。该电子镇流器包括与高强度气体放电灯连接的气体放电灯主回路、和气体放电灯主回路连接的控制电路。其中气体放电灯主回路由低通滤波整流电路、功率因数校正电路、桥式逆变电路、T型滤波器谐振电路组成。通过调整桥式逆变电路的开关管工作频率，使高强度气体放电灯额定功率输出时的工作频率大于声谐振的上限频率，高强度气体放电灯调光过程中的工作频率大于高强度气体放电灯额定功率输出时的工作频率。

1.  一种调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，包括与高强度气体放电灯(2)连接的气体放电灯主回路(12)、和气体放电灯主回路连接的控制电路(13)，其特征在于：所述的气体放电灯主回路是由低通滤波整流电路(3)、功率因数校正电路(4)、桥式逆变电路(5)、T型滤波器谐振电路(6)组成的；所述的控制电路是调光信号采样电路(9)、频率调制电路(10)、隔离驱动电路(7)、启动控制电路(11)、启动电路(8)组成的；所述的低通滤波整流电路(3)、功率因数校正电路(4)、桥式逆变电路(5)、T型滤波器谐振电路(6)，在工频交流市电(1)和高强度气体放电灯(2)之间顺序连接；所述的调光信号采样电路(9)连接频率调制电路(10)，功率因数校正电路(4)连接频率调制电路(10)，频率调制电路(10)连接隔离驱动电路(7)，隔离驱动电路(7)连接桥式逆变电路(5)；所述的功率因数校正电路(4)连接启动电路(8)，启动电路(8)连接高强度气体放电灯(2)；所述的高强度气体放电灯(2)连接启动控制电路(11)后，启动控制电路(11)连接启动电路(8)；所述的桥式逆变电路(5)中包含有开关管。

2.  根据权利要求1所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：通过调整桥式逆变电路(5)中的开关管工作频率，使高强度气体放电灯(2)额定功率输出时的工作频率大于声谐振的上限频率，高强度气体放电灯(2)调光过程中的工作频率大于高强度气体放电灯(2)额定功率输出时的工作频率。

3.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的桥式逆变电路(5)为半桥式逆变电路：由开关管(Q11、Q12)、电容器(C11)构成；上述开关管(Q11、Q12)的输出端串联，开关管(Q11、Q12)输出端串联的中端连接电容器(C11)一端，上述开关管(Q11、Q12)输出端串联的二端为输入端，上述电容器(C11)另一端、开关管(Q11、Q12)输出端串联的二端中任一端为输出端。

4.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的桥式逆变电路(5)为半桥式逆变电路：由开关管(Q21、Q22)、电容器(C21、C22)构成；上述开关管(Q21)和开关管(Q22)输出端串联；上述电容器(C21)和电容器(C22)串联；上述开关管(Q21、Q22)输出端串联二端与电容器(C21、C22)串联二端并联；上述开关管(Q21、Q22)输出端串联二端与电容器(C21、C22)串联二端并联的二端为输入端；上述开关管(Q21、Q22)输出端串联的中端及电容器(C21、C22)串联的中端为输出端。

5.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的桥式逆变电路(5)为全桥式逆变电路：由开关管(Q31、Q32、Q33、Q34)构成；上述开关管(Q31、Q32)输出端串联，开关管(Q33、Q34)输出管串联，开关管(Q31、Q32)输出端串联二端与开关管(Q33、Q34)输出端串联二端并联，上述开关管(Q31、Q32)输出端串联二端与开关管(Q33、Q34)输出端串联二端并联的二端为输入端，上述开关管(Q31、Q32)输出端串联的中端、开关管(Q33、Q34)输出端串联的中端为输出端。

6.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的T型滤波器谐振电路(6)由电感器(L1、L2)、电容器(C)构成；上述电容器(C)一端连接电感器(L1)一端、电感器(L2)一端，上述电感器(L1)另一端、电容器(C)另一端为输入端，上述电感器(L2)另一端、电容器(C)另一端为输出端；所述的启动电路(8)由电阻器(R)、电容器(C1)、变压器(T)、开关管(Q)构成，变压器(T)原边一端连接电阻器(R)一端、电容器(C1)一端，变压器(T)原边另一端连接开关管(Q)输出端一端，开关管(Q)输出端另一端连接电容器(C1)另一端，与电阻器(R)另一端为输入端，变压器(T)副边二端为输出端。

7.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的功率因数校正电路(4)输出电流采样点连接频率调制电路(10)输入端，调光信号采样电路(9)输出端连接频率调制电路(10)另一输入端，频率调制信号电路(10)输出端连接隔离驱动电路(7)输入端，隔离驱动电路(7)输出端连接桥式逆变电路(5)各开关管控制输入端。

8.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的功率因数校正电路(4)输出端连接启动电路(8)输入端，高强度气体放电灯(2)电流采样点连接启动控制电路(11)输入端，启动控制电路(11)输出端连接启动电路(8)开关管(Q)控制输入端，启动电路(8)输出端串联连接高强度气体放电灯(2)。

9.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的功率因数校正电路(4)输出端连接启动电路(8)输入端，高强度气体放电灯(2)电流采样点连接启动控制电路(11)输入端，启动控制电路(11)输出端连接启动电路(8)开关管(Q)控制输入端，启动电路(8)变压器(T)副边与T型滤波器谐振电路(6)电感器(L2)复用，即变压器(T)副边为电感器(L2)。

10.  根据权利要求2所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其特征在于：所述的桥式逆变电路(5)、T型滤波器谐振电路(6)与启动电路(8)、启动控制电路(11)复用，即省略启动电路(8)、启动控制电路(11)；高强度气体放电灯(2)启动前，调整桥式逆变电路(5)开关管的工作频率略大于T型滤波器谐振电路(6)发生谐振时的频率。

一种电子镇流器及其工作频率选择方法
                          技术领域
本发明属于应用电子技术领域，涉及一种用于高强度气体放电灯的调光型电子镇流器，及其工作频率的选择方法。
                          背景技术
高强度气体放电灯(HID)，主要包括金属卤化物灯(MHL)、高压钠灯(HPS)、高压汞灯、以及一些特种气体放电灯如氙灯、氪灯等。HID灯具有体积小、光效高、显色性好、寿命长等优点，已经成为继白炽灯、荧光灯之后的第三代电光源。电子镇流器具有功率因数高、效率高、体积小、重量轻、无噪声、无频闪等优点，必将逐渐取代传统的电感式镇流器。但是对于高强度气体放电灯尤其是金属卤化物灯，高频工作方式下存在声谐振的问题。
目前比较成熟可靠的是低频方波点灯电子镇流器，它的特点是将逆变级工作频率减小到声谐振下限频率之下，为几十到几百赫兹，可以达到无声谐振的目的。由于低频方波点灯电子镇流器往往采用三级电路，同时逆变级桥式逆变电路为全桥式逆变电路，因而成本高，体积大，并且容易产生低频噪声。
                          发明内容
本发明的目的是提供一种用于高强度气体放电灯的无声谐振超高频的，基于T型滤波器的，调频调光型电子镇流器。
本发明的目的是通过下述技术方案来完成：
常用的谐振逆变级中谐振电路一般采用串联谐振电路(SLR)或并联谐振电路(PLR)。然而，采用串联谐振电路、并联谐振电路要达到深度调光，逆变级工作频率变化范围很宽，给EMI滤波器的设计带来了困难。同时，采用串联谐振电路、并联谐振电路，灯电流波峰因数较高，过高的灯电流波峰因数将大大降低灯的寿命。同时，采用串联谐振电路不能采用谐振点火方式，只能采用附加点火方式，即桥式逆变电路、谐振电路与启动电路、启动控制电路不复用，结构复杂，成本高；采用并联谐振电路不能采用附加点火方式，只能采用谐振点火方式，即桥式逆变电路、谐振电路与启动电路、启动控制电路复用，即省略启动电路、启动控制电路，难以实现热启动功能。
如果谐振逆变级中谐振电路采用T型滤波器谐振电路，则可以在很窄的逆变级工作频率范围内实现深度调光。同时，采用T型滤波器谐振电路，灯电流接近正弦波，电流波峰因数低，从而延长灯的寿命。并且，采用T型滤波器谐振电路可以采用谐振点火方式、附加点火方式，可以根据实际情况综合考虑。
因此，本设计调光型高强度气体放电灯用电子镇流器包括：与高强度气体放电灯连接的气体放电灯主回路、和气体放电灯主回路连接的控制电路。其中气体放电灯主回路是由低通滤波整流电路、功率因数校正电路、桥式逆变电路、T型滤波器谐振电路组成的；控制电路是调光信号采样电路、频率调制电路、隔离驱动电路、启动控制电路、启动电路组成的；低通滤波整流电路、功率因数校正电路、桥式逆变电路、T型滤波器谐振电路，在工频交流市电和高强度气体放电灯之间顺序连接；调光信号采样电路连接频率调制电路，功率因数校正电路连接频率调制电路，频率调制电路连接隔离驱动电路，隔离驱动电路连接桥式逆变电路；功率因数校正电路连接启动电路，启动电路连接高强度气体放电灯；高强度气体放电灯连接启动控制电路后，启动控制电路连接启动电路；桥式逆变电路中包含有开关管。
相比于电感式镇流器，电子镇流器的另一大优点就是可以方便地实现调光功能。常用的谐振式高频电子镇流器一般由功率因数校正级和谐振逆变级组成，其中功率因数校正级由低通滤波整流电路、功率因数校正电路组成，谐振逆变级由桥式逆变电路、谐振电路以及控制电路组成。为了实现调光功能，提出了如下一些解决的方案。
调压调光法，指的是调节谐振逆变级输入直流电压即功率因数校正级输出直流电压来改变灯功率输出。这种方法的优点是逆变级工作频率固定，而且能在较宽的调光范围内保持桥式逆变电路零电压开关(ZVS)工作条件。但是这种方法对功率因数校正级地拓扑提出了较高的要求，常用的功率因数校正级的输出直流电压调节范围有限，只能满足轻度的调光要求。
调占空比调光法，一般采用全桥式逆变电路，这种方法相对比较复杂、成本较高。也可以用半桥式逆变电路来实现，开关管对称工作，调节其占空比，使电感电流进入断续工作状态，实现调光，但是因电流的波峰因数较高，不宜采用。一般认为灯电流波峰因数应控制在1.7以内。
调频调光法，谐振逆变级一般工作在谐振电路自然谐振频率以上，桥式逆变电路的负载总体上呈感性。调频调光法指的是调节谐振逆变级的工作频率来改变灯功率输出。这是一种最易实现也最常用的调光方式。
因此，本设计中的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器的工作频率选择方法为：通过调整桥式逆变电路中的开关管工作频率，使高强度气体放电灯额定功率输出时的工作频率大于声谐振的上限频率，高强度气体放电灯调光过程中的工作频率大于高强度气体放电灯额定功率输出时的工作频率。
与现有技术相比：本发明的特点是将逆变级工作频率提高到声谐振上限频率之上，为几百千赫兹到几兆赫兹，可以达到无声谐振的目的。基于T型滤波器的调光方法，能够在很窄的工作频率范围内实现深度调光，同时具有灯电流波峰因数低的优点。同时由于逆变级工作频率高，因此谐振电路电感器、电容器体积减小、成本降低。由于超高频点灯电子镇流器采用二级电路，同时逆变级桥式逆变电路可以采用半桥式逆变电路，因而成本低，体积小，并且可以避免音频噪声。
                          附图说明
图1为调光型高强度气体放电灯用电子镇流器原理框图。
图2为图1中桥式逆变电路的半桥式逆变电路示意图。
图3为图1中另一种桥式逆变电路的半桥式逆变电路示意图。
图4为图1中又一种桥式逆变电路的半桥式逆变电路示意图。
图5为图1中桥式逆变电路的全桥式逆变电路示意图。
图6为图1中T型滤波器谐振电路的示意图。
图7为图1中启动电路的示意图。
                        具体实施方式
下面结合附图与具体实施案对本发明作进一步的详细描述。
具体实施例1：该调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，包括与高强度气体放电灯2连接的气体放电灯主回路12、和气体放电灯主回路连接的控制电路13。其中气体放电灯主回路是由低通滤波整流电路3、功率因数校正电路4、桥式逆变电路5、T型滤波器谐振电路6组成的；所述的控制电路是调光信号采样电路9、频率调制电路10、隔离驱动电路7、启动控制电路11、启动电路8组成的；所述的低通滤波整流电路3、功率因数校正电路4、桥式逆变电路5、T型滤波器谐振电路6，在工频交流市电1和高强度气体放电灯2之间顺序连接；所述的调光信号采样电路9连接频率调制电路10，功率因数校正电路4连接频率调制电路10，频率调制电路10连接隔离驱动电路7，隔离驱动电路7连接桥式逆变电路5；所述的功率因数校正电路4连接启动电路8，启动电路8连接高强度气体放电灯2；所述的高强度气体放电灯2连接启动控制电路11后，启动控制电路11连接启动电路8；所述的桥式逆变电路5中包含有开关管。
通过调整桥式逆变电路5中的开关管工作频率，使高强度气体放电灯2额定功率输出时的工作频率大于声谐振的上限频率，高强度气体放电灯2调光过程中的工作频率大于高强度气体放电灯2额定功率输出时的工作频率。
其中桥式逆变电路5为半桥式逆变电路：由开关管Q11、Q12、电容器C11构成；开关管Q11、Q12的输出端串联，开关管Q11、Q12输出端串联的中端连接电容器C11一端，开关管Q11、Q12输出端串联的二端为输入端，电容器C11另一端、开关管Q11、Q12输出端串联的二端中任一端为输出端。
其中T型滤波器谐振电路6由电感器L1、L2、电容器C构成；电容器C一端连接电感器L1一端、电感器L2一端，电感器L1另一端、电容器C另一端为输入端，电感器L2另一端、电容器C另一端为输出端。
其中启动电路8由电阻器R、电容器C1、变压器T、开关管Q构成，变压器T原边一端连接电阻器R一端、电容器C1一端，变压器T原边另一端连接开关管Q输出端一端，开关管Q输出端另一端连接电容器C1另一端，与电阻器R另一端为输入端，变压器T副边二端为输出端。
其中功率因数校正电路4输出电流采样点连接频率调制电路10输入端，调光信号采样电路9输出端连接频率调制电路10另一输入端，频率调制信号电路10输出端连接隔离驱动电路7输入端，隔离驱动电路7输出端连接桥式逆变电路5各开关管控制输入端。
具体实施例2：实施例1中所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其中桥式逆变电路5采用：由开关管Q21、Q22、电容器C21、C22构成；开关管Q21和开关管Q22输出端串联；电容器C21和电容器C22串联；上述开关管Q21、Q22输出端串联二端与电容器C21、C22串联二端并联；上述开关管Q21、Q22输出端串联二端与电容器C21、C22串联二端并联的二端为输入端；上述开关管Q21、Q22输出端串联的中端及电容器C21、C22串联的中端为输出端的半桥式逆变电路。
具体实施例3：实施例1中所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其中桥式逆变电路5采用全桥式逆变电路：由开关管Q31、Q32、Q33、Q34构成；上述开关管Q31、Q32输出端串联，开关管Q33、Q34输出管串联，开关管Q31、Q32输出端串联二端与开关管Q33、Q34输出端串联二端并联，上述开关管Q31、Q32输出端串联二端与开关管Q33、Q34输出端串联二端并联的二端为输入端，上述开关管Q31、Q32输出端串联的中端、开关管Q33、Q34输出端串联的中端为输出端。
具体实施例4：实施例1中所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其中功率因数校正电路4输出端连接启动电路8输入端，高强度气体放电灯2电流采样点连接启动控制电路11输入端，启动控制电路11输出端连接启动电路8开关管Q控制输入端，启动电路8输出端串联连接高强度气体放电灯2。
具体实施例5：实施例1中所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其中功率因数校正电路4输出端连接启动电路8输入端，高强度气体放电灯2电流采样点连接启动控制电路11输入端，启动控制电路11输出端连接启动电路8开关管Q控制输入端，启动电路8变压器T副边与T型滤波器谐振电路6电感器L2复用，即变压器T副边为电感器L2。
具体实施例6：实施例1中所述的调光型高强度气体放电灯用电子镇流器，其中桥式逆变电路5、T型滤波器谐振电路6与启动电路8、启动控制电路11复用，即省略启动电路8、启动控制电路11；高强度气体放电灯2启动前，调整桥式逆变电路5开关管的工作频率略大于T型滤波器谐振电路6发生谐振时的频率。