荧光灯异常状态保护取样电路.pdf

本发明提供了一种荧光灯异常状态保护取样电路，在镇流器串联谐振电路中串接一个取样扼流线圈L0，取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22与整流二极管D1、D2连接构成全波整流，整流后电压经滤波电容C、滤波电阻R构成RC滤波电路，全波整流输出的电压经双向触发二极管D输出灯管异常保护动作电压。本发明的优点是能在管脚接触不良，灯管未接入，灯管未激活，非激活灯管、或漏气灯管等异常状态时，依靠取样对称的灯电压升高而获取保护动作信号；还能在灯管寿终时，无论灯管的哪一端发射能力降低或两端灯丝发射能力同时降低，都能从升高的不对称电压波形中提取到保护动作电压，是一种在半桥逆变式电子镇流器中实现灯管异常状态全保护的理想电路。

1.  一种荧光灯异常状态保护取样电路，其特征在于：在镇流器串联谐振电路中串接一个取样扼流线圈L0，取样扼流线圈L0包括两个次级绕组n21和n22，取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22与整流二极管D1、D2连接构成全波整流，整流后电压经滤波电容C、滤波电阻R构成RC滤波电路，全波整流输出的电压经双向触发二极管D输出灯管异常保护动作电压。

2.  按权利要求1所述的荧光灯异常状态保护取样电路，其特征在于：
所述取样扼流线圈L0的初级绕组n1是镇流器串联谐振电路中的谐振电感的组成部分。

3.  按权利要求1所述的荧光灯异常状态保护取样电路，其特征在于：
所述的双向触发二极管D的转换电压设定为阀值电压Ut，取样扼流线圈L0次级绕组全波整流电路输出的电压值Ua高于阀值电压Ut，双向触发二极管D导通并输出灯管异常保护动作电压。

荧光灯异常状态保护取样电路
技术领域
本发明涉及一种照明电器中电子镇流器荧光灯异常状态的保护取样电路，特别涉及一种荧光灯异常状态保护取样电路。
背景技术
荧光灯因发光效率高、节能和色温可控制，已成为当前主要的照明光源。特别是细管径荧光灯管具有显色性更好，光效更高等优点，管径为16mm的T5和管径为12mm的T4等细管径荧光灯管已开始在公共场合和家庭照明中被广泛采用。荧光灯电子镇流器因具有高效节能、舒适、安全、环保等优点而逐渐替代传统的电感式镇流器。
对于利用扼流圈与灯电容的串联谐振产生的高压将灯管激活点亮的半桥逆变式电子镇流器，当连接在正常开启的电子镇流器中的荧光灯管出现如管脚接触不良，灯管未接入，灯管未激活，非激活灯管(漏气灯管)等异常状态时，会引起灯管电压的异常升高，从而导致损坏电子镇流器的不良后果。
在荧光灯老化时，不但灯管的发光效率会逐渐衰减；还因一个电极损坏或电子发射不足，引起电弧电流在连续半周期中经常不一致的效应，即所谓整流效应。处于工作状态的灯管的一个电极损坏或电子发射不足，将引起灯管一端的电极温度迅速上升，额外的功率损耗集中在阴极前面一个很小的范围内。对于管径为16毫米的T5及更细管径的灯管，由于散热条件比粗管径灯管差，灯管一端的过热可能造成灯头处的灯具接插件烧毁以及电极端的玻璃管壁熔化，从而引发安全事故。此外，工作在整流效应状态下的灯管电压会升高，如果镇流器继续维持荧光灯管的放电电流，则灯管的功率将随着灯管电压的上升而相应上升，加剧了灯管过热。近些年来，在电子镇流器的安全标准中，已经明确规定了对于T5或更细管径的荧光灯镇流器，必须具有荧光灯管寿命终止保护特性，即在荧光灯管寿命终止现象出现时，镇流器应能将灯管的附加功率控制在限定的范围之内，因此灯管寿终保护已成为必须考虑的灯管异常状态。另外，按照国内电子镇流器标准规定，所有电子镇流器都需要通过整流效应的测试，而针对这一异常状态也应有相应的检测和保护电路。
荧光灯异常状态保护取样电路是电子镇流器的不可或缺的组成部分。
在半桥逆变式电子镇流器中，按照取样方法，有附图1所示的扼流圈取样，附图2所示的灯电压分压取样，附图3所示的振荡管源极取样，以及附图4所示的灯电压积分取样等多种保护取样电路的形式。
图1所示的扼流圈取样和图2所示的灯电压分压取样方法都是直接利用灯管异常状态时谐振电压升高，通过一只二极管提取灯管高频电压的半个周波的信号。对于非激活灯管，因为出现升高的灯管电压是对称的，保护取样电路能提供足够的保护动作电压。在灯管寿终时，灯电压呈现不对称的整流效应，则有可能取不到信号；或即使取到，灵敏度也较低。所以它们不适于作灯管的寿终保护。
图3所示振荡管源极取样保护电路，当灯管异常状态时，引发的正、反向谐振电流都增大，只有在通过振荡管的电流增加较大时，取样电路才有足够输出。因此通常也只能用在对非激活灯管的保护，不能用作灯管寿终保护。此外，为了减小额外损耗，场效应开关管的源极取样电阻不能用得很大，从它上面获取的保护动作电压的幅度也不可能很大，这样也就增加了整机调整的难度。因此，它通常只能在用集成电路作驱动的电子镇流器中使用。
图4所示的灯电压积分取样电路，提取的是灯电压正半周和负半周差值的积分值。灯管正常工作时，灯管两端灯丝的电子发射能力相同，灯管电压正半周和负半周的电压相同，差值为零，在电容器上的积分值为零。当灯丝某一端的电子发射能力减弱时，引起灯电流的不对称，从而使灯电压正半周和负半周的电压不对称，在电容器上积分出这个连续正、负半周期不对称的差值。这个差值可能是正，也可能是负。经过一个绝对值放大器，转换成合适的保护动作电压输出。但是，当灯的两端灯丝的发射能力都下降时，虽然灯电流下降，灯电压升高，因连续的正、负半周期的不对称程度并未加剧，电容器上有可能积分不到足够的差值电压，不能及时起到保护作用。同样道理，这种方法对灯管电压呈现升高的、正半周和负半周波形对称的非激活灯管状态也是不能保护的。
现有的半桥逆变式电子镇流器灯管异常保护取样电路，特别在提出灯管寿终保护的要求之后，如何用比较简单的一种异常状态取样电路兼顾实现对各种异常状态的有效保护，成为此领域业内争相研讨的课题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种克服现有技术中对半桥逆变式荧光灯电子镇流器难以用一种电路兼顾对各种灯管异常状态的有效保护，提出一种扼流圈全波取样的能应对各种灯管异常状态的保护取样电路。这种电路不但能在灯管管脚接触不良，灯管未接入，灯管未激活或连接非激活灯管(漏气灯管)等异常状态时，灯管电压比灯管正常状态时要高，且正、负半周波形是对称的情况下，保护取样电路都能输出足够的保护动作电压；而且在灯管寿终，灯管电压呈现随机正、负半周不对称的整流效应时，同样能够获取并输出足够的保护动作电压。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种荧光灯异常状态保护取样电路，在镇流器串联谐振电路中串接一个取样扼流线圈L0，取样扼流线圈L0包括两个次级绕组n21和n22，取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22与整流二极管D1、D2连接构成全波整流，整流后电压经滤波电容C、滤波电阻R构成RC滤波电路，全波整流输出的电压经双向触发二极管D输出灯管异常保护动作电压。
所述取样扼流线圈L0的初级绕组n1是镇流器串联谐振电路中的谐振电感的组成部分。
所述取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22是在一定谐振条件下对取样扼流线圈L0进行取样。当灯管正常工作时，灯管作为负载是并联链接在谐振电路C0两端中；当灯管处于异常状态时，并联在电容C0上的负载电阻变大，谐振回路上的Q值增加，取样扼流线圈L0和C0上的电压就会发生大幅度的变化，次级绕组n21和n22也就反应了灯管异常的状态。在上述的两个二极管D1和D2的负极以及电阻R和电容器C的公共节点上得到的直流电压Ua为所需的取样电压。在灯管异常状态时，取样电压Ua经双向触发二极管D输出保护动作电压，控制镇流器的相关电路，使镇流器停止工作。
将所述的双向触发二极管D的转换电压设定为阀值电压Ut，当取样扼流线圈L0次级绕组全波整流电路输出的电压值Ua高于阀值电压Ut，双向触发二极管D导通并输出灯管异常保护动作电压。
在灯管正常工作状态时，取样电压Ua波形如图6a所示，可得出，灯管电压保持正常值，且波形接近正弦波，全波整流输出电压Ua(n)低于与所述双向触发二极管D的阈值电压Ut，设定全波整流输出电压Ua(n)为阈值电压Ut的三分之二。此时双向触发二极管截止，无保护动作电压输出。
在灯管未激活或连接非激活灯管、或漏气灯管时，镇流器谐振电容器C0两端的谐振电压幅度在瞬间会增加两至三倍甚至更大。从所述取样扼流线圈L0的两个次级绕组n21和n22获得的取样信号经所述二极管D1和D2全波整流后的电压Ua(a)将超过设定的阈值电压Ut，即所述双向触发二极管D的转换电压，所述的双向触发二极管D导通，输出保护动作电压。此时保护电路上取样电压波形如图6b所示。
在出现整流效应的灯管寿终的异常状态时，半个周期的谐振电压幅度随一端灯丝的发射能力的降低而增加，另半个周期的谐振电压没有变化，这两个半个周期的谐振电压共同组成了点电位。因而无论是一个灯丝的发射能力降低，还是两端的两个灯丝的发射能力都降低，在所述全波整流器电路中，异常状态整流电压Ua(a)都将比灯管正常状态时的整流电压Ua(n)有较大幅度的升高。只要整流电压Ua超过设定的阈值电压Ut，所述双向触发二极管D导通，就会有保护动作电压输出。
本发明的优越功效在于：本发明的取样电路不但能在管脚接触不良，灯管未接入，灯管未激活，非激活灯管、或漏气灯管等异常状态时，依靠取样对称的灯电压升高而获取保护动作信号；还能在灯管寿终时，无论灯管的哪一端发射能力降低或两端灯丝发射能力同时降低，都能从升高的不对称电压波形中可靠提取到保护动作电压，是一种在半桥逆变式电子镇流器中实现灯管异常状态全保护的理想电路。
图中标号说明
附图1为扼流线圈取样电路图；
附图2为灯电压分压取样电路图；
附图3为振荡管源极取样电路图；
附图4为灯电压积分取样电路图；
附图5为本发明扼流线圈全波取样电路图；
附图6(包括图6a和图6b)为本发明扼流圈全波取样电压波形图；
图中标号说明
1-半桥逆变驱动电路；        D1、D2-整流二极管；
2-异常保护取样电路；        D-触发二极管；
Lamp-荧光灯管；             C1、C2-串联谐振回路电容
L-谐振电感；                C0-谐振电容；
L0-取样扼流圈；             C-滤波电容；
n1-取样扼流线圈初级绕组；   Ca-隔直流电容
n21、n22-取样扼流线圈次级绕组；
R1，R2-开关管射极/源极电阻；
Q1，Q2-半桥逆变器开关管；
Ra，Rb-分压电阻；           R-滤波电阻。
具体实施方式
请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
如图5所示，本发明提供了一种荧光灯异常状态保护取样电路，该取样电路包括串联连接在串联谐振电路中的取样扼流线圈L0，全波整流二极管D1和D2，滤波电容C，滤波电阻R以及双向触发二极管D。所述取样扼流线圈L0的初级绕组n1串联连接在谐振电感L和与谐振电容C0并联的荧光灯管Lamp之间，从所述取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22取得灯管电压信号。所述整流二极管D1和D2的阳极分别接所述取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22一端，所述取样扼流线圈L0的次级绕组n21和n22的另一端接电路的公共低电位点Gnd，所述整流二极管D1和D2的阴极与所述滤波电容C，滤波电阻R的各一端在公共点上相互接在一起。公共点还与双向触发二极管D的一端相连接。选定所述双向触发二极管D的转换电压为阈值电压Ut。在公共点上，由所述的全波整流电路对获取的镇流器灯管高频电压信号进行全波整流取得电压Ua。设置灯管正常状态时的整流电压Ua(n)为设定阈值电压Ut的约三分之二，如图6a所示。因此，在灯管正常状态时，Ua(n)小于Ut，所述双向触发二极管D截止，无异常保护动作电压经所述双向触发二极管D输出。在灯管异常状态时，无论出现高频灯电压正、负半周对称或不对称增高，在公共点上整流得到的取样电压Ua(a)均会远高于设定的阈值电压Ut，如图6b所示，所述双向触发二极管D导通，输出保护动作电压，控制镇流器的相关电路，在灯管异常状态时使镇流器停止工作。