本发明提出了一种可调光的高效电子镇流器,它包括整流滤波电路,高频逆变电路、功率调节电路及灯丝预热电路。本发明的特征是使用了梯形滤波器,单稳态控制电路、整流加热电路和过电流保护电路。属于电子和电光源技术领域。 目前国内外广泛使用的电子镇流器有两大类。一类是高档产品,其特点是结构复杂、成本高但功率因数高、谐波率低,一类是低档产品其特点是结构简单成本低但功率因数低谐波率高。上述两种产品都存在一个灯丝启动预热问题,目前较多采用的是热敏电阻预热法。这种方法结构简单但不能连续启动预热且热敏电阻发热不利于节能和整体固化。
日光灯调功率调光技术虽然已有许多专利产生,但调压调光法存在下述问题:1.变压器调压时变压器体积太大不便商品化;2.可控硅移相调压会产生谐波对电网造成污染;3.电容调压会降低功率因数、体积也大。已有调电流调光(例如占空比调节调光,控制极调节调光等)法存在下述问题:1.现有占空比调节法只适合直流及混合式日光灯;2.场效应管作为开关管时调栅源电压调光以及晶体三极管作为开关管的调基极电流调光存在低亮度时开关管压降大耗能高因而发热,不利于节能和固化。已有调电感调光法存在下述问题:1.大范围调光不易实现;2.电感调节难度大;3.体积大。
市售电子镇流器产品中的异常状态保护电路在实用中存在下述问题:1.环境温度变化、镇流器工作时间长短都会影响保护电路的临界值;2.对超额定功率工作敏感性较差;3.元器件较多。
为了解决上述问题,本发明提出如下技术方案:
1.使用一种纵向梯形滤波器,其目的是整流后对电容器充电时,避免一只电容滤波所产生的尖脉冲电流,从而避免因此而导致的低功率因数和高谐波率。这种技术方案生产的电子镇流器成本仅为有PFC(功率因数调节器)的电子镇流器产品成本的30%左右,而功率因数可大于0.95,总谐波(THD)可低于17%。
2.使用一种交流侧接负载电容,直流侧两端并接电容和放电电阻的全桥整流加热电路来预热灯丝。这种技术方案能保证连续启动预热和避免元器件发热。
3.使用一种单稳态控制电路,这种电路的特点是以镇流器变压器次级作为脉冲电源,在每一个脉冲到来之后单稳态电路先向镇流器开关管控制极输送高电平,待单稳态电路被一个积分电路触发后,单稳态电路转换成低电平即向所述开关管控制极输送低电平。这种技术方案可以最大限度地使所述开关管控制极输送高电平,待单稳态电路被一个积分电路触发后,单稳态电路转换成低电平即向所述开关管控制极输送低电平。这种技术方案可以最大限度地使所述开关管工作在开关状态来控制开关管通过的电流借以调光,避免了开关管的自身功耗过大导致发热问题。
4.使用一只小开关管尤其是晶闸管构成过电流保护电路,当所述开关管通过的电流达到某一指定值时,串接在上述开关管输出端的反馈电阻形成的压降将晶闸管打开,晶闸管就将上述开关管关断,起到过电流保护的作用。这种技术方案结构极简单而工作又极其可靠。
下面结合示图来进一步说明上述技术方案:
图1是纵向梯形滤波电路的结构图
图2是单稳态控制电路的原理图
图3是单稳态控制电路1个实施例图
图4是灯丝预热电路图
图5是过电流保护电路图
图1中[2]所示虚线框内是一个3只电容组成的纵向梯形滤波电路,作为实施例1。图中全桥[1]将电网交流整成脉动直流向滤波电路[2]按纵向从最低层逐次向上充电滤波。从图中可以看出,当桥[1]输出地脉动电压高于电容[5]所分配的峰值电压时电容[5]就能被充电。同理,当桥[1]输出的脉动电压高于电容[5]和[4]所分配的峰值电压时电容[4]就能被充电。这就避免了一只电容滤波只有在桥[1]输出高于这个电容电压时才能向电容充电的缺点,从而大大地提高了功率因数和降低了谐波电流比率。
图1的滤波电路[2]中的梯级可以3级以上。例如4个电容组成的4级,5个电容组成的5级等等。为了使各电容之间互不干扰,该实施例特设计了几只二极管。二极管[6][7]是依次被串接在3个电容之间的。二极管[8][9]是正级分别接在电容[4][5]的正极,二极管[9]的负极接在[8]的正极上,[8]的负极接在电容[3]的正极上。二极管[10][11]的负极分别接在电容[3]和[4]的负极上,[10]的负极接在[11]的正极上,[10]的正极接在电容[5]的负极上。如果增加级数,则最上最下两只电容及相应二极管接法分别与电容[3]和[5]及相应二极管接法相同,中间的电容不管几只,每一只的接法都与电容[4]及相应二极管接法相同。图中[12]是逆变器,[13]是灯管,[14]是负载电容。
图2给出的是电子镇流器逆变器[12]中串接在振荡电路里的一只开关管[15]为受控体的单稳态电流控制电路。其中单稳态电路[23]的输入端[30]接在可变电阻或电位器[27]和电容[28]构成的积分电路的输出端,其输出端[26]与开关管[15]的控制极[16]相接;其正极[25]负极[24]分别接在变压器B的次级[21]的正极[18]上和负极[17]。[25]和[18]之间还可以串接一只限流电阻[19],获得一个合适的控制电源电压,[17]与[25]之间可以串接一只稳压二极管[20]。积分电路中的电位器[27]可以串接上一只电阻,而且[27]可以由一系列电阻进行开关控制的串并联,以获得不同的等效电阻值与电容[28]形成一系列变化的时间常数来控制单稳态电路[23]由高电平向低电平的翻转,即当[30]点电位达到某值时,[26]点电平由高向低跳变关掉[15],借以控制开关管[15]的开度以便调节电流大小实现调光。所述调节等效电阻值的开关若用电子开关(例如三极管),则可采用红外遥控的办法实现调光,红外遥控是已有技术。为保证积分电路工作可靠,电容[28]两端可以并接一只合适的放电电阻[29]。图中[22]是变压器原级线图,这个线圈是串接在振荡电路之中的,是已有技术。逆变器的结构和工作原理是已有技术,不必累述。这里要说明的是逆变器的两只开关管[15]只要有一只受控就行了。
图3给出了上述工作原理的一个实施例图。图3中的单稳态电路是由一只晶闸管[31]构成,其输入端[30]就是晶闸管的触发极或控制极,其输出端与其正极相接。当晶闸管[31]的触发极电位达到触发门限值时,晶闸管[31]导通,使开关管[15]的控制极[16]获得低电平(其值为管压降),迫使[15]关断或接近关断。在这个实施例中,单稳态电路的正极也是输出极,因而可以说此正极接在所述开关管[15]的控制极上。
图4是灯丝启动预热电路的结构图作为本专利申请的第3个实施例。图中负载电容[14]的两端接在全桥[32]的交通侧,[32]的直流侧并接有电容[33]及放电电阻[34]。当镇流器起动时,电容[33]起到一个短路作用,迫使灯丝加热。之后[33]被充电,电压达到一定值时灯被点燃。显然,由于放电电阻[34]阻值可选得很大,不会有发热问题。[32]交或直流侧可串延时电阻。
图5是过电流保护电路的结构图作为第4个实施例。图中开关管[15]的电流输出端串接一只反馈电阻[35],其上端接在一只小开关管[36]的门极[38]上,其下端接在所述小开关管[36]的阴极[37]上,也即接在所述变压器次级[21]的负极[17]上。所述小开关管[36]的阳极可接在[21]的正极[18]上,也可接在[15]的控制极[16]上。当[15]输出电流大到电阻[35]的压降使[36]导通时,[15]就被关闭,从而限制了通过[15]的电流,起到了保护作用。小开关管[36]最好的选择方案是晶闸管。逆变器[12]中的两只开关管[15]可以每只都进行过电流控制,也可以只一只进行这种控制。所述反馈电阻[35]还可以串接在所述变压器次级[21]上,[15]上的电流变化反映在次级[21]的回路中,间接在用反馈电阻来控制[15]上的过电流。电阻反馈法还可以换成所述变压器次级[21]中间抽头反馈法。另外,小开关管[36]的阳极可直接接在[21]的正级[18]上。
上述实施例在实践中取得了满意的结果。