自适应可控硅调压方式的可调功率变换器 【技术领域】
本发明涉及一种可调光源控制器中的功率变换器，尤其涉及一种自适应可控硅调压方式的可调功率变换器。
背景技术
世界先进国家对照明用灯节能减排低碳已经有明确的要求。明确规定在一定的时间限制或取消白炽灯照明。替代白炽灯而且能够调光的节能灯产品应运而生，能够占据很大的市场份额。
美国能源之星对新型小功率节能灯的要求是快亮，A泡，调光。功率在13W至30W之间，新型替代光源做到与白炽灯直接替换。CFL与白炽灯在相同的光通量下可节电80％，CFL比白炽灯的寿命长8-12倍。在调光达到低照度照明条件下，其节电效果是CFL等光源正常照明时的1.3至1.8倍。
目前国际通用照明调光技术，是基于可控硅调光器作用于电阻性负载如白炽灯调光技术基础之上的。有广泛的社会应用基础，消费习惯不可能简单的用行政命令取消。
可控硅调光器只能在线性负载的条件下调整线路输入电压，对负载条件要求较高。如要求桥式镇流电路中的导通角要大。图1传统的的可控硅调光技术不能直接应用在电容性负载，低功率因素的电子镇流器电路根本无法调光或调光范围笮，有容性负载电流冲击，使得节能灯调光运用受到限制。图2如在CFL的销售上，说明书明确警告，禁止用于调光电路。
正常工作条件的节能灯一般有串联谐振触发启辉阶段和正常亮灯阶段。以120V电压的节能灯工作条件为例，串联谐振触发启辉阶段的输入工作电压为正常输入工作电压的0.75倍，大致为80V。技术人员都是以此为设计依据，设计电路的元器件参数。
正确的描述和理解节能灯电子镇流器在正常工作电压工作和在调光低电压工作状态的差异性是十分重要的。
我们可以从灯管的技术参数和电子镇流器这2个不同的角度来说明。
灯管说明书给出的技术参数都是在额定工作条件下给出的。不会也不可能给出低照度条件下的技术参数。而这组数据恰恰是能否设计调光灯的关键。经过大量的不同灯管的参数测量，对国际和国内著名公司的同样产品进行比对测试，发现都存在相同的缺点。
1.电子镇流器电源输入采用PPFC电路，提高功率因素以适应可控硅调光电路，但它的直流输出电压降低，一般是电源输入电压的1.3到1.5倍。达到直流180伏。电源的纹波大，谐波电压和谐波电流都很大，导致灯丝电流峰峰值不合格。这是无源功率因数调整电路的通病。
2.在低照度的工作状态下，由于可控硅调光器不能完全导通，它的直流输出电压大约在60V。图3
目前市场流行的可控硅调光电路是用30V触发管来产生触发信号。当电路电压调至低端时，可控硅调光器电路，它的输出残余电压在低端会大于30V，而电子镇流器采用分立元件的电路也采用30V触发管来产生触发信号，这就产生了在低电压时电路仍能输出脉冲信号，只是输出幅度不足以产生击穿灯管的谐振电压和维持电流，断续的谐振电压输出使得灯管断续击穿，闪烁发光。电路不断地工作，加剧恶化工作条件，严重影响灯的寿命，最终电路板发热烧毁失效。图4。有的调光灯电路尽管采用了有调光功能的集成电路，如果应用于可控硅调光电路中，该集成电路仍然无法产生调光输入接口需要的直流控制电压，无法实现该电路原来的调光功能，出现和采用分立元件电子镇流器同样的电压变化引起亮度变化。
考察国际各大公司的调光电路，电路原理基本上分为两大部分。
1.调频
2.调占空比
其专用集成电路一般的工作原理是通过改变控制端的2-10V直流电压，来进行调频，或调占空比来达到调光目的。但这个目的在可控硅调光器电路中一般是不可能实现。
上述电路都分别存在一些缺点。如1.调光电路功能复杂，彼此牵扯。2.调试困难3.可靠性差。4.耗用材料多，成本高。5.不适应可控硅调光器电路，直流输出电压低。6.板耗高，尤其在调光最暗的时候，反复地触发电压驱使灯管不断的启动，电子镇流器不断的给出驱动信号导致电路板发热烧毁。所以，尽管采用了具有调光功能的集成电路，但电子镇流器还是采用了调整电源电压的方式来达到调光的效果。不能达到调光集成电路本来的功能。
事实上，在基本型调光电路中，当电路调光进入低照度状态，节能灯灯管在低照度工作状态下，其工作条件也是恶化的。
气体放电灯都有负阻特性，它们需要高的启动电压和低的工作电压。图5当交流输入电压进入低端时，电压为AC40V到AC45V。其半桥输出电路的电压大约为DC50V到DC60V，此时电路达到最坏工作状态，即最低的工作电压小于最高的灯管管压。当管电流续流困难不能维持时，灯光发生闪动，电路重新进入临界谐振触发状态，产生大约占整灯功率25～30％的损耗，加速电路发热损耗和灯管阴极失效，降低灯的使用寿命。在已收集的调光灯样品中，都有上述缺点。
【发明内容】
本发明目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种实用可靠的，使CFL等光源能够适应可控硅调光器电路，替代调光型白炽灯照明的可调光的节能灯等光源电子镇流器电路即自适应可控硅调压方式的可调功率变换器。
本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：
本发明自适应可控硅调压方式的可调功率变换器，其特征在于所述变换器由续流电路、主电路和直流升压输出电路依次串接构成，其中主电路由关断保护电路、输入电源低频隔断电路和升压电路构成，关断保护电路的输入端接续流电路的输出端，关断保护电路的输出端分别接输入电源低频隔断电路和升压电路的输入端，升压电路的输出端接输入电源低频隔断电路的输入端，输入电源低频隔断电路的输出端接直流升压输出电路的输入端。
优选地，所述续流电路与关断保护电路之间串接整流电路。
优选地，所述关断保护电路的输入端串接滤波电路。
优选地，所述关断保护电路由两个分压电阻和一个反相器构成，第一分压电阻的一端分别接升压电路的输入端、滤波电路或整流电路的输出端，第一分压电阻的另一端分别接第二分压电阻的一端和反相器的输入端，第二分压电阻的另一端分别接隔离电路的输入端、滤波电路或整流电路的输出端。
优选地，所述关断保护电路由七个电阻R1～R7、MOS管Q1和三个二极管Q2～Q3构成，其中电阻R1的一端分别接电阻R3和R5的一端，电阻R1的另一端分别接MOS管Q1的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别接MOS管Q1的源极、二极管Q2和Q3的发射极，电阻R3的另一端分别接MOS管Q1的漏极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接二极管Q2的基极，电阻R5的另一端分别接二极管Q2的集电极和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接二极管Q3的基极，二极管Q3的集电极串接电阻R7。
优选地，所述续流电路由电容C1～C2和续流电感L1～L2构成，电容C1的一端接续流电感L1的一端，电容C1的另一端接续流电感L2的一端；电容C2的一端接续流电感L1的另一端，电容C2的另一端接续流电感L2的另一端。
优选地，所述升压电路由升压电感构成。
优选地，所述输入电源低频隔断电路由输入电源低频隔断电容、PWM模块和MOS管Q4构成，其中PWM模块的一端接关断保护电路的输出端，PWM模块的另一端接MOS管Q4的源极，PWM模块的第三端接MOS管Q4的栅极，MOS管Q4的漏极分别接升压电路的输出端和输入电源低频隔断电容的输入端，输入电源低频隔断电容的输出端接直流升压输出电路的输入端。
本发明输入端组成高功率因素电子调压器电路。当可控硅可调电压调至本设置电压低端时，电路关断，电路无功率损耗。高频电压输出电路串接小容量电容，隔断市电供电通路，彻底消除临界谐振触发状态的电路损耗消除灯光闪动.提高系统的可靠性。本发明涉及自适应可控硅调压方式的可调功率变换器。连同内置或外置的电子镇流器可以共同完成CFL，CCFL，HID或LED等光源的调光功能。也可单独组成自适应可控硅调压方式的可调功率变换器模块。
本发明结构新颖，电路处理简洁，针对可控硅调光器电路，采用专用集成电路实现专业化生产，简化工艺条件，提高产品一次合格率，提高产品可靠性。实现在电压低端输出时，关断集成电路工作，电路实现零功率损耗，降低电路难度，降低材料成本。实现电路的软启动，调光变化范围大于80％，提高产品的寿命和可靠性。可以大量的替代白炽灯，成为节能灯市场新型高效节能高利润附加值的产品。
【附图说明】
图1：传统的的可控硅调光仿真图。
图2：CFL调光仿真图。
图3：低照度的工作状态下可控硅调光器波形图。
图4：基于触发管可控硅调光电路仿真图。
图5：气体放电灯的导通波形图。
图6：APFC变换器相关波形图。
图7：本发明电路示意图。
图8：本发明电路原理图。
【具体实施方式】
下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明：
如图7、图8所示，本发明自适应可控硅调压方式的可调功率变换器，其特征在于所述变换器由续流电路、主电路和直流升压输出电路依次串接构成，其中主电路由关断保护电路、输入电源低频隔断电路和升压电路构成，关断保护电路的输入端接续流电路的输出端，关断保护电路的输出端分别接输入电源低频隔断电路和升压电路的输入端，升压电路的输出端接输入电源低频隔断电路的输入端，输入电源低频隔断电路的输出端接直流升压输出电路的输入端。
优选地，所述续流电路与关断保护电路之间串接整流电路。
优选地，所述关断保护电路的输入端串接滤波电路。
优选地，所述关断保护电路由两个分压电阻和一个反相器构成，第一分压电阻的一端分别接升压电路的输入端、滤波电路或整流电路的输出端，第一分压电阻的另一端分别接第二分压电阻的一端和反相器的输入端，第二分压电阻的另一端分别接隔离电路的输入端、滤波电路或整流电路的输出端。
优选地，所述关断保护电路由七个电阻R1～R7、MOS管Q1和三个二极管Q2～Q3构成，其中电阻R1的一端分别接电阻R3和R5的一端，电阻R1的另一端分别接MOS管Q1的栅极和电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别接MOS管Q1的源极、二极管Q2和Q3的发射极，电阻R3的另一端分别接MOS管Q1的漏极和电阻R4的一端，电阻R4的另一端接二极管Q2的基极，电阻R5的另一端分别接二极管Q2的集电极和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接二极管Q3的基极，二极管Q3的集电极串接电阻R7。
优选地，所述续流电路由电容C1～C2和续流电感L1～L2构成，电容C1的一端接续流电感L1的一端，电容C1的另一端接续流电感L2的一端；电容C2的一端接续流电感L1的另一端，电容C2的另一端接续流电感L2的另一端。
优选地，所述升压电路由升压电感构成。
优选地，所述输入电源低频隔断电路由输入电源低频隔断电容、PWM模块和MOS管Q4构成，其中PWM模块的一端接关断保护电路的输出端，PWM模块的另一端接MOS管Q4的源极，PWM模块的第三端接MOS管Q4的栅极，MOS管Q4的漏极分别接升压电路的输出端和输入电源低频隔断电容的输入端，输入电源低频隔断电容的输出端接直流升压输出电路的输入端。
优选地，所述PWM模块采用的型号为IR2156的芯片。也可以采用其他集成电路组成自适应可控硅调压方式的可调功率变换器
1.交流电源的输入端设置LC续流功能电路，使调光中的可控硅电路电流连续。
2.建立高频高功率因素可调功率变换器，当交流输入电压经全桥式整流电路变成100Hz直流脉动电压时，专用集成电路以50KHz的频率不断的驱动MOS管，储能电感进入开关状态。工作频率为市电频率若干千倍形成高功率因素的电子调压器，直流输出电压为交流输入电压的1至3倍，图6输入电压的变化经本电路的处理，达到相应的1至3倍的较高的直流电压变化，扩大电路的动态工作范围，适应不同的启动电压和管流的灯管，引用了预热电路，进一步降低了灯管的启动电压，延长灯管的使用寿命。图7。可控硅调光器电路输出电压变化导致本电路直流输出电压相应变化，电压变化产生输出功率和灯管亮度变化，从而完成节能灯的调光功能。
提高直流输出电压是十分重要的。过去技术人员为了达到调光效果，总是在灯管上找办法。但是，他们的经验和依据都集中在正常的工作状态，对低照度下的灯管参数不了解，尤其在120V电源电压下工作的灯管工作状态处理不当。一定的灯管做成后，它的管功率，管压，管流都是一定的，改变灯管的直径和气压对调光性能提高不大。其本质是当工作电压小于管压时，调光就无法进行。如果提高直流输出电压，使其电压的幅度始终大于管压，调光就容易进行。当调整工作电压小于管压时，集成电路提前停止输出驱动信号，高功率因素电子调压器电路关断.产生的电压消失，，电路无功率损耗。
3.当电路电压调至低端时，通常CFL的管流变小，管压变高，当管电流续流困难不能维持时，灯光发生闪动，电路重新进入临界谐振触发状态，产生灯功率25～30％的损耗，此时，集成电路提前停止输出驱动信号，高功率因素电子调压器电路关断.产生的电压消失，，电路无功率损耗。
4.高频电压输出电路串接小容量电容，隔断市电供电通路，彻底消除临界谐振触发状态的电路损耗消除灯光闪动。
5.本发明可以应用于HID，CCFL，EEFL及KED等调光电路中。
本发明的还可通过以下技术措施来进一步实现
1.可控硅调光器电路在工作时处于调整相位角状态，输出电流不是连续的，尖刺脉冲对电路会产生干扰。因此，必须实施续流和抗干扰的LC续流功能电路，EMC符合GB17743，输出电压在大范围连续可调。
2.特设的高频高功率因素可调功率变换器是利用专用集成电路
输出高频信号，驱动功率管和升压电感组成了特定的电子调压器，直流输出电压为交流输入电压的1至3倍，输入电压的变化经本电路的处理，达到相应的1至3倍的电压变化。可控硅调光器电路输出电压变化导致本电路输出电压相应变化，经过高频整流滤波的直流电压变化产生输出功率和灯管亮度变化从而完成节能灯的调光功能。
在基本型调光电路中，当电路调光进入低照度状态，电源电源为AC40V到AC45V。其半桥输出电路的电压大约为DC50V到DC60V而此时的管电压达到最大值，如采用T3管23W，管电压可达230V，电子镇流器半桥输出谐振电路竭力向灯管提供能量直到无能为力。这就是目前120V调光灯失效的主要原因。
本发明采用了与之截然不同的方法来实现调光的目的。
提升电路的工作电压，使得电路在调光工作过程中，工作电压始终高于灯管管压，如果管压高于工作电压时，电路关断。从而保证调光功能的实现，保证电路的正常工作。
3.正确的选择集成电路的复位电路取样元件参数，保证该电路在正常工作状态稳定工作，当电路电压调至低端时，集成电路停止输出驱动信号，高功率因素电子调压器电路的电压消失，电路关断，电路无功率损耗。
4.高频高功率因素可调功率变换器设置在电路升压或降压时确保调光效果。当电路电压调至低端时，电路无法产生足够的输出功率，灯管发出的光为无效光，电路的25～30％损耗转换为热能损耗，降低灯的寿命，因此的灯光发生闪动前，电路关断，电路无功率损耗。
5.在升压电感的输出端串接隔低频电容，阻断低频电源直接进入电子镇流器电源。
本发明并不限于实施方式中记载的120V调光灯，220V、240V等各类节能灯也会发生失效的现象，本发明也同样适用。