串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器

摘要

本发明公开了一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，包括半桥逆变器启动电路，半桥逆变器二个开关管Q1、Q2串联的节点连接一反馈脉冲变压器T，反馈脉冲变压器T的初级绕组L0串接一电感L3，构成串联谐振电感；电感L3与灯管和串联谐振电容C4连接；反馈脉冲变压器次级设有二个绕组L4、L5分别串接在开关管Q1、Q2的基极回路。本发明的优点是无需专门的保护电路，无论在镇流器开路、短路，灯管不激活或灯脚接触不良等异常条件下，都不会造成开关管元件的损坏；也不会在镇流器输出端因灯脚接触不良而产生足够能量的电弧；使各种有高启动电压要求的瞬时启动灯管都能可靠、正常启动；电路简单，效率高、成本低。

权利要求

1.一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，包括半桥逆变器启动电路，其特征在于：半桥逆变器二个开关管Q1、Q2串联的节点连接一反馈脉冲变压器T，反馈脉冲变压器T的初级绕组L0串接一电感L3，构成串联谐振电感；电感L3与灯管和串联谐振电容C4连接；

反馈脉冲变压器次级设有二个绕组L4、L5分别串接在开关管Q1、Q2的基极回路；

所述串联谐振电容C4分别与槽路电容C7、C6连接，槽路电容C7、C6分别并联有泄放二极管D7、D6；

所述灯管一头串接一电容C3与电感L3连接，另一头串接一电容C5接地；

所述开关管Q1、Q2的基极回路串接的反馈脉冲变压器次级绕组L4、L5还分别串接有第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1、第二电容C2；

所述开关管Q1、Q2的集电极和发射极之间分别并接有续流二极管D4、D5。

2.根据权利要求1所述的串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，其特征在于：所述开关管Q1、Q2正常工作时，串接在基极回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的谐振频率远低于开关管Q1、Q2空载时的谐振频率。

3.根据权利要求1所述的串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，其特征在于：谐振槽路的电容，在灯管点燃前为C4串接二个并联的电容C6、C7；灯管点燃后为电容C4串联并联的电容C6、C7再与灯管两头串接的电容C3、C5并联构成。

说明书

串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种照明用气体放电灯电子镇流器，特别涉及一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器。

背景技术

[0002] 电子镇流器向灯管负载提供点燃和维持灯管正常工作的高频电压和电流。由气体放电灯的特性，在灯管激活点燃之前，必须有一个高的激活电压才能点燃灯管。因此，镇流器输出端上在灯管未启动之前必然会有一个较高的电压，当在使用过程中一旦发生镇流器空载即灯管断开，镇流器输出端短路，灯管不激活或灯管管脚接触不良等异常情况时，可能会因开关元件的过载而损坏镇流器；镇流器输出的高电压还可能引发电弧放电的现象。如果电弧放电持续不断，将为引发火灾等不安全隐患。为此，有关安全标准对电子镇流器输出端的电弧放电程度有严格的要求。

[0003] 按照电子镇流器谐振回路的拓扑结构，可以分为串联谐振的电子镇流器和并联谐振的电子镇流器。在输出端接触不良时，尽管两种谐振电路结构都可能出现电弧现象，但严重程度会有差异。

[0004] 并联谐振的电子镇流器，通常采取变压器升压，再通过电容或电感限流。在整个工作过程中，变压器的次级升压线圈始终存在很高的电压。为了维持镇流器在低温状态时能正常启动灯管，灯管点燃前要求可能高达500 Vrms以上的输出电压。如此高的镇流器输出电压，在灯管接触不良时，持续不断的高压电弧电流，必将成为安全隐患。

[0005] 对于并联谐振的电子镇流器，通常采用在检测到电弧放电信号后使镇流器停止工作的办法来避免继续发生电弧。使电子镇流器停振虽然可以解决电弧问题，但是一旦停振，则必须重新启动开关才可以使电子镇流器恢复正常工作。

[0006] 一般的串联谐振的小功率电子镇流器，在灯管管脚接触不良时，不会出现明显的电弧放电；而大功率类型的串联谐振电子镇流器，由于有更高的输出电压，在灯管接触不良时，也可能产生较大的电弧放电。

[0007] 在串联谐振的电子镇流器中，现有的解决上述电弧放电的办法是，通过检测线路，在检测到电弧信号后，使谐振频率提高，输出端电压降低，从而限制输出能量，避免发生严重的电弧现象。但是目前此类线路需要根据灯管的数量来配备检测保护线路的套数，每增加一个灯管就必须增加一套检测保护线路，因此，随着灯管数量的增加，成本会相对较高。

[0008] 按照灯管的启动方式，电子镇流器又有灯管点燃启动之前不对灯丝进行预热的瞬时启动；在向灯管施加高电压使点燃启动之前灯丝被适当预热的快速启动；以及在灯管点燃启动之前对灯丝进行充分预热的预热启动等类型。镇流器采用的启动方式既与所适用的灯管有关，又受制于镇流器的两个相关指标，即电路的复杂程度（因而决定了成本）和灯管的开关寿命（允许接通/断开的次数）。电路较为简单的瞬时启动是以缩短灯管的开关寿命为代价的；有些灯管只允许采用预热型镇流器，此种镇流器因电路复杂而提高了制造成本，适于对开关寿命有苛刻要求的场合使用。从灯管性能标准中可知，对于那些既可以快速启动方式工作，又允许瞬时启动的灯管，在瞬时启动方式工作时，启动时灯管所要求的点燃电压比快速启动要高得多，如T8/32W型管形荧光灯，在环境温度10℃时快速启动的启动电压是290 Vpeak，而在瞬时启动时所需的启动电压要高于465Vrms，且最长的启动时间不得超过100ms。灯管的启动电压还随环境温度的降低而升高。高的启动电压意味着在灯管断开或灯脚接触不良时会产生能量更大的电弧。

[0009] 瞬时启动方式运行的电子镇流器，因取消了灯丝加热功率，逆变器的效率比快速启动电子镇流器要提高不少。但是，大部分串联谐振瞬时启动型电子镇流器采用隔离变压器输出，这种瞬时启动电路在灯管被取下或某一灯脚接触不良时，谐振槽路呈空载状态，会使谐振电流陡增，谐振电容上的谐振电压的上升，将引起灯脚处更大电弧，增大的谐振电流还将引发逆变器中的开关元件被烧毁严重后果。所以，这种电路结构必须配置相应的保护线路，以防止在镇流器空载或灯脚接触不良时损坏开关元件和抑制产生过量电弧。

发明内容

[0010] 本发明所要解决的技术问题是要提供一种无需专门的保护电路，在灯管启动前、后具有两条不同的谐振槽路和采用反馈脉冲变压器方式的开关管基极激励的串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器。

[0011] 为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，包括半桥逆变器启动电路，半桥逆变器二个开关管Q1、Q2串联的节点连接一反馈脉冲变压器T，反馈脉冲变压器T的初级绕组L0串接一电感L3，构成串联谐振电感；电感L3与灯管和串联谐振电容C4连接；反馈脉冲变压器次级设有二个绕组L4、L5分别串接在开关管Q1、Q2的基极回路。

[0012] 所述串联谐振电容C4分别与槽路电容C7、C6连接，槽路电容C7、C6分别并联有泄放二极管D7、D6。

[0013] 所述灯管一头串接一电容C3与电感L3连接，另一头串接一电容C5接地。

[0014] 所述开关管Q1、Q2的基极回路串接的反馈脉冲变压器次级绕组L4、L5还分别串接有第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1、第二电容C2。

[0015] 所述开关管Q1、Q2的集电极和发射极之间分别并接有续流二极管D4、D5。

[0016] 所述开关管Q1、Q2正常工作时，串接在基极回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的谐振频率远低于开关管Q1、Q2空载时的谐振频率。

[0017] 所述串联谐振槽路的电容，在灯管点燃前为C4串接二个并联的电容C6、C7；灯管点燃后为前述电容再与灯管两头串接的电容C3、C5并联构成。

[0018] 开关管Q1、Q2激励采用结构简单、造价较低的反馈脉冲变压器方式，并利用脉冲变压器磁环的磁饱和特性，适当的选择反馈脉冲变压器T的初级绕组L0与两个分别接在开关管Q1和Q2基极回路中的次级绕组L4和L5的圈数比，可以使灯管在点燃前、后两种条件下，反馈脉冲变压器T的初级绕组L0两端的电压变化率大大小于谐振电感L3两端的电压变化率，从而限制灯管点燃前谐振电流的增幅，减轻了灯管点燃前或在灯管断开，灯管不激活或灯管管脚接触不良等异常情况时开关管Q1和Q2的负荷。

[0019] 在开关管Q1和Q2基极回路中的第一电感L1和第一电容C1，第二电感L2和第二电容器C2，使基极回路的谐振频率设置在远低于开关管Q1、Q2空载时的谐振频率，因而在灯管点燃前或镇流器空载时呈现一定的失谐阻抗，以降低输入开关管Q1、Q2基极的激励电压幅度，进一步确保开关管Q1、Q2始终工作在安全工作区域。

[0020] 当镇流器连接灯管的两根输出线短路时，主谐振槽路的等效谐振电容由谐振电容C4，槽路电容C6，C7，灯管电路的电容C3，C5等串、并联组成，此时谐振槽路的谐振频率将远低于正常工作时晶体管的开关频率，所呈现较大的失谐阻抗使镇流器仅产生很低的短路功耗，可以确保在输出短路时不会招致镇流器被损毁。

[0021] 当灯管的两个管脚之一与灯座之间接触不良时，由谐振电容C4和槽路电容C6，C7组成的等效谐振电容上不管有多高的灯管启动电压，经灯管电路电容C3，C5和灯管分布电容的降压，在一个灯脚与灯座之间仅能分得一个较低的电压而不足以引起电弧；再则，开关管的基极在此时处于激励不足状态，限制了开关管的输出电流，因而也不致在镇流器输出端上产生足够能量的电弧。

[0022] 选择谐振电感L3和谐振电容C4，槽路电容C6，C7的参数，可以使灯管点燃前灯管Lamp两端分别经灯电路电容C3和C5获得的电压确保诸如T8/32W灯管即使在零下18℃条件下仍能顺利启动点燃。这种瞬时启动镇流器也可以适用于其他有更高起动电压要求的瞬时启动型气体放电灯灯管。

[0023] 本发明的优越功效在于：

[0024] 1）克服了目前普遍采用的在输出端产生电弧时使逆变器停振、或提高谐振频率、降低输出端电压方法的缺点，无须设置专门的保护电路，却能兼顾获取适当的镇流器开路电压使灯管在所要求的条件下可靠点燃和维持正常工作的状态，确保镇流器在出现负载灯管开路、短路、灯脚接触不良等异常状态时，都不会产生过量电弧以及造成开关管元件的损坏，并将镇流器输出端的电弧能量限制在安全范围以内；

[0025] 2）结构简单，效率高，成本较低。

附图说明

[0026] 图1为本发明的电路原理图；

[0027] 图中标号说明

[0028] 1—半桥逆变器启动电路； 2—开关管基极驱动电路；

[0029] 3—半桥逆变器开关管电路； 4—串联谐振电感；

[0030] 5—灯管电路； 6—灯管启动时的谐振电容；

[0031] +Vcc—直流供电电压； T—反馈脉冲变压器；

[0032] L0—反馈脉冲变压器的初级绕组； L4、L5—反馈脉冲变压器的次级绕组；

[0033] C4—谐振电容； L3—谐振电感；

[0034] Q1、Q2—开关管； C6、C7—槽路电容；

[0035] D6、D7—泄放二极管； D4、D5续流二极管；

[0036] Lamp—气体放电灯管。

具体实施方式

[0037] 本发明提供了一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，包括半桥逆变器启动电路，半桥逆变器二个开关管Q1、Q2串联的节点连接一反馈脉冲变压器T，反馈脉冲变压器T的初级绕组L0串接一电感L3，构成串联谐振电感；电感L3与灯管和串联谐振电容C4连接；反馈脉冲变压器次级设有二个绕组L4、L5分别串接在开关管Q1、Q2的基极回路。

[0038] 所述串联谐振电容C4分别与槽路电容C7、C6连接，槽路电容C7、C6分别并联有泄放二极管D7、D6。

[0039] 所述灯管一头串接一电容C3与电感L3连接，另一头串接一电容C5接地。

[0040] 所述开关管Q1、Q2的基极回路串接的反馈脉冲变压器次级绕组L4、L5还分别串接有第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1、第二电容C2。

[0041] 所述开关管Q1、Q2的集电极和发射极之间分别并接有续流二极管D4、D5。

[0042] 所述开关管Q1、Q2正常工作时，串接在基极回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的谐振频率远低于开关管Q1、Q2空载时的谐振频率。

[0043] 所述串联谐振槽路的电容，在灯管点燃前为C4串接二个并联的电容C6、C7；灯管点燃后为前述电容再与灯管两头串接的电容C3、C5并联构成。

[0044] 请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。

[0045] 如图1所述，本发明提供了一种串联谐振瞬时启动型防电弧电子镇流器，直流电压+Vcc通过常规电子镇流器的交流-直流变换电路及相关的电磁兼容滤波、功率因校正等电路之后获得。半桥逆变器启动电路1也是常规的半桥逆变器启动电路。本发明由开关管基极驱动电路2，半桥开关管电路3，串联谐振电感4，灯管电路5，以及灯管启动时的谐振电容6等电路组成。

[0046] 传统的半桥逆变器启动电路1在镇流器接通电源时为半桥逆变器提供开关管初始启动电压。

[0047] 由基极附加的第一电容C1、第二电容C2，基极附加的第一电感L1、第二电感L2以及反馈脉冲变压器T的次级绕组L4，L5组成开关管基极驱动电路2。

[0048] 反馈脉冲变压器T的次级绕组L4与反馈脉冲变压器T的初级绕组L0的2脚的异名端4脚与半桥逆变器的中点M相接，同名端3脚经第一电容C1和第一电感L1串联连接后接开关管Q1的基极。反馈脉冲变压器T的另一次级绕组L5的与反馈脉冲变压器T的初级绕组L5的2脚的同名端1脚接地Gnd，异名端6脚经第二电容C2和第二电感L2串联连接后接开关管Q2的基极。

[0049] 在所述开关管Q1和Q2基极回路中，所述第一电感L1、第二电感L2和第一电容C1、第二电容C2参数值的选取，使开关管基极回路在镇流器空载时，其谐振频率设置在远低于镇流器的空载频率，限制向所述开关管Q1和Q2基极的激励电压幅度，限制了开关管的输出电流，确保所述开关管Q1和Q2仍能处于安全工作区域。

[0050] 利用反馈脉冲变压器T磁环的饱和特性，适当的选择所述反馈脉冲变压器T的初级绕组L0与两个分别接在开关管Q1和Q2基极回路中的次级绕组L4、L5的圈数比，使灯管点燃前、后两种条件下初级绕组L0两端的电压变化率远小于谐振电感L3两端的电压变化率，进而限制灯管点燃前谐振电流的增幅，减轻灯管点燃前或发生灯管断开，灯管不激活或灯管管脚接触不良等异常情况时开关管Q1和Q2的负荷。

[0051] 半桥逆变器开关管电路3由开关管Q1、Q2，和与它们分别并联连接的续流二极管D4、D5组成。

[0052] 开关管Q1的集电极和续流二极管D4的阴极接直流电源+Vcc，开关管Q1的发射极接到半桥逆变器的中点M，同时与半桥逆变器的中点M相接的还有续流二极管D4的阳极，关管Q2的集电极和续流二极管D5的阴极。开关管Q2的发射极和续流二极管D5的阳极一起接到公共地Gnd。

[0053] 谐振电感4由反馈脉冲变压器T1的主绕组T1-1和谐振电感L3组成。

[0054] 反馈脉冲变压器T1的主绕组T1-1的同名端2脚接半桥逆变器的中点M，其异名端5脚与谐振电感L3串联连接。

[0055] 灯管启动时的谐振电容6由谐振电容C4、槽路电容C6、C7以及泄放二极管D6、D7组成。

[0056] 谐振电容C4的一端连接到谐振电感L3的输出端，另一端通过槽路电容C6回到半桥逆变器的直流电压+Vcc；而通过槽路电容C7接到镇流器的公共接地点Gnd。槽路电容C6和C7分别为轮流导通的开关管Q2和Q1提供通路。为了对高电源电压供电的情况下吸收电容C6和C7上的过大的能量，减小开关管Q1和Q2的功率损耗，在电容C6和C7上，还分别并联连接泄放二极管D6和D7。二极管D6的阴极接直流电压+Vcc，二极管D7的阳极接公共地Gnd。

[0057] 谐振电容C4与并联的槽路电容C6、C7相串联，构成灯管点燃前谐振槽路的等效电容，使谐振槽路工作在高于灯管正常工作时的频率，并在其上形成灯管点燃所必须的高电压。

[0058] 灯管电路5由灯管Lamp和串联连接在它两端的电容C3、C5组成。

[0059] 谐振电感L3的输出端除了与谐振电容C4的一端相接外，还与灯电路电容C3的一端相接，灯电容C3的另一端即镇流器的输出端A，镇流器的另一输出端B经灯电容C5接到公共地Gnd，在镇流器的两个输出端A和B之间，外接镇流器的负载灯管Lamp。在灯管点燃前，或镇流器负载开路时，灯管电路5对谐振槽路的等效谐振电容没有影响，镇流器工作在高于正常工作的频率上，灯管电路3从灯管启动时的谐振槽路电容6或电容7上获得灯管Lamp启动所需的高起动电压；一旦灯管点燃，串联连接的电容C3，灯管点燃后的等效电阻RL，和电容C5与灯管启动时的谐振电容6或电容7并联，增大了总的谐振电容，使谐振频率降低，镇流器工作在正常的频率上。在镇流器的两个输出端A和B发生短路的异常情况下，由于灯电路上电容C3和C5直接与灯管启动时的谐振电容6并联，此时的谐振频率远低于镇流器正常时开关管的开关频率，所呈现较大的失谐阻抗使镇流器仅产生很低的短路功耗，以确保在输出短路时不会招致镇流器被损毁。当灯管的两个管脚之一与灯座即镇流器的输出端之间接触不良时，由谐振电容C4以及槽路电容C6和C7组成的谐振电容上不管有多高的灯管启动电压，经电容C3、C5和灯管的分布电容的降压，在一个灯脚与灯座之间仅能分得一个较低的电压而不足以引起电弧。再则，开关管的基极在此时处于欠激励状态，限制了开关管的输出电流，因而也不致于在镇流器输出端上产生足够能量的电弧。

[0060] 本发明具有无论在镇流器开路、短路，灯管不激活或灯脚接触不良等异常条件下，都不会造成开关管元件的损坏；也不会在镇流器输出端因灯脚接触不良而产生足够能量的电弧；可以使各种有高启动电压要求的瞬时启动灯管都能可靠、正常启动；以及电路简单，效率高、成本低等显著优点。

[0061] 经测试，灯脚对地触电电流也小于安全标准的限值。