專利名稱：一種無極燈數字電子鎮流器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種照明光源電源的數字控制方法，尤其涉及一種無極燈數字電子鎮流器及控制方法。
背景技術：
無極燈的應用相當廣泛，其優點是壽命長、節能、環保、無頻閃、顯色性好、色溫可選、可見光比例高、不需預熱、電氣性能優良、安裝適應性強等。目前已經在工廠、超市、公共照明和道路照明等工程領域得到廣泛的應用。國內許昌職業技術學院楊一平等介紹了一種高頻無極燈高頻電源(照明工程學報，2010,21(1) :82-86 “高頻無極燈高頻電源的研究”)，通過對無極燈高頻發生器與耦合器的工作原理進行研究。給出了電源部分、功能因素控制功能、逆變電路和保護電路的設計。 但是，沒有研究可靠性和無極燈啟動等關鍵技術問題。合肥工業大學張興等介紹了一種用于獨立光伏照明系統的高頻無極燈照明設計方法，(太陽能學報，2010，3(K2) :211-216 “高頻無極燈獨立光伏照明系統設計”)，分別對基于獨立光伏系統的無極燈照明電路，實現太陽能控制器與無極燈鎮流器的一體化，但是， 沒有深入研究無極燈的啟動問題和各種情況下的保護問題。國外主要有松下電器、飛利浦、GE、0SRAM等四家公司開發無極燈產品。第一支推向市場的是1990年日本松下的Everlight無極熒光燈，該燈高頻發生器與燈管成一體配置， 耦合線圈繞于燈管外側，屬外激發式，工作頻率13. 56MHz。飛利浦開發的QL系列無極燈，該燈為內激發式，感應線圈置于燈管內中心空槽中，燈工作頻率2. 65MHz。1994年美國GE公司生產的緊湊型反射式無極燈投入市場。OSRAM不甘落后，在1997年成功開發出外耦合式大功率無極燈，燈工作頻率250KHz。但是由于技術和市場的原因，在無極燈的啟動方式、控制方法和保護方面沒有深入的介紹。
發明內容
本發明的目的就是為了克服現有技術沒有深入研究無極燈的啟動方式、控制方法和保護方法等關鍵技術的不足而提供一種以嵌入式單片機為核心的、具有自適應尋優啟動功能和多種保護功能的無極燈數字電子鎮流器及控制方法。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種無極燈數字電子鎮流器包括電源電路、PFC功率因數控制電路、半橋驅動電路、負載匹配電路、嵌入式微處理控制器電路、 保護電路、串行通信接口以及軟件單元。優選的，所述嵌入式微處理控制器電路采用STC12C5616AD芯片，所述半橋驅動電路采用IR2184芯片。優選的，所述電源電路包括差模噪聲濾波器、共模噪聲濾波器、整流橋和濾波電容；所述PFC功率因數控制電路包括FAN7530控制芯片、儲能電感和開關管；所述串行通信接口可與上位機或網絡連接；
優選的，所述無極燈數字電子鎮流器還包括負載檢測電路和信號調理電路，所述信號調理電路采用LM3M芯片；所述負載檢測電路由取樣電路、濾波電路、放大電路、模/數轉換器組成。本發明的控制方法是以所述嵌入式微處理控制器電路采用的STC12C5616AD芯片為處理核心，采用主動式的變頻啟動和自適應檢測無極燈負載的工作狀態的分析方法，處理無極燈啟動與控制問題，實現在工作頻率處的恒功率控制并實現母線保護、壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護。優選的，所述主動式的變頻啟動是在無極燈啟動時由所述STC12C5616AD芯片發出高于諧振頻率的矩形波信號，并逐步降低信號的頻率，使得無極燈耦合器兩端的電壓逐步上升，當達到啟動電壓時，點亮無極燈；所述自適應檢測無極燈負載的工作狀態的分析方法是所述STC12C5616AD芯片在檢測燈管導通信號后，穩定輸出頻率為工作頻率，實現在無極燈諧振頻率處的恒功率控制。由于溫度和燈參數發散等原因在上述啟動電壓對應的頻率點，燈沒有點亮，則所述STC12C5616AD芯片輸出的頻率繼續下降到某一頻率點，點亮燈，以此類推，直到頻率為所述半橋驅動電路的諧振頻率，從而提高了該電路點火的自適應能力。優選的，經所述電源電路的差模噪聲濾波器、共模噪聲濾波器、整流橋和濾波電容整流濾波后的電壓信號經分壓，送所述信號調理電路中的LM324芯片處理后，送所述 STC12C5616AD芯片實現欠壓保護，無極燈負載的電壓、電流經所述取樣電路和信號調理電路后送所述STC12C5616AD芯片實現壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護。優選的，所述嵌入式微處理控制器電路對所述半橋驅動電路進行變頻啟動和正常工作控制；所述STC12C5616AD芯片為系統核心控制系統其他部分協調工作。優選的，所述負載檢測電路對檢測信號進行濾波和模/數轉換、設定不同的電壓參數，將模擬量轉換為數字量，提供給所述STC12C5616AD芯片進行正常工作監控和保護處理。優選的，基于不同初始頻率設定的無極燈啟動方式，根據不同的負載再設定初始啟動頻率與時間間隔范圍，初始啟動頻率范圍為260KHz 300KHz，時間間隔范圍為Ims 25ms。與現有技術相比，本發明的有益效果如下1、能根據負載和電路參數發散以及環境穩定變化自適應啟動無極燈，改變固定LC 諧振頻率啟動時對不同負載參數變化的適應性難的問題。2、本質上避免了由于啟動不成功造成的電子鎮流器損害或啟動電壓過高對負載 (耦合器和燈管)造成的損害。3、實現母線保護、壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護，提高了無極燈數字電子鎮流器的穩定性。
圖1為本發明系統的硬件框圖；圖2為本發明中半橋逆變與LC諧振電路部分的原理圖；圖3為無極燈變頻啟動時，耦合器輸出電壓與驅動信號頻率之間變化趨勢的關系示意具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖1所示，交流電源經過EMI濾波(差模噪聲濾波、共模噪聲濾波)、整流和電容濾波后轉換為400V的直流電，再經過半橋逆變電路變換成高頻電能，產生一個工作頻率為 250KHz的高頻矩形波電壓，并同時經LC電路產生一個3000V左右的點火電壓，經過饋線傳送至功率耦合器。當高頻電流通過功率耦合器時，產生一個高頻電磁場。在高頻磁場的作用下，燈泡內部產生一個垂直于磁場變化的電場，使放電空間的電子加速，當能量達到一定值時，與玻殼內的氣體分子發生碰撞，泡殼內部的惰性氣體發生電離并進而產生雪崩效應， 氣體雪崩電離形成等離子體，燈泡內等離子體受激原子返回基態時，自發輻射出紫外線并激發燈泡壁上的三基色熒光粉而發出可見光。在圖2所示的L2CsCp諧振電路中，燈的工作電壓Vlamp、逆變器呈感性和容性的邊界頻率fr分別為
權利要求
1.一種無極燈數字電子鎮流器，其特征在于所述無極燈數字電子鎮流器包括電源電路、PFC功率因數控制電路、半橋驅動電路、負載匹配電路、嵌入式微處理控制器電路、保護電路、串行通信接口以及軟件單元。
2.如權利要求1所述的一種無極燈數字電子鎮流器，其特征在于所述嵌入式微處理控制器電路采用STC12C5616AD芯片，所述半橋驅動電路采用IR2184芯片。
3.如權利要求2所述的一種無極燈數字電子鎮流器，其特征在于所述電源電路包括差模噪聲濾波器、共模噪聲濾波器、整流橋和濾波電容；所述PFC功率因數控制電路包括 FAN7530控制芯片、儲能電感和開關管；所述串行通信接口與上位機或網絡連接。
4.如權利要求1或2或3所述的一種無極燈數字電子鎮流器，其特征在于所述無極燈數字電子鎮流器還包括負載檢測電路和信號調理電路，所述信號調理電路采用LM324芯片；所述負載檢測電路由取樣電路、濾波電路、放大電路、模/數轉換器組成。
5.如權利要求1至4所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于以所述嵌入式微處理控制器電路采用的STC12C5616AD芯片為處理核心，采用主動式的變頻啟動和自適應檢測無極燈負載的工作狀態的分析方法，處理無極燈啟動與控制問題，實現在工作頻率處的恒功率控制并實現母線保護、壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護。
6.如權利要求5所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于所述主動式的變頻啟動是在無極燈啟動時由所述STC12C5616AD芯片發出高于諧振頻率的矩形波信號，并逐步降低信號的頻率，使得無極燈耦合器兩端的電壓逐步上升，當達到啟動電壓時，點亮無極燈；所述自適應檢測無極燈負載工作狀態的分析方法是所述STC12C5616AD芯片在檢測燈管導通信號后，穩定輸出頻率為諧振頻率，實現在無極燈工作頻率處的恒功率控制。
7.如權利要求5或6所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于 經所述電源電路的差模噪聲濾波器、共模噪聲濾波器、整流橋和濾波電容整流濾波后的電壓信號經分壓，送所述信號調理電路中的LM324芯片處理后，送所述STC12C5616AD芯片實現欠壓保護，無極燈負載的電壓、電流經所述取樣電路和信號調理電路后送所述 STC12C5616AD芯片實現壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護。
8.根據權利7所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于所述嵌入式微處理控制器電路對所述半橋驅動電路進行變頻啟動和正常工作控制；所述 STC12C5616AD芯片為系統核心控制系統其他部分協調工作。
9.根據權利7所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于所述負載檢測電路對檢測信號進行濾波和模/數轉換、設定不同的電壓參數，將模擬量轉換為數字量，提供給所述STC12C5616AD芯片進行正常工作監控和保護處理。
10.根據權利7所述的一種無極燈數字電子鎮流器的控制方法，其特征在于基于不同初始頻率設定的無極燈啟動方式，根據不同的負載再設定初始啟動頻率與時間間隔范圍， 初始啟動頻率范圍為260KHz 300KHz，時間間隔范圍為Ims 25ms。
全文摘要
本發明涉及一種無極燈數字電子鎮流器及控制方法，所述無極燈數字電子鎮流器包括電源電路、PFC功率因數控制電路、半橋驅動電路、負載匹配電路、嵌入式微處理控制器電路、保護電路、串行通信接口以及軟件單元；其控制方法以所述嵌入式微處理控制器電路采用的STC12C5616AD芯片為處理核心，采用主動式的變頻啟動和自適應檢測無極燈負載的工作狀態的分析方法，處理無極燈啟動與控制問題，實現在工作頻率處的恒功率控制并實現母線保護、壞燈在線檢測保護、無負載保護和短路保護。與現有技術相比，本發明具有自適應尋優啟動功能和多種保護功能，避免了由于啟動不成功的電子鎮流器損害或啟動電壓過高對負載(耦合器和燈管)的損害。
文檔編號H05B41/36GK102291907SQ201110131318
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月19日 優先權日2011年5月19日
發明者徐曉斌, 王建平, 王有鎖, 王連明, 鄧凡李, 錢自拓, 魏常勇 申請人:安徽卓越電氣有限公司