一種高壓白鈉燈的量測調控裝置的制作方法

本實用新型涉及電能量測領域，具體涉及一種高壓白鈉燈的量測調控裝置。

背景技術：

高壓白鈉燈是高壓鈉燈的替代型產品，是集高壓鈉燈的高光效和陶瓷金鹵燈的高顯色性為一體的第四代照明光源，具有極高的光效和緊湊的外觀，高壓白鈉燈采用鹵化鈉取代高壓鈉燈中的鈉汞齊，從而提高了顯色性，高壓白鈉燈性能特征是：顯色性好(顯色指數80以上，高壓鈉燈約25)，光效高(130Lm/w，高壓鈉燈-120，LED-75)，發出舒適動感的暖白光，色溫接近2860K，比LED偏冷的純白光有更好透霧性，照射面積大、均勻，更適合道路照明，壽命長達3萬小時，比高壓鈉燈和金鹵燈長兩倍，產品環保節能(不含鉛、汞等污染元素，40W白鈉燈取代250W高壓鈉燈)，節電45％以上，同時照明改造時方便投資小，直接更換高壓鈉燈燈泡和鎮流器，無需更換原來的燈具和燈桿。

如圖1所示，圖1是高壓白鈉燈的啟動特性，包括中導通階段、點火階段、穩弧階段、賦能階段、變功率階段、穩態階段所需要的驅動條件及對應的等效電學參數、持續時間等。

從照明系統的性能角度出發，評估電子鎮流器質量優劣的最重要指標就是“燈—鎮流器”接口性能，然而，現有技術中，高壓白鈉燈沒有匹配的鎮流器，只能與現有高壓鈉燈鎮流器匹配使用，作為驅動電源，不能很好發揮高壓白鈉燈性能，同時，也缺少監控高壓白鈉燈的手段，不適應現在智能城市的環境。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題在于，針對現有技術的上述缺陷，提供一種高壓白鈉燈的量測調控裝置，解決高壓白鈉燈沒有匹配的鎮流器的問題，以及缺少監控高壓白鈉燈的手段的問題。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：提供一種高壓白鈉燈的量測調控裝置，用于量測及調控高壓白鈉燈的工作狀態，該量測調控裝置包括：

電子鎮流器，該電子鎮流器的一端與電源連接，其另一端與高壓白鈉燈連接，該電子鎮流器驅動高壓白鈉燈工作；

量測單元，該量測單元量測輸入到電子鎮流器或高壓白鈉燈的電參數信息；

控制單元，該控制單元分別與電子鎮流器和高壓白鈉燈連接，該控制單元量測高壓白鈉燈的電壓信息和電流信息，且根據電壓信息和電流信息并通過電子鎮流器調控輸入到高壓白鈉燈的電壓和電流；或者該控制單元根據外部的控制信號并通過電子鎮流器調控輸入到高壓白鈉燈的電壓和電流；

數據傳輸單元，該數據傳輸單元分別與量測單元和控制單元連接，該數據傳輸單元將電參數信息傳輸到外部的集中器中，且外部的集中器將相關的控制信號通過數據傳輸單元傳輸到控制單元中。

其中，較佳方案是：該量測單元包括設置在電源和電子鎮流器之間的電流互感器，該量測單元通過電流互感器量測輸入到電子鎮流器的電流。

其中，較佳方案是：該量測單元包括設置在電源和電子鎮流器之間的電壓互感器，該量測單元通過電壓互感器量測輸入到電子鎮流器的電壓。

其中，較佳方案是：該電參數信息包括電壓、電流、功率、電能、功率因素、諧波。

其中，較佳方案是：該數據傳輸單元為無線通信模塊或PLC通信模塊。

其中，較佳方案是：該相近的高壓白鈉燈的無線通信模塊相互通信連接，該無線通信模塊通過相互傳輸的方式，將電參數信息間接地傳輸到外部的集中器中；或者將外部的控制信號從集中器間接的傳輸到對應的無線通信模塊中。

其中，較佳方案是：該電子鎮流器至少包括依次連接的整流電路、PFC電路、低頻換向模塊和啟動電路，該整流電路與電源連接，該啟動電路與高壓白鈉燈連接；其中，

該整流電路將電源的交流電轉換為直流電并輸出；

該PFC電路校正功率因數；

該低頻換向模塊低頻換向；

該啟動電路提供高壓白鈉燈啟動時的尖峰脈沖電，以及啟動完成后停止工作。

其中，較佳方案是：該低頻換向模塊包括BULK電路和全橋逆變器電路，該BULK電路分別與PFC電路和全橋逆變器電路連接，該全橋逆變器電路與啟動電路連接；其中，

該BULK電路將PFC電路輸出的高壓直流轉換為低壓直流，并實現限流；

該全橋逆變器電路產生驅動電流流過所述至少一個氣體放電燈的高頻方波驅動電壓，并實現低頻換向。

其中，較佳方案是：該低頻換向模塊為全橋兩極電路，該全橋兩極電路包括橋式設計的四個MOS管，以及分別與四個MOS管并聯的穩壓限流電路；該全橋兩極電路低頻換向，以及在高壓白鈉燈啟動時輸出穩定電壓，并在啟動完成后實現限流。

其中，較佳方案是：該低頻換向模塊為半橋兩極電路，該半橋兩極電路包括橋式設計的兩個二極管和兩個MOS管，以及分別與兩個二極管和兩個MOS管并聯的穩壓限流電路；該半橋兩極電路低頻換向，以及在高壓白鈉燈啟動完成后實現限流。

本實用新型的有益效果在于，與現有技術相比，本實用新型通過設計一種高壓白鈉燈的量測調控裝置，在優化高壓白鈉燈的電子鎮流器的基礎上，增加量測調控裝置，量測高壓白鈉燈的實時電能參數，并將參數傳輸到外部的服務器中，實現實時監控；通過控制單元對高壓白鈉燈的電流電壓檢測及控制，提高高壓白鈉燈的可靠性和安全性；還具有數據采集與電能計量、燈具調光及控制、狀態監測、數據傳輸、參數設置等功能，順應智慧照明發展趨勢。

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中：

圖1是現有技術高壓白鈉燈啟動特性的結構示意圖；

圖2是本實用新型量測調控裝置的結構框圖；

圖3是本實用新型電流互感器和電壓互感器的結構框圖；

圖4是本實用新型基于BULK電路和全橋逆變器電路的量測調控裝置的結構框圖；

圖5是圖4的電子鎮流器的等效電路圖；

圖6是基于全橋兩極電路的量測調控裝置的結構框圖；

圖7是圖6的電子鎮流器的等效電路圖；

圖8是基于半橋兩極電路的量測調控裝置的結構框圖；

圖9是圖8的電子鎮流器的等效電路圖；

圖10是本實用新型量測控制芯片的電路示意圖；

圖11是本實用新型控制單元的控制流程圖。

具體實施方式

現結合附圖，對本實用新型的較佳實施例作詳細說明。

如圖2、圖3所示，本實用新型提供一種高壓白鈉燈的量測調控裝置的優選實施例。

一種高壓白鈉燈30的量測調控裝置，包括高壓白鈉燈30、電子鎮流器20、電源10、量測單元41、控制單元42、數據傳輸單元50和集中器60，該電子鎮流器20分別與電源10和高壓白鈉燈30連接，該數據傳輸單元50分別與量測單元41和控制單元42連接，該數據傳輸單元50分別與控制單元42和量測單元41連接，該數據傳輸單元50與集中器60連接。

具體描述如下：

在電子鎮流器20中，該電子鎮流器20的一端與電源10連接，其另一端與高壓白鈉燈30連接，該電子鎮流器20用于驅動高壓白鈉燈30工作。

其中，電源10為220V的交流電電源10。

在量測單元41中，該量測單元41用于量測輸入到電子鎮流器20或高壓白鈉燈30的電參數信息。具體地，量測單元41通過可編程量測控制芯片對輸入交流電的電壓、電流、相位、PF值、諧波進行精確的計量。

進一步地，并參考圖3，該量測單元41包括設置在電源10和電子鎮流器20之間的電流互感器411，該量測單元41通過電流互感器411量測輸入到電子鎮流器20的電流。具體地，電流互感器411原理是依據變壓器原理制成的；電流互感器411是由閉合的鐵芯和繞組組成；它的一次側繞組匝數很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經常有線路的全部電流流過，二次側繞組匝數比較多，串接在測量儀表和保護回路中，電流互感器411在工作時，它的二次側回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護回路串聯線圈的阻抗很小，電流互感器411的工作狀態接近短路；電流互感器411是把一次側大電流轉換成二次側小電流來測量，二次側不可開路。

進一步地，并參考圖3，該量測單元41包括設置在電源10和電子鎮流器20之間的電壓互感器412，該量測單元41通過電壓互感器412量測輸入到電子鎮流器20的電壓。具體地，電壓互感器412是一個帶鐵芯的變壓器；它主要由一、二次線圈、鐵芯和絕緣組成；當在一次繞組上施加一個電壓U1時，在鐵芯中就產生一個磁通φ，根據電磁感應定律，則在二次繞組中就產生一個二次電壓U2，改變一次或二次繞組的匝數，可以產生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器412；電壓互感器412將高電壓按比例轉換成低電壓，即100V，電壓互感器412一次側接在一次系統，二次側接測量儀表、繼電保護等；主要是電磁式的(電容式電壓互感器412應用廣泛)，另有非電磁式的，如電子式、光電式。

在控制單元42中，該控制單元42分別與電子鎮流器20和高壓白鈉燈30連接，該控制單元42用于量測高壓白鈉燈30的電壓信息和電流信息，且根據電壓信息和電流信息并通過電子鎮流器20調控輸入到高壓白鈉燈30的電壓和電流；或者該控制單元42根據外部的控制信號并通過電子鎮流器20調控輸入到高壓白鈉燈30的電壓和電流。

進一步地，集中器60聚合一定數量的輸入線和一定數量的輸出線，或者為許多設備提供一條中心通信鏈路，集中器60有許多類型。在大型計算機環境下，集中器60能合并來自許多終端的線路并在分層方案中提供到另一個集中器60的連接，或者直接連到主機的前端處理機；使用多路復用方法或爭用方法可在一條高速線路上傳輸來自多條慢速終端線路的數據；在多路復用方法中，一個終端在多路復用流中得到一個固定的時隙；在爭用方法中，每個低速線路在短期內能獲得高速線路的全部入口。

在數據傳輸單元50中，該數據傳輸單元50分別與量測單元41和控制單元42連接，該數據傳輸單元50用于將電參數信息傳輸到外部的集中器60中，且外部的集中器60將相關的控制信號通過數據傳輸單元50傳輸到控制單元42中。

進一步地，數據傳輸單元50為無線通信模塊或PLC通信模塊。

其中，相近的高壓白鈉燈30的無線通信模塊相互通信連接，該無線通信模塊通過相互傳輸的方式，將電參數信息間接地傳輸到外部的集中器60中；或者將外部的控制信號從集中器60間接的傳輸到對應的無線通信模塊中。

即無線通信模塊可作為對應高壓白鈉燈30的無線傳輸模塊進行數據傳輸，也可以作為其他的高壓白鈉燈30的無線通信模塊的傳輸橋梁，將數據間接傳輸到集中器60。

其中，PLC通信模塊直接與電源線連接，通過電源線將數據信號傳輸到外部的集中器60中。

如圖4、圖5、圖6、圖7、圖8和圖9所示，本實用新型提供高壓白鈉燈的量測調控裝置的較佳實施例。

該電子鎮流器20至少包括依次連接的整流電路21、PFC電路22、低頻換向模塊和啟動電路23，該整流電路21與電源10連接，該啟動電路23與高壓白鈉燈30連接。

其中，該整流電路21用于將電源10的交流電轉換為直流電并輸出，具體地，整流電路21包括交流輸入端子和直流輸出端子,交流輸入端子與電源10連接,當所電源10與交流輸入端子通電時，整流電路21在其直流輸出端子上產生整流輸出電壓。

其中，該PFC電路22用于校正功率因數；具體地，PFC的英文全稱為“Power Factor Correction”，意思是“功率因數校正”，功率因數指的是有效功率與總耗電量(視在功率)之間的關系，也就是有效功率除以總耗電量(視在功率)的比值；基本上功率因數可以衡量電力被有效利用的程度，當功率因數值越大，代表其電力利用率越高。

其中，該低頻換向模塊用于低頻換向。

其中，該啟動電路23用于提供高壓白鈉燈30啟動時的尖峰脈沖電，以及啟動完成后停止工作；具體的，啟動時其電壓高達3.3kV，當啟動完成后，高壓白納燈進入穩弧階段，燈電壓降低，啟動電路23不工作。

進一步地，還包括一輔助電源27，將高壓的電能轉換為對應功能模塊可用的低壓電能。

在本實施例中，為了驅動高壓白鈉燈30，電子鎮流器20必須具備的基本外部特性是：A、在燈的點火階段，提供恒定的OCV電壓(放電管的電壓擊穿同鎮流器開路電壓)和適當高度和足夠寬度的點火尖峰電壓，點火時序和點火維持時間是可控的；B、在燈的Runup階段(高壓白鈉燈30的Runup過程就是放電管中汞齊和鹵鹽氣化，電極兩端電壓和燈功率逐步增大的過程)，提供恒定的Runup電流；C、在燈的正常工作階段，提供恒定的輸出功率或者恒定光色控制；D、在燈的EOL(放電管壽終)工作階段，能夠識別EOL狀態，并采取適合的保護動作。簡單的說，在高壓白鈉燈30不同的工作階段，電子鎮流器20分別具有恒壓、恒流、恒功率的外部特性，為了使鎮流器具備這些輸出特性，同時為了順應電力電子產品發展的基本趨勢(高能效、高功率密度、小型化)，鎮流器內部線路必須采取適合的拓撲結構及控制邏輯。

本實用新型的電子鎮流器20的主電路拓撲分三級結構和兩級結構兩類，而兩級拓撲又分全橋兩極(FBCF)和半橋兩極(HBCF)兩種。在電子鎮流器20中，基于安全原因，點火尖峰電壓發生線路的工作應該交由定時器來控制，并且通過調整與燈相串聯的升壓變壓器的匝比以及調整同該變壓器繞組相并聯的點火電容容值大小，就可以將點火尖峰的高度和寬度調整到適合的數值。當燈被點亮時，尖峰電壓發生線路的工作被中止；當超過一定時間后，如果燈仍然不能被點亮，則停止尖峰電壓發生線路的工作。為了降低高壓白鈉燈30的EOL風險，點火動作應該是間斷式的。

具體描述如下。

方案一、并參考圖4和圖5，該低頻換向模塊包括BULK電路241和全橋逆變器電路242，該BULK電路241分別與PFC電路22和全橋逆變器電路242連接，該全橋逆變器電路242與啟動電路23連接。

其中，該BULK電路241用于將PFC電路22輸出的高壓直流轉換為低壓直流，并實現限流；具體地，通過電感、控制MOS管、續流二極管、PWM控制器，實現PFC電路22高壓直流轉低壓直流的控制過程。

其中，該全橋逆變器電路242用于產生驅動電流流過所述至少一個氣體放電燈的高頻方波驅動電壓，并實現低頻換向。

三級結構的鎮流器是最友善的，并且在控制方法的實施難易程度上，利用三級結構的鎮流器來實現燈所要求的恒壓、恒流和恒功率(恒光色)是比較簡單的，其中BULK電路241的控制是核心。在三級線路中，整流電路21和PFC 電路22實現功率因數校正和恒定直流電壓輸出的兩大功能，BULK電路241實現穩壓(點火階段)和限流(Runup階段和正常工作階段)的兩大功能，而全橋逆變器電路242實現低頻換向的功能。首先，在燈的點火階段，控制BULK電路241輸出電壓的大小，可以給燈提供恒定的OCV電壓。在燈的Runup階段，控制工作于臨界模式的BULK電路241電感電流峰值的大小，可以給燈提供恒定的Runup電流。而在燈的正常工作階段，根據燈電壓的變化，控制BULK電路241輸入電流的平均值，可以實現恒功率控制或者恒光色控制。在燈的EOL階段，通過監控BULK電路241的輸出電壓的變化范圍，來識別燈的EOL狀態并實施EOL保護。

方案二、并參考圖6和圖7，該低頻換向模塊為全橋兩極電路25，該全橋兩極電路25包括橋式設計的四個MOS管，以及分別與四個MOS管并聯的穩壓限流電路；該全橋兩極電路25用于低頻換向，以及在高壓白鈉燈30啟動時輸出穩定電壓，并在啟動完成后實現限流。

在兩級的FBCF線路中，除了要實現低頻換向的功能外，還要輸出穩定的OCV電壓(點火階段)和限流(Runup階段和正常工作階段)等功能。FBCF的直流輸入電壓一直穩定在400V，在燈的點火階段，通過調整高頻橋臂開關的占空比，可以將燈電極兩端的OCV電壓調整到設定值；在Runup階段和正常工作階段，電感L2工作在臨界電流模式，通過調整高頻橋臂開關的Ton(每個開關周期內的通態時間)，可以控制L2電感電流的峰值，并進一步控制燈電流的大小。

方案三、并參考圖8和圖9，該低頻換向模塊為半橋兩極電路26，該半橋兩極電路26包括橋式設計的兩個二極管和兩個MOS管，以及分別與兩個二極管和兩個MOS管并聯的穩壓限流電路；該半橋兩極電路26用于低頻換向，以及在高壓白鈉燈30啟動完成后實現限流。

在兩級的HBCF線路中，除了實現低頻換向的功能外，還要實現限流(Runup階段和正常工作階段)功能。在Runup階段和正常工作階段，電感L2工作在臨界電流模式，通過調整高頻橋臂開關的Ton(通態時間)，可以控制L2電感電流的峰值，并進一步控制燈電流的大小。

如圖10所示，本實用新型提供量測控制芯片的較佳實施例。

量測單元41和控制單元42共用一芯片，即量測控制芯片4。

電流通道通過電流互感器411與量測控制芯片4的PIN7，PIN8相連進行電流測量，電壓通道通過電壓互感器412與量測控制芯片4的PIN4，PIN3相連進行電壓測量，通過量測控制芯片4內部的算法實現相位，PF值，諧波分析。

通過量測控制芯片4額外的ADC進行白納燈狀態的監控，主要包括高壓白納燈的電壓、電流參數。將高壓白納燈的電壓輸入到控制電路的ADC PIN2腳進行高壓白納燈工作電壓測量；并通過將變換電路開關管的取樣電阻上面的電流接入到控制電路的ADC PIN5腳進行高壓白納燈工作電流測量，實現高壓白納燈電流檢測，即檢測輸入到啟動電路23的電壓、電流參數。當發現高壓白納燈出現異常或電流出現過壓過流現象是，可以通過控制電路PIN58管腳對變換電路進行控制，調節輸出高壓白納燈的電壓和電流狀態以恢復正常，如BULK電路241、半橋兩極電路26、全橋兩極電路25。同時控制電路也可以通過PIN58管腳實現遠程控制，即通過寬帶載波或無線接收外部集中器60的數據，以實現高壓白納燈的開關與亮度調節作用。

如圖11所示，本實用新型提供控制單元的控制流程的較佳實施例。

控制單元42優選為量測控制芯片4；其中，控制鎮流器點火邏輯為：點火時間12s，12s未點亮則關閉輸出三分鐘，三分鐘后再次點火12s，若依然未點亮，則繼續關閉輸出三分鐘，以此循環6次，若6次依然未能成功點亮，則關閉輸出，不再點火，需重新上電復位。

同時，現需要增加點火次數，以求提高點亮成功率，減少高壓脈沖時間，以減少對輸出器件及燈具的損害，同時減少點燈具損耗。

量測控制芯片4與BULK電路241、半橋兩極電路26或全橋兩極電路25的分壓輸出結點連接，檢測此管壓(即量測控制芯片4的ADC PIN2腳)。

控制流程如下：

A、量測控制芯片4上電，計數器清零，并等待延時1S時間；

B、輸出高壓脈沖且計數器加一；

C、檢測管壓是否低于閾值，若不是進入D，若是進入E；

D、0.6S是否到了，若到了關閉輸出并進入F，若沒到返回B；

E、判斷是否過了6S時間，若是再次檢測管壓是否低于閾值，若不是關閉輸出并進入F，否則再次重復E；

F、判斷是否過了6S時間，若是判斷計數器的計數值是否小于四，若不是進入G，若是返回B；

G、判斷計數值是否大于二十三，若不是進入H，否則關閉輸出，并結束；

H、輸出高壓脈沖且計數器加一；

I、拉低管壓，并檢測是否到了6S時間，若是檢測管壓是否低于閾值，若是關閉輸出；若沒有拉低管壓，檢測0.6S是否到了，若是則關閉輸出(若不是返回G)；

J、判斷是否過了1min時間，若是返回G。

控制單元42實現電子鎮流器20輸出恒壓，恒流控制；同時，通過寬帶載波或無線模塊，將集中器60的指令轉換到高壓白納燈30的光照上，即可以根據不同的指令實現高壓白納燈30的無極調光。

以上所述者，僅為本實用新型最佳實施例而已，并非用于限制本實用新型的范圍，凡依本實用新型申請專利范圍所作的等效變化或修飾，皆為本實用新型所涵蓋。