專利名稱：串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種照明用氣體放電燈電子鎮流器，特別涉及一種串聯諧振瞬時 啟動型防電弧電子鎮流器。
背景技術：
電子鎮流器向燈管負載提供點燃和維持燈管正常工作的高頻電壓和電流。由氣體 放電燈的特性，在燈管激活點燃之前，必須有一個高的激活電壓才能點燃燈管。因此，鎮流 器輸出端上在燈管未啟動之前必然會有一個較高的電壓，當在使用過程中一旦發生鎮流器 空載即燈管斷開，鎮流器輸出端短路，燈管不激活或燈管管腳接觸不良等異常情況時，可能 會因開關元件的過載而損壞鎮流器；鎮流器輸出的高電壓還可能引發電弧放電的現象。如 果電弧放電持續不斷，將為引發火災等不安全隱患。為此，有關安全標準對電子鎮流器輸出 端的電弧放電程度有嚴格的要求。按照電子鎮流器諧振回路的拓撲結構，可以分為串聯諧振的電子鎮流器和并聯諧 振的電子鎮流器。在輸出端接觸不良時，盡管兩種諧振電路結構都可能出現電弧現象，但嚴
重程度會有差異。并聯諧振的電子鎮流器，通常采取變壓器升壓，再通過電容或電感限流。在整個工 作過程中，變壓器的次級升壓線圈始終存在很高的電壓。為了維持鎮流器在低溫狀態時能 正常啟動燈管，燈管點燃前要求可能高達500 Vrms以上的輸出電壓。如此高的鎮流器輸出 電壓，在燈管接觸不良時，持續不斷的高壓電弧電流，必將成為安全隱患。對于并聯諧振的電子鎮流器，通常采用在檢測到電弧放電信號后使鎮流器停止工 作的辦法來避免繼續發生電弧。使電子鎮流器停振雖然可以解決電弧問題，但是一旦停振， 則必須重新啟動開關才可以使電子鎮流器恢復正常工作。一般的串聯諧振的小功率電子鎮流器，在燈管管腳接觸不良時，不會出現明顯的 電弧放電；而大功率類型的串聯諧振電子鎮流器，由于有更高的輸出電壓，在燈管接觸不良 時，也可能產生較大的電弧放電。在串聯諧振的電子鎮流器中，現有的解決上述電弧放電的辦法是，通過檢測線路， 在檢測到電弧信號后，使諧振頻率提高，輸出端電壓降低，從而限制輸出能量，避免發生嚴 重的電弧現象。但是目前此類線路需要根據燈管的數量來配備檢測保護線路的套數，每增 加一個燈管就必須增加一套檢測保護線路，因此，隨著燈管數量的增加，成本會相對較高。按照燈管的啟動方式，電子鎮流器又有燈管點燃啟動之前不對燈絲進行預熱的瞬 時啟動；在向燈管施加高電壓使點燃啟動之前燈絲被適當預熱的快速啟動；以及在燈管點 燃啟動之前對燈絲進行充分預熱的預熱啟動等類型。鎮流器采用的啟動方式既與所適用的 燈管有關，又受制于鎮流器的兩個相關指標，即電路的復雜程度(因而決定了成本)和燈管 的開關壽命(允許接通/斷開的次數)。電路較為簡單的瞬時啟動是以縮短燈管的開關壽命 為代價的；有些燈管只允許采用預熱型鎮流器，此種鎮流器因電路復雜而提高了制造成本， 適于對開關壽命有苛刻要求的場合使用。從燈管性能標準中可知，對于那些既可以快速啟動方式工作，又允許瞬時啟動的燈管，在瞬時啟動方式工作時，啟動時燈管所要求的點燃電 壓比快速啟動要高得多，如T8/32W型管形熒光燈，在環境溫度10°C時快速啟動的啟動電壓 是四0 Vpeak，而在瞬時啟動時所需的啟動電壓要高于465Vrms，且最長的啟動時間不得超 過100ms。燈管的啟動電壓還隨環境溫度的降低而升高。高的啟動電壓意味著在燈管斷開 或燈腳接觸不良時會產生能量更大的電弧。瞬時啟動方式運行的電子鎮流器，因取消了燈絲加熱功率，逆變器的效率比快速 啟動電子鎮流器要提高不少。但是，大部分串聯諧振瞬時啟動型電子鎮流器采用隔離變壓 器輸出，這種瞬時啟動電路在燈管被取下或某一燈腳接觸不良時，諧振槽路呈空載狀態，會 使諧振電流陡增，諧振電容上的諧振電壓的上升，將引起燈腳處更大電弧，增大的諧振電流 還將引發逆變器中的開關元件被燒毀嚴重后果。所以，這種電路結構必須配置相應的保護 線路，以防止在鎮流器空載或燈腳接觸不良時損壞開關元件和抑制產生過量電弧。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是要提供一種無需專門的保護電路，在燈管啟動 前、后具有兩條不同的諧振槽路和采用反饋脈沖變壓器方式的開關管基極激勵的串聯諧振 瞬時啟動型防電弧電子鎮流器。為了解決以上的技術問題，本實用新型提供了一種串聯諧振瞬時啟動型防電弧電 子鎮流器，包括半橋逆變器啟動電路，半橋逆變器二個開關管Ql、Q2串聯的節點連接一反 饋脈沖變壓器T，反饋脈沖變壓器T的初級繞組LO串接一電感L3，構成串聯諧振電感；電感 L3與燈管和串聯諧振電容C4連接；反饋脈沖變壓器次級設有二個繞組L4、L5分別串接在 開關管Q1、Q2的基極回路。所述串聯諧振電容C4分別與槽路電容C7、C6連接，槽路電容C7、C6分別并聯有泄 放二極管D7、D6。所述燈管一頭串接一電容C3與電感L3連接，另一頭串接一電容C5接地。所述開關管Q1、Q2的基極回路串接的反饋脈沖變壓器次級繞組L4、L5還分別串接 有第一電感Li、第二電感L2和第一電容Cl、第二電容C2。所述開關管Ql、Q2的集電極和發射極之間分別并接有續流二極管D4、D5。所述開關管Q1、Q2正常工作時，串接在基極回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的諧 振頻率遠低于開關管Ql、Q2空載時的諧振頻率。所述串聯諧振槽路的電容，在燈管點燃前為C4串接二個并聯的電容C6、C7 ；燈管 點燃后為前述電容再與燈管兩頭串接的電容C3、C5并聯構成。開關管Ql、Q2激勵采用結構簡單、造價較低的反饋脈沖變壓器方式，并利用脈沖 變壓器磁環的磁飽和特性，適當的選擇反饋脈沖變壓器T的初級繞組LO與兩個分別接在開 關管Ql和Q2基極回路中的次級繞組L4和L5的圈數比，可以使燈管在點燃前、后兩種條件 下，反饋脈沖變壓器T的初級繞組LO兩端的電壓變化率大大小于諧振電感L3兩端的電壓 變化率，從而限制燈管點燃前諧振電流的增幅，減輕了燈管點燃前或在燈管斷開，燈管不激 活或燈管管腳接觸不良等異常情況時開關管Ql和Q2的負荷。在開關管Ql和Q2基極回路中的第一電感Ll和第一電容Cl，第二電感L2和第二 電容器C2，使基極回路的諧振頻率設置在遠低于開關管Ql、Q2空載時的諧振頻率，因而在燈管點燃前或鎮流器空載時呈現一定的失諧阻抗，以降低輸入開關管Ql、Q2基極的激勵電 壓幅度，進一步確保開關管Ql、Q2始終工作在安全工作區域。當鎮流器連接燈管的兩根輸出線短路時，主諧振槽路的等效諧振電容由諧振電容 C4，槽路電容C6，C7，燈管電路的電容C3，C5等串、并聯組成，此時諧振槽路的諧振頻率將遠 低于正常工作時晶體管的開關頻率，所呈現較大的失諧阻抗使鎮流器僅產生很低的短路功 耗，可以確保在輸出短路時不會招致鎮流器被損毀。當燈管的兩個管腳之一與燈座之間接觸不良時，由諧振電容C4和槽路電容C6，C7 組成的等效諧振電容上不管有多高的燈管啟動電壓，經燈管電路電容C3，C5和燈管分布電 容的降壓，在一個燈腳與燈座之間僅能分得一個較低的電壓而不足以引起電弧；再則，開關 管的基極在此時處于激勵不足狀態，限制了開關管的輸出電流，因而也不致在鎮流器輸出 端上產生足夠能量的電弧。選擇諧振電感L3和諧振電容C4，槽路電容C6，C7的參數，可以使燈管點燃前燈管 Lamp兩端分別經燈電路電容C3和C5獲得的電壓確保諸如T8/32W燈管即使在零下18°C條 件下仍能順利啟動點燃。這種瞬時啟動鎮流器也可以適用于其他有更高起動電壓要求的瞬 時啟動型氣體放電燈燈管。本實用新型的優越功效在于1)克服了目前普遍采用的在輸出端產生電弧時使逆變器停振、或提高諧振頻率、 降低輸出端電壓方法的缺點，無須設置專門的保護電路，卻能兼顧獲取適當的鎮流器開路 電壓使燈管在所要求的條件下可靠點燃和維持正常工作的狀態，確保鎮流器在出現負載燈 管開路、短路、燈腳接觸不良等異常狀態時，都不會產生過量電弧以及造成開關管元件的損 壞，并將鎮流器輸出端的電弧能量限制在安全范圍以內；2)結構簡單，效率高，成本較低。
圖1為本實用新型的電路原理圖；圖中標號說明1 一半橋逆變器啟動電路；3—半橋逆變器開關管電路；5—燈管電路；+Vcc—直流供電電壓；LO—反饋脈沖變壓器的初級繞組； 組；C4一諧振電容；Q1、Q2—開關管；D6、D7—泄放二極管；Lamp—氣體放電燈管。
具體實施方式
本實用新型提供了 一種串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，包括半橋逆變器
2—開關管基極驅動電路； 4一串聯諧振電感； 6—燈管啟動時的諧振電容； T一反饋脈沖變壓器； L4、L5—反饋脈沖變壓器的次級繞
L3—諧振電感； C6、C7—槽路電容； D4、D5續流二極管；啟動電路，半橋逆變器二個開關管Q1、Q2串聯的節點連接一反饋脈沖變壓器T，反饋脈沖變 壓器T的初級繞組LO串接一電感L3，構成串聯諧振電感；電感L3與燈管和串聯諧振電容 C4連接；反饋脈沖變壓器次級設有二個繞組L4、L5分別串接在開關管Ql、Q2的基極回路。所述串聯諧振電容C4分別與槽路電容C7、C6連接，槽路電容C7、C6分別并聯有泄 放二極管D7、D6。所述燈管一頭串接一電容C3與電感L3連接，另一頭串接一電容C5接地。所述開關管Q1、Q2的基極回路串接的反饋脈沖變壓器次級繞組L4、L5還分別串接 有第一電感Li、第二電感L2和第一電容Cl、第二電容C2。所述開關管Ql、Q2的集電極和發射極之間分別并接有續流二極管D4、D5。所述開關管Q1、Q2正常工作時，串接在基極回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的諧 振頻率遠低于開關管Ql、Q2空載時的諧振頻率。所述串聯諧振槽路的電容，在燈管點燃前為C4串接二個并聯的電容C6、C7 ；燈管 點燃后為前述電容再與燈管兩頭串接的電容C3、C5并聯構成。請參閱附圖所示，對本實用新型作進一步的描述。如圖1所述，本實用新型提供了一種串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，直 流電壓+Vcc通過常規電子鎮流器的交流-直流變換電路及相關的電磁兼容濾波、功率因校 正等電路之后獲得。半橋逆變器啟動電路1也是常規的半橋逆變器啟動電路。本實用新型 由開關管基極驅動電路2，半橋開關管電路3，串聯諧振電感4，燈管電路5，以及燈管啟動時 的諧振電容6等電路組成。傳統的半橋逆變器啟動電路1在鎮流器接通電源時為半橋逆變器提供開關管初 始啟動電壓。由基極附加的第一電容Cl、第二電容C2，基極附加的第一電感Li、第二電感L2以 及反饋脈沖變壓器T的次級繞組L4，L5組成開關管基極驅動電路2。反饋脈沖變壓器T的次級繞組L4與反饋脈沖變壓器T的初級繞組LO的2腳的異 名端4腳與半橋逆變器的中點M相接，同名端3腳經第一電容Cl和第一電感Ll串聯連接 后接開關管Ql的基極。反饋脈沖變壓器T的另一次級繞組L5的與反饋脈沖變壓器T的初 級繞組L5的2腳的同名端1腳接地&id，異名端6腳經第二電容C2和第二電感L2串聯連 接后接開關管Q2的基極。在所述開關管Ql和Q2基極回路中，所述第一電感Ll、第二電感L2和第一電容Cl、 第二電容C2參數值的選取，使開關管基極回路在鎮流器空載時，其諧振頻率設置在遠低于 鎮流器的空載頻率，限制向所述開關管Ql和Q2基極的激勵電壓幅度，限制了開關管的輸出 電流，確保所述開關管Ql和Q2仍能處于安全工作區域。利用反饋脈沖變壓器T磁環的飽和特性，適當的選擇所述反饋脈沖變壓器T的初 級繞組LO與兩個分別接在開關管Ql和Q2基極回路中的次級繞組L4、L5的圈數比，使燈管 點燃前、后兩種條件下初級繞組LO兩端的電壓變化率遠小于諧振電感L3兩端的電壓變化 率，進而限制燈管點燃前諧振電流的增幅，減輕燈管點燃前或發生燈管斷開，燈管不激活或 燈管管腳接觸不良等異常情況時開關管Ql和Q2的負荷。半橋逆變器開關管電路3由開關管Ql、Q2，和與它們分別并聯連接的續流二極管 D4、D5組成。[0052]開關管Ql的集電極和續流二極管D4的陰極接直流電源+Vcc，開關管Ql的發射極 接到半橋逆變器的中點M，同時與半橋逆變器的中點M相接的還有續流二極管D4的陽極，關 管Q2的集電極和續流二極管D5的陰極。開關管Q2的發射極和續流二極管D5的陽極一起 接到公共地&id。諧振電感4由反饋脈沖變壓器Tl的主繞組Tl-I和諧振電感L3組成。反饋脈沖變壓器Tl的主繞組Tl-I的同名端2腳接半橋逆變器的中點M，其異名端 5腳與諧振電感L3串聯連接。燈管啟動時的諧振電容6由諧振電容C4、槽路電容C6、C7以及泄放二極管D6、D7組成。諧振電容C4的一端連接到諧振電感L3的輸出端，另一端通過槽路電容C6回到半 橋逆變器的直流電壓+Vcc ；而通過槽路電容C7接到鎮流器的公共接地點&id。槽路電容C6 和C7分別為輪流導通的開關管Q2和Ql提供通路。為了對高電源電壓供電的情況下吸收 電容C6和C7上的過大的能量，減小開關管Ql和Q2的功率損耗，在電容C6和C7上，還分 別并聯連接泄放二極管D6和D7。二極管D6的陰極接直流電壓+Vcc，二極管D7的陽極接 公共地Gnd。諧振電容C4與并聯的槽路電容C6、C7相串聯，構成燈管點燃前諧振槽路的等效電 容，使諧振槽路工作在高于燈管正常工作時的頻率，并在其上形成燈管點燃所必須的高電 壓。燈管電路5由燈管Lamp和串聯連接在它兩端的電容C3、C5組成。諧振電感L3的輸出端除了與諧振電容C4的一端相接外，還與燈電路電容C3的一 端相接，燈電容C3的另一端即鎮流器的輸出端A，鎮流器的另一輸出端B經燈電容C5接到 公共地&id，在鎮流器的兩個輸出端A和B之間，外接鎮流器的負載燈管Lamp。在燈管點 燃前，或鎮流器負載開路時，燈管電路5對諧振槽路的等效諧振電容沒有影響，鎮流器工作 在高于正常工作的頻率上，燈管電路3從燈管啟動時的諧振槽路電容6或電容7上獲得燈 管Lamp啟動所需的高起動電壓；一旦燈管點燃，串聯連接的電容C3，燈管點燃后的等效電 阻RL，和電容C5與燈管啟動時的諧振電容6或電容7并聯，增大了總的諧振電容，使諧振頻 率降低，鎮流器工作在正常的頻率上。在鎮流器的兩個輸出端A和B發生短路的異常情況 下，由于燈電路上電容C3和C5直接與燈管啟動時的諧振電容6并聯，此時的諧振頻率遠低 于鎮流器正常時開關管的開關頻率，所呈現較大的失諧阻抗使鎮流器僅產生很低的短路功 耗，以確保在輸出短路時不會招致鎮流器被損毀。當燈管的兩個管腳之一與燈座即鎮流器 的輸出端之間接觸不良時，由諧振電容C4以及槽路電容C6和C7組成的諧振電容上不管有 多高的燈管啟動電壓，經電容C3、C5和燈管的分布電容的降壓，在一個燈腳與燈座之間僅 能分得一個較低的電壓而不足以引起電弧。再則，開關管的基極在此時處于欠激勵狀態，限 制了開關管的輸出電流，因而也不致于在鎮流器輸出端上產生足夠能量的電弧。本實用新型具有無論在鎮流器開路、短路，燈管不激活或燈腳接觸不良等異常條 件下，都不會造成開關管元件的損壞；也不會在鎮流器輸出端因燈腳接觸不良而產生足夠 能量的電弧；可以使各種有高啟動電壓要求的瞬時啟動燈管都能可靠、正常啟動；以及電 路簡單，效率高、成本低等顯著優點。經測試，燈腳對地觸電電流也小于安全標準的限值。
權利要求1.一種串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，包括半橋逆變器啟動電路，其特征在 于半橋逆變器二個開關管Q1、Q2串聯的節點連接一反饋脈沖變壓器T，反饋脈沖變壓器T 的初級繞組LO串接一電感L3，構成串聯諧振電感；電感L3與燈管和串聯諧振電容C4連接； 反饋脈沖變壓器次級設有二個繞組L4、L5分別串接在開關管Ql、Q2的基極回路。
2.根據權利要求1所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于所述 串聯諧振電容C4分別與槽路電容C7、C6連接，槽路電容C7、C6分別并聯有泄放二極管D7、 D6。
3.根據權利要求1所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于所述 燈管一頭串接一電容C3與電感L3連接，另一頭串接一電容C5接地。
4.根據權利要求1所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于所述 開關管Ql、Q2的基極回路串接的反饋脈沖變壓器次級繞組L4、L5還分別串接有第一電感 Li、第二電感L2和第一電容Cl、第二電容C2。
5.根據權利要求1或4所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于 所述開關管Ql、Q2的集電極和發射極之間分別并接有續流二極管D4、D5。
6.根據權利要求1或4所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于 所述開關管Q1、Q2正常工作時，串接在基極回路的L4、L1、C1、L5、L2、C2槽路的諧振頻率遠 低于開關管Q1、Q2空載時的諧振頻率。
7.根據權利要求2或3所述的串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，其特征在于 所述串聯諧振槽路的電容，在燈管點燃前為C4串接二個并聯的電容C6、C7 ；燈管點燃后為 前述電容再與燈管兩頭串接的電容C3、C5并聯構成。
專利摘要本實用新型公開了一種串聯諧振瞬時啟動型防電弧電子鎮流器，包括半橋逆變器啟動電路，半橋逆變器二個開關管Q1、Q2串聯的節點連接一反饋脈沖變壓器T，反饋脈沖變壓器T的初級繞組L0串接一電感L3，構成串聯諧振電感；電感L3與燈管和串聯諧振電容C4連接；反饋脈沖變壓器次級設有二個繞組L4、L5分別串接在開關管Q1、Q2的基極回路。本實用新型的優點是無需專門的保護電路，無論在鎮流器開路、短路，燈管不激活或燈腳接觸不良等異常條件下，都不會造成開關管元件的損壞；也不會在鎮流器輸出端因燈腳接觸不良而產生足夠能量的電弧；使各種有高啟動電壓要求的瞬時啟動燈管都能可靠、正常啟動；電路簡單，效率高、成本低。
文檔編號H05B41/285GK201893985SQ20102059781
公開日2011年7月6日 申請日期2010年11月9日 優先權日2010年11月9日
發明者武潔霞, 葛葆璋, 許江濤 申請人:上海阿卡得電子有限公司