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CN1304277A - 一种适合调光用荧光灯电子镇流器 - Google Patents

一种适合调光用荧光灯电子镇流器 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适合调光用荧光灯电子镇流器,包含对电网电压进行桥式整流的桥式整流器,可对负载荧光灯进行高频供电的高频振荡器,其特征在于,电子镇流器还包含对桥式整流器的输出进行线性有源开关滤波后向高频振荡器供电的线性有源开关滤波电路。按照上述构成的电子镇流器可与可控硅调光器组合运用,达到普通白炽灯泡的调光效果。本发明的电子镇流器还具有结构比较简单、制造成本低、可靠性高的优点。

Description

一种适合调光用荧光灯电子镇流器
本发明涉及荧光灯电子镇流器，具体而言，涉及一种适合采用普通白炽灯用可控硅调光器对荧光灯进行调光的荧光灯电子镇流器。
现有技术的可调光荧光灯电子镇流器，大多采用集成电路的脉宽调制器(如，德国奥斯朗公司生产的D2220型可调光用电子镇流器)或频率调制器(如，美国迈特尔公司生产的MD140型可调光用电子镇流器)，作为控制电路来控制电子镇流器的输出功率，从而控制荧光灯管的光通量或亮度，达到调光的目的。这些方案的电路结构复杂，成本高。还有一类，如美国麦托尔公司生产的M128型可调光用电子镇流器，是由二个三极管构成的由灯管输出的全部高频电流通过电容器隔离直流电流后，全部反馈到桥式整流器的一个直流输出端，再由另一个二极管实现高频再整流的高功率因数方案，这种方案的电效率较低，容易产生闪烁。
另外，日常见到的荧光灯电子镇流器有三类，一类是低功率因数的电子镇流器，另一类是逐流电路的电子镇流器，再一类是恒电压类的电子镇流器。低功率因数的电子镇流器由于其输入电流波形不连续，而且普通白炽灯用可控硅调光器的输出电流波形也不连续，故两者组合运用会造成对荧光灯断续供电，发生闪光。逐流电路的电子镇流器由于其输入电流的波峰比高(＞1.7)，故与可控硅调光器组合时使荧光灯管的寿命大大下降。恒电压类电子镇流器由于其对荧光灯供电恒压，故与可控硅调光器组合运用不能进行调光。
本发明是为克服上述不足提出的，其目的在于提供一种结构简单、成本低、转换效率高、可与普通白炽灯用可控硅调光器组合构成可调光的荧光灯电子镇流器。
本发明的适合调光用荧光灯电子镇流器，包含对电网电压进行桥式整流的桥式整流器，可对负载荧光灯进行高频供电的高频振荡器，
所述电子镇流器还包含对所述桥式整流器的输出进行线性有源开关滤波后向所述高频振荡器供电的线性有源开关滤波电路。
按照上述构成的本发明的荧光灯电子镇流器，当其单独使用时具有结构简单、成本低、转换效率高的优点。还可与普通白炽灯使用的可控硅调光器组合构成可调光的荧光灯电子镇流器，此时具有不易闪烁、高输入功率因数和灯电流低波峰比的优点。
下面结合附图详细说明本发明的较佳实施例。
图1是本发明一实施例荧光灯电子镇流器的结构框图；
图2是上述实施例的一具体电路结构图；
图3是上述实施例的又一具体电路结构图；
图4是上述实施例的再一具体电路结构图；
图5是上述实施例不接入可控硅调光器时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图5(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压电流波形图，图5(b)是荧光灯管的灯电压波形图，图5(c)是灯电流波形图；
图6是上述实施例接入可控硅调光器且调光功率100％时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图6(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压电流波形图，图6(b)是荧光灯管的灯电压波形图，图6(c)是灯电流波形图；
图7是上述实施例接入可控硅调光器且调光功率60％时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图7(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压电流波形图，图7(b)是荧光灯管的灯电压波形图，图7(c)是灯电流波形图；
图8是上述实施例接入可控硅调光器且调光功率30％时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图8(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压电流波形图，图8(b)是荧光灯管的灯电压波形图，图8(c)是灯电流波形图。
参见图1，图1示出了本发明一实施例荧光灯电子镇流器的结构框图。该电子镇流器A包含对电网电压(当不接可控硅调光器4时该电网电压为VAC)进行桥式整流的桥式整流器1，可对负载荧光灯LP～LPn进行高频供电的高频振荡器2，电子镇流器A还包含对桥式整流器1的输出进行线性有源开关滤波后向所述高频振荡器2供电的线性有源开关滤波电路3。负载荧光灯LP1～LPn构成1到n个并联连接在所述高频振荡器2输出端的荧光灯管支路，所述各荧光灯管支路由荧光灯管两端的一灯丝端串接一镇流电感L1～Ln和跨接在所述荧光灯管两端的另一灯丝端间的启辉电路S构成。
当要将本发明的电子镇流器A构成可调光的电子镇流器时，如图1所示，只要将普通白炽灯用的可控硅调光器4串接在电网向本发明的电子镇流器A供电的一支路中。
当要在本发明的电子镇流器A与电网之间进行隔离抗干扰时，如图1所示，可在桥式整流器1前面级连滤波器5。
此外，在高频振荡器2的输出还可接有异常保护电路6对该振荡器2进行控制，在荧光灯出现灯不启动、整流效应或启辉电路短路等呈低阻特性的异常情况下对电子镇流器实施保护。这些特征也属于已有技术范畴，这里不再赘述。
在荧光灯呈低阻特性的异常情况下对电子镇流器实施保护。上述可控硅调光器4、滤波器5和异常保护电路6均属于已有技术范畴，这里不再赘述。
下面参见图2，图2给出了图1实施例框图的一具体电路结构。其中，可控硅调光器4是调光白炽灯中极普通的公知技术，故这里未给出其电路结构。在图2中，电容器C1、C2和互感器L2构成滤波器5；二极管D1-D4构成桥式整流器1；场效应管Q2、Q3，二极管D6、D8-D9，触发二极管DB3，电感器L5和共用一个磁环的电感线圈L41-L43，电阻R2-R5和电容器C5-C8构成高频振荡器2，场效应管Q2、Q3也可用双极型三极管替代。上述滤波器5，桥式整流器1，高频振荡器2及它们的具体结构都属已有技术，故这里不再对它们赘述。
本发明的关键在于，在高频振荡器2与桥式整流器1之间接入了线性有源开关滤波器3。在该实施例中，开关滤波器3由场效应管Q1、二极管D5、D7、电容器C3、C4、电感L3、L44和电阻R1构成。场效应管Q1也可用双极型三极管替代，它作为开关将桥式整流器1输出的直流电压变换为高频脉冲电压。二极管D5和电容器C4串接在场效应管Q1的源极和漏极之间构成整流电路对该高频脉冲电压进行整流，从电容器C4与二极管D5的串接点引出直流电压VDC供给高频振荡器2作为其工作电源。电容器C3作为高频滤波电容对桥式整流器1输出的直流电进行滤波。电感L44是与电感线圈L41-L43共用一个磁环的线圈以便将高频振荡器2的高频电压引入场效应管Q1栅极回路作为高频开关信号控制场效应管Q1产生上述高频脉冲电压。电感L3作为储能增压滤波元件对高频脉冲电压储能增压滤波，使直流电压VDC比桥式整流器1输出的直流电压高。稳压二极管D7接在场效应管Q1的栅极与源极之间作为过压保护。电阻R1作为稳压二极管D7的限流电阻。电感L44是为了引用高频振荡器2的高频开关信号而设并非开关滤波器3的必要结构，这种开关信号也可通过结构变化由开关滤波器2本身产生。二极管D7和电阻R1是为了增加可靠性而设，也并非必要结构。
下面说明上述实施例的工作过程。继续参见图2，当电网电压(即电源输入电压)VAC通过I1、I2接入后，开始瞬间Q1并未工作，而由Q2、Q3等构成的高频振荡器2开始工作，在高频振荡变压器L4(由电感线圈L41-L44绕制在同一磁环上构成)上有近似方波的高频电流产生，绕组L44上即感应出高频开关电压，该电压令有源开关管Q1开关动作，使其进入有源滤波工作状态。这样，输入端I1、I2两点间的输入功率因数Pf≌1，当电子镇流器A的输入电压VAC为正弦波形时，其输入电流IAC波形为近似正弦波状(对应于不调光或调光100％的状态)。当输入电压VAC为不规则波形(对应于用可控硅调光器4调光的状态)，如可控硅调光器形成的被垂直切断的正弦波时，由于后面输入端I1、I2始终具有Pf≌1的特性(相当于纯电阻)，故其输入电流IAC的波形仍将与输入电压VAC的波形相同，呈被垂直切断的正弦波，也就是说，具有白炽灯那样的良好线性负载特性。一般情况下本发明的电子镇流器的输入功率因数Pf＞0.99(0.991～0.998)。
由于Q2、Q3等构成的高频振荡器2设计成可在较宽直流工作电压VDC范围工作(VDC MAX∶VDC MIN≥5)，当VDC大小不同时，高频振荡器2的输出功率将不同，也即，荧光灯的光通量或亮度也不同，这种变化比例可以大于5∶1。
当可控硅调光器4调至不同角度时，该电子镇流器A的输入电压有效值不同，尽管它将是不连续的中间有突变的切断电压。由于开关滤波器1中滤波电容C4容量比较大，故经它滤波后的直流电压VDC始终比较平稳(从而使灯电流的波峰比CFi＜1.7)，由高频振荡器2产生的馈送给开关管Q1栅极的开关电压也处于平稳状态(频率为20～60KC之间)，不会因输入电压VAC不连续或不规则而变化，从而对VAC的有效部分继续进行斩波，再由L3储能，释放，通过D5的整流和隔离，储存于C4中，继续对高频振荡器2供电，只不过当VAC较大时VDC也较大，VAC较小时VDC也较小，但始终使VDC为较平稳的直流这一特征不变。这样，因可控硅斩波调制引起的输入电流IAC的不连续，不会引起荧光灯管的供电电流波形的不连续，从而使灯管不会闪烁，且处于始终是比较平稳，即灯电流波峰比Cfi＜1.7的合理状态。克服了普通荧光灯电子镇流器不能与可控硅调光器组合运用的缺陷。
图3给出了本发明电子调光器的另一具体电路结构。图中，滤波器5和桥式整流器1与图2中的相同，这里不再赘述。线性有源开关滤波电路32与图2中的不同，它由集成块IC1自身构成的振荡器产生调频开关信号供给场效应管Q1，电感L3、二极管D5、电容器C4分别与图2中的功能相同。高频振荡器22由集成块IC2作为驱动、耦合线路与场效应管Q2、Q3构成。
图4给出了本发明电子调光器的再一具体电路。图中，滤波器5、桥式整流器1和高频振荡器22与图3中的相同，这里不再赘述。线性有源开关滤波电路33与图2中的不同，它由集成块IC3自身构成振荡器产生调频开关信号和构成作为场效应管Q12的高频开关。电感L3、二极管D5、电容器C4分别与图2中的功能相同。
从以上描述可见，对于线性有源开关滤波电路3的具体实施线路可有种种变化。本发明的关键在于在桥式整流器1与高频振荡器2之间接入了线性有源开关滤波电路3，而不限定于上面描述的具体线路。
下面参照图5-图8说明本发明电子镇流器的效果。
图5是不接入可控硅调光器时的输入电压电流、灯电流电压波形图。其中，图5(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压VAC和输入电流IAC波形图，图5(b)是荧光灯管的灯电压VL的波形图，图5(c)是灯电流IL的波形图。从图5(a)可见，电子镇流器的输入电压VAC与输入电流IAC基本无相位差，电子镇流器输入端I1、I2的输入阻抗等效为“纯电阻”，此时的输入效率Pf达0.998。从图5(b)和图5(c)可见，灯电压VL和灯电流IL的振幅很平坦其输出电流(灯电流)的波峰比小于1.38。
图6是接入可控硅调光器且调光功率100％时的输入电压电流、灯电流电压波形图。其中，图6(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压VAC和输入电流IAC的波形图，图6(b)是荧光灯管的灯电压VL的波形图，图6(c)是灯电流IL的波形图。从图6(a)可见，电子镇流器的输入电压VAC与输入电流IAC基本无相位差，电子镇流器输入端I1、I2的输入阻抗等效为“纯电阻”，此时的输入效率Pf达0.995。从图5(b)和图5(c)可见，灯电压VL和灯电流IL的振幅很平坦，其输出电流(灯电流)的波峰比小于1.39。
图7是上述实施例接入可控硅调光器且调光功率60％时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图7(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压VAC和输入电流IAC的波形图，图7(b)是荧光灯管的灯电压VL波形图，图7(c)是灯电流IL的波形图。从图5(a)可见，由于可控硅调光器4的导通状况呈近似三角波，故输入电流IAC也呈近似三角波，但仍保持“纯电阻”特性，此时输入效率Pf为0.704，输入效率的下降是由于输入电流电压波形形状不同造成的。图7(b)表明灯电压VL仍比较平坦，但图7(c)表明灯电流IL的包络发生了变化，此时输出电流的波峰比小于1.44。
图8是上述实施例接入可控硅调光器且调光功率30％时的输入电压电流、灯电流电压波形图，其中，图8(a)是该实施例荧光灯电子镇流器的输入电压VAC和输入电流IAC的波形图，图8(b)是荧光灯管的灯电压VL波形图，图8(c)是灯电流IL波形图。从图8(a)可见，输入电压VAC和输入电流IAC的相位发生小的变化，“纯电阻”特性受到影响，此时的输入效率Pf为0.258，效率的下降是由于输入电压VAC与输入电流IAC的波形不同和相位差造成的。从图8(b)可见，灯电压VL的包络有少许变化，从图8(c)可见，灯电流IL的包络有大的变化，但此时仍能保持输出电流的波峰比小于1.55。
从上述对图5-图8的本发明的效果分析可见：不管调光或不调光，本发明的电子镇流器的输出电流电压波形始终是连续的，故当接入可控硅调光器加以调光时，不会发生荧光灯管的闪烁；在不接入可控硅调光器或100％调光情况下，能具有很高的输入效率；即使当调光率达30％，也能保持输出电流的波峰比小于1.7。从而使本发明的电子镇流器可与可控硅调光器组合运用，达到普通白炽灯泡的调光效果。另外，从上述实施例的结构分析可见，本发明的电子镇流器在结构上比较简单，从而使本发明的电子镇流器具有成本低、可靠性高的优点。

Claims (6)

1．一种适合调光用荧光灯电子镇流器，包含对电网电压进行桥式整流的桥式整流器，可对负载荧光灯进行高频供电的高频振荡器，其特征在于，
所述电子镇流器还包含对所述桥式整流器的输出进行线性有源开关滤波后向所述高频振荡器供电的线性有源开关滤波电路。
2．如权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述线性有源开关滤波电路由场效应晶体管构成，在所述场效应晶体管的栅极支路中串接有通过互感取用所述高频振荡器产生的高频信号作为所述开关滤波电路的开关信号的互感线圈，在所述场效应晶体管的漏极与所述桥式整流器的一输出端之间接有储能增压用的电感器，在所述场效应晶体管的源极与漏极之间接有对所述高频振荡器供电的整流电路。
3．如权利要求1或2所述的电子镇流器，其特征在于，所述负载荧光灯构成一个或多个并联连接在所述高频振荡器输出端的荧光灯管支路，所述各荧光灯管支路由荧光灯管两端的一灯丝端串接一镇流电感和跨接在所述荧光灯管两端的另一灯丝端间的启辉电路构成。
4．如权利要求1或2所述的电子镇流器，其特征在于，所述镇流器进一步包含接于所述电网与所述整流器之间用于滤波和隔离的滤波器。
5．如权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于，所述镇流器进一步包含利用所述振荡器的输出对所述荧光灯管的异常进行异常保护的异常保护电路。
6．如权利要求5所述的电子镇流器，其特征在于，在所述滤波器输入端的任一端与电网之间可串接有对所述荧光灯管调光的可控硅调光器。
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