新型高效率的高频电感电子镇流器及其工作方法技术

本发明专利技术涉及一种新型高效率的高频电感电子镇流器及其实现方法，高频电感电子镇流器流器包括功率电路和控制电路，其中，所述功率电路采用两级电路拓扑，前级是功率因数校正电路，后级是半桥推挽高频逆变电路。该电子镇流器基于APFC和半桥逆变技术，其整机效率高达94％以上，甚至高达96％。该高频电感电子镇流器避免了现有电感镇流器中大电感的笨重问题，也避免了基于LCC串联谐振电路的高频电子镇流器中存在的谐振回路中电容和电感的电流、电压应力大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于HID灯及其它高压气体放电灯的镇流器，具体地指一种功率因数高、功率密度高、整机效率高的高频电感电子镇流器及其工作方法。
技术介绍
HID灯由于显色性好、亮度高、节能效果好、透光性好等优点在照明领域得到广泛推广应用，但是为确保HID灯可靠工作，需要专用电子镇流器。但是，直到目前为止，市场上技术成熟的电子镇流器主要是两级结构和三级结构电路形式。两级结构先把输入的交流电变成直流电，再把直流电变换成交流电输出，其中，前级电路是功率因数校正电路，把输入的交流电变成直流电，主要功能是实现输入电源侧高功率因数，而后级电路是逆变电路，把直流电逆变成低频或高频交流电，输出满足HID灯照明所需要的交流电源。三级结构电路形式是在上述两级结构的前后级电路之间再加一级直流电压变换电路，实现输入和输出电压之间的匹配。由于多级电路结构形式，造成电子镇流器的电路结构复杂、成本高、效率较低，特别是效率达到92％就很困难了。目前典型的电子镇流器主要有三级电路结构的输出低频方波的电子镇流器，以及两级电路结构的基于LCC串联谐振的高频电子镇流器。为克服现有技术的不足，本专利技术的专利技术人已申请《基于双向BUCK功率因数校正和LCC高频谐振软开关技术的单相单级HID高频电子镇流器》和《基于双向BUCK功率因数校正和LC高频谐振软开关技术的单相单级HID高频电子镇流器》两项专利技术专利和两项技术专利(专利申请号分别为：201610018774.6，201620025283.X，201610018736.0,201620026633.4)，在此基础上，经过进一步研究和改进、总结，提出了基于串联谐振和直接交交变频的单相单级高频电子镇流器的四种电路结构和实现方法，并拟申请相关专利《新型交交变频的单级高频电子镇流器及其实现方法》。基于串联谐振的高频电子镇流器虽然有很多优点，但也存在谐振电压较高、电流较大的问题，增加了谐振回路的电压和电流应力，为此在上述研究的基础上，进一步研究并提出基于高频电感和直接交交变频的新型单级高频电感电子镇流器，并拟申请相关专利《新型交交变频的单级高频电感电子镇流器及其实现方法》。基于交交变频的单级高频电感电子镇流器可以用于1000W等系列金卤灯照明用，具有结构简单、效率高、体积小、功率密度高、功率因数高等优点，但为了实现输入电源侧高功率因数，其高频输出电压的低频包络的最低点很低，甚至接近于零。该镇流器给高压钠灯供电时，当其高频输出电压的低频包络的最低点接近或低于高压钠灯的灯电压时，灯电流断流，高压钠灯会熄灭。为了给高压钠灯照明提供一个功率因数高的高效率的新型高频电子镇流器，在上述研究的基础上，基于APFC和半桥逆变技术，进一步研究并提出一种高功率因数、高功率密度、高效率的高频电感电子镇流器，其整机效率高达94％以上，甚至高达96％。
技术实现思路
本专利技术目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种新型的高功率因数、高功率密度、高效率的高频电感电子镇流器及其实现方法，该电子镇流器基于APFC和半桥逆变技术，其整机效率高达94％以上，甚至高达96％。该高频电感电子镇流器避免了现有电感镇流器中大电感的笨重问题，也避免了基于LCC串联谐振电路的高频电子镇流器中存在的谐振回路中电容和电感的电流、电压应力大的问题。实现本专利技术目的采用的技术方案是一种新型高效率的高频电感电子镇流器，该镇流器包括功率电路和控制电路，其中，所述功率电路采用两级电路拓扑，前级是功率因数校正电路(PFC)，后级是半桥推挽高频逆变电路。其中，前级功率因数校正电路，包括：单相整流桥，用于将单相交流电变成脉动直流；BOOST电感，用于储能；BOOST开关MOS管，用于对BOOST电感充放电的控制；泵升二极管，为BOOST电感放电提供通路；以及储能电容，用于储能，为后级电路提供电能。后级半桥推挽高频逆变电路，包括：半桥开关电路，用于适时控制电能的变换与传输；串联电容，用于隔离直流和储能；高频脉冲变压器，用于电压变换和能量传输，实现输入输出电压的匹配；以及高频电感，用于对负载电流进行限制；所述控制电路包括PFC控制电路，对输入电压、输入电流、输出电压进行检测，处理，发出PFC控制信号去控制BOOST开关MOS管的开通和关断；以及单片机或模拟控制电路，用于根据给定参考信号和反馈信号，进行信号处理，输出控制信号；输出电压和电流取样与调理电路，用于对灯电压和灯电流进行取样、滤波、分压或放大，为单片机或模拟控制电路提供反馈信号；以及驱动电路，用于对来自单片机或模拟控制电路的控制信号进行隔离、放大，去驱动半桥开关电路的开通和关断。本专利技术还公开了上述高频电感电子镇流器的高功率因数和高效率的实现方法，该方法包括选用合适的开关频率，选用开关速度合适的BOOST开关MOS管和泵升二极管，消除BOOST开关MOS管的关断电压尖峰，极大减小PFC电路引起的开关损耗和电磁干扰；选用合适的高频电感，既可以实现对灯电流的限制，又可以使半桥开关电路的功率开关MOS管实现软开关，极大降低开关损耗；选用合适型号的优质磁性材料制作合适匝比、线径的脉冲变压器，实现输入输出电压的匹配，减小高频电感的压降，降低高频电感的功率容量，从而减小电感体积和重量；采用半桥推挽逆变电路实现高频逆变，可以进一步减小器件数量和成本。此外，本专利技术新型高效率的高频电感电子镇流器的工作流程，包括：上电镇流器上电，辅助电源先工作，输出稳定的直流电压，供其他控制电路使用；同时输入电源经整流桥、BOOST电感和泵升二极管给储能电容缓启动充电；PFC电路工作，输出稳定的直流电压，为后级高频逆变提供电源；点灯稍停几秒钟之后，单片机或模拟控制电路开始工作，控制半桥开关电路的MOS管开通和关断；点灯方式可以采用谐振点灯和外接点火器点灯；启动灯启动工作期间，采取恒流调频控制，灯电流稳定，灯电压逐步升高，灯功率随之增大；照明直到灯功率达到额定值，灯电压等于额定电压，进入恒功率调频工作。本专利技术镇流器具有以下优点：1、镇流器结构简单，器件少，体积小，结构紧凑，模块化设计，生产使用简单，控制方便；2、采用两级功率电路拓扑，且功率开关MOS管均实现了软开关，没有关断电压尖峰，不需要缓冲吸收电路，极大减小开关损耗和电磁干扰，整机效率高；3、电源输入侧功率因数高，满足各种有关电子镇流器的电磁兼容标准要求；4、镇流器功率密度高达0.67MW/M3或670W/dm3；5、镇流器效率高达94％以上,甚至高达96％；6、技术可以移植，修改功率器件参数，可以研发系列功率容量的镇流器。附图说明图1为本专利技术高效率的高频电感电子镇流器的结构框图。图2为本专利技术高效率的高频电感电子镇流器中功率电路的电路图。图3为本专利技术高效率的高频电感电子镇流器的工作流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。如图1所示，本专利技术新型高效率的高频电感电子镇流器包括功率电路和控制电路，其中功率电路采用两级电路拓扑，前级电路是功率因数校正电路(PFC)1，后级电路是高频逆变电路2，前级PFC电路1包括单相整流桥3、输入电容4、BOOST电感5、BOOST开关MOS管6、泵升二极管7、储能电容8，后级高频逆变电路2包括半桥开关电路9、串联电容10、高频脉冲变压器11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型高效率的高频电感电子镇流器，其特征在于：该镇流器包括功率电路和控制电路，其中，所述功率电路采用两级电路拓扑，前级是功率因数校正电路，后级是半桥推挽高频逆变电路；其中，前级功率因数校正电路，包括：单相整流桥，用于将单相交流电变成脉动直流；BOOST电感，用于储能；BOOST开关MOS管，用于对BOOST电感充放电的控制；泵升二极管，为BOOST电感放电提供通路；以及储能电容，用于储能，为后级电路提供电能。后级半桥推挽高频逆变电路，包括：半桥开关电路，用于适时控制电能的变换与传输；隔直电容，用于隔离直流和储能；高频脉冲变压器，用于电压变换和传输能量的作用，实现输入输出电压的匹配；以及高频电感，用于对负载电流进行限制；所述控制电路包括PFC控制电路，对输入电压、输入电流、输出电压进行检测，处理，发出PFC控制信号去控制BOOST开关MOS管的开通和关断；以及单片机或模拟控制电路，用于根据给定参考信号和反馈信号，进行信号处理，输出控制信号；输出电压和电流取样与调理电路，用于对灯电压和灯电流进行取样、滤波、分压或放大，为单片机或模拟控制电路提供反馈信号；以及驱动电路，用于对来自单片机或模拟控制电路的控制信号进行隔离、放大，去驱动半桥开关电路的开通和关断。...

【技术特征摘要】
1.一种新型高效率的高频电感电子镇流器，其特征在于：该镇流器包括功率电路和控制电路，其中，所述功率电路采用两级电路拓扑，前级是功率因数校正电路，后级是半桥推挽高频逆变电路；其中，前级功率因数校正电路，包括：单相整流桥，用于将单相交流电变成脉动直流；BOOST电感，用于储能；BOOST开关MOS管，用于对BOOST电感充放电的控制；泵升二极管，为BOOST电感放电提供通路；以及储能电容，用于储能，为后级电路提供电能。后级半桥推挽高频逆变电路，包括：半桥开关电路，用于适时控制电能的变换与传输；隔直电容，用于隔离直流和储能；高频脉冲变压器，用于电压变换和传输能量的作用，实现输入输出电压的匹配；以及高频电感，用于对负载电流进行限制；所述控制电路包括PFC控制电路，对输入电压、输入电流、输出电压进行检测，处理，发出PFC控制信号去控制BOOST开关MOS管的开通和关断；以及单片机或模拟控制电路，用于根据给定参考信号和反馈信号，进行信号处理，输出控制信号；输出电压和电流取样与调理电路，用于对灯电压和灯电流进行取样、滤波、分压或放大，为单片机或模拟控制电路提供反馈信号；以及驱动电路，用于对来自单片机或模拟控制电路的控制信号进行隔离、放大，去驱动半桥开关电路的开通和关断。2.根据权利要求1所述新型高效率的高频电感电子镇流器，其特征在于：所述PFC电路选用合适的开关频率，选用合适的泵升二极管、功率开关管及其门极驱动电阻，使得BOOST开关M...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国安，
申请(专利权)人：武汉鑫双易科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42