小功率hid燈驅(qū)動(dòng)電路的全橋逆變及點(diǎn)火電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及照明裝置驅(qū)動(dòng)電路，具體涉及一種小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的全橋 逆變及點(diǎn)火電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 照明光源是人類(lèi)生活中不可或缺的要素，隨著人口不斷的增加，人們對(duì)于照明光 源之需求也日益增加。而高強(qiáng)度氣體放電燈（HID)具有亮度高、發(fā)光效率高、不誘蟲(chóng)、壽命 長(zhǎng)等良好的發(fā)光特性，因而具有研宄的價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)有的小功率HID燈，其驅(qū)動(dòng)電路一般包括依次相連接的整流濾波電路、功率因 數(shù)校正電路、降壓電路和全橋逆變及點(diǎn)火電路，整流濾波電路的輸入端連接市電電源，全橋 逆變及點(diǎn)火電路的輸出端連接負(fù)載；還包括單片機(jī)控制電路，單片機(jī)控制電路的輸出端分 別與功率因數(shù)校正電路、降壓電路和全橋逆變及點(diǎn)火電路的相應(yīng)控制端相連接?，F(xiàn)有的小 功率HID燈，為了有效地避免聲諧振現(xiàn)象，在穩(wěn)態(tài)時(shí)采用低頻方波驅(qū)動(dòng)，這樣低頻方波的頻 率范圍遠(yuǎn)低于音頻共振頻帶，可延長(zhǎng)HID燈的使用壽命。但如果啟動(dòng)時(shí)也采用低頻驅(qū)動(dòng)方 波進(jìn)行點(diǎn)燈，不利于HID燈在啟動(dòng)時(shí)電弧的形成和維持，HID燈不易點(diǎn)亮。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004] 本實(shí)用新型的目的是提供一種小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的全橋逆變及點(diǎn)火電路，通 過(guò)此全橋逆變及點(diǎn)火電路有助于HID燈在啟動(dòng)時(shí)，有利于電弧的形成和維持，HID燈較易點(diǎn) 亮。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：
[0006] 小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的全橋逆變及點(diǎn)火電路，包括開(kāi)關(guān)管Q5、自激式全橋驅(qū)動(dòng) 器U4、橋式逆變電路和變壓器Tl，開(kāi)關(guān)管Q5的柵極連接小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的單片機(jī)控 制電路的輸出端，自激式全橋驅(qū)動(dòng)器U4連接有調(diào)頻回路，此調(diào)頻回路包括電容C5、電阻R6 和電容C8,電阻R6和電容C8串接于自激式全橋驅(qū)動(dòng)器U4的RT端（4腳），電阻R6與電容 C8的連接節(jié)點(diǎn)連接至自激式全橋驅(qū)動(dòng)器U4的CT端（3腳）并通過(guò)電容C5開(kāi)關(guān)管Q5的漏 極。
[0007] 上述單片機(jī)控制電路以ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F103作為主控芯片。
[0008] 上述單片機(jī)控制電路的通訊接口連接有藍(lán)牙模塊或NRF模塊。
[0009]采用上述方案后，本實(shí)用新型的小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的全橋逆變及點(diǎn)火電路， 剛啟動(dòng)時(shí)單片機(jī)控制電路輸出低電平至全橋逆變及點(diǎn)火電路的開(kāi)關(guān)管Q5的柵極，開(kāi)關(guān)管 Q5截止，這時(shí)候自激式全橋驅(qū)動(dòng)器U4輸出的方波頻率由其第三、第四腳之間的電阻R6和 電容C8設(shè)定，此時(shí)方波頻率較高，通過(guò)此高頻方波進(jìn)行點(diǎn)燈，有助于HID燈在啟動(dòng)時(shí)，有利 于電弧的形成和維持，HID燈較易點(diǎn)亮；當(dāng)HID燈進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，單片機(jī)控制電路通過(guò)輸出高 電平把開(kāi)關(guān)管Q5導(dǎo)通，此時(shí)電容C5與電容C8并聯(lián)，自激式全橋驅(qū)動(dòng)器U4第三、第四腳之 間的方波設(shè)置頻率變小，通過(guò)此低頻方波供給HID燈工作，使用低頻方波驅(qū)動(dòng)電路在理想 情況上可以提供燈管一恒定功率，避免了在高頻工作時(shí)可能發(fā)生的聲諧振現(xiàn)象。而且，本發(fā) 明中，采用高頻諧振點(diǎn)燈只需要一組電感器和電容器，不需要其他的倍壓電路，升壓變壓器 等，所需器件少，成本較低。
【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路的電路原理框圖；
[0011] 圖2為圖1中功率因數(shù)校正電路的電路原理圖；
[0012] 圖3為圖1中降壓電路的電路原理圖；
[0013] 圖4為圖3中運(yùn)算放大器與電流控制型脈寬調(diào)制器的功率控制原理圖；
[0014] 圖5為本實(shí)用新型全橋逆變及點(diǎn)火電路的電路原理圖；
[0015] 圖6為圖1中單片機(jī)控制電路的電路原理圖；
[0016] 圖7為本實(shí)用新型中數(shù)字電位器X9313的功能框圖；
[0017] 圖8為本實(shí)用新型中單片機(jī)控制電路的信號(hào)處理流程圖；
[0018] 圖9為本實(shí)用新型中遙控端顯示屏的菜單示意圖；
[0019] 圖10為本實(shí)用新型中調(diào)功電阻阻值與輸出功率關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 采用本實(shí)用新型全橋逆變及點(diǎn)火電路的小功率HID燈驅(qū)動(dòng)電路，如圖1所示，包括 EMI整流/濾波電路、功率因數(shù)校正電路、降壓電路、DC/AC全橋逆變及點(diǎn)火電路和單片機(jī)控 制電路。EMI整流/濾波電路的輸入端連接市電輸入電源~220V，EMI整流/濾波電路的 輸出端依次連接功率因數(shù)校正電路、降壓電路和DC/AC全橋逆變及點(diǎn)火電路，DC/AC全橋逆 變及點(diǎn)火電路的輸出端連接負(fù)載，單片機(jī)控制電路的輸出端分別與功率因數(shù)校正電路、降 壓電路和全橋逆變及點(diǎn)火電路的相應(yīng)控制端相連接。
[0021] 電磁干擾（EMI)是因電磁波造成設(shè)備、傳輸通道或系統(tǒng)性能降低的一種電磁現(xiàn) 象。因此，在電路的輸入端就要抑制電磁干擾，從而得到一個(gè)穩(wěn)定的系統(tǒng)。為了保證HID燈 驅(qū)動(dòng)電路能夠正常工作，驅(qū)動(dòng)電路中，設(shè)置了EMI整流/濾波電路，市電~220V電壓經(jīng)過(guò) EMI共模濾波到整流橋，輸出310V脈動(dòng)直流電壓作為整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的供電電源。為了提高 驅(qū)動(dòng)電路的工作可靠性，驅(qū)動(dòng)電路還配備有輔助電源。
[0022] 交流輸入經(jīng)濾波和整流后，非線性負(fù)載使波形畸變，輸入電流呈脈沖波形，含有大 量的諧波分量，造成功率因數(shù)低。為了提高功率因數(shù)，驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置了功率因數(shù)校正電路。
[0023] 如圖2所示，功率因數(shù)校正電路主要由功率因數(shù)校正控制器Ul(L6561D)、變壓器 T3、功率開(kāi)關(guān)管Q7、二極管D4、輸出電容C25及反饋網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。功率因數(shù)校正控制器Ul使用 瞬時(shí)模式技術(shù)（TransitionModeTechnique)來(lái)達(dá)到使輸入電流為sin波形、S卩電流與電 壓同相位的目的。電路中電阻R18、R19構(gòu)成電壓分壓網(wǎng)絡(luò)，用于檢測(cè)輸入電壓波形和相位，經(jīng) 功率因數(shù)校正控制器Ul的第3腳輸入，作為乘法器的一輸入源。升壓后電壓經(jīng)電阻R25、R26 分壓輸入功率因數(shù)校正控制器Ul的第1腳與IC內(nèi)部參考點(diǎn)位作比較后，再經(jīng)第1腳與第 2腳兩端之間的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)輸出，以作為內(nèi)部乘法器的另一輸入源，這兩個(gè)電壓經(jīng)乘法器乘積 后，可得一比例弦波參考電壓VHt)做為功率開(kāi)關(guān)截止時(shí)機(jī)的依據(jù)。功率因數(shù)校正控制器Ul 的第7腳輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，電阻R22起到讓功率開(kāi)關(guān)管Q7慢導(dǎo)通快截止功能，當(dāng)功率因數(shù)校正 控制器Ul的第7腳閘級(jí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)使功率開(kāi)關(guān)管Q7導(dǎo)通時(shí)，電感電流依di/dt斜率上升，流 經(jīng)電阻R24，取電阻R24的跨壓VK24經(jīng)功率因數(shù)校正控制器Ul的第4腳與參考電壓V作比 較，當(dāng)VSK21>VHt)時(shí)，功率因數(shù)校正控制器Ul的第7腳拉低電壓，使功率開(kāi)關(guān)管Q7截止。變 壓器T3初級(jí)線圈主要用作升壓電感，次級(jí)線圈檢測(cè)電感電流過(guò)零信號(hào)，電阻R21是電感電流 檢測(cè)電阻。功率因數(shù)校正控制器Ul有輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP)功能，當(dāng)輸出電壓過(guò)大時(shí)，過(guò)沖 電流經(jīng)過(guò)電阻R25流進(jìn)功率因數(shù)校正控制器Ul的誤差放大器，如果流入誤差放大器的電流 大于40yA，功率因數(shù)校正控制器Ul將關(guān)閉驅(qū)動(dòng)輸出以保護(hù)電路。
[0024] 通過(guò)前級(jí)的功率因數(shù)校正電路之后，可以得到一個(gè)穩(wěn)定的400V直流電壓，但HID 燈的工作電壓遠(yuǎn)低于400V，所以需要通過(guò)降壓電路把400V的直流電進(jìn)行降壓。
[0025] 降壓電路采用的是脈寬調(diào)制（PWM)式DC-DC電路。如圖3所示，降壓電路包括運(yùn) 算放大器U2 (LM2904)、電流控制型脈寬調(diào)制器U3 (UC3845)和開(kāi)關(guān)管Q6 (4N60)。降壓電路 的輸出電壓由電流控制型脈寬調(diào)制器U3的輸出脈寬決定，而電流控制型脈寬調(diào)制器U3輸 出的脈寬由運(yùn)算放大器U2進(jìn)行調(diào)節(jié)。運(yùn)算放大器U2的同相輸入端（第3腳）通過(guò)電阻R9 和二極管D3連接至開(kāi)關(guān)管Q6的源極，運(yùn)算放大器U2的反相輸入端（第2腳）連接有基準(zhǔn) 電阻，此基準(zhǔn)電阻包括電阻R8、電阻Rx和電阻R10,電阻R8與電阻Rx并聯(lián)后與電阻RlO相 串聯(lián)，電阻R8為可調(diào)電阻，電阻Rx為數(shù)控電阻。運(yùn)算放大器U2的輸出端（第1腳）連接 電流控制型脈寬調(diào)制器U3的輸入端（第2腳），電流控制型脈寬調(diào)制器U3的輸出端（第6 腳）通過(guò)變壓器T2連接至開(kāi)關(guān)管Q6的柵極，開(kāi)關(guān)管Q6的漏極連接功率因數(shù)校正電路的輸 出端（直流400V電壓），開(kāi)關(guān)管Q6的源極為降壓電路的輸出端。
[0026] 運(yùn)算放大器U2(LM2904)與電流控制型脈寬調(diào)制器U3(UC3845)的電路可以簡(jiǎn)化為 如圖4所示的功率控制圖，功率的變化實(shí)質(zhì)上為PWM占空比的改變，因此圖4也是PWM占空 比的控制圖。如圖4所示，電阻R8與數(shù)控電阻R、并聯(lián)后再與電阻R1(|串聯(lián)構(gòu)成基準(zhǔn)電阻， 運(yùn)算放大器U2的第1腳為其輸出端，電阻R7為反饋電阻。KJu