高強(qiáng)度氣體放電燈的熱啟動電路-LED電源

1、高強(qiáng)度氣體放電燈的熱啟動電路Heat start circuit of the high intensity gas discharge (HID) Iamp大家知道，高壓鈉燈和金屬鹵化物燈，這類高強(qiáng)度氣體放電（HID ）燈比較難啟動。特別當(dāng)燈點(diǎn)亮后，工作足夠長時間，燈的溫度上升后，如果突然斷電，緊接著又再啟動，就需要專門的啟動電路， 這就叫做熱啟動。對此， 燈兩端需加較高的脈沖電壓（它比電網(wǎng)電壓高得多）。為熱啟動這種燈并使之正常工作，已有許多電路形式。這些電路都工作得十分滿意。但是，這些電路中，除了所用的普通鎮(zhèn)流器外， 通常都帶電阻和脈沖變壓器， 才能完成啟動工作。這里的電阻，一般是低阻值大

2、功率的，它要發(fā)熱。為防止這些發(fā)熱元件危及電路其他元件，就采用特殊的設(shè)計(jì)，或者把熱排走，或者把其他元件用隔熱材料隔離起來。另外，用了大瓦數(shù)的電阻和脈沖變壓器，也增加了電路和成本。為克服上述電路的這些缺點(diǎn)，介紹一種新型電路，如圖 1 所示。該電路無大瓦數(shù)電阻和脈沖變壓器，其線路連接關(guān)系如下：接線端子1 及 2 接到交流電網(wǎng)上， （ 220V 或 110V ），C1 為功率因數(shù)校正電容，接在電源輸入端子1 及 2 之間。 L1 為電感鎮(zhèn)流器，其一端連到電源輸入端子1，另一端接到燈Lp，燈的另一端接到電網(wǎng)輸入端2。這樣，鎮(zhèn)流器和燈串接起來跨接在電源兩端子上。鎮(zhèn)流器 L1 有一個抽頭E，它把鎮(zhèn)流器線圈分

3、為兩部分，BE 為第一繞組， 也叫初級繞組，AE 為第二繞組，也叫次級繞組，繞組AE 的匝數(shù) N2，比繞組BE 的匝數(shù) N 1 大得多，一般取5%?？煽毓?SCR 接在鎮(zhèn)流器L1 的 B 端和儲能電容C2 之間。電容C2 的另一端器連接器抽頭 E。觸發(fā)二極管D3 接在 SCR 的控制極和陽極之間。如有必要在觸發(fā)二極管和SCR 的控制極之間接一個限流電阻R2，以保護(hù)觸發(fā)二極管。從電路中SCR、電容 C2 及 D3 的連接關(guān)系可看出：如果電容C2 上的電壓增加達(dá)到或超過觸發(fā)二極管D3 的擊穿電壓， D3 就導(dǎo)通， SCR 就處于導(dǎo)通狀態(tài)，電容C2 就通過繞組EB 放電。因?yàn)槔@組間的電感耦合，繞組E

4、B 相當(dāng)于變壓器的初級，它在繞組AE （相當(dāng)于變壓器的次級）中就感應(yīng)出很高的電壓，加到燈管兩端，如果適當(dāng)選擇N1 與 N2，就會產(chǎn)生足夠高的電壓把燈啟動。電容 C2 的充電路是接在鎮(zhèn)流器L1 的抽頭 E 和電源另一輸入端子2 之間，該充電電路由二極管 D2 、泵電容C3、射頻扼流圈L0 及二極管 D1組成。這些元件串接起來，接在抽頭 E 和電源輸入端子2 之間。 D1 接在 C2 和 C3 之間，其極性是和 D2 相反的。我們把包括 SCR，觸發(fā)二極管D3 、C2、C3、D2 、D1 及扼流圈 L 在內(nèi)的電路叫做啟動電路 SC。 SC 的工作過程如下；在電源的一半周期內(nèi)，電流經(jīng)過L 。 C3、

5、 D2 對 C3 充電， C3 的電容值比C2 的電容值小得多，大約為0.47 f，在另一半周期內(nèi)，電容 C2 被充電，并且， C3 上的電壓幫助此新半周期內(nèi)的電壓給C2 充電。于是，就把大約2.7 毫焦耳的能量傳遞到儲能電容C2 上。 C2的容量約為 5f。顯然，在一周期內(nèi)，C2 所需的能量比由此新半周期及電容 C3 所提供需能量大得多。于是，在下一半周期內(nèi)，電容C3 再被充電，并在緊接著的半周期內(nèi)把能量傳遞到 C2 上。在每連續(xù)的周期內(nèi)，電容C2 上的電荷，由于泵作用，均有某種程度的增加，由電容所標(biāo)的容值估計(jì)約25 個周期，可把電容上的電壓充到520 伏。這足以使觸發(fā)二極管擊穿。當(dāng)電容 C

6、2 上的電壓達(dá)到 D3 擊穿電壓時， D3 就導(dǎo)通， 也使 SCR 導(dǎo)通， 電容 C2 通過繞組 EB 放電。 在繞組 AE 中產(chǎn)生高壓。 大容量的電容 C2 把相當(dāng)大的能量傾泄到電感L1 的磁場中，該能量約0.676 焦耳。而普通的高壓鈉燈觸發(fā)器中，只有0.0053 焦耳。這就使電感L1 的磁心處于相當(dāng)強(qiáng)的激勵狀態(tài)。于是，燈變成完全放電并處于低阻狀態(tài)。然后該放電狀態(tài)就由額定的AC 電源維持。 放電所產(chǎn)生的電流方向和由勵磁電感產(chǎn)生的電流方向一致，并強(qiáng)行通過燈管 （當(dāng) SCR 被同一勵磁電感在電容上產(chǎn)生的瞬間反偏電壓而關(guān)斷時），對這種高儲能電容 C2 用這種可控硅的階梯充電，不需要大瓦數(shù)低阻值的

7、電阻。因此，該電路效率高，且不產(chǎn)生熱。用 10線繞電阻 R1 接在 SCR 回路可使高壓脈沖尖峰降低并把脈沖底部加寬。這可降低電應(yīng)力，允許采用低成本磁材。而附加的電阻阻值較小，并不引起大的發(fā)熱量。當(dāng) SCR 導(dǎo)通時， 在鎮(zhèn)流器電感L1 上產(chǎn)生的高壓也加到扼流圈L0 及燈上。 L0 對脈沖頻率呈高阻抗，這樣就使高壓脈沖的主要部分加到燈管兩端，而對觸發(fā)啟動電路SC 內(nèi)的元件無妨害。電容C1 還作為高頻旁路，使高壓出現(xiàn)在燈的分布電容上。如果因某種原因，燈觸發(fā)不起來， 上述的高壓脈沖就一直重復(fù)著，直到燈啟動為止。當(dāng)燈再啟動時，燈工作電壓就把啟動電器 SC 兩端的電壓 位到約 110V 左右。因此，就自

8、動關(guān)斷了燈工作期間高壓產(chǎn)生的過程。圖流器2 表明采用SCT3 的初級繞組電路和不同形式的鎮(zhèn)流器配合的情況。圖 2 是帶抽頭的鎮(zhèn)流器 T3。鎮(zhèn) 5 接著中線 N，有抽頭 1、2、3、4，可以接到不同的電源上。 例如： 120V 、240V 、277V 、 480V ，可以相應(yīng)地接到抽頭14。該鎮(zhèn)流器的次級繞組6 抽頭 P，繞組 SP 為次級，繞組PF 為初級，其作用與圖1 中的繞組AE 及 EB 一樣。旁路電容C 可接在次級繞組 PS 和地之間。為啟動電流提供低阻抗的通路。因此，該電路及其功能實(shí)質(zhì)上和圖1 所述的一樣。圖 3 為啟動電路的改進(jìn)形式； 該啟動電路 SCF 接在電源、 鎮(zhèn)流器和燈頭之

9、間， 這和圖 1樣。所示的啟動電路是專用于啟動600 瓦的高壓鈉燈。 啟動電路 SCF，從原理上講， 其啟動和熱啟動部分同圖 1 所示的一樣。只是實(shí)際所用的元器件有所不同。例如：儲能電容C2 是5 f/400V，C2 接到可控硅SCR1 上， SCR1 為 35A/800V ， 4 個觸發(fā)二極管D1、 D2、 D3、D4 串起來， 接在可控硅的陰極和觸發(fā)極之間；每個觸發(fā)二極管的擊穿電壓為135V 。串接電阻 R1 為 680。泵電容 C3 為 0.0471 f/630V，扼流圈為2 個 50 毫亨的電感 L01及 L02 。它們串起來。圖1 中的二極管 D2 ，此時用2 只二極管 D5及 D6

10、 串聯(lián)取代。 D5 及 D6 為 3A/600V整流二極管。用 2 只二極管 D7 及 D8 取代圖 1 中的 D1。除了這些元件的變更外，圖 3 的電路中還加了阻塞電路， 以便當(dāng)燈泡 LP 失效無法啟動時，使啟動電路停止工作。該阻塞電路由一個恒溫開關(guān)Ts 和加熱電阻R3 構(gòu)成。 Ts 和充電電路中的泵電容 C3 ，二極管 D7， D8 串聯(lián)，在泵電容C3 和儲能電容C2 之間構(gòu)成一條短接線。開關(guān) Ts 在常溫下是閉合的。當(dāng)其溫度升高時(例如到 110時 )就跳開。加熱電阻R3 同充電回路的部分元件包括二極管和電容并聯(lián)，而和扼流圈L01 、L02 串聯(lián)。這樣，每當(dāng)電路接通時，就有電流通過加熱電

11、阻R3，加熱電阻R3 和開關(guān) Ts 是熱控制關(guān)系。在R3 通流受熱時，開關(guān) Ts 的溫度就升高。依據(jù)燈具的環(huán)境溫度，在大約3 5 分鐘后，溫度開關(guān)就跳開。當(dāng)Ts 開路時，對儲能電容 C2 的階梯充電就停止。在電源未斷開前，一直有加熱電流通過R3，所以開關(guān) Ts 就一直保持開路。當(dāng)電源斷開后，Ts 就又閉合。這種自動通斷電路， 保證了觸發(fā)器及鎮(zhèn)流器的長壽命和高可靠性。因?yàn)樗沟迷跓襞莩龉收蠒r，介電元件上的高壓應(yīng)力受到限制。管圖 4 中附加了較普通的高壓鈉燈啟動電路，D9 ，電容 C4，電阻 R4 和 RF 扼流圈 L03用以說明圖 3 的電路。該啟動電路由觸發(fā)二極組成。其連接關(guān)系如圖所示。該電路

12、的工作原理如下：電流經(jīng) L03 、R4 給 C4 充電，當(dāng) C4 上的電壓達(dá)到 D9 擊穿電壓時，電容 C4 就經(jīng)過鎮(zhèn)流器電感 L1 的繞組 EB 放電。從而產(chǎn)生啟動脈沖電壓。該啟動電路可在正常啟動狀態(tài)下，冷啟動燈泡。 在正常情況下，可用高電壓低能量的脈沖啟動燈泡，并維持其工作。但是，該電路不能有效地啟動熱燈泡。所以，對于初始的冷燈泡可用普通的HPS 啟動電路啟動，對于熱啟動可用控制電路SC 或 SC。要強(qiáng)調(diào)說明的是：該兩種啟動電路可合在一起很好地工作，并可接在同樣的啟動裝置中，不會有什么困難。圖 5 所示的電路， 基本上和圖1 的一樣。 只不過阻塞電路不是用熱敏開關(guān)，而是用電子方式。網(wǎng)絡(luò)CZ 中的電容C4 其容量約為100f，放電電阻R3 為 100K ，R3 同 C4 并聯(lián)。 C4的串聯(lián)充電電路由電阻R4 和二極管 D3 組成， D3 的極性是這樣接的；它給C4 上充電電壓和 C2 上充電電壓是相反的。C4 是在 C2 的充電回路里，但因?yàn)镃4 的容量比C2 的大得多，C4 上的電壓建立得相當(dāng)慢。C4 的充電時常數(shù)主要由C4× R4=100 f × 150K =15秒。C4×R4 來決定。R4 的限值為150K。當(dāng)接通電源， C4 上的 Dc 電壓緩慢上升， 它趨近 C2 上建立的電壓， 就抵消 C2 上的電