高强度气体放电灯的热启动电路-LED电源

1、高强度气体放电灯的热启动电路Heat start circuit of the high intensity gas discharge (HID) Iamp大家知道，高压钠灯和金属卤化物灯，这类高强度气体放电（HID ）灯比较难启动。特别当灯点亮后，工作足够长时间，灯的温度上升后，如果突然断电，紧接着又再启动，就需要专门的启动电路， 这就叫做热启动。对此， 灯两端需加较高的脉冲电压（它比电网电压高得多）。为热启动这种灯并使之正常工作，已有许多电路形式。这些电路都工作得十分满意。但是，这些电路中，除了所用的普通镇流器外， 通常都带电阻和脉冲变压器， 才能完成启动工作。这里的电阻，一般是低阻值大

2、功率的，它要发热。为防止这些发热元件危及电路其他元件，就采用特殊的设计，或者把热排走，或者把其他元件用隔热材料隔离起来。另外，用了大瓦数的电阻和脉冲变压器，也增加了电路和成本。为克服上述电路的这些缺点，介绍一种新型电路，如图 1 所示。该电路无大瓦数电阻和脉冲变压器，其线路连接关系如下：接线端子1 及 2 接到交流电网上， （ 220V 或 110V ），C1 为功率因数校正电容，接在电源输入端子1 及 2 之间。 L1 为电感镇流器，其一端连到电源输入端子1，另一端接到灯Lp，灯的另一端接到电网输入端2。这样，镇流器和灯串接起来跨接在电源两端子上。镇流器 L1 有一个抽头E，它把镇流器线圈分

3、为两部分，BE 为第一绕组， 也叫初级绕组，AE 为第二绕组，也叫次级绕组，绕组AE 的匝数 N2，比绕组BE 的匝数 N 1 大得多，一般取5%。可控硅 SCR 接在镇流器L1 的 B 端和储能电容C2 之间。电容C2 的另一端器连接器抽头 E。触发二极管D3 接在 SCR 的控制极和阳极之间。如有必要在触发二极管和SCR 的控制极之间接一个限流电阻R2，以保护触发二极管。从电路中SCR、电容 C2 及 D3 的连接关系可看出：如果电容C2 上的电压增加达到或超过触发二极管D3 的击穿电压， D3 就导通， SCR 就处于导通状态，电容C2 就通过绕组EB 放电。因为绕组间的电感耦合，绕组E

4、B 相当于变压器的初级，它在绕组AE （相当于变压器的次级）中就感应出很高的电压，加到灯管两端，如果适当选择N1 与 N2，就会产生足够高的电压把灯启动。电容 C2 的充电路是接在镇流器L1 的抽头 E 和电源另一输入端子2 之间，该充电电路由二极管 D2 、泵电容C3、射频扼流圈L0 及二极管 D1组成。这些元件串接起来，接在抽头 E 和电源输入端子2 之间。 D1 接在 C2 和 C3 之间，其极性是和 D2 相反的。我们把包括 SCR，触发二极管D3 、C2、C3、D2 、D1 及扼流圈 L 在内的电路叫做启动电路 SC。 SC 的工作过程如下；在电源的一半周期内，电流经过L 。 C3、

5、 D2 对 C3 充电， C3 的电容值比C2 的电容值小得多，大约为0.47 f，在另一半周期内，电容 C2 被充电，并且， C3 上的电压帮助此新半周期内的电压给C2 充电。于是，就把大约2.7 毫焦耳的能量传递到储能电容C2 上。 C2的容量约为 5f。显然，在一周期内，C2 所需的能量比由此新半周期及电容 C3 所提供需能量大得多。于是，在下一半周期内，电容C3 再被充电，并在紧接着的半周期内把能量传递到 C2 上。在每连续的周期内，电容C2 上的电荷，由于泵作用，均有某种程度的增加，由电容所标的容值估计约25 个周期，可把电容上的电压充到520 伏。这足以使触发二极管击穿。当电容 C

6、2 上的电压达到 D3 击穿电压时， D3 就导通， 也使 SCR 导通， 电容 C2 通过绕组 EB 放电。 在绕组 AE 中产生高压。 大容量的电容 C2 把相当大的能量倾泄到电感L1 的磁场中，该能量约0.676 焦耳。而普通的高压钠灯触发器中，只有0.0053 焦耳。这就使电感L1 的磁心处于相当强的激励状态。于是，灯变成完全放电并处于低阻状态。然后该放电状态就由额定的AC 电源维持。 放电所产生的电流方向和由励磁电感产生的电流方向一致，并强行通过灯管 （当 SCR 被同一励磁电感在电容上产生的瞬间反偏电压而关断时），对这种高储能电容 C2 用这种可控硅的阶梯充电，不需要大瓦数低阻值的

7、电阻。因此，该电路效率高，且不产生热。用 10线绕电阻 R1 接在 SCR 回路可使高压脉冲尖峰降低并把脉冲底部加宽。这可降低电应力，允许采用低成本磁材。而附加的电阻阻值较小，并不引起大的发热量。当 SCR 导通时， 在镇流器电感L1 上产生的高压也加到扼流圈L0 及灯上。 L0 对脉冲频率呈高阻抗，这样就使高压脉冲的主要部分加到灯管两端，而对触发启动电路SC 内的元件无妨害。电容C1 还作为高频旁路，使高压出现在灯的分布电容上。如果因某种原因，灯触发不起来， 上述的高压脉冲就一直重复着，直到灯启动为止。当灯再启动时，灯工作电压就把启动电器 SC 两端的电压 位到约 110V 左右。因此，就自

8、动关断了灯工作期间高压产生的过程。图流器2 表明采用SCT3 的初级绕组电路和不同形式的镇流器配合的情况。图 2 是带抽头的镇流器 T3。镇 5 接着中线 N，有抽头 1、2、3、4，可以接到不同的电源上。 例如： 120V 、240V 、277V 、 480V ，可以相应地接到抽头14。该镇流器的次级绕组6 抽头 P，绕组 SP 为次级，绕组PF 为初级，其作用与图1 中的绕组AE 及 EB 一样。旁路电容C 可接在次级绕组 PS 和地之间。为启动电流提供低阻抗的通路。因此，该电路及其功能实质上和图1 所述的一样。图 3 为启动电路的改进形式； 该启动电路 SCF 接在电源、 镇流器和灯头之

9、间， 这和图 1样。所示的启动电路是专用于启动600 瓦的高压钠灯。 启动电路 SCF，从原理上讲， 其启动和热启动部分同图 1 所示的一样。只是实际所用的元器件有所不同。例如：储能电容C2 是5 f/400V，C2 接到可控硅SCR1 上， SCR1 为 35A/800V ， 4 个触发二极管D1、 D2、 D3、D4 串起来， 接在可控硅的阴极和触发极之间；每个触发二极管的击穿电压为135V 。串接电阻 R1 为 680。泵电容 C3 为 0.0471 f/630V，扼流圈为2 个 50 毫亨的电感 L01及 L02 。它们串起来。图1 中的二极管 D2 ，此时用2 只二极管 D5及 D6

10、 串联取代。 D5 及 D6 为 3A/600V整流二极管。用 2 只二极管 D7 及 D8 取代图 1 中的 D1。除了这些元件的变更外，图 3 的电路中还加了阻塞电路， 以便当灯泡 LP 失效无法启动时，使启动电路停止工作。该阻塞电路由一个恒温开关Ts 和加热电阻R3 构成。 Ts 和充电电路中的泵电容 C3 ，二极管 D7， D8 串联，在泵电容C3 和储能电容C2 之间构成一条短接线。开关 Ts 在常温下是闭合的。当其温度升高时(例如到 110时 )就跳开。加热电阻R3 同充电回路的部分元件包括二极管和电容并联，而和扼流圈L01 、L02 串联。这样，每当电路接通时，就有电流通过加热电

11、阻R3，加热电阻R3 和开关 Ts 是热控制关系。在R3 通流受热时，开关 Ts 的温度就升高。依据灯具的环境温度，在大约3 5 分钟后，温度开关就跳开。当Ts 开路时，对储能电容 C2 的阶梯充电就停止。在电源未断开前，一直有加热电流通过R3，所以开关 Ts 就一直保持开路。当电源断开后，Ts 就又闭合。这种自动通断电路， 保证了触发器及镇流器的长寿命和高可靠性。因为它使得在灯泡出故障时，介电元件上的高压应力受到限制。管图 4 中附加了较普通的高压钠灯启动电路，D9 ，电容 C4，电阻 R4 和 RF 扼流圈 L03用以说明图 3 的电路。该启动电路由触发二极组成。其连接关系如图所示。该电路

12、的工作原理如下：电流经 L03 、R4 给 C4 充电，当 C4 上的电压达到 D9 击穿电压时，电容 C4 就经过镇流器电感 L1 的绕组 EB 放电。从而产生启动脉冲电压。该启动电路可在正常启动状态下，冷启动灯泡。 在正常情况下，可用高电压低能量的脉冲启动灯泡，并维持其工作。但是，该电路不能有效地启动热灯泡。所以，对于初始的冷灯泡可用普通的HPS 启动电路启动，对于热启动可用控制电路SC 或 SC。要强调说明的是：该两种启动电路可合在一起很好地工作，并可接在同样的启动装置中，不会有什么困难。图 5 所示的电路， 基本上和图1 的一样。 只不过阻塞电路不是用热敏开关，而是用电子方式。网络CZ 中的电容C4 其容量约为100f，放电电阻R3 为 100K ，R3 同 C4 并联。 C4的串联充电电路由电阻R4 和二极管 D3 组成， D3 的极性是这样接的；它给C4 上充电电压和 C2 上充电电压是相反的。C4 是在 C2 的充电回路里，但因为C4 的容量比C2 的大得多，C4 上的电压建立得相当慢。C4 的充电时常数主要由C4× R4=100 f × 150K =15秒。C4×R4 来决定。R4 的限值为150K。当接通电源， C4 上的 Dc 电压缓慢上升， 它趋近 C2 上建立的电压， 就抵消 C2 上的电