一种植物补光灯用镇流器的输出谐振变换器及其控制方法

摘要

一种植物补光灯用镇流器的输出谐振变换器及其控制方法，属于照明控制技术领域，通过对传统半桥谐振变换器进行改进，在原有的基础上增加了增益调节线圈、激磁电感和输出匹配线圈，使得在和谐振变压器组成了谐振滤波网络，即增大了电压的调节范围，同时能够过滤谐振网络中的杂波，减少开关的传导和辐射干扰。

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物补光灯用镇流器的输出谐振变换器及其控制方法，属于照明控制技术领域。

背景技术

农业现代化背景下，其专用的补光设备使用得到大力推广，应大棚植物生产补光需要，国际上一些照明公司推出大功率的植物照明专用灯，其灯泡电器特点为管压范围为175-330V，工作频率范围100-200KHZ的，调光范围要求50-110%范围内可调，电磁兼容的标准要求达到民用FCC的标准，效率达96%，且可以进行输出功率调节等等，这对镇流器的设计提出了相当高的要求，在使用高压、高频电压驱动灯泡时电磁兼容问题是设计电子镇流器的难题，另外对功率变换器中，增加功率密度，缩小设计尺寸的要求越来越高，迫切需要设计师提高开关频率，减少开关损耗， 实现软开关变换，使得开关电源具有较高的效率。

发明内容

为克服上有技术的缺陷，本发明的目的旨在提出一种农业专用灯泡的输出控制方法，是一种专用的谐振网络，以解决输出匹配灯泡，具备良好的电性能参数和电磁兼容特性。

为实现上述目的，本发明采用如下之技术方案：

  一种植物补光灯用镇流器的输出谐振变换器及其控制方法，包括谐振电容、谐振变压器、启动点火电容和负载，位于启动点火电容和负载之间还设置有增益调节线圈、激磁电感和输出匹配线圈，其中，激磁电感的两端与启动点火电容的两端并联连接，且激磁电感的其中一端还与增益调节线圈的一端相连接；输出匹配线圈有四个端子，其中同侧的两个端子与负载两端连接，另一侧的两个端子分别与增益调节线圈的另一端和激磁电感的另一端连接。

采用权利要求1的补光灯的控制方法，包括MCU、驱动组件、隔离控制开关、谐振变换器、电压检测回路和电流检测回路，MCU分别连接驱动组件、电压检测回路和电流检测回路，并通过驱动模块来控制隔离控制开关，并由隔离控制开关来控制谐振变换器，电压检测回路和电流检测回路分别用来检测谐振变换器内启动点火电容两端的电压和电流变化，并将取样数据传输到MCU，并由MCU进行控制调节。

由于上述技术方案运用，本发明具有下列优点：

本发明由MCU编程产生一个方波，并将其变成方波电压，由方波发生器输出，经过谐振和滤波网络后，解决其电磁兼容性问题；增益调节线圈和激磁电感的匝比能够进行电压增益的设置，满足输出电压较大范围内的调整，其工作频率稳定，效率高，调光输出频率变化小。

附图说明

图1为现有技术中半桥谐振变换器的电路示意图；

图2为本发明实施:1所提供的谐振变换器的电路示意图；

图3为本发明实施例2所提供的补光灯控制原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：参见图1、图2所示：

图文的匹配：谐振电容Cr、谐振变压器Lr、启动点火电容Ci、激磁电感Lm、增益调节线圈Ls、输出匹配线圈LF、负载RO。

传统的用于补光灯的谐振变换器，包括谐振电容、谐振变压器、启动点火电容和负载，在图1中可以看出，谐振电容、谐振变压器、启动点火电容串连连接，且负载并联到启动点火电容两端。这样在高频、高压电压驱动下，其电磁兼容性问题严重。为此，对传统的谐振变换器进行改进，如图2所示，在位于启动点火电容和负载之间还设置有增益调节线圈、激磁电感和输出匹配线圈，其中，激磁电感的两端与启动点火电容的两端并联连接，且激磁电感的其中一端还与增益调节线圈的一端相连接；输出匹配线圈有四个端子，其中同侧的两个端子与负载两端连接，另一侧的两个端子分别与增益调节线圈的另一端和激磁电感的另一端连接。通过调整增益调节线圈和激磁电感的匝比可以进行电压增益的设置，满足输出电压在较大范围内调整，且其谐振电流为正弦波，输出为正弦波电压。而方波电压应用于网络，基本上只有正弦电流容许流经谐振网络，电流滞后于施加于谐振网络的电压，保证开关管的开启为零电压，实现了软换向，因此减少噪声和辐射，该谐振网络可以过滤掉杂波，减少开关的传导和辐射干扰。

实施例2：

图文的匹配：驱动模块DR、隔离控制开关Q1和Q2、谐振电容CR、谐振变压器LR、启动点火电容CI、增益调节线圈LS、激磁电感LM、输出匹配线圈LF、负载LAMP、电压取样电容CV、电流取样电感LC。

如图3所示，采用实施例1中谐振变换器控制原理图，包括MCU、驱动组件、隔离控制开关、谐振变换器、电压检测回路和电流检测回路，其工作原理为：MCU分别连接驱动组件、电压检测回路和电流检测回路，并通过驱动模块来控制隔离控制开关，并由隔离控制开关来控制谐振变换器，电压检测回路和电流检测回路分别用来检测谐振变换器内启动点火电容两端的电压和电流变化，并将取样数据传输到MCU，并由MCU进行控制调节。

具体如下：

控制器包含了一个谐振的控制MCU，驱动组件，其主要功能为设置最大谐振频率，最低谐振频率，工作频率和电压电流的侦测计算功能，输出包含2个50%的互补占空输出，可编程的死区时间，以确保软开关操作，最高支持200KHZ驱动频率，软启动功能、待机功能、电流检测，输出电压检测、故障锁定等功能的谐振控制模块。

谐振控制模块的信号方式为MCU内部方波发生器产生50%的交替驱动信号，通过两个相连的隔离控制开关Q1、Q2产生方波电压Vd，方波发生器为一个半桥，隔离控制开关Q1上端连接直流电压，半桥中点M连接谐振变换器内的谐振电容，谐振变换器内的负载为灯泡。

电压检测回路包括电压取样电容，所述电压取样电容的一端连接谐振变压器与启动点火电容的交汇处，另一端连接MCU，其功能为采集点火和工作电压VS输入给MCU。

电流检测回路包括电流取样电感，其功能为采集预热和工作电流CS输入给MCU，谐振变换器是调频型PFM，其工作初始状态为恒流，启动完成后取样电感输入给MCU测量回路的电流进行采样计算，进行恒功率管理。

补光灯调光实现方式是MCU根据电流取样和DIM信号来调制驱动的工作频率，以达到控制谐振电流的功能，DIM调节输入是模拟信号，通过MCU做A/D，根据信号减小或加大调节谐振网络的电流，其调光信号为5V时输出满功率，如果调光信号为2.5V输出半功率，其输出比例与调光DIM输出的电压成比例关系。

本发明通过MCU编程产生一个方波，方波为50%的交替驱动开关Q1,Q2产生方波电压，方波发生器为一个半桥，该驱动电压为连接的是400-430V的直流；由谐振变压器，谐振电容，增益调节线圈，激磁电感组成的谐振和滤波网络，谐振网络的滤波功能可以让我们用基波近似的原理获得谐振的电压增益，又可以减少输出的多次谐波干扰，其输出电压在较大范围内调整，且其谐振电流为正弦波，输出为正弦波电压，输出变化时频率变化较小，且全负载范围内可以实现零电压转换。

隔离控制开关使用了谐振型软开关拓扑 ，采用的导通电阻低、寄生电容和反向恢复时间小的场效应管，工作范围为100-200KHZ，从而使得开关电源具有较高的效率。当工作在轻载时，工作频率会升高为最大值，为使输出电压受控，MCU设置了最高的频率，并且实现实时侦测保障了工作状态是受控。当满载时输出频率降低接近谐振中心频率，电路增益增加，提供较大的电压和电流输出满足负载的电性能要求；当无负载时需要持续一定的工作脉冲，尽量减少变压器磁化电流，减少待机功耗。为克服问题MCU工作在间歇触发状态，输出一串很少开关周期后使MOS关闭状态，这样平均的工作频率低，平均功耗小，长时间为空载则关闭输出进入锁定状态。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明所做的等效变化或修饰，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。