高強度氣體放電燈的熱啟動電路

1、高強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，這類高強度氣體放電（HID）燈比較難啟動。特別當燈點亮后，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。

2、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，就采用特殊的設計，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，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

3、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%。    可控硅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，以保護觸發(fā)二

4、極管。    從電路中SCR、電容C2及D3的連接關系可看出：如果電容C2上的電壓增加達到或超過觸發(fā)二極管D3的擊穿電壓，D3就導通，SCR就處于導通狀態(tài)，電容C2就通過繞組EB放電。因為繞組間的電感耦合，繞組EB相當于變壓器的初級，它在繞組AE（相當于變壓器的次級）中就感應出很高的電壓，加到燈管兩端，如果適當選擇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

5、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，電流經(jīng)過L。C3、D2對C3充電，C3的電容值比C2的電容值小得多，大約為0.47f，在另一半周期內，電容C2被充電，并且，C3上的電壓幫助此新半周期內的電壓給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，C2所需的能量比由此新 

6、;   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，電容C3再被充電，并在緊接著的半周期內把能量傳遞到C2上。在每連續(xù)的周期內，電容C2上的電荷，由于泵作用，均有某種程度的增加，由電容所標的容值估計約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。    當電容C2上的電壓達到D3擊穿電壓時，D3就導通，也使SCR導通，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

7、就使電感L1的磁心處于相當強的激勵狀態(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，并強行通過燈管（當SCR被同一勵磁電感在電容上產(chǎn)生的瞬間反偏電壓而關斷時），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SCR導通

8、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著，直到燈啟動為止。當燈再啟動時，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，就自動關斷了燈工作期間高壓產(chǎn)生的過程。    圖2表明采用SC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)流器T3的初級繞組5接著中線N

9、，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，該電路及其功能實質上和圖1所述的一樣。    圖3為啟動電路的改進形式；該啟動電路SCF接在電源、鎮(zhèn)流器和燈頭之間，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。只是實際所用的元器件有所不同。例如：儲

10、能電容C2是5f/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0.0471f/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，以便當燈泡LP

11、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Ts和加熱電阻R3構成。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之間構成一條短接線。開關Ts在常溫下是閉合的。當其溫度升高時(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，每當電路接通時，就有電流通過加熱電阻R3，加熱電阻R3和開關Ts是熱控制關系。在R3通流受熱時，開關Ts的溫度就升高。依據(jù)燈具的環(huán)境溫度，在大約35分鐘后，溫度開關就跳開。當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

12、開關Ts就一直保持開路。當電源斷開后，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。因為它使得在燈泡出故障時，介電元件上的高壓應力受到限制。      圖4中附加了較普通的高壓鈉燈啟動電路，用以說明圖3的電路。該啟動電路由觸發(fā)二極管D9，電容C4，電阻R4和RF扼流圈L03組成。其連接關系如圖所示。    該電路的工作原理如下：電流經(jīng)L03、R4給C4充電，當C4上的電壓達到D9擊穿電壓時，電容C4就經(jīng)過鎮(zhèn)流器電感L1的繞

13、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。要強調說明的是：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，而是用電子方式。網(wǎng)絡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，但因為C4的容量比C2的大得多，C4上的電壓建立得相當慢。C4的充電時常數(shù)主要由C4×R4來決定。R4的限值為150K。C4×R4=100f×150K=15秒。    當接通電源，C4上的Dc電壓緩慢上升，它趨近C2上建立的電壓，就抵消C2