[發(fā)明專利]一種用于UV燈管的直流UV開(kāi)關(guān)電源

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310271788.5
• 申請(qǐng)日: 2013-06-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103458596A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易智勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 易智勇
• 主分類號(hào): H05B41/36
• 分類號(hào): H05B41/36;H05B39/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本產(chǎn)品發(fā)明屬于UV燈專用開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，與該直流UV開(kāi)關(guān)電源配套的UV燈管是指用于涂裝或UV印刷等行業(yè)的高壓汞燈或鹵素?zé)簦摕裟馨l(fā)出用戶需要的超強(qiáng)紫外線。?

背景技術(shù)

目前，UV燈管廣泛用于涂裝或UV印刷等行業(yè)，與UV燈管配套的電源主要是變壓器和高頻開(kāi)關(guān)電源，但變壓器體積大，笨重，功率因數(shù)相當(dāng)?shù)停瑹o(wú)法對(duì)紫外線強(qiáng)度進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，高頻開(kāi)關(guān)電源克服了變壓器的上述缺陷。目前，市面上常見(jiàn)的高頻開(kāi)關(guān)電源主要分為方波UV電源和直流UV電源；UV燈管作為開(kāi)關(guān)電源的負(fù)載，具有與一般負(fù)載很不一樣的特殊性：在點(diǎn)燈時(shí)需要在UV燈管兩極施加高頻高壓以擊穿管內(nèi)氬氣，在點(diǎn)燃燈管后，UV燈管兩極的電壓接近于0V(一般在30V到60V之間)，隨著持續(xù)的加熱和升溫，UV燈管內(nèi)的液態(tài)汞或鹵素離子逐漸蒸發(fā)并參與導(dǎo)電，UV燈管的管壓上升到正常使用時(shí)的高壓(一般在600V到900V之間)；市面上常見(jiàn)的方波UV電源采用了先斬波后逆變的策略(見(jiàn)圖1)，利用斬波來(lái)調(diào)功，向UV燈管輸出大約18KHZ的方波電壓和電流，該電路的優(yōu)點(diǎn)是功率因數(shù)大于0.9，可以精細(xì)調(diào)節(jié)輸出功率大小；但缺點(diǎn)是電路復(fù)雜，成本高(至少需要3個(gè)IGBT模塊，如果做成軟開(kāi)關(guān)，則至少需要4個(gè)IGBT模塊)，發(fā)熱量大，在輸出功率大于10KW時(shí)，必須使用水冷；市面上常見(jiàn)的直流UV電源則普遍使用先倍壓，后斬波的方式(見(jiàn)圖2)，也就是把380V的交流電倍壓整流成約1080V的高壓，再通過(guò)斬波將輸出電壓轉(zhuǎn)換成UV燈管的管壓(一般在600V到900V之間)，但其缺點(diǎn)是IGBT串聯(lián)使用，并且工作在硬開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)，容易壞，同時(shí)IGBT發(fā)熱量較大。?

本發(fā)明在充分考慮到UV燈管的電學(xué)屬性后，采用了先降壓斬波(Buck)，后升壓斬波(Boost)，中間利用一個(gè)空氣接觸器過(guò)渡的控制策略，成功研制出了功率因數(shù)高，轉(zhuǎn)換效率高，發(fā)熱量極小，成本低廉的全軟開(kāi)關(guān)直流UV開(kāi)關(guān)電源。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主電路圖見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖3，圖3中的Q1，Q2，Q3是IGBT，K1是空氣接觸器(也可以使用耐高壓繼電器)。本發(fā)明的核心在于整個(gè)電路能從Buck向Boost進(jìn)行平穩(wěn)的切換，而K1則是完成這一切換的核心器件。本發(fā)明的直流UV開(kāi)關(guān)電源工作過(guò)程分為三個(gè)階段，其相關(guān)原理介紹如下：?

第一階段：降壓斬波(Buck)階段?

啟機(jī)時(shí)，Q1工作，Q2，Q3不工作，K1斷開(kāi)，高頻高壓電路產(chǎn)生的高壓點(diǎn)燃UV燈管后不再工作，整個(gè)電路等效于一個(gè)降壓斬波電路；由于UV燈管在點(diǎn)著后的前若干秒內(nèi)，管內(nèi)的液態(tài)汞或鹵素元素尚未蒸發(fā)，UV燈管在電路中等效于一個(gè)阻值幾歐姆的電阻，其兩端的電壓恒定在60V左右。開(kāi)關(guān)電源的輸出功率必須嚴(yán)格控制在700W以下，否則很容易因過(guò)流而損壞IGBT。因此，在控制電路中控制Q1僅在啟機(jī)的前幾十秒工作，而Q2和Q3則在這個(gè)階段不工作，處于被關(guān)閉狀態(tài)；隨著持續(xù)的加熱和升溫，UV燈管內(nèi)的液態(tài)汞或鹵素離子逐漸蒸發(fā)并參與導(dǎo)電，UV燈管的管壓上升，在輸出電流恒定條件下，輸出功率逐漸上升。?

在完成啟機(jī)工作后(也就是UV燈管的管壓從點(diǎn)著時(shí)的約60V上升到接近三相電(或兩相電)整流后的電壓時(shí))，本電路進(jìn)入第二階段。?

第二階段：從Buck向Boost進(jìn)行的切換階段?

控制電路檢測(cè)到輸出電壓上升到接近三相電(或兩相電)整流后的電壓時(shí)，先閉合K1，然后關(guān)閉Q1。這時(shí)Q1，Q2，Q3都被關(guān)閉。電路等效于外接電源通過(guò)電感直接向UV燈管供電。在閉合K1的瞬間，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)大約10安培的峰值電流。?

第三階段：升壓斬波(Boost)階段?

控制電路檢測(cè)到輸出電流小于7安培后，開(kāi)啟Q2，Q3。整個(gè)電路等效于一個(gè)升壓斬波(Boost)電路。?

其中，Q2是Boost電路中的主開(kāi)關(guān)，Q3是確保Q2，DR工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)的輔助開(kāi)關(guān)。Q2，Q3，DR都工作在全軟開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)：Q3在Q2導(dǎo)通前導(dǎo)通，Q3上串聯(lián)有電感Lr，是零電流開(kāi)通；隨著流過(guò)Q3電流的增加，流過(guò)主電感L的電流逐漸從DR上轉(zhuǎn)移到Q3，因此DR是軟關(guān)斷；這時(shí)與Q1并聯(lián)的電容Cr通過(guò)電感Lr諧振放電，在Cr兩端的電壓等于零時(shí)，開(kāi)通Q2，因此Q2是零電壓導(dǎo)通；然后關(guān)斷Q3，由于Cr2的存在，Q3是零電壓關(guān)斷；關(guān)斷Q2時(shí)，由于Cr和Cr2的存在，Q2是零電壓關(guān)斷。?