[發明專利]一種用于UV燈管的直流斬波開關電源

在審

• 申請號: 201811375610.4
• 申請日: 2018-11-19
• 公開（公告）號: CN109302064A
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發明（設計）人: 易智勇;王康
• 申請（專利權）人: 邢臺子中電子科技有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本產品發明屬于UV燈專用開關電源領域，包括一個降壓斬波電路和升壓斬波電路，兩個電路共用一個電感，通過空氣接觸器來進行電路的轉換，具體的電路原理圖見摘要附圖。其工作原理和工作過程是：啟機時，Q1工作，Q2,Q3不工作，K1斷開，高頻高壓電路產生的高壓點燃UV燈管后不再工作，整個電路等效于一個降壓斬波電路；當UV燈管管壓上升到接近三相電(或兩相電)整流后的電壓時，閉合K1，然后再關閉Q1,讓Q2,Q3在PWM脈沖的控制下工作，整個電路等效于一個升壓斬波電路，Q2，Q3工作在全軟開關狀態；該開關電源具有功率因數高，轉換效率高，發熱量小，成本低廉的特點。該直流斬波開關電源用于涂裝或UV印刷等行業能發出超強紫外線的高壓汞燈或鹵素燈。

技術領域

本產品發明屬于UV燈專用開關電源領域，與該直流UV開關電源配套的UV燈管是指用于涂裝或UV印刷等行業的高壓汞燈或鹵素燈，該燈能發出用戶需要的超強紫外線。

背景技術

目前，UV燈管廣泛用于涂裝或UV印刷等行業，與UV燈管配套的電源主要是變壓器或高頻開關電源，但變壓器體積大，笨重，功率因數相當低，無法對紫外線強度進行精細調節，高頻開關電源克服了變壓器的上述缺陷。目前，市面上常見的高頻開關電源主要分為方波UV電源和直流UV電源；UV燈管作為開關電源的負載，具有與一般負載很不一樣的特殊性：在點燈時需要在UV燈管兩極施加高頻高壓以擊穿管內氬氣，在點燃燈管后，UV燈管兩極的電壓接近于0V(一般在30V到60V之間)，隨著持續的加熱和升溫，UV燈管內的液態汞或鹵素離子逐漸蒸發并參與導電，UV燈管的管壓上升到正常使用時的高壓(一般在600V到900V之間)；市面上常見的方波UV電源采用了先斬波后逆變的策略(見圖1)，利用斬波來調功，向UV燈管輸出大約18KHZ的方波電壓和電流，該電路的優點是功率因數大于0.9,可以精細調節輸出功率大??；但缺點是電路復雜，成本高(至少需要3個IGBT模塊，如果做成軟開關，則至少需要4個IGBT模塊)，發熱量大，在輸出功率大于10KW時，必須使用水冷；市面上常見的直流UV電源則普遍使用先倍壓，后斬波的方式(見圖2)，也就是把380V的交流電倍壓整流成約1080V的高壓，再通過斬波將輸出電壓轉換成UV燈管的管壓(一般在600V到900V之間)，但其缺點是IGBT串聯使用，并且工作在硬開關工作狀態，容易對IGBT產生過壓而導致損壞，同時IGBT發熱量較大，并且，倍壓的電解電容因為電流波動大也容易損壞。市面上目前也存在主電路采用全橋電路的UV電源，該電路為了避免啟機時管壓過低而導致過流損壞IGBT的情形，在變壓器初級串電感的模式(見圖3)。該電路也具有成本低，安裝簡單等優點；但該電路也存在一系列的問題：電源的輸出功率因數低，紫外線轉化率低，相當部分的電能轉化成了無用的可見光。

本發明在充分考慮到UV燈管的電學屬性后，采用了先降壓斬波(Buck)，后升壓斬波(Boost),中間利用一個空氣接觸器過渡的控制策略，成功研制出了功率因數高，轉換效率高，發熱量極小，成本低廉，安裝調試簡單的全軟開關直流UV開關電源。

發明內容

本發明的主電路圖見說明書附圖4，圖4中的Q1，Q2，Q3是IGBT單管，K1是空氣接觸器(也可以使用耐高壓繼電器)。本發明的核心在于整個電路能從Buck向Boost進行平穩的切換，而K1則是完成這一切換的核心器件。本發明的直流UV開關電源工作過程分為三個階段，其相關原理介紹如下：

第一階段：降壓斬波(Buck)階段

啟機時，Q1工作，Q2,Q3不工作，K1斷開，高頻高壓電路產生的高壓點燃UV燈管后不再工作，整個電路等效于一個降壓斬波電路；由于UV燈管在點著后的前若干秒內，管內的液態汞或鹵素元素尚未蒸發，UV燈管在電路中等效于一個阻值幾歐姆的電阻，其兩端的電壓恒定在40V左右。開關電源的輸出功率必須嚴格控制在700W以下，否則很容易因過流而損壞IGBT。因此，在控制電路中控制Q1僅在啟機的前幾十秒工作，而Q2和Q3則在這個階段不工作，處于被關閉狀態；隨著持續的加熱和升溫，UV燈管內的液態汞或鹵素離子逐漸蒸發并參與導電，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。