一种用于UV灯管的直流斩波开关电源制造技术

本产品发明专利技术属于UV灯专用开关电源领域，包括一个降压斩波电路和升压斩波电路，两个电路共用一个电感，通过空气接触器来进行电路的转换，具体的电路原理图见摘要附图。其工作原理和工作过程是：启机时，Q1工作，Q2,Q3不工作，K1断开，高频高压电路产生的高压点燃UV灯管后不再工作，整个电路等效于一个降压斩波电路；当UV灯管管压上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时，闭合K1，然后再关闭Q1,让Q2,Q3在PWM脉冲的控制下工作，整个电路等效于一个升压斩波电路，Q2，Q3工作在全软开关状态；该开关电源具有功率因数高，转换效率高，发热量小，成本低廉的特点。该直流斩波开关电源用于涂装或UV印刷等行业能发出超强紫外线的高压汞灯或卤素灯。

【技术实现步骤摘要】
一种用于UV灯管的直流斩波开关电源
本产品专利技术属于UV灯专用开关电源领域，与该直流UV开关电源配套的UV灯管是指用于涂装或UV印刷等行业的高压汞灯或卤素灯，该灯能发出用户需要的超强紫外线。
技术介绍
目前，UV灯管广泛用于涂装或UV印刷等行业，与UV灯管配套的电源主要是变压器或高频开关电源，但变压器体积大，笨重，功率因数相当低，无法对紫外线强度进行精细调节，高频开关电源克服了变压器的上述缺陷。目前，市面上常见的高频开关电源主要分为方波UV电源和直流UV电源；UV灯管作为开关电源的负载，具有与一般负载很不一样的特殊性：在点灯时需要在UV灯管两极施加高频高压以击穿管内氩气，在点燃灯管后，UV灯管两极的电压接近于0V(一般在30V到60V之间)，随着持续的加热和升温，UV灯管内的液态汞或卤素离子逐渐蒸发并参与导电，UV灯管的管压上升到正常使用时的高压(一般在600V到900V之间)；市面上常见的方波UV电源采用了先斩波后逆变的策略(见图1)，利用斩波来调功，向UV灯管输出大约18KHZ的方波电压和电流，该电路的优点是功率因数大于0.9,可以精细调节输出功率大小；但缺点是电路复杂，成本高(至少需要3个IGBT模块，如果做成软开关，则至少需要4个IGBT模块)，发热量大，在输出功率大于10KW时，必须使用水冷；市面上常见的直流UV电源则普遍使用先倍压，后斩波的方式(见图2)，也就是把380V的交流电倍压整流成约1080V的高压，再通过斩波将输出电压转换成UV灯管的管压(一般在600V到900V之间)，但其缺点是IGBT串联使用，并且工作在硬开关工作状态，容易对IGBT产生过压而导致损坏，同时IGBT发热量较大，并且，倍压的电解电容因为电流波动大也容易损坏。市面上目前也存在主电路采用全桥电路的UV电源，该电路为了避免启机时管压过低而导致过流损坏IGBT的情形，在变压器初级串电感的模式(见图3)。该电路也具有成本低，安装简单等优点；但该电路也存在一系列的问题：电源的输出功率因数低，紫外线转化率低，相当部分的电能转化成了无用的可见光。本专利技术在充分考虑到UV灯管的电学属性后，采用了先降压斩波(Buck)，后升压斩波(Boost),中间利用一个空气接触器过渡的控制策略，成功研制出了功率因数高，转换效率高，发热量极小，成本低廉，安装调试简单的全软开关直流UV开关电源。
技术实现思路
本专利技术的主电路图见说明书附图4，图4中的Q1，Q2，Q3是IGBT单管，K1是空气接触器(也可以使用耐高压继电器)。本专利技术的核心在于整个电路能从Buck向Boost进行平稳的切换，而K1则是完成这一切换的核心器件。本专利技术的直流UV开关电源工作过程分为三个阶段，其相关原理介绍如下：第一阶段：降压斩波(Buck)阶段启机时，Q1工作，Q2,Q3不工作，K1断开，高频高压电路产生的高压点燃UV灯管后不再工作，整个电路等效于一个降压斩波电路；由于UV灯管在点着后的前若干秒内，管内的液态汞或卤素元素尚未蒸发，UV灯管在电路中等效于一个阻值几欧姆的电阻，其两端的电压恒定在40V左右。开关电源的输出功率必须严格控制在700W以下，否则很容易因过流而损坏IGBT。因此，在控制电路中控制Q1仅在启机的前几十秒工作，而Q2和Q3则在这个阶段不工作，处于被关闭状态；随着持续的加热和升温，UV灯管内的液态汞或卤素离子逐渐蒸发并参与导电，UV灯管的管压上升，在输出电流恒定条件下，输出功率逐渐上升。在完成启机工作后(也就是UV灯管的管压从点着时的约40V上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时)，本电路进入第二阶段。第二阶段：从Buck向Boost进行的切换阶段控制电路检测到输出电压上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时，先闭合K1，然后关闭Q1。这时Q1，Q2，Q3都被关闭。电路等效于外接电源通过电感直接向UV灯管供电。在闭合K1的瞬间，会出现一个大约10安培的峰值电流。第三阶段：升压斩波(Boost)阶段控制电路检测到输出电流小于7安培后，开启Q2,Q3。整个电路等效于一个升压斩波(Boost)电路。其中，Q2是Boost电路中的主开关，Q3是确保Q2，D1工作在软开关状态的辅助开关。Q2，Q3，D1都工作在全软开关工作状态：Q3在Q2导通前导通，Q3上串联有电感Lr，是零电流开通；随着流过Q3电流的增加，流过主电感L的电流逐渐从D1上转移到Q3，因此D1是零电流软关断；这时与Q1并联的电容Cr通过电感Lr谐振放电，在Cr两端的电压等于零时，开通Q2，因此Q2是零电压导通；然后关断Q3，由于Cr2的存在，Q3是零电压关断；关断Q2时，由于存在一个与Q2并联的谐振电容Cr，Q2是零电压关断。通过对比目前市面上常见的UV灯开关电源和本专利技术可以看出，无论是方波UV电源还是斩波的直流UV电源，凡是流过负载的电流，都必须流过IGBT，并且至少要流过两个IGBT，而在本专利技术的电路中，除去启机的前大约几分钟以Buck电路工作，在正常工作中，以Boost电路工作，在一个PWM周期，仅有不到三分之一的时间IGBT导通，在一个周期的大部分时间，三相电在整流后通过电感直接向负载供电，因此，本电路的IGBT直通损耗只有前面三套电路的约四分之一；开关损耗则更小；因此，与目前市面上常见的UV灯开关电源相比，本专利技术的开关电源功率因数高，转换效率高，发热量极小；例如，同样是对外输出8KW的输出功率，方波UV电源至少需要三个50A的IGBT模块，如果要以全软开关方式工作，则至少需要四个50A的IGBT模块，斩波的直流UV电源则至少需要两个50A的IGBT模块，且只能工作在硬开关状态；而使用本专利技术的电源，则仅需要三个40A的IGBT单管即可，造价非常低廉。附图说明图1是方波UV开关电源主电路图，Q1,Q2,Q3,Q4,Qb1,Qb2都是耐压为1200V的IGBT，其容量由输出功率决定；D1是续流二极管，L1是电感，C1,C3是高频电容，C2，C5是耐压为450V的大电解电容。图2是倍压斩波的直流UV开关电源主电路图，Q1,Q2都是耐压为1200V的IGBT；D1,D2,D3,D4是功率二极管，C1是高频电容,C2,C3,C4,C5是耐压为450V的大电解电容。图3是主电路采用全桥电路的UV开关电源，Q1,Q2,Q3,Q4都是耐压为1200V的IGBT，其容量由输出功率决定；Lr是电感，C1,C3是高频电容，C4是耐压800V的高频隔直电容，C2，C3是耐压为450V的大电解电容。图4是本专利技术的直流UV开关电源主电路图；Q1,Q2,Q3是IGBT；D1，D2，D3，D4是功率二极管；Lr,L1是电感；K1是控制电路中的继电器控制的空气接触器；K1的功能是电源完成启机(也就是UV灯管管压从约40V上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时)后闭合，使电路从Buck向Boost进行切换。具体实施方式本专利技术的直流UV开关电源在电路上分为两大部分：控制电路和主电路。控制电路的核心器件是一个具有A/D,D/A转换功能的单片机和两个分别用来控制BuckIGBTQ1和BoostIGBTQ2的SG3525(也可以选用一个DSP器件来取代这个单片机和两个SG3525芯片)，Boost电路中的辅助IGBTQ3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于UV灯管的直流斩波开关电源，其特征在于：在控制电路的控制下，在启机阶段(UV灯管已经点着，且UV灯管的管压小于三相电(或两相电)整流后的电压)，直流UV开关电源的主电路等效于一个降压斩波电路；在UV灯管的管压上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时，通过闭合开关K(K可以是继电器，或者是空气接触器)以及改变相关功率器件的工作状态，主电路从降压斩波电路转换为升压斩波电路。在UV灯管的管压大于三相电(或两相电)整流后的电压时，直流UV开关电源的主电路等效于一个升压斩波电路。

【技术特征摘要】
1.一种用于UV灯管的直流斩波开关电源，其特征在于：在控制电路的控制下，在启机阶段(UV灯管已经点着，且UV灯管的管压小于三相电(或两相电)整流后的电压)，直流UV开关电源的主电路等效于一个降压斩波电路；在UV灯管的管压上升到接近三相电(或两相电)整流后的电压时，通过闭合开关K(K可以是继电器，或者是空气接触器)以及改变相关功率器件的工作状态，主电路从降压斩波电路转换为升压斩波电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：易智勇，王康，
申请(专利权)人：邢台子中电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：河北,13