一种用于UV灯管的直流UV开关电源制造技术

本产品发明专利技术为一种用于UV灯管的直流UV开关电源，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。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本产品专利技术为一种用于UV灯管的直流UV开关电源，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。【专利说明】—种用于UV灯管的直流UV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和高频开关电源，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OV ( 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IOKW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，容易坏，同时IGBT发热量较大。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3，图3中的Q1，Q2，Q3是IGBT，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Kl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，Ql工作，Q2，Q3不工作，Kl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60V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Ql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60V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Kl，然后关闭Ql。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Kl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，DR工作在软开关状态的辅助开关。Q2，Q3，DR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DR上转移到Q3，因此DR是软关断；这时与Ql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Cr和Cr2的存在，Q2是零电压关断。另外，由于目前市面的UV灯管大多数是双极性的普通UV灯，具有正负极性的直流UV灯管比较少见，将普通UV灯直接接在直流UV电源上长期使用，会导致与直流UV电源正极相连的灯管的管极因长期遭受电子轰击而先于负极老化，从而降低UV灯管寿命，为延长UV灯管寿命，在输出端安装了一组切换开关，上电后，在启动UV灯管之前，先在单片机内进行一番运算，把以前点灯时UV灯管的每个电极分别与开关电源的正极联结的导通时间的总时间做比较，时间少的电极则与开关电源的正极相连。另外一种简单的控制策略是:把上次与开关电源正极联结的UV灯电极与开关电源负极联结。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，除去启机的前大约两分钟以Buck电路工作，在正常工作中，以Boost电路工作，在一个PWM周期，仅有不到四分之一的时间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直通损耗只有前面两套电路的约十分之一；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t匕，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。【专利附图】【附图说明】图1是方波UV开关电源主电路图，Ql, Q2，Q3，Q4，Q5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，LI是电感，Cl是高频电容，C2，C3是耐压为450V的大电解电容；图2是斩波的直流UV开关电源主电路图，Ql，Q2都是耐压为1200V的IGBT ；D1,D2，D3，D4是功率二极管，Cl，C2，C3，C4是耐压为450V的大电解电容。图3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，D本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于UV灯管的直流UV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】

【专利技术属性】
技术研发人员：易智勇，
申请(专利权)人：易智勇，
类型：发明
国别省市：