[发明专利]一种用于UV灯管的直流斩波开关电源

说明书

本产品发明属于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。

技术领域

本产品发明属于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。

背景技术

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。

本发明在充分考虑到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。

发明内容

本发明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)。本发明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。本发明的直流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。