專(zhuān)利名稱(chēng)：用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及一種低頻電源變換器，具體地說(shuō)，涉及用于氣體放電器件的低頻電子鎮(zhèn)流器。更加具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于高壓鈉燈的低頻方波電子鎮(zhèn)流器。
2.現(xiàn)有技術(shù)高頻開(kāi)關(guān)方式電源變換器的一個(gè)重要應(yīng)用是向氣體放電器件、特別是高壓鈉(HPS)燈供電。在向氣體放電燈以高頻供電的情況下，高頻鎮(zhèn)流器和氣體放電燈的相互作用比起傳統(tǒng)的低頻鎮(zhèn)流器和氣體放電燈之間存在的相互作用具有更高的程度。高頻鎮(zhèn)流器具有聲共振的缺點(diǎn)，它會(huì)引起各種問(wèn)題，例如不穩(wěn)定性、輸出的高波動(dòng)、或者在最?lèi)毫拥那闆r下使放電管破裂。因此，對(duì)這個(gè)問(wèn)題的一個(gè)最佳解決辦法是使用高頻的、以直流變直流的開(kāi)關(guān)方式作為可控電流源連接到一個(gè)低頻直流變交流的方波逆變器(inverter)以向氣體放電燈供電。由于它的較輕的重量、更高的效率和不存在聲共振，這種新型的具有低頻輸出的高頻鎮(zhèn)流器和傳統(tǒng)的低頻鎮(zhèn)流器或通常的高頻電子鎮(zhèn)流器相比時(shí)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。此外，新一代高度完善的電子鎮(zhèn)流器可以被用來(lái)提供若干專(zhuān)門(mén)的特點(diǎn)，舉例來(lái)說(shuō)，諸如自動(dòng)的或可控的調(diào)光。
因此，對(duì)于一個(gè)高度完善的、高效的、向氣體放電燈供電的低頻電子鎮(zhèn)流器的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)該是如下幾點(diǎn)(a)極高效(≈95％)、節(jié)能及關(guān)鍵部件的低溫升；(b)低頻方波形的燈電流(波峰因素為1)，由于瞬時(shí)的燈功率為常數(shù)(無(wú)閃爍)所以不會(huì)發(fā)生聲共振；(c)高可靠性和長(zhǎng)壽命(較低的功率損耗，無(wú)電解電容器)；(d)全可控的燈功率，消除電路電壓波動(dòng)和燈的老化的影響；(e)可編程和/或可控的調(diào)光以提供實(shí)質(zhì)性的節(jié)能；(f)當(dāng)燈管達(dá)到它的壽命的終止時(shí)自動(dòng)地切斷電源(事先編程)；(g)按光照自動(dòng)開(kāi)關(guān)和高溫保護(hù)；和(h)功率因素校正(PF≥95％)和EMI(電磁干擾)濾除。
現(xiàn)有技術(shù)在許多已知的對(duì)氣體放電燈提供高頻鎮(zhèn)流器的電路中都有體現(xiàn)。例如，可以用于HPS(HID)燈上的高效電子鎮(zhèn)流器在下列文獻(xiàn)中作了討論一是美國(guó)專(zhuān)利5,097,183號(hào)，題為“主從半橋式直流-交流開(kāi)關(guān)方式電源變換器”，另一是轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的、1992年5月15日提交的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)883,762，題目為“自對(duì)稱(chēng)和自振蕩半橋式電源逆變器”。
發(fā)明概要本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種功率受控且電流受限的電流源以實(shí)現(xiàn)用于HPS(HID)燈的理想的鎮(zhèn)流器曲線。
本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一種功率受控的電流源，其中功率是可選的和/或連續(xù)可變的。
本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種高頻的直流到直流變換器作為功率受控的電流源，其中不用電解電容器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供一種具有明顯地改進(jìn)的效率的高頻降壓變換器(buck converter)結(jié)構(gòu)，其中的控制電路是和主開(kāi)關(guān)晶體管一起浮動(dòng)的。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供一種電路，特別是為降壓變換器結(jié)構(gòu)提供一種電路，以實(shí)現(xiàn)輸出電壓的逆變和零電流檢測(cè)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種高效方波全橋式逆變器；它能在包括直流在內(nèi)的非常寬的頻率范圍內(nèi)運(yùn)行。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供一個(gè)控制方波全橋逆變器的邏輯控制電路以實(shí)現(xiàn)在高(或零)和低頻運(yùn)行之間的可編程的切換。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一個(gè)與主電壓相連接的低功率穩(wěn)定邏輯供電電壓源，其中不使用電解電容器。
本發(fā)明的還有一個(gè)目的是提供一個(gè)與主電壓相連接的低功率穩(wěn)定邏輯供電電壓源，其中不使用電解電容器。
附圖簡(jiǎn)介

圖1表示用于氣體放電器件的包括6個(gè)基本單元的優(yōu)選電子鎮(zhèn)流器的原理圖；圖2A、2B和2C表示對(duì)應(yīng)于圖1的原理圖的電壓和電流波形；圖3A表明由本發(fā)明的優(yōu)選電子鎮(zhèn)流器實(shí)現(xiàn)的以燈管功率對(duì)燈管電壓的曲線表示的鎮(zhèn)流器曲線圖；圖3B表示燈管電流對(duì)燈管電壓的曲線；圖4表示在圖1中指明為單元1的高功率因素預(yù)調(diào)節(jié)器的電路圖；圖5A表示在圖1中指明為單元2的功率控制變換器的電路圖；圖5B說(shuō)明對(duì)應(yīng)于單元2的電感器電流曲線；圖5C表明輸出和控制電壓之間的功能關(guān)系圖；圖6A表示在圖1中指明為單元3和單元4的可控全橋逆變器和點(diǎn)燃電路的電路圖；圖6B表明在圖1中指明為L(zhǎng)D3的一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)單元的4個(gè)輸出控制信號(hào)；圖6C表示關(guān)于單元3在無(wú)載情況下的時(shí)序圖；圖6D表明關(guān)于單元3在有載時(shí)的時(shí)序圖；和圖7表示在圖1中指明為單元5和單元6的邏輯電源和監(jiān)測(cè)單元的電路圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明圖1表明用于氣體放電器件的優(yōu)選電子鎮(zhèn)流器的原理圖，它包括一個(gè)指明為單元1的高功率因素預(yù)調(diào)節(jié)器，它包括一個(gè)升壓變換器(PU-1)、一個(gè)MOSFET(金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)驅(qū)動(dòng)器(MD-1)和一個(gè)控制單元(CU-1)；一個(gè)指明為單元2的電源控制的直流電流源，它包括一個(gè)降壓變換器(PU-2)、一個(gè)MOSFET動(dòng)器(MD-2)和一個(gè)控制單元(CU-2)；一個(gè)指明為單元3的低頻方波直流到交流的變換器，它包括全橋方波逆變器(PU-3)、4個(gè)MOSFET驅(qū)動(dòng)器(MD-3)、一個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器(LD-3)和一個(gè)頻率控制單元(CU-3)；一個(gè)指明為單元4的高電壓點(diǎn)燃電路；一個(gè)指明為單元5的穩(wěn)定的邏輯供電電壓源，它包括一個(gè)低功率半橋方波逆變器(HB)和5個(gè)線性調(diào)節(jié)器(LR-1、LR-2、LR-3、LR-4和LR-5)；一個(gè)指明為單元6的監(jiān)測(cè)單元，它包括一個(gè)輸入電壓、溫度和光檢測(cè)電路；和一個(gè)氣體放電器件，特別是指明為HID燈的高壓鈉燈。
圖2A、2B和2C表示和圖1的原理圖相關(guān)的優(yōu)選電子鎮(zhèn)流器的幾個(gè)特征電壓和電流波形。具體而言，圖2A表示高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器的近似于正弦的輸入電流(Ii)。此外，圖2B表示功率控制的直流電流源的輸入(Vi)和輸出(Vo)電壓，圖2C表示在正常的低頻方式下燈電壓(VL＝±Vo)和燈電流(IL)的波形。這個(gè)圖說(shuō)明可以得到的燈的瞬時(shí)功率。
圖3A表明作為燈功率(PL)和燈電壓(VL)之間的功能關(guān)系的圖解的鎮(zhèn)流器曲線。此外，圖3B表明燈電流(IL)和燈電壓(VL)之間的關(guān)系曲線。根據(jù)圖3A和3B所示的燈電壓的不同，可以區(qū)分成三個(gè)范圍，即在預(yù)熱期間恒定的燈電流的范圍(0≤VL≤VL(min))；在一定的燈電壓范圍內(nèi)(VL(min)≤VL≤VL(max))的恒定的燈功率的范圍；和一個(gè)禁止范圍(VL＞VL(max))，如果燈電壓達(dá)到VL(max)，鎮(zhèn)流器將自動(dòng)切斷。
通過(guò)優(yōu)選鎮(zhèn)流器可以選擇兩種不同的標(biāo)準(zhǔn)燈管功率級(jí)別，例如200瓦或250瓦。此外，燈功率可以連續(xù)改變以提供調(diào)光能力，這從節(jié)能的觀點(diǎn)而言是很有意義的。
下面將解釋本發(fā)明的6個(gè)基本單元。
單元1包括一個(gè)輸入濾波器F10，它示于圖4中。這個(gè)電路是以標(biāo)準(zhǔn)的升壓變換器結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，它包括一個(gè)橋式整流器B10，一個(gè)電感器L10，一個(gè)功率MOSFET M10，一個(gè)快速整流器D10，和一個(gè)輸出電容器C10。采用了可控的導(dǎo)通時(shí)間和零電流接通技術(shù)。因此，峰值的和平均的電感器電流和輸入電壓一樣是正弦的。在圖1中指明為MD-1的MOSFET驅(qū)動(dòng)器是由MOSFET M11和M12來(lái)實(shí)現(xiàn)的，它們的輸入分別連接到雙輸入與非(NAND)施密特觸發(fā)電路IC10和IC11的輸出端。
在圖1中指明為CU-1的控制單元包括一個(gè)誤差放大器IC15；由電阻R11，電容器C11，MOSFET M3和與非施密特觸發(fā)電路IC13來(lái)實(shí)現(xiàn)的一個(gè)鋸齒波發(fā)生器；一個(gè)脈寬調(diào)制(PWM)比較器IC14；和連接到分流電阻R10上的一個(gè)零電流檢測(cè)比較器IC12。
本發(fā)明優(yōu)選的高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器和標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)節(jié)器之間一個(gè)主要差別是分流電阻R10的位置。在這種情況下，R10上的電壓降(它和電感器的電流成正比)在和控制單元的零電平比起來(lái)是正的，因而提供靈敏度和減小損耗。這個(gè)最大的導(dǎo)通時(shí)間和最大電感器電流由齊納二極管Z10所限制。如果主開(kāi)關(guān)M10像在優(yōu)選實(shí)施例中那樣在零電感器電流電平時(shí)導(dǎo)通，則這個(gè)方法是有效的。在優(yōu)選的高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器和標(biāo)準(zhǔn)調(diào)節(jié)器之間的進(jìn)一步的差別在于，在本發(fā)明中利用了一個(gè)相對(duì)較小數(shù)值的薄膜電容器C10來(lái)取代使用較大數(shù)值的電解電容器作為輸出電容。在這種情況下，如在圖2B中可看到的那樣，輸出電壓V1的波動(dòng)(120赫)較大。
單元2是接到單元1的輸出電容C10上的，它示于圖5A中。在圖1中指明為PU-2的電源單元是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的降壓變換器的結(jié)構(gòu)的，它包括一個(gè)功率MOSFET M20、一個(gè)快速整流器D20、一個(gè)電感器L20和一個(gè)輸出(薄膜)電容器C20。在圖1中指明為MD-2的MOSFET動(dòng)器是用由雙輸入與非施密特觸發(fā)器IC20和IC21控制的MOSFET M21和M22來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在圖1中指明為CU-2的控制單元和標(biāo)準(zhǔn)的控制方法有很大的不同。這個(gè)控制電路將說(shuō)明如下a)浮動(dòng)控制控制單元直接連接到MOSFET驅(qū)動(dòng)器MD-2(M21和M22)因而直接接到主開(kāi)關(guān)M20。
b)零電流檢測(cè)利用整流器一個(gè)和肖特基整流器D22串接的快速整流器D21并聯(lián)連接在主整流器D20上。如果主開(kāi)關(guān)M20是開(kāi)路、主整流器D20是通，則在肖特基整流器D22兩端有一個(gè)約200毫伏的電壓降。這個(gè)電壓控制一個(gè)連接在與非施密特觸發(fā)器IC20和IC21的第一輸入端上的電壓比較器IC22，它迫使M20斷開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)在零電感器電流時(shí)接通M20的唯一可能性。圖5B說(shuō)明了電感器電流IL(t)的曲線圖。
c)電感器電流的控制假定M20為通狀態(tài)和電容器C21為放電初始狀態(tài)，則它的電壓Vc(t)可按下式計(jì)算此處t是相對(duì)于通時(shí)間段的時(shí)間，R＝R20＋R21(R22和R23的影響忽略不計(jì))，C＝C21，Vi和Vo為輸入和輸出電壓。由于電感器電流也正比于Vi-Vo，可得Vc(t)=Vi-VoRCt]]>iL(t)=RCLVc(t)]]>此處L是電感器L20的電感量。利用一個(gè)接到雙輸入的與非施密特觸發(fā)器IC20和IC21的第二輸入端的電壓比較器IC23，峰值電感器電流可以按下式導(dǎo)出Ip=RCLVr---(1)]]>此處Ip是峰值電感器電流，Vr＝12-Vf是一個(gè)給定的參考電壓，如圖5A所示的那樣。因此，峰值電感器電流和平均電感器電流Ia＝Ip／2一樣都可以直接由參考電壓Vr來(lái)控制。為了實(shí)現(xiàn)電容器C21的放電，一個(gè)小功率P溝道MOSFET M23被接到電壓比較器IC22的輸出，而電容器C21則并聯(lián)到這個(gè)MOSFET的源和漏極上。
d)控制輸出功率假定參考電壓正比于輸出電壓Vo的例數(shù)Vr=12-Vr=αVo,Vo(min)≤Vo≤Vo(max)---(2)]]>把(2)代入(1)，可得PA=IpVo2=RCα2L]]>此處PA是平均輸出功率。
因此，使用一種電子學(xué)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)等式(2)，就可以解決在定的輸出電壓的范圍內(nèi)控制固定的輸出功率的問(wèn)題，下面將予以說(shuō)明。
e)函數(shù)關(guān)系式Vr＝α/Vo的電子學(xué)實(shí)現(xiàn)法通過(guò)使用整流器D23和平滑電容器C22使輸出電壓Vo提升到浮動(dòng)控制電平。這基本上是反饋方法，它特別地用于在電感器20上而不用加第二繞組的降壓變換器結(jié)構(gòu)中。利用分壓電阻R24和R25以及齊納二極管Z20和Z21分別和電阻R26和R27串聯(lián)連接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)函數(shù)Vr＝α/Vo(在輸出電壓的某一范圍內(nèi))足夠的(±1％)近似，如圖5C所示那樣。如果Vo＜Vo(min)，則Vr以及隨之還有Ip(Ia)就被齊納二極管Z22限制在相應(yīng)的值上，也如圖5A所示。
為了實(shí)現(xiàn)電容器C21的放電，一個(gè)小功率P溝道MOSFET M23接在電壓比較器IC22的輸出端，電容器C21則并聯(lián)連接到這個(gè)MOSFET的源和漏極。
對(duì)于HPS燈，假定標(biāo)稱(chēng)燈電壓為100伏，則Vo(min)≈80伏，Vo(max)≈160伏，IL(max)≈3安。輸出電壓可以用一個(gè)齊納二極管Z23(Vz＝160伏)來(lái)限制，它和一個(gè)限流電阻R28和光耦器OC20(它也聯(lián)連到IC22)串聯(lián)連接在一起以提供主開(kāi)關(guān)M20的開(kāi)斷狀態(tài)。輸出功率可以通過(guò)改變電阻器R21的值來(lái)改變。例如，假定R＝R20＝R21，則輸出可以為250瓦，而如果R＝R20(R21＝0)，則輸出功率為250瓦。此外，通過(guò)連續(xù)減小電阻R21的阻值，可以實(shí)現(xiàn)輸出功率(燈功率)的連續(xù)調(diào)光，這從節(jié)能的考慮來(lái)說(shuō)是有益的。
單元3是連接到單元2的輸出電容器的，它如圖6A所示。在圖1中指明為PU-3的功率單元是以全橋結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，它包括MOSFET M31、M32、M33和M34。在圖1中指明為MD-3的MOSFET驅(qū)動(dòng)器是由4個(gè)互補(bǔ)型MOSFET CM31、CM32、CM33和CM34構(gòu)成的。此外，互補(bǔ)MOSFET CM33和CM34是分別由光隔離器件OC33和OC34驅(qū)動(dòng)的，以提供對(duì)控制電平的隔離。在圖1中指明為L(zhǎng)D-3的邏輯驅(qū)動(dòng)器提供4個(gè)邏輯信號(hào)Q1、Q2、Q3和Q4以控制MOSFET驅(qū)動(dòng)器MD-3。Q1、Q2、Q3和Q4的邏輯驅(qū)動(dòng)器信號(hào)波形示于圖6B中。邏輯驅(qū)動(dòng)器信號(hào)含有相應(yīng)的死區(qū)以避免主開(kāi)關(guān)的交叉導(dǎo)通。對(duì)稱(chēng)的輸入邏輯信號(hào)Q由一個(gè)雙比較器IC32/2和IC32/1和RC電路(R31、C31)移相Δt＝5微秒，從而形成信號(hào)Qs和Qs。IC31/1的非反相輸入端和IC32/2的反相輸入端連接到含有R31和C31的RC電路的公共點(diǎn)。IC32/1的反相輸入端和IC32/2的非反相輸入端則連接到含有電阻R32和R33的分壓器對(duì)的分共點(diǎn)。利用雙輸入的與非門(mén)IC31/1、IC31/2、IC31/3和IC31/4，可以從上部MO SFET動(dòng)器導(dǎo)出4個(gè)邏輯驅(qū)動(dòng)器信號(hào)，即Q3＝QQs，Q4＝QQs對(duì)于下部的MOSFET動(dòng)器為Q1＝QsX，Q2＝QsX此處X是一個(gè)禁止信號(hào)(如果X＝0，則下部的MOSFETM31和M32被切斷)。
在圖1中指明為CU-3的邏輯控制單元實(shí)現(xiàn)按時(shí)間編程的起動(dòng)和再起動(dòng)過(guò)程，包括對(duì)起動(dòng)(點(diǎn)燃器)單元(單元4)、對(duì)在正常運(yùn)行(X＝1)時(shí)用以控制邏輯驅(qū)動(dòng)器的低頻對(duì)稱(chēng)邏輯信號(hào)(Q)、以及對(duì)在無(wú)負(fù)載或燈管失效情況下或在舊燈管的條件下自動(dòng)切斷的特性的控制。控制單元CU-3包括下列功能電路第一電壓比較器(IC33/1)，其比較電平為V1，V1要比Vo(max)略小一些；第二電壓比較器(IC33/2)，其比較電平為V2，V2要比V1略小一些；
第一定時(shí)器(IC34)，其定時(shí)周期為t1≈10秒；第二定時(shí)器，包括一個(gè)數(shù)字計(jì)數(shù)器IC35和一個(gè)數(shù)字振蕩器IC36，其定時(shí)周期為t2≈120秒；低頻數(shù)字振蕩器IC37，其中頻率為f1≈25赫，而負(fù)載周期(duty cycle)為任意值；高頻數(shù)字振蕩器IC38，其中頻率為f2≈20千赫而負(fù)載周期為小于0.5；一個(gè)由D型觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)的T觸發(fā)器，有一個(gè)時(shí)鐘輸入和置位(SET)輸入以提供對(duì)稱(chēng)的信號(hào)Q；和兩個(gè)與門(mén)IC40/1和IC40/2，還有兩個(gè)反相器，其功能從圖6A上可明顯看出。
圖6C表示在無(wú)負(fù)載情況下(包括不成功地點(diǎn)燃的情況下)的時(shí)序圖。圖6D表示在成功的點(diǎn)燃(正常運(yùn)行)的情況下的時(shí)序圖。被點(diǎn)燃的燈管在向它提供了足夠高的電壓和電流的情況下很快地工作在復(fù)雜的等離子體物理過(guò)程(包括輝光放電)而實(shí)現(xiàn)電弧放電狀態(tài)。在實(shí)現(xiàn)了電弧放電之后，本發(fā)明的電路的一個(gè)重要任務(wù)是使燈管穩(wěn)定在電弧放電狀態(tài)下。由于放電管是冷的，任何一個(gè)慢速的電流過(guò)零過(guò)程都會(huì)引起電弧放電的熄滅。
因此，有兩種不同的避免熄弧的短期的起動(dòng)方法，即施加高頻電流脈沖的運(yùn)行或直流運(yùn)行。
短期起動(dòng)操作的時(shí)間周期由第一定時(shí)器(t1≈10秒)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在短期的起動(dòng)階段之后，放電成為正常的低頻(≈50赫)對(duì)稱(chēng)方波運(yùn)行。不同的起動(dòng)操作可以由如圖6A所示的開(kāi)關(guān)S來(lái)選擇，它可以在高頻(HF)或直流(DC)方式之間切換。在直流起動(dòng)操作的情況下，控制電路可以明顯地簡(jiǎn)化。對(duì)于HPS燈，比較簡(jiǎn)單的直流起動(dòng)方法可以令人滿意。方波全橋PU-3可以用和控制單元連接在一起的各種標(biāo)準(zhǔn)限流方案之一來(lái)完成，該控制單元在圖6A中未示出。
單元4也示于圖6A中，它連接到單元3的輸出。此外，電阻R42接到預(yù)調(diào)節(jié)器單元的輸出電容器C10上。單元4實(shí)現(xiàn)HID燈的點(diǎn)燃器，它提供高壓(≈3500伏)的點(diǎn)燃信號(hào)。這個(gè)電路基于一個(gè)脈沖變壓器結(jié)構(gòu)，它包括一個(gè)脈沖變壓器L41，一個(gè)晶閘管Th41，一個(gè)電容器C41和一個(gè)RC電路(R41和C42)，它連接到晶閘管Th41的柵極。電容器C41通過(guò)接到單元1的輸出電容器的電阻R42而充電。電容器C41通過(guò)晶閘管Th41周期地放電，晶閘管被單元CU-3的數(shù)字計(jì)數(shù)器控制，其重復(fù)頻率為2赫。充滿了電的電容器C41的電壓(≈450伏)被變壓器所提高，該變壓器有繞組N1及N2，其變比N1/N2＝8。在正常工作時(shí)，晶閘管Th41被切斷，而由帶氣隙的鐵芯電感器所構(gòu)成的脈沖變壓器則作為濾波元件而運(yùn)行。此外，電感器L41在單元PU-3改變含有死區(qū)的燈電壓的極性時(shí)提供出連續(xù)的流過(guò)燈管的電流。
單元5示于圖7中，它連接到正弦交流電源上(更正確地說(shuō)是連接到單元1的共模濾波器上)。單元5用作為一個(gè)穩(wěn)定電壓源，它包括一個(gè)指明為HB的低功率半橋方波逆變器和5個(gè)線性調(diào)節(jié)器，分別指明為L(zhǎng)R-1、LR-2、LR-3、LR-4和LR-5。低功率自振蕩半橋逆變器(方波振蕩器)包括一個(gè)整流橋B51，一個(gè)儲(chǔ)能(薄膜)電容器C51(它連接到B51的直流輸出)、兩個(gè)用作為可控開(kāi)關(guān)的晶體管T51和T52、兩個(gè)電壓分壓器電容C52和C53、和一個(gè)變壓器L51，以作為高頻半橋方波振蕩器之用。
變壓器有一個(gè)初級(jí)繞組Np，兩個(gè)反饋繞組Nf1和Nf2，和5個(gè)次級(jí)繞組Ns1、Ns2、Ns3、Ns4和Ns5，以提供給5個(gè)線性調(diào)節(jié)器的相應(yīng)的(未穩(wěn)壓的)電壓源。與RC電路(R51、C54和R52、C55)串聯(lián)連接的反饋繞組連接到晶體管T51和T52的基極，以提供出減小的基極(二極管)電流，并因此而使晶體管在通或斷的狀態(tài)間交替地切換。自振蕩的特性是由于變壓器L51的勵(lì)磁電流被切斷而引起的繞組中的極性改變而實(shí)現(xiàn)的。此外，此電路還包括一個(gè)自關(guān)斷起動(dòng)電路，它由一個(gè)連續(xù)充電的電容器C65、一個(gè)DIAC(二端交流開(kāi)關(guān)元件)S51和一個(gè)由繞組Nf1控制的晶體管T53來(lái)實(shí)現(xiàn)。整流后的輸出電壓從高頻的觀點(diǎn)來(lái)看基本上是直流電壓。因此，只要小容量的薄膜電容器就可以用作平滑元件?？梢酝ㄟ^(guò)使用任何標(biāo)準(zhǔn)的線性調(diào)整方法來(lái)得到穩(wěn)定的輸出電壓(12伏)。
單元6是作為監(jiān)測(cè)單元而工作的，它包括4個(gè)施密特觸發(fā)器，它也示于圖7中。4個(gè)施密特觸發(fā)器ST-1、ST-2、ST-3和ST-4(見(jiàn)圖1)是由指明為IC61-IC62、IC63和IC64的4個(gè)電壓比較器實(shí)現(xiàn)的。第一個(gè)施密特觸發(fā)器(IC61)由一個(gè)光敏電阻(PH)控制以實(shí)現(xiàn)光控開(kāi)關(guān)。第二個(gè)施密特觸發(fā)器(IC62)由一個(gè)熱敏電阻(TH)控制以實(shí)現(xiàn)溫控開(kāi)關(guān)。第三和第四施密特觸發(fā)器(IC65和IC64)由正比于輸入電壓的電壓VX控制以實(shí)現(xiàn)一個(gè)窗口比較器。晶體管T61由各比較器的共同輸出“與”連接所控制，形成了監(jiān)測(cè)單元。晶體管T61的輸出(M)控制著單1和單元2，隨著其M＝0或M＝1(≈12伏)而實(shí)現(xiàn)它們的通或斷狀態(tài)。
這樣，隨著本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例已詳細(xì)地表示和說(shuō)明，應(yīng)該理解，對(duì)于熟悉本技術(shù)的人員所想到的這樣一些修正和改變是可以被使用而不違背在權(quán)利要求中所提出的本發(fā)明的精神和范圍的。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，包括連接到電源的一個(gè)高功率因素的預(yù)調(diào)節(jié)器，其中所說(shuō)的高功率因素預(yù)調(diào)節(jié)器裝有一個(gè)升壓變換器，它包括一個(gè)電感器、一個(gè)第一MOSFET、一個(gè)整流器和一個(gè)輸出電容器，以及設(shè)有分流電阻的控制單元，其中所說(shuō)的分流電阻是連接在上述第一MOSFET的源極和上述的輸出電容器上，而上述的電感器和上述的整流器則連接到上述的第一MOSFET，并且還包括連接到上述第一MOSFET的一對(duì)互補(bǔ)型MOSFET和一個(gè)驅(qū)動(dòng)MOSFET，第一和第二雙輸入與非門(mén)，它們的每一個(gè)輸出端接到上述互補(bǔ)型MOSFET對(duì)的柵極以實(shí)現(xiàn)上述的驅(qū)動(dòng)MOSFET，其中上述互補(bǔ)型MOSFET對(duì)的每一個(gè)MOSFET都可以被獨(dú)立地控制。
2.按照權(quán)利要求1的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于其中所說(shuō)的控制單元接到上述的第一和第二與非門(mén)，并且還包括接到上述雙輸入與非門(mén)的輸入端的第一和第二電壓比較器，一個(gè)由第三雙輸入與非門(mén)控制的鋸齒波發(fā)生器，其中所說(shuō)的第一電壓比較器是接到上述的分流電阻以實(shí)現(xiàn)零電流檢測(cè)，另外其中所說(shuō)的第二電壓比較器的反相輸入端接到上述的鋸齒波發(fā)生器，上述的第三與非門(mén)的第一輸入端接到上述第二電壓比較器的延遲輸出端而上述第三雙輸入與非門(mén)的第二輸入端則接到上述第一電壓比較器的輸出端，并且還包括一個(gè)誤差放大器，其中該誤差放大器的輸出端接到上述的第二電壓比較器的非反相輸入端以實(shí)現(xiàn)可控的導(dǎo)通時(shí)間技術(shù)，在其中上述電感器的平均電流是正弦的。
3.按照權(quán)利要求1的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于包括接到上述的高功率因素預(yù)調(diào)節(jié)器的功率控制的直流電流源，其中所說(shuō)的功率控制的直流電流源裝有一個(gè)降壓變換器，它包括一個(gè)第一MOSFET，一個(gè)電感器，一個(gè)接在該第一MOSFET和該電感器之間的第一整流器，一個(gè)跨接在該第一MOSFET兩端的輸出電容器，連接在上述第一MOSFET上的一對(duì)互補(bǔ)型MOSFET，連接到上述互補(bǔ)型MOSFET對(duì)的第一和第二雙輸入與非門(mén)，和一個(gè)直接連接到上述第一和上述第二雙輸入與非門(mén)以實(shí)現(xiàn)浮動(dòng)控制的控制電路，而且其中所說(shuō)的控制電路包括一個(gè)連接到上述的第一和第二雙輸入與非門(mén)的第一輸入端的電感器零電流檢測(cè)單元，一個(gè)連接到上述的第一和第二雙輸入與非門(mén)的第二輸入端的電感器電流控制單元，和一個(gè)連接到上述的電感器電流控制單元以提供功率控制的直流電流源的輸出電壓逆變單元。
4.按照權(quán)利要求3的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的電感器零電流檢測(cè)單元包括一個(gè)第一電壓比較器，一個(gè)第二整流器和一個(gè)肖特基整流器，其中該肖特基整流器的陰極接到該第一整流器的陰極，該第二整流器的陽(yáng)極接到該第一整流器的陽(yáng)極，而該肖特基整流器的陽(yáng)極則接到該第二整流器的陰極，并且其中該肖特基和該第二整流器的公共點(diǎn)則接到上述的第一電壓比較器以實(shí)現(xiàn)檢測(cè)在上述第一MOSFET的開(kāi)斷狀態(tài)時(shí)電感器電流的零電平。
5.按照權(quán)利要求3的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的電感器電流控制單元包括一個(gè)第二電壓比較器，一個(gè)具有源極和漏極的第二MOSFET，該第二MOSFET接到上述的第一電壓比較器的輸出端，一個(gè)和上述第二MOSFET的源和漏極并聯(lián)連接的第一電容器，一個(gè)連接到上述第一電容器的一個(gè)第三整流器和一個(gè)與上述第三整流器串聯(lián)連接的第一電阻器，另外在其中上述第三整流器和上述第一電容器的公共點(diǎn)接到上述第二電壓比較器的非反相輸入端，上述的第一整流器則接到上述輸出電容器的正端，而上述第二MOSFET的源極接到上述控制電路的正的邏輯電源，以提供在上述的第一MOSFET處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)電感器電流的模擬模型。
6.按照權(quán)利要求3的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的輸出電壓逆變單元包括一個(gè)第二電容器，一個(gè)第四整流器，一個(gè)連接到該第二電容器的分壓器電阻對(duì)，分別和第二和第三電阻串聯(lián)連接的第一和第二齊納二極管，其中所說(shuō)的第四整流器的陰極連接到上述輸出電容器的正端，該第四整流器的陽(yáng)極則接到上述第二電容器的第一端，上述的第二電容器的第二端和上述的第二和第三電阻接到上述控制電路的零電平，而上述第一和上述第二齊納二極管則接到上述的分壓器電阻對(duì)的公共點(diǎn)，另外，其中所說(shuō)的分壓器電阻對(duì)的公共點(diǎn)接到上述第二電壓比較器的反相輸入端，以實(shí)現(xiàn)在輸出電壓為非零最小值到最大值輸出電壓的范圍內(nèi)的恒定輸出功率，它還包括一個(gè)和第三電阻串聯(lián)連接后再連接到上述控制電路的邏輯電源上的第三齊納二極管，以及連接到上述第三齊納二極管和上述第三電阻的公共點(diǎn)上的第五整流器，其中該第五整流器的陰極被連接到上述第二電壓比較器的反相輸入端，以實(shí)現(xiàn)在零值和非零最小值輸出電壓范圍內(nèi)的恒定輸出電流。
7.按照權(quán)利要求3的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包括一個(gè)連接到上述功率控制的直流電流源的低頻方波直流到交流逆變器，其中所說(shuō)的低頻方波直流到交流逆變器包括第一、第二、第三和第四MOSFET，第一、第二、第三和第四互補(bǔ)型MOSFET對(duì)，第一和第二邏輯光隔離器，一個(gè)邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元和一個(gè)頻率控制單元，其中上述的第一和上述的第二互補(bǔ)型MOSFET對(duì)連接到上述的第一和上述的第二MOSFET，上述第三和上述第四互補(bǔ)型MOSFET對(duì)則連接到上述第三和上述第四MOSFET，上述第一和上述第二邏輯光隔離器連接到上述第三和上述第四互補(bǔ)型MOSFET對(duì)，上述第一和上述第二互補(bǔ)型MOSFET對(duì)和上述第一和上述第二邏輯光隔離器則接到上述邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元，而該邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元?jiǎng)t又接到上述的頻率控制單元，以實(shí)現(xiàn)按時(shí)間編程的頻率控制，這其中包括上述低頻方波直流到交流逆變器的直流運(yùn)行。
8.按照權(quán)利要求7的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元包括第一、第二、第三和第四雙輸入與非門(mén)，第一和第二電壓比較器，一個(gè)RC電路，一個(gè)連接到上述的邏輯信號(hào)驅(qū)動(dòng)單元的邏輯電源的分壓器電阻對(duì)，一個(gè)邏輯控制輸入和一個(gè)禁止輸入，其中上述的RC電路連接到上述的邏輯控制輸入和上述邏輯驅(qū)動(dòng)器的零電壓電平，上述的第一電壓比較器的非反相輸入端和上述的第二電壓比較器的反相輸入端接到上述RC電路的公共點(diǎn)，上述的第一電壓比較器的反相輸入端和上述的第二電壓比較器的非反相輸入端則接到上述分壓電阻對(duì)的公共點(diǎn)，上述第一電壓比較器的輸出接到上述第一和上述第三雙輸入與非門(mén)的第一輸入端，上述第二電壓比較器的輸出端則接到上述第二和第四雙輸入與非門(mén)的第一輸入端，上述第三雙輸入與非門(mén)的第二輸入連接到上述邏輯控制輸入端，上述第四雙輸入與非門(mén)的第二輸入端則接到逆變器邏輯控制信號(hào)，上述第一和上述第二雙輸入與非門(mén)的第二輸入端連接到上述的禁止輸入端，另外，其中所說(shuō)的第一、第二、第三和第四雙輸入與非門(mén)的輸出端接到上述的第一互補(bǔ)型MOSFET對(duì)、上述的第二互補(bǔ)型MOSFET對(duì)、上述的第一邏輯光隔離器和上述的第二邏輯光隔離器，以實(shí)現(xiàn)該方波逆變器的交流切換或直流運(yùn)行、或禁止運(yùn)行，這其中包括死區(qū)控制以避免上述的第一、第二、第三和第四MOSFET的交叉導(dǎo)通。
9.按照權(quán)利要求7的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的頻率控制單元包括一個(gè)第三和一個(gè)第四電壓比較器，一個(gè)具有第一和第二輸出端的數(shù)字計(jì)時(shí)器，一個(gè)模擬計(jì)時(shí)器和一個(gè)數(shù)字低頻振蕩器和一個(gè)D觸發(fā)器，其中該第三和該第四電壓比較器是由上述的方波逆變器的輸入電壓控制的，上述的數(shù)字計(jì)時(shí)器是由上述第三電壓比較器控制的，上述的模擬計(jì)時(shí)器則由上述第四電壓比較器所控制，上述的低頻數(shù)字振蕩器的輸出端接到上述D觸發(fā)器的時(shí)鐘輸入端，上述模擬計(jì)時(shí)器的輸出端接到上述D觸發(fā)器的置位輸入端，而該D觸發(fā)器的輸出端則接到上述邏輯驅(qū)動(dòng)器的邏輯控制輸入端，以提供一個(gè)短期時(shí)間編程的直流運(yùn)行和轉(zhuǎn)移到在帶負(fù)載的情況下的上述方波逆變器的正常的低頻運(yùn)行，另外，其中所說(shuō)的數(shù)字計(jì)時(shí)器的第一輸出端連接到上述的邏輯驅(qū)動(dòng)器的禁止輸入端，以實(shí)現(xiàn)上述方波逆變器在低負(fù)載情況下的長(zhǎng)期時(shí)間編程的禁止運(yùn)行情況。
10.按照權(quán)利要求3的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，其中所說(shuō)的頻率控制單元還包括由上述的模擬計(jì)時(shí)器控制的高頻數(shù)字振蕩器和第一和第二與門(mén)，其中上述的高頻數(shù)字振蕩器的輸出端和上述數(shù)字計(jì)時(shí)器的第一輸出端連接到上述的第一與門(mén)，該第一與門(mén)的輸出端則接到上述邏輯信號(hào)單元和上述的低頻數(shù)字振蕩器的輸出端，而上述高頻數(shù)字振蕩器的輸出端則接到上述的第二與門(mén)，該第二與門(mén)的輸出端再接到上述的D觸發(fā)器以提供上述方波逆變器的短期時(shí)間編程的高頻電流脈沖運(yùn)行。
11.按照權(quán)利要求7的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包括一個(gè)連接到上述的高功率因數(shù)的預(yù)調(diào)節(jié)器和連接到上述的低頻方波直流到交流逆變器的點(diǎn)燃電路，其中所說(shuō)的點(diǎn)燃電路包括一個(gè)具有第一和第二繞組的脈沖變壓器，一個(gè)連接到上述高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出電容器的電阻，一個(gè)連接到上述電阻上的電容器，一個(gè)晶閘管和一個(gè)連接到該晶閘管的柵極和上述數(shù)字計(jì)時(shí)器的第二輸出端上的RC電路，其中上述的脈沖變壓器的上述第二繞組連接到上述電容器和上述晶閘管，另外其中上述的脈沖變壓器的上述第一繞組串聯(lián)連接到上述方波逆變器的輸出端和上述的氣體放電器件，以便向上述的氣體放電器件提供周期的高壓點(diǎn)燃脈沖。
12.按照權(quán)利要求7的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包括一個(gè)連接到上述高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器的低功率穩(wěn)定邏輯供電電壓源，該電壓源同時(shí)還連接到上述功率控制的直流電流源和上述低頻方波直流到交流逆變器，其中所說(shuō)的低功率穩(wěn)定邏輯供電電壓源包括一個(gè)連接到該電源的橋式整流器，一個(gè)連接到上述橋式整流器的直流輸出端的第一電容器，一個(gè)連接到上述第一電容器的高頻半橋方波振蕩器，和5個(gè)接到上述高頻半橋方波振蕩器的線性調(diào)節(jié)器，另外，其中所說(shuō)的高頻半橋方波振蕩器包括第一和第二晶體管，作為分壓電容器工作的第二和第三電容器，一個(gè)具有接到上述晶體管和上述分壓電容器的公共點(diǎn)的初級(jí)繞組的變壓器，該變壓器還有第一和第二反饋繞組和5個(gè)次級(jí)繞組，上述的高頻半橋方波振蕩器還包括連接到上述第一反饋繞組和上述第一晶體管的基板上的一個(gè)第一RC電路，連接到上述第二反饋繞組和上述第二晶體管基極上的第二RC電路，和連接到上述第一晶體管的基極上的自切斷起動(dòng)器，以提供5個(gè)隔離的非穩(wěn)定的高頻方波電壓源，它們提供5個(gè)隔離的穩(wěn)定的邏輯供電電壓源。
13.按照權(quán)利要求12的用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，其特征在于，包含一個(gè)連接到上述低功率穩(wěn)定邏輯供電電壓源的監(jiān)測(cè)電路，其中所說(shuō)的監(jiān)測(cè)電路包括由上述電源的整流電壓控制的一個(gè)第一和一個(gè)第二電壓比較器以實(shí)現(xiàn)一個(gè)輸入電壓窗口比較器，一個(gè)第三電壓比較器，一個(gè)控制上述第三電壓比較器的光敏電阻，一個(gè)第四電壓比較器，一個(gè)控制上述第四電壓比較器的熱敏電阻，另外，其中所說(shuō)的高功率因數(shù)預(yù)調(diào)節(jié)器和上述的功率控制直流電流源是由所述這些電壓比較器的輸出所控制，以提供一個(gè)光控開(kāi)關(guān)，一個(gè)過(guò)溫保護(hù)和一個(gè)邏輯供電電壓保護(hù)。
全文摘要
一種用于氣體放電器件的低頻方波電子鎮(zhèn)流器，包括一個(gè)接到正弦交流電源的高功率因素預(yù)調(diào)節(jié)器和接到預(yù)調(diào)節(jié)器的一個(gè)功率控制的直流電流源。一個(gè)低頻方波直流變交流的逆變器接到直流電流源，一個(gè)點(diǎn)燃電路則接到逆變器。同時(shí)還使用了一個(gè)監(jiān)測(cè)電路以及一個(gè)低功率穩(wěn)壓邏輯供電電壓源。整個(gè)電路接到氣體放電器件以使這個(gè)器件的瞬時(shí)功率為常數(shù)且受到控制以提供無(wú)聲共振的運(yùn)行和理想的鎮(zhèn)流器曲線。
文檔編號(hào)G05F1/00GK1133098SQ94193773
公開(kāi)日1996年10月9日 申請(qǐng)日期1994年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月26日
發(fā)明者O·維拉馬索特, J·梅利斯 申請(qǐng)人:里德有限公司