專利名稱：一種電子鎮(zhèn)流器及其過壓鉗位保護方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電子鎮(zhèn)流器，尤其涉及一種電子鎮(zhèn)流器及其過壓鉗位保護方法。
背景技術：
氣體放電燈，如熒光燈、高壓鈉燈、金屬鹵化物燈等，通常需要電子鎮(zhèn)流器提供交 流驅動電壓以使其正常工作。一般地，電子鎮(zhèn)流器以電網(wǎng)或電池作為供電電源，將接收到的 交流電網(wǎng)電壓或直流電池電壓轉換為一直流輸入電壓，再通過逆變電路將該直流輸入電壓 轉換為所需的交流驅動電壓。氣體放電燈在不同的工作階段需要的驅動電壓不同，其在點火階段需要較高的驅 動電壓(根據(jù)燈的特性和應用場合的不同由幾百伏到幾萬伏不等)，而在穩(wěn)態(tài)下的工作電 壓則比較低(例如小于200伏)。氣體放電燈的端電壓不能過高，以免造成燈及其他元器件 的損壞。常用的過壓保護方法為采樣氣體放電燈的端電壓并產(chǎn)生一電壓采樣信號。若該電 壓采樣信號大于一預設值，則判斷為存在過電壓情況，并采取相應的過壓保護措施，例如關 閉逆變電路。由于采樣電路和過壓保護電路造成的延時，采用該方法的電子鎮(zhèn)流器響應速 度慢。此外，該方法需要高壓電容器或高壓電阻器來進行采樣，其印刷電路板高壓部分的面 積大，安全系數(shù)低，且對器件間的安全絕緣距離有較高要求，不利于電子鎮(zhèn)流器的小型化。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種響應速度快且安全系數(shù)高的電子鎮(zhèn)流器及 其過壓鉗位保護方法。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種電子鎮(zhèn)流器，包括電壓變換電路，其 輸出端提供被調節(jié)的直流輸入電壓；逆變電路，電耦接至所述電壓變換電路，包括至少一 個開關，通過所述至少一個開關的導通與關斷將所述直流輸入電壓轉換為開關電壓；諧振 電路，電耦接在所述逆變電路與氣體放電燈之間，包括第一電容器、第二電容器和第一電感 器，將所述開關電壓轉換為交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，其中所述第一電容器和第一 電感器串聯(lián)耦接至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈并聯(lián)；第二電感器， 與所述第一電感器磁耦合；以及鉗位電路，并聯(lián)連接至所述第二電感器，將所述第二電感器 兩端的電壓限制至小于或等于一閾值。為了解決上述技術問題，本發(fā)明還提供了一種電子鎮(zhèn)流器的過壓鉗位保護方法， 包括通過電壓變換電路提供被調節(jié)的直流輸入電壓；通過逆變電路將所述直流輸入電壓 轉換為開關電壓；通過包括第一電感器、第一電容器和第二電容器的諧振電路將所述開關 電壓轉換為交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，其中所述第一電容器和第一電感器串聯(lián)耦接 至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈并聯(lián)；將第二電感器磁耦合至所述 第一電感器；以及通過鉗位電路將所述第二電感器兩端的電壓限制至小于或等于一閾值。本發(fā)明采用上述結構的電路和/或上述方法，通過鉗位與諧振電感器磁耦合的耦 合電感器兩端的電壓來實現(xiàn)過壓保護，無需高壓電容器或電阻器來進行采樣，其過壓保護響應速度快，而且電子鎮(zhèn)流器的印刷電路板高壓部分的面積小、安全系數(shù)高、布線容易，且 抗干擾能力強。


下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步的說明圖1為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的框圖；圖2為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第一實施方式的電路圖；圖3為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第二實施方式的電路圖；圖4為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第三實施方式的電路圖；圖5為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的過壓鉗位保護方法的流程圖。
具體實施例方式下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應當注意，這里描述的實施例只用于舉例 說明，并不用于限制本發(fā)明。圖1為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的框圖，包括電壓變換電路101、逆變電路102、諧振電 路103、以及過壓鉗位保護裝置，其中過壓鉗位保護裝置包括耦合電感器Lrauple和鉗位電路 104。電壓變換電路101接收來自于電網(wǎng)或電池的交流或直流輸入電壓Vin，并將其轉換為 直流輸入電壓Vd。。電壓變換電路101可包含整流橋、直流/直流變換電路、交流/直流變 換電路中的一個或者其中幾個的組合。逆變電路102電耦接至電壓變換電路101，包括至少 一個開關，通過該至少一個開關的導通與關斷將直流輸入電壓Vd。轉換為開關電壓Vsw。逆 變電路102可采用任何直流/交流變換拓撲結構，例如全橋拓撲結構、半橋拓撲結構等。諧振電路103電耦接在逆變電路102和氣體放電燈之間，將開關電壓Vsw轉換為交 流驅動電壓v。ut以驅動氣體放電燈。諧振電路103包括串聯(lián)電容器Cs、電感器L和并聯(lián)電 容器Cp。串聯(lián)電容器Cs和電感器L與氣體放電燈串聯(lián)耦接，并聯(lián)電容器Cp與氣體放電燈并 聯(lián)。在圖1中，串聯(lián)電容器Cs串聯(lián)連接在逆變電路102的一個輸出端和電感器L的一端之 間，并聯(lián)電容器Cp和燈并聯(lián)連接在電感器L的另一端和逆變電路的另一個輸出端之間。但 本領域技術人員可知，串聯(lián)電容器Cs、電感器L和并聯(lián)電容器Cp之間也可采用其他連接方 式。耦合電感器L。。uple與電感器L磁耦合。耦合電感器Lrauple與電感器L兩端的電壓呈 比例關系，該比例關系由二者的繞線匝數(shù)決定。鉗位電路105并聯(lián)連接至耦合電感器L。。uple， 將耦合電感器Lrauple兩端的電壓鉗位至一閾值Vth，即，使該電壓限制至小于或者等于閾值 Vth。耦合電感器Lrauple兩端的電壓鉗位閾值Vth與鉗位電路104的結構、鉗位電路104的組 成器件的參數(shù)、耦合電感器L。。uple與電感器L的匝比等相關，一般可根據(jù)實際保護設計方案 及要求經(jīng)過多次試驗來確定。由于串聯(lián)電容器Cs、并聯(lián)電容器Cp與電感器L處于諧振狀態(tài)，當電感器L兩端電壓 的幅值也增大，燈兩端電壓的幅值增大，反之亦然。因而通過鉗位耦合電感器L。。uple兩端的 電壓，可鉗位電感器L兩端的電壓，從而使燈兩端的電壓得到限制。本發(fā)明無需高壓電容器 或電阻器進行采樣，因而過壓保護響應快，且電子鎮(zhèn)流器的印刷電路板高壓部分的面積小、 安全系數(shù)高，布線容易，抗干擾能力強。
為了簡化起見，以下各實施方式的電路圖中均不再示出電壓變換電路101。圖2為 本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第一實施方式的電路圖，其中逆變電路202采用半橋拓撲結構，包括 串聯(lián)連接的開關Sl和S2。鉗位電路204包括背靠背連接的TVS (瞬態(tài)電壓抑制，Transient Voltage Suppressor) 二極管Dl和D2。TVS 二極管Dl和D2的陽極電耦接在一起，陰極分 別電耦接至所述第二電感器L的兩端。TVS 二極管是一種二極管形式的高效能保護器件。當TVS 二極管的兩極受到反向 瞬態(tài)高能量沖擊時，它能以10_12秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達 數(shù)千瓦的浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預定值，有效地保護電子線路中的精密元 器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。TVS 二極管具有響應時間快、瞬態(tài)功率大、箝位電壓較易控 制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點。 圖2中，若電子鎮(zhèn)流器發(fā)生過壓，使電感器L兩端的電壓突然增大，導致耦合電感 器L。。uple兩端的電壓也突然增大。由于ZVS 二極管Dl和D2的作用，耦合電感器L。。uple兩端 的電壓被迅速鉗位至ZVS 二極管的擊穿電壓與導通電壓(相比前者可忽略)之和，從而電 感L兩端的電壓也被鉗位，使電子鎮(zhèn)流器和氣體放電燈均得到快速的保護。逆變電路202采用基于開關頻率調制的輸入平均電流控制。電流采樣電路205包 括電連接在開關S2與地之間的采樣電阻器Rsmse以及由電阻器和電容器組成的濾波電路。 電流采樣電路205輸出的電流采樣信號Ismse代表流過電感器L電流的平均值。誤差放大 器ERR_AMP的同相輸入端接收參考電壓Ref，反相輸入端電連接至電流采樣電路205以接收 電流采樣信號Ismse,輸出端提供補償信號C0MP。壓控振蕩器206電耦接至誤差放大器ERR_ AMP的輸出端，根據(jù)補償信號COMP調節(jié)其輸出的控制信號CTRL的頻率。該控制信號CTRL 的占空比通常為50%。開關Sl的門極電耦接至壓控振蕩器206以接收控制信號CTRL。非 門NOTl的輸入端電耦接至壓控振蕩器206以接收控制信號CTRL，輸出端電耦接至開關S2 的門極。掃頻電路207電耦接至壓控振蕩器206，在點火階段調節(jié)控制信號CTRL使開關Sl 和S2的開關頻率從一較高值(大于諧振電路的諧振頻率)逐漸降低，從而在燈兩端產(chǎn)生高 電壓以將其點亮。為了限制流過ZVS 二極管Dl和D2的電流，可在該兩個ZVS 二極管構成的回路中
串聯(lián)一電阻器。圖3為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第二實施方式的電路圖，其中逆變電路302也采用半 橋拓撲結構。鉗位電路304包括由二極管D3 D6組成的全橋整流電路。該全橋整流電路 的輸入端電耦接至耦合電感器L。。uple的兩端，輸出端電耦接至一直流總線。該直流總線可提 供基本恒定不變的直流電壓。該直流總線可來自于電子鎮(zhèn)流器內部，例如由電壓變換電路 的輸出或電子鎮(zhèn)流器的輔助電源所提供，也可能來自于電子鎮(zhèn)流器外部。圖3中，若電子鎮(zhèn)流器發(fā)生過壓，使電感器L兩端的電壓突然增大，導致耦合電感 器Lrauple兩端的電壓也突然增大。由于二極管D3 D6組成的全橋整流電路的作用，耦合電 感器L。。uple兩端的電壓被鉗位至直流總線上的直流電壓與兩倍的二極管導通電壓(相比前 者可忽略)之和，從而電感L兩端的電壓也被鉗位，使電子鎮(zhèn)流器和氣體放電燈均得到充分 的保護。圖4為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的第三實施方式的電路圖，其中逆變電路采用全橋拓撲 結構，鉗位電路304包括由二極管D7和D8組成的全波整流電路。該全波整流電路的輸入
6端電耦接至耦合電感器L。。uple的兩端，輸出端電耦接至電壓變換電路的輸出端，即逆變電路 的輸入端。圖4中，若電子鎮(zhèn)流器發(fā)生過壓，使電感器L兩端的電壓突然增大，導致耦合電感 器Lrauple兩端的電壓也突然增大。由于二極管D7和D8組成的全波整流電路的作用，耦合電 感器Lrauple兩端的電壓終被鉗位至直流輸入電壓Vd。與二極管導通電壓(相比前者可忽略) 之和，從而電感L兩端的電壓也被鉗位，諧振能量被回饋至直流母線，使電子鎮(zhèn)流器和氣體 放電燈均得到快速的保護。圖3和圖4所示的電子鎮(zhèn)流器也可使用與圖2所示相同的壓控方式和掃頻點火方 法。此外，為了限制流過圖3和圖4中整流電路的電流，還可將一電阻器串聯(lián)連接至該整流 電路。圖5為本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器的過壓鉗位保護方法的流程圖，包括步驟A E。步驟A，通過電壓變換電路提供被調節(jié)的直流輸入電壓。
步驟B，通過逆變電路將該直流輸入電壓轉換為開關電壓。步驟C，通過諧振電路將開關電壓轉換為交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，其中該 諧振電路包括第一電感器、第一電容器和第二電容器。第一電容器和第一電感器串聯(lián)耦接 至氣體放電燈，第二電容器與所述氣體放電燈并聯(lián)。步驟D，將第二電感器磁耦合至第一電感器。步驟E，通過鉗位電路將第二電感器兩端的電壓限制至小于或等于一閾值。在一個實施方式中，鉗位電路包括第一 TVS 二極管和第二 TVS 二極管，該兩個TVS 二極管的陽極電耦接在一起，陰極分別電耦接至第二電感器的兩端。為了限制流過第一和 第二 TVS 二極管的電流，還可將一電阻器與該兩個TVS 二極管串聯(lián)。在另一個實施方式中，鉗位電路包括整流電路，該整流電路的輸入端電耦接至第 二電感器，輸出端電耦接至一直流總線。該直流總線可能來自于電子鎮(zhèn)流器內部，例如由電 壓變換電路的輸出或電子鎮(zhèn)流器的輔助電源所提供，也可能來自于電子鎮(zhèn)流器外部。該整 流電路可為全橋整流電路或全波整流電路。為了限制流過整流電路的電流，還可將一電阻 器串聯(lián)連接至該整流電路。在一個實施方式中，該過壓鉗位保護方法還包括采樣逆變電路的輸入電流，并產(chǎn) 生與該電流相關的電流采樣信號；將參考電壓與該電流采樣信號的誤差進行放大積分，得 到補償信號；以及根據(jù)該補償信號產(chǎn)生控制信號以調節(jié)逆變電路的開關頻率。在一個實施方式中，該過壓鉗位保護方法還包括在點火階段調節(jié)控制信號使逆變 電路的開關頻率由高到低變化。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應當理解，所用的術語是說明和示 例性、而非限制性的術語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或實 質，所以應當理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應在隨附權利要求所限定的精神 和范圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效范圍內的全部變化和改型都應為隨附權 利要求所涵蓋。
權利要求
一種電子鎮(zhèn)流器，包括電壓變換電路，其輸出端提供被調節(jié)的直流輸入電壓；逆變電路，電耦接至所述電壓變換電路，包括至少一個開關，通過所述至少一個開關的導通與關斷將所述直流輸入電壓轉換為開關電壓；諧振電路，電耦接在所述逆變電路與氣體放電燈之間，包括第一電容器、第二電容器和第一電感器，將所述開關電壓轉換為交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，其中所述第一電容器和第一電感器串聯(lián)耦接至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈并聯(lián)；第二電感器，與所述第一電感器磁耦合；以及鉗位電路，并聯(lián)連接至所述第二電感器，將所述第二電感器兩端的電壓限制至小于或等于一閾值。
2.如權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述鉗位電路包括第一瞬態(tài)電壓抑制二極管 和第二瞬態(tài)電壓抑制二極管，所述第一瞬態(tài)電壓抑制二極管和第二瞬態(tài)電壓抑制二極管的 陽極電耦接在一起，陰極分別電耦接至所述第二電感器的兩端。
3.如權利要求2所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述鉗位電路還包括一電阻器，與所述第一 瞬態(tài)電壓抑制二極管和第二瞬態(tài)電壓抑制二極管串聯(lián)。
4.如權利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述鉗位電路包括整流電路，電耦接至所述第二電感器，對所述第二電感器兩端的電壓進行整流，所述整 流電路的輸出端電耦接至一直流總線。
5.如權利要求4所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述整流電路的輸出端電耦接至所述電壓變 換電路的輸出端。
6.如權利要求5所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述整流電路為全橋整流電路或全波整流電路。
7.如權利要求5所述的電子鎮(zhèn)流器，其中所述鉗位電路還包括一電阻器，與所述整流 電路串聯(lián)。
8.如權利要求1至7中任一項所述的電子鎮(zhèn)流器，還包括電流采樣電路，電耦接至所述逆變電路，采樣所述逆變電路的輸入電流，并產(chǎn)生與該電 流相關的電流采樣信號；誤差放大器，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端電耦接至所述電流采樣電路 以接收所述電流采樣信號，其輸出端提供補償信號；以及壓控振蕩器，電耦接至所述誤差放大器的輸出端，根據(jù)所述補償信號產(chǎn)生控制信號，以 調節(jié)所述至少一個開關的開關頻率。
9.如權利要求8所述的電子鎮(zhèn)流器，還包括掃頻電路，電耦接至所述壓控振蕩器，在點火階段調節(jié)所述控制信號使所述開關頻率 由高到低變化。
10.一種電子鎮(zhèn)流器的過壓鉗位保護方法，包括 通過電壓變換電路提供被調節(jié)的直流輸入電壓；通過逆變電路將所述直流輸入電壓轉換為開關電壓；通過包括第一電感器、第一電容器和第二電容器的諧振電路將所述開關電壓轉換為交 流驅動電壓以驅動氣體放電燈，其中所述第一電容器和第一電感器串聯(lián)耦接至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈并聯(lián)；將第二電感器磁耦合至所述第一電感器；以及通過鉗位電路將所述第二電感器兩端的電壓限制至小于或等于一閾值。
11.如權利要求10所述的過壓鉗位保護方法，其中所述鉗位電路包括第一瞬態(tài)電壓抑 制二極管和第二瞬態(tài)電壓抑制二極管，所述第一瞬態(tài)電壓抑制二極管和第二瞬態(tài)電壓抑制 二極管的陽極電耦接在一起，陰極分別電耦接至所述第二電感器的兩端。
12.如權利要求11所述的過壓鉗位保護方法，其中所述鉗位電路還包括一電阻器，與 所述第一瞬態(tài)電壓抑制二極管和第二瞬態(tài)電壓抑制二極管串聯(lián)。
13.如權利要求10所述的過壓鉗位保護方法，其中所述鉗位電路包括整流電路，電耦接至所述第二電感器，對所述第二電感器兩端的電壓進行整流，所述整 流電路的輸出端電耦接至一直流總線。
14.如權利要求13所述的過壓鉗位保護方法，其中所述整流電路的輸出端電耦接至所 述電壓變換電路的輸出端。
15.如權利要求13所述的過壓鉗位保護方法，其中所述整流電路為全橋整流電路或全 波整流電路。
16.如權利要求13所述的過壓鉗位保護方法，其中所述鉗位電路還包括一電阻器，與 所述整流電路串聯(lián)。
17.如權利要求10-16中任一項所述的過壓鉗位保護方法，還包括采樣所述逆變電路的輸入電流，并產(chǎn)生與該電流相關的電流采樣信號；將參考電壓與所述電流采樣信號的誤差進行放大積分，得到補償信號；以及根據(jù)所述補償信號產(chǎn)生控制信號以調節(jié)所述逆變電路的開關頻率。
18.如權利要求17所述的過壓鉗位保護方法，還包括在點火階段調節(jié)所述控制信號使所述開關頻率由高到低變化。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種電子鎮(zhèn)流器及其過壓鉗位保護方法，通過鉗位與諧振電感器磁耦合的耦合電感器兩端的電壓，來實現(xiàn)過壓保護。該電子鎮(zhèn)流器的過壓保護響應速度快，而且安全系數(shù)高，布線容易，抗干擾能力強。
文檔編號H02H9/04GK101909396SQ20101027005
公開日2010年12月8日 申請日期2010年8月27日 優(yōu)先權日2010年8月27日
發(fā)明者徐清, 胡進, 鄔權松 申請人:杭州大邦科技有限公司