專利名稱：電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源，特別是，但不是唯一的，用于激勵氣體放電燈如熒光燈的提升電壓的電源。
氣體放電燈是非線性的負(fù)阻抗負(fù)載，因此需要鎮(zhèn)流電路來驅(qū)動。這種鎮(zhèn)流電路典型地是有一電源，其本身由一低頻電源供電(如60H2電網(wǎng))。
這種鎮(zhèn)流電路應(yīng)當(dāng)完美地顯示高功率因數(shù)(輸出功率與輸入功率之比，也就是送入燈的功率與來自電源的功率之比)，而且諧波失真小(引入電源的頻率與電源頻率不同)。
已知的這種鎮(zhèn)流電路中使用了，如，在電燈開啟時提升供電電壓的電源，方式是用一個升壓電感器(如場效應(yīng)晶體管)，升壓電感器的電流由開關(guān)來控制，而開關(guān)又由脈寬調(diào)制(PWM)信號來控制。當(dāng)在PWM脈沖的末端點時開關(guān)關(guān)閉，升壓電感器的感應(yīng)電流使電壓升高。PWM信號典型地由電流型控制集成電路(IC)產(chǎn)生。這種電流型控制集成電路(IC)的技術(shù)已經(jīng)都很熟悉了。
已經(jīng)知道在這電源中檢測輸出電壓、電感器電流和線路電流，由此產(chǎn)生控制信號來控制(例如通過一個放大電路)PWM信號，以提高電路的功率因數(shù)。但是，這種已知的設(shè)計需要特殊的集成電路(IC)，以達到這附加控制的功能。
按照本發(fā)明的第一種方式，電源的構(gòu)成為一個接收交流供電電壓的輸入;
由供電電壓而產(chǎn)生電壓的輸出;
耦合于輸入輸出之間以傳送電流并產(chǎn)生電壓的電壓產(chǎn)生裝置;
用于控制電壓產(chǎn)生裝置傳送的電流的開關(guān)裝置;
控制信號發(fā)生裝置，用以產(chǎn)生脈沖控制信號來控制開關(guān)裝置，以便能控制電壓產(chǎn)生裝置輸出的電流并由此控制所產(chǎn)生的電壓;
改進之處包括調(diào)制裝置，它耦合于輸入與控制信號發(fā)生器之間，以根據(jù)交流電源電壓來調(diào)制控制信號的頻率，從而，當(dāng)交流電源電壓值為最大時，控制信號的頻率也達到最大值，使電壓產(chǎn)生裝置的電流波形與交流電源電壓的波形近似。
以這種方法使電壓產(chǎn)生裝置的電流隨交流供電電壓的變化而變化將是非常理想的，這種方法使電壓產(chǎn)生裝置成為一個負(fù)載，此負(fù)載隨交流供電電壓變化，電源只產(chǎn)生很小的諧波失真，并且功率因數(shù)高。
按照本發(fā)明的第二種方式，提供一種將交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的電源，此電源包括一個與所述交流電壓耦合的全波整流器，脈寬調(diào)制信號發(fā)生裝置，該裝置具有一個控制輸入端，以及用于產(chǎn)生直流電壓的由所述信號控制的裝置。
改進之處包括將所述控制輸入端與全波整流器耦合的裝置，使脈寬調(diào)制信號的頻率隨所述直流電壓值變化，當(dāng)直流電壓為最大值時，脈寬調(diào)制信號的頻率也達到最大值，由此得到高功率因數(shù)和低諧波失真。
下面只是作為例子，結(jié)合附圖按照本發(fā)明來描述激勵熒光燈的電路及其電源，圖中

圖1所示為熒光燈激勵電路的含部分框圖的電路圖;
圖2所示為加在電路上的電源線路電壓的波形;
圖3所示為該電路接收的電源線路電流波形;
圖4所示為未采用本發(fā)明的改進電路接收的線路電源電流波形;
現(xiàn)在參照圖1，電路100啟動三個熒光燈102，104，106，該電路有二個輸入端108，110，用于跨接60H2頻率的約為277V電壓的交流電源電壓。全波橋式整流電路112有二個輸入節(jié)點114，116，分別連接輸入端108，110，并且有二個輸出節(jié)點118，120。橋式整流電路112的輸出節(jié)點118連接在接地線122上。
鐵芯電感器124(電感約4.5mH)的一端與橋112的輸出節(jié)點120相連接，另一端與節(jié)點126相連接。場效應(yīng)晶體管(FET)128(型號BU290)的漏極接126節(jié)點，場效應(yīng)晶體管128的源極通過電阻130(阻抗1.6Ω)接地122。二極管132(型號MUR160)的陽極連接點126，陰極接輸出端134。接地線122與輸出端136相連。積分電容137被接在輸出端134和136之間。
電阻(陽抗2MΩ)接在橋122的輸出節(jié)點120和節(jié)點140之間。電容142(容抗0.0039μF)接在節(jié)點140和地線122之間。電流型控制集成電路(IC)144(型號AS3845，可從ASTEC，SEMICONDUCTOR獲得)的RT/CT輸入(腳4)連接節(jié)點140。電流控制集成塊IC144的VREG輸出(腳8)通過電阻146(阻抗10KΩ)連接節(jié)點140，并通過電容148(容抗0.22μF)接地。IC144的控制信號輸出(腳6)通過電阻150(阻抗20Ω)連接FET128的柵極。柵極同時通過電阻152(阻抗約22KΩ)接地122。
兩個電阻154，156(阻抗約為974KΩ和5.36KΩ)通過中間節(jié)點158串接在輸出端134和地線122之間。電流控制集成塊IC144的VFB輸入(腳2)通過電阻160(阻抗約47KΩ)連到節(jié)點158。電流控制IC144的COMP輸出(腳1)通過串接的電阻162(阻抗約為100KΩ)和電容164(容抗約為0.1μF)與VFB輸入(腳2)相連接。電流型控制IC144的電流檢測輸入端(腳3)通過電容166(容抗約為470PF)接地，并通過電阻168(阻抗約為1KΩ)與FET128的源極相接。
電流控制IC144的VCC輸入(腳7)通過電阻170(阻抗約為240KΩ)與橋式整流輸出節(jié)點120相接，并通過電容172(容抗約為100μF)接地122。IC144的GND輸入(腳5)接地122。
電源輸出端134和136與半波橋式整流反相器174相接，反相器174的輸出與串聯(lián)諧振電路176相接，諧振電路的輸出通過變壓器178與三個熒光燈連接，三個熒光燈是串聯(lián)的。鎮(zhèn)流部件174，176，178的構(gòu)成及工作原理在本領(lǐng)域都已很熟悉，故此不再敘述，這些部件在美國專利申請第07/636，833中已分別有詳細(xì)的描述，該專利已轉(zhuǎn)讓給本專利申請的同一受讓人，并已在此公開。
圖1電路在工作中，從輸入端108和110間加入227V、60H2的電壓，橋112在節(jié)點120和地線122之間產(chǎn)生單向全波整流直流電壓，其頻率為120H2。當(dāng)FET128導(dǎo)通時，此單向直流電壓幾乎全部通過電感器124并產(chǎn)生流過電感器的電流，當(dāng)FET128截止時，感應(yīng)電流使通過電感器的電壓增加，增加的電壓通過二極管132加在輸出端134，134和136兩端間增加的電壓使電容137充電供給反相器174、串聯(lián)諧振電路176及變壓器178從而啟動三個串接的熒光燈102，104，106。
通過電流型控制集成塊IC144的控制信號(從腳6輸出)控制FET128的導(dǎo)通-截止的轉(zhuǎn)換。IC的控制信號輸出是脈寬調(diào)制信號輸出，在信號的傳號(mark)期其內(nèi)FET打開啟動感應(yīng)電流的導(dǎo)通，及在信號空號(space)期內(nèi)FET關(guān)斷，截止電流的導(dǎo)通。IC的脈寬調(diào)制控制信號在腳6有額定的傳號/空號比例，產(chǎn)生額定50%的占空因數(shù)。IC的脈寬調(diào)制控制信號的頻率和在節(jié)點120的電壓確定從電源線獲取的電流。
在電路100中，IC144腳6產(chǎn)生的PWM控制信號額定頻率是由電阻146阻值和電容142的容抗值的乘積來確定的，其頻率約23KH2。
但是，從橋式整流器112輸出的120H2單向波形通過電阻138加到電流控制IC144的輸入腳4上，在IC的腳6產(chǎn)生的脈寬調(diào)制控制信號頻率被調(diào)制得隨加在輸入端108和110之間的AC線路電壓的變化而變。(其波形見圖2)由于單向橋式整流輸出電壓瞬時值增加，加在IC144腳4上的電流也增加，使IC144腳6的PCOM控制信號輸出的頻率增加。這樣，當(dāng)橋式輸出電壓最小時，IC144的腳6的PCOM控制信號輸出的頻率也最小，額定值約23KH2，當(dāng)橋式輸出電壓達到峰值時，IC144腳6的PCOM控制信號輸出的頻率達到最大值，約43KH2。在橋式輸出電壓的中間值，IC的PWM控制信號頻率也相應(yīng)按比例減小。
IC144腳6上產(chǎn)生的脈寬調(diào)制控制信號頻率確定了從橋式整流器112出來進而是從AC電源線路獲取的電流。用這種方法強制線路電流的變化與線路電壓的變化相一致(見圖3波形)。迫使線路電流成為正弦波。使電路100的功率因數(shù)接近1，而且諧波失真小。
如上所述，用這種方法使通過節(jié)點120和140之間的連接電阻138改變線電流，這引起從橋式整流112輸出的一個調(diào)制信號加在確定IC144腳4的輸入RT/CT的頻率上。如果去掉電阻138，IC144腳6上產(chǎn)生的PCOM輸出信號頻率將維持在約23KH2不變。其電路獲取的線路電流如圖4所示。
從圖3，圖4的波形比較可以看到，圖4的正弦波曲線已明顯地不如圖3，特別是在標(biāo)號180的零交點附近的那段波形。圖4波形中脫離正弦曲線形狀的地方將顯現(xiàn)出THD增加及功率因數(shù)減小，而這兩者在電路100中已完全避免，此電路線電流波形如圖3所示。
計算與測量表明，與圖4波形相應(yīng)的功率因數(shù)及THD數(shù)大約分別為0.95和15%，而電路100的功率因數(shù)和THD數(shù)分別為0.99和5%。
值得提出的是可以通過改變電阻138的值及在節(jié)點140和接地線之間額外或更換插入一個與電容142并聯(lián)的電阻(未示出)，而使IC144的PWM輸出信號所提供的調(diào)制程度發(fā)生變化。當(dāng)需要時，這種變化可用于為圖4所示非正弦波曲線區(qū)180提供較大的或較小的補償。
還將值得提出的是雖然上面已描述了本發(fā)明關(guān)于使用了一升壓電感器和含有一鎮(zhèn)流電路，用以激勵熒光燈的電源，但本發(fā)明還可以很好地應(yīng)用在那些THD和功率因數(shù)顯得很重要的其它類型的電源中。
還應(yīng)提出的是，對本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員來說，顯然可對上述實施例做各種其他的改動或變型，而不違背本發(fā)明的關(guān)于根據(jù)所加的供電壓提供調(diào)制的思想和關(guān)于用一控制信號確定從電源上獲取線電流的思想，從而減小諧波失真及增大功率因數(shù)。
權(quán)利要求
1.一種電源包括用于接收交流供電源電壓的輸入端(108，110)；用于根據(jù)供電源電壓產(chǎn)生一個電壓的輸出端(134，136)；耦合于輸入與輸出之間的電壓發(fā)生裝置(170)，用于傳輸電流并由此產(chǎn)生電壓；用于控制由電壓產(chǎn)生裝置傳送的電流的開關(guān)裝置(128)；用于產(chǎn)生脈沖控制信號以控制開關(guān)裝置的控制信號發(fā)生裝置(144)，以便控制由電壓發(fā)生裝置傳送的電流，從而控制所產(chǎn)生的電壓，其特征在于耦合于輸入與控制信號發(fā)生裝置間的調(diào)制裝置(138)，該裝置用于按交流供電源電壓來調(diào)制信號的頻率，因此當(dāng)交流供電電壓為最大值時，控制信號頻率也達到最大值，以使得電壓發(fā)生裝置中電流的波形與交流供電電壓的波形相似。
2.權(quán)利要求1中電源的進一步特征在于，電壓發(fā)生裝置包括電感(170)。
3.權(quán)利要求1或2中電源的進一步特征在于，開關(guān)裝置包括場效應(yīng)晶體管(128)。
4.權(quán)利要求1，2或3中電源的進一步特征在于，控制信號為脈寬調(diào)制信號。
5.以上任意權(quán)利要求中電源進一步特征在于，控制信號發(fā)生裝置包括電流型控制集成電路(144)。
6.以上任意權(quán)利要求中電源的進一步特征在于，調(diào)制裝置包括耦合于輸入與控制信號發(fā)生裝置間的電阻(138)。
7.用于將AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓的電源，所述電源有一與所述AC電壓耦連的全波整流器(112)、用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號的裝置(144)，所述裝置有一控制輸入、以及由所述信號控制以產(chǎn)生DC電壓的裝置(128，124，132)。其特征在于將所述控制輸入與全波整流器相耦連的裝置(138)，以使得所述脈寬調(diào)制信號的頻率按所述AC電壓值而變化，因此，當(dāng)所述AC電壓值為最大時，脈寬調(diào)制信號的頻率也達到最大值，由此而得到高功率因數(shù)和低諧波失真。
8.權(quán)利要求7所述電源的進一步特征在于，所述用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號的裝置(144)以所述的全波整流器為電源。
9.權(quán)利要求7或權(quán)利要求8中電源的進一步特征在于，所述用于產(chǎn)生所述DC信號的裝置包括一電壓提升電路(128，124，132)。
10.用于啟動氣體放電燈的鎮(zhèn)流器以及其特征在于，根據(jù)以上權(quán)利要求的電源。
全文摘要
電壓提升電源，用于熒光燈鎮(zhèn)流器(100)中，具有在交流供電電壓輸入(108，110)和輸出(134，136)之間耦連的電感(170)，用于控制電感中電流的開關(guān)(128)，以及用于產(chǎn)生脈寬調(diào)制控制信號以控制開關(guān)的電流型控制集成電路(144)，以便能控制電感中的電流并由此控制跨過電感的電壓。電流型控制集成電路與輸入相連，按照交流供電電壓來調(diào)制控制信號的頻率，當(dāng)交流供電電壓為最大值時，控制信號頻率也達到最大值。這樣，電源諧波失真減少而功率因數(shù)增大。
文檔編號H02M1/00GK1064955SQ9210149
公開日1992年9月30日 申請日期1992年3月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年3月7日
發(fā)明者康諾普卡·約翰·G, 斯蒂芬·丹尼斯 申請人:莫托羅拉公司