專利名稱：電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如熒光燈等氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術(shù)：
一般可以以包括“前端”和“后端”的形式來分析熒光燈的電子鎮(zhèn)流器。前端一般包括整流器，用以把交流(AC)線電壓變?yōu)橹绷?DC)母線電壓；和濾波電路，用以對(duì)DC母線電壓進(jìn)行濾波。濾波電路一般包括儲(chǔ)能電容器。電子鎮(zhèn)流器還往往使用升壓電路，用以提升DC母線電壓的輻度。另外，已經(jīng)知道使用無源功率因數(shù)校正裝置來減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變的電子鎮(zhèn)流器。這些裝置包括線路頻率濾波電路，所述濾波電路在線路頻率和線路頻率的約前30個(gè)諧波下的阻抗高。線路頻率濾波電路的高阻抗具有明顯的降低鎮(zhèn)流器總諧波畸變的作用。這些濾波器與EMI濾波器相反，后者在線路頻率和相關(guān)諧波下阻抗低，因而對(duì)降低鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變沒有明顯效果。
鎮(zhèn)流器后端一般包括開關(guān)式逆變器，用以把DC母線電壓變換為高頻的AC電壓；和諧振槽路，具有相對(duì)較高的阻抗，用以把高頻AC電壓耦合到燈電極。鎮(zhèn)流器后端一般還包括反饋電路，用以監(jiān)視燈電流并產(chǎn)生用以控制逆變器開關(guān)以維持所需的燈電流振輻的控制信號(hào)。
為了維持燈的穩(wěn)定工作，先有技術(shù)的電子鎮(zhèn)流器一般都對(duì)母線DC電壓進(jìn)行濾波，以便把母線電壓的紋波量減到最小。這通常是通過設(shè)置電容器量較大的因而儲(chǔ)能能力較大的母線電容器來實(shí)現(xiàn)的。通過設(shè)置較大的母線電容器，把從一個(gè)半周到下半周的整流峰值電壓的衰減量減到最小。把母線DC電壓的紋波量減到最小，往往也把燈電流的電流波峰因數(shù)(CCF)減到最小。燈電流的電流波峰因數(shù)定義為燈的峰值電流振輻與燈電流的均方根(RMS)值振輻之比。
(公式1)CCF≡IpkIRMS]]>諸如熒光燈等氣體放電燈的燈電流質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)是燈電流的電流波峰因數(shù)(CCF)。最好CCF低，因?yàn)镃CF高會(huì)使燈絲退化，從而縮短燈的壽命。日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(JIS)JIS C 8117-1992建議CCF為2.1或更低，而國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)標(biāo)準(zhǔn)921-1988-07建議CCF為1.7或更低。
但是，利用較大的母線電容器來把母線DC電壓的紋波減到最小會(huì)帶來一些缺點(diǎn)。母線電容器越大，就越昂貴，在印刷電路板上占用面積就越大，類似地，它在鎮(zhèn)流器中占用體積就越大。當(dāng)母線電壓電平高于AC線電壓瞬時(shí)絕對(duì)值時(shí)母線電容器放電，因而母線電容器在每個(gè)線電壓半周內(nèi)只有較短的時(shí)間重新充電到大約AC線電壓絕對(duì)值峰值電壓。因而，如

圖1所示，一般的先有技術(shù)鎮(zhèn)流器在母線電容器充電的短時(shí)間內(nèi)拉取相對(duì)較大的電流量。這產(chǎn)生畸變的鎮(zhèn)流器輸入電流波形，引起不希望有的諧波和不希望有的總諧波畸變電平(THD)。
在AC電力系統(tǒng)中，電壓和電流波形可以表達(dá)為基波和一系列諧波。這些諧波的頻率是線電壓或電流基頻的若干倍。具體地說，AC波形中的畸變具有一些其頻率為基頻的整數(shù)倍的分量。最重要的諧波是三次諧波的倍數(shù)的諧波。這些諧波在三相電力系統(tǒng)的中性導(dǎo)線上在數(shù)值上相加。一般用基頻的前30個(gè)諧波來計(jì)算總諧波畸變。鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變最好低于33.3％，以防止三相電力系統(tǒng)中性導(dǎo)線過熱。另外，照明系統(tǒng)的許多用戶要求鎮(zhèn)流器具有的鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變小于20％。
降低鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變并改善鎮(zhèn)流器功率因數(shù)的一個(gè)途徑是采用眾所周知的有源功率因數(shù)校正(APFC)電路。這個(gè)途徑有利有弊，包括鎮(zhèn)流器復(fù)雜性加大、元件增加、成本上升、潛在的可靠性降低，也可能使功率消耗增大。此外，帶有APFC的鎮(zhèn)流器一般利用相對(duì)較大的母線電容器，因而具有上述隨之而來的各種缺點(diǎn)。
降低鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變的另一個(gè)途徑是，在整流器和逆變器之間采用填谷電路。典型的先有技術(shù)填谷電路的一個(gè)缺點(diǎn)是它們具有較大的母線紋波，所述母線紋波產(chǎn)生更高的燈電流波峰因數(shù)，這本身又縮短燈的壽命。
T.-F.Wu，Y.-J.Wu，C.-H.Chang和Z.R.Liu在IEEE IndustryApLIcation Society Annual Meeting，pp.2372-77，1997“帶有抖動(dòng)升壓功率因數(shù)校正器的無紋波單級(jí)電子鎮(zhèn)流器”；Y.-S.Youn，G.Chae和G.-H.Cho在IEEE PESC97 Record，pp.53-59，1997的“具有改進(jìn)的填谷和谷升壓變換器的功率因數(shù)為1的電子鎮(zhèn)流器”和G.Chae，Y.-S，Youn及G.-H.Cho在IEEE 0-7803-4489-8/98，pp.2003-8，1998“用于低成本電子鎮(zhèn)流器的利用谷電荷泵送的高功率因數(shù)校正電路”中討論了提供具有改進(jìn)的功率因數(shù)和THD的電子鎮(zhèn)流器的先有技術(shù)途徑。
在嘗試提供改進(jìn)的功率因數(shù)和總諧波畸變的電子鎮(zhèn)流器方面，代表性的先有技術(shù)專利包括1995年2月7日頒發(fā)給Wood的美國(guó)專利No.5,387,847“用于氣體放電燈的無源功率因數(shù)鎮(zhèn)流器電路”；1995年3月21日頒發(fā)給Konopka等人的美國(guó)專利No.5,399,944“用于驅(qū)動(dòng)氣體放電的鎮(zhèn)流器電路”；1996年5月14日頒發(fā)給El-Hammamsy等人的美國(guó)專利No.5,517,086“改進(jìn)的填谷高功率因數(shù)校正的鎮(zhèn)流器”和1999年11月30日頒發(fā)的美國(guó)專利No.5,994,847“帶有燈電流填谷功率因數(shù)校正的電子鎮(zhèn)流器”。
另一個(gè)參考文獻(xiàn)是1998年P(guān)eter M.Wood所著“利用無源功率因數(shù)校正和波峰因數(shù)控制的熒光燈鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)”。所述文獻(xiàn)展示了利用在線路頻率及其大約前30個(gè)諧波下具有相當(dāng)高的阻抗的濾波器的鎮(zhèn)流器。
發(fā)明概要按照本發(fā)明的第一個(gè)特征，用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的新型電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，用于把AC線電壓轉(zhuǎn)換為整流的電壓；填谷電路，它包括儲(chǔ)能裝置，后者通過開關(guān)阻抗充電，所述儲(chǔ)能裝置中的能量用來填充相繼出現(xiàn)的兩個(gè)整流電壓峰之間的谷，以產(chǎn)生填谷后電壓；和逆變器電路，具有串聯(lián)可控導(dǎo)通器件，用于把填谷后電壓轉(zhuǎn)換為高頻AC電壓。儲(chǔ)能裝置可以是電容器或電感器或其他任何儲(chǔ)能組件或組件的組合。給儲(chǔ)能裝置充電是指增加儲(chǔ)能裝置中儲(chǔ)存的能量。可控導(dǎo)通器件是一種其導(dǎo)通可由外部信號(hào)控制的器件，包括諸如金屬氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、三端可控硅器件、可控硅、繼電器、開關(guān)、真空管和其他開關(guān)器件。高頻AC電壓施加在用于驅(qū)動(dòng)電流流過氣體放電燈的諧振槽路上，并設(shè)置控制電路，用以以新的方式控制可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通，以便向氣體放電燈提供所需的燈電流并減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。所描述的本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)以上的氣體放電燈。
在所述鎮(zhèn)流器的一個(gè)最佳實(shí)施例中，填谷電路的儲(chǔ)能裝置包括電容器，一般稱作填谷電容器，填谷電容器在AC線電壓每個(gè)半周的第一充電部分期間儲(chǔ)存能量，并又在AC線電壓的每個(gè)半周的第二放電部分期間向逆變器電路提供能量，驅(qū)動(dòng)燈電流流過氣體放電燈。填谷電路的開關(guān)阻抗包括與可控導(dǎo)通器件串聯(lián)的電阻器，填谷電容器通過所述電阻器充電。
在一個(gè)替換的實(shí)施例中，填谷電路的儲(chǔ)能裝置包括填谷電容器，而開關(guān)阻抗包括一個(gè)與可控導(dǎo)通器件串聯(lián)的電感器，一起連接在降壓轉(zhuǎn)換電路配置中。填谷電容器在AC線電壓每個(gè)半周的第一充電部分期間儲(chǔ)存能量，而在AC線電壓的每個(gè)半周的第二放電部分期間向逆變器電路提供能量。降壓電路的電感器在填谷電容器充電周期期間隨著可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通而儲(chǔ)存能量，并在填谷電容器充電周期期間隨著可控導(dǎo)通器件的截止而把所儲(chǔ)存的能量傳遞給填谷電容器。
在一個(gè)替換的實(shí)施例中，降壓電路的電感器配備有通過換向二極管連接到母線電壓的抽頭，以便為填谷電容器提供不同的充電和放電時(shí)間。
按照本發(fā)明的第二個(gè)特征，用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的新型電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，用于把輸入的AC線電壓轉(zhuǎn)換成全波整流電壓；填谷電路，用以填充依次出現(xiàn)的整流電壓峰值之間的谷，以便產(chǎn)生填谷后電壓；逆變器電路，它具有串聯(lián)開關(guān)器件(可控導(dǎo)通器件)，以便把填谷后電壓轉(zhuǎn)換為高頻AC電壓；諧振槽路，用以把高頻AC電壓耦合到氣體放電燈；控制電路，用以控制可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通，以便向氣體放電燈遞送所需的電流；和用于在AC線輸入電壓過零點(diǎn)附近抽取電流的裝置，以便減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。
在所述鎮(zhèn)流器的一個(gè)最佳實(shí)施例中，所述在過零點(diǎn)附近抽取電流的裝置是貓耳電路(cat ear circuit)。所述貓耳電路最好是貓耳電源，它可以為控制電路或其他內(nèi)務(wù)和輔助電路的操作提供必要的電源。貓耳電路在每個(gè)半周的上升沿或每個(gè)半周的下降沿處，或兩者同時(shí)，在AC線電壓過零點(diǎn)附近從AC線路抽取電流。貓耳電路因其輸入電流波形的特有形狀而得名。這種電流“填入”或補(bǔ)充鎮(zhèn)流器在過零點(diǎn)附近從AC線路抽取的電流波形。貓耳電路可以配備有響應(yīng)固定的輸入電壓電平而“接通”和“切斷”貓耳電路的電路?；蛘撸埗娐房梢耘鋫溆羞@樣的電路，所述電路監(jiān)視鎮(zhèn)流器后端抽取的電流，并使貓耳電路只在后端不抽取顯著數(shù)量的電流時(shí)才抽取輸入電流。
附圖的簡(jiǎn)要說明圖1表示沒有APFC或填谷電路的先有技術(shù)電子鎮(zhèn)流器的電壓和電流波形，某些理想波形用虛線表示；圖2是本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)要方框圖；圖3是可以在本發(fā)明電子鎮(zhèn)流器中使用的利用降壓轉(zhuǎn)換電路的填谷電路的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖4是圖3的降壓轉(zhuǎn)換電路中填谷后電壓的簡(jiǎn)要表示，用于說明操作方法；圖5是圖3的降壓轉(zhuǎn)換電路的簡(jiǎn)要電路圖，用于說明第一操作方式；圖6是圖3的降壓轉(zhuǎn)換電路的簡(jiǎn)要電路圖，用于說明第二操作方式；圖7是全負(fù)荷光輸出時(shí)包括圖3降壓轉(zhuǎn)換電路的電子鎮(zhèn)流器中不同的電壓和電流波形的簡(jiǎn)要表示；圖8是10％光輸出時(shí)包括圖3降壓轉(zhuǎn)換電路的電子鎮(zhèn)流器中不同的電壓和電流波形的簡(jiǎn)要表示；圖9是按照本發(fā)明的其降壓轉(zhuǎn)換電路與逆變器電路結(jié)合在一起的填谷電路的第二實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖10是按照本發(fā)明的其降壓轉(zhuǎn)換電路與該降壓轉(zhuǎn)換電路中的具有抽頭的電感器結(jié)合在一起的填谷電路的第三實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖11是具有用于對(duì)填谷電容器進(jìn)行再充電的反饋?zhàn)儔浩鞯奶罟入娐返牧硪粋€(gè)替代實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖12是按照本發(fā)明的填谷電路的第四實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖13是按照本發(fā)明的填谷電路的第五實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖14是按照本發(fā)明的與逆變器電路結(jié)合在一起的填谷電路的第六實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖15是按照本發(fā)明的填谷電路的第七實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖16是按照本發(fā)明的填谷電路的第八實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖17和18是按照本發(fā)明構(gòu)造的鎮(zhèn)流器簡(jiǎn)要電路圖；圖19是在公共時(shí)基上的一組曲線圖，表示在線電壓半周內(nèi)變化的圖17的逆變器開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間以及由鎮(zhèn)流器抽取的結(jié)果線電流；圖20和21是按照本發(fā)明構(gòu)造的電子鎮(zhèn)流器的第二實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖22是圖20和21的鎮(zhèn)流器簡(jiǎn)要部分電路圖，包括控制、波形整形和反饋電路的細(xì)節(jié)；圖23是用于圖22的波形整形電路的自動(dòng)增益控制電路的簡(jiǎn)要電路圖；圖24是圖20的反饋電路的第二實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖25是圖20的反饋電路的第三實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖26是說明圖24和25的反饋電路的操作的簡(jiǎn)要流程圖；圖27是先有技術(shù)貓耳電源的簡(jiǎn)要電路圖；圖28示出圖20和22的貓耳電源抽取的線電流的簡(jiǎn)要波形；圖29是按照本發(fā)明的具有固定接通點(diǎn)和切斷點(diǎn)的貓耳電路的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖30是包含對(duì)后端電流的有源監(jiān)視的貓耳電路第二實(shí)施例的簡(jiǎn)要電路圖；圖31示出圖20和21的電子鎮(zhèn)流器抽取的線電流的簡(jiǎn)要波形。
本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)描述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時(shí)，將最好地理解上述發(fā)明概要以及以下對(duì)最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述。為了舉例說明本發(fā)明，在附圖中示出當(dāng)前的最佳實(shí)施例，其中所有附圖中，類似的號(hào)碼代表類似的部件，但應(yīng)明白，本發(fā)明不限于所公開的特定方法和裝置。
鎮(zhèn)流器概述參見圖2，其中示出按照本發(fā)明構(gòu)造的電子鎮(zhèn)流器810的簡(jiǎn)要方框圖。鎮(zhèn)流器810包括整流電路820，它可以連接到給定線路頻率的AC電源。一般AC電源的給定線路頻率是50Hz或60Hz。但是，本發(fā)明不限于這些特定的頻率。無論何時(shí)，說一個(gè)裝置在當(dāng)前關(guān)系下連接到、耦合到、耦合在另一個(gè)裝置，或者可以連接到另一個(gè)裝置，是指所述裝置直接用導(dǎo)線連接，或者通過諸如(但不限于)電阻器、二極管、可連接裝置連接另一個(gè)裝置，而這種連接可以是串聯(lián)或并聯(lián)。整流電路820把輸入電壓轉(zhuǎn)換為全波整流電壓。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，整流電路820通過二極管840連接到將要描述的新型填谷電路830。高頻旁路濾波電容器850跨接在填谷電路830的輸入端子之間。填谷電路830選擇性地向?qū)⒁枋龅膬?chǔ)能裝置充電和放電，以便建立填谷后電壓。填谷電路830的輸出端子又連接到逆變器電路860的輸入端子。逆變器電路860把整流的DC電壓變換為高頻AC電壓。逆變器電路的輸出端子連接到輸出電路870，它一般包括諧振槽路，還可以包括耦合變壓器。輸出電路870對(duì)逆變器電路860的輸出進(jìn)行濾波，以便提供基本上是正弦的高頻電壓，并提供電壓增益和增大輸出阻抗?？梢园演敵鲭娐?70連接成驅(qū)動(dòng)諸如氣體放電燈等負(fù)載880；例如，熒光燈。耦合到負(fù)載880的輸出電流讀出電路890向控制電路882提供負(fù)載電流反饋?？刂齐娐?82產(chǎn)生控制信號(hào)，以便向負(fù)載880提供所需的負(fù)載電流。貓耳電路884連接在整流電路820的輸出端子之間，并為控制電路882的正確操作提供必要的功率。
填谷電路現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖3，圖中以降壓轉(zhuǎn)換電路的形式示出圖2的填谷電路830的第一實(shí)施例910的簡(jiǎn)要電路圖。接在第一和第二輸入端子912和914的是采取電容器形式的與第一二極管918串聯(lián)的儲(chǔ)能裝置916。降壓轉(zhuǎn)換電路910的功能是為電容器916提供受控的充電電流。所述電容器916亦稱為填谷電容器。連接在電容器916和第一二極管918負(fù)極的結(jié)點(diǎn)上的是電感器920，電感器920與第二(任選)二極管922和可控導(dǎo)通器件開關(guān)924串聯(lián)連接到電路公共端。可控導(dǎo)通器件924表示為金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)，但也可以是雙極結(jié)型晶體管(BJT)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)或其他可控導(dǎo)通器件。降壓轉(zhuǎn)換電路910還包括第三換向二極管926，該二極管也可以是適當(dāng)?shù)氖芸赝秸髌骰騇OSFET，連接在降壓電感器920和第二二極管922的結(jié)點(diǎn)與電容器916的連接到輸入端912的一個(gè)端子之間。第一輸出端子928連接到輸入端子912、電容器916和換向二極管926的負(fù)極。第二輸出端子930連接到第二輸入端子914、電路公共端、和二極管918的正極和開關(guān)924。
現(xiàn)將結(jié)合附圖3，4，5和6描述降壓轉(zhuǎn)換電路910的操作。在狀態(tài)I(圖4的時(shí)間間隔I)，施加在降壓轉(zhuǎn)換電路910的輸入端子912、914的瞬時(shí)整流后線電壓1010小于或等于電容器916兩端的電壓1012，因而電容器916把所儲(chǔ)存的某些能量放電，送入逆變器電路。在這種狀態(tài)下，二極管840(圖2)被反向偏置，而二極管918被正向偏置進(jìn)入導(dǎo)通狀態(tài)。這為電容器916建立從電路公共端通過二極管918和電容器916向降壓逆變器的輸出端子928的放電通路。開關(guān)924一般以遠(yuǎn)高于整流后線電壓頻率的30kHz或更高的頻率交替地?cái)嚅_和接通。當(dāng)開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)，從前一個(gè)充電周期殘留在降壓電感器920內(nèi)的剩余能量通過二極管922和開關(guān)924向電路公共端放電。因而，二極管922和926被反向偏置，所以沒有電流進(jìn)一步通過降壓電感器920流動(dòng)。
在狀態(tài)II(圖4的時(shí)間間隔II)瞬時(shí)整流后線電壓高于電容器916兩端電壓，因而電容器增大其儲(chǔ)存的能量。在時(shí)間間隔II中，降壓逆變器的操作取決于開關(guān)924的導(dǎo)通狀態(tài)。
當(dāng)開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換電路910可簡(jiǎn)化為圖5所示形式，降壓電感器920兩端的電壓等于瞬時(shí)整流后線電壓減去電容器916兩端的電壓。于是，從輸入端912通過電容器916、降壓電感器920和開關(guān)924到電路公共端，給電容器916充電。另外，在開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)，能量由施加在降壓電感器920上的電壓存入降壓電感器920。當(dāng)開關(guān)924不導(dǎo)通(圖6描述的情況)時(shí)，流過降壓電感器920的電流1210通過二極管926連通流入電容器916，于是，把儲(chǔ)存在降壓電感器920內(nèi)的能量的一部分或全部轉(zhuǎn)移到電容器916。應(yīng)當(dāng)指出，在狀態(tài)II下，電容器916既在開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)充電，又在開關(guān)924不導(dǎo)通時(shí)充電。
降壓轉(zhuǎn)換電路910的操作結(jié)果是，如鎮(zhèn)流器工作在全負(fù)載光輸出情況下的圖7所示，電容器916在時(shí)段期1310內(nèi)充電。填谷電容器916的充電最好發(fā)生在每個(gè)線路半周的90度以上。
當(dāng)填谷電容器的充電發(fā)生在每180度線路頻率半周的90度以上時(shí)，發(fā)現(xiàn)所得鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變已經(jīng)減小。
降壓轉(zhuǎn)換電路910的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在每個(gè)充電周期開始時(shí)涌入電容器916的電流受到降壓電感器920限制。這也可以從圖7看出，與沒有有源功率因數(shù)校正器(APFC)或填谷電路的典型的先有技術(shù)的鎮(zhèn)流器的峰值線電流1314相比，峰值線電流1312大為減小。在鎮(zhèn)流器開始接通時(shí)浪涌電流的限制更為明顯。于是，當(dāng)電源首次加在一般的有源功率因數(shù)校正的鎮(zhèn)流器上時(shí)，儲(chǔ)能電容器被充電，至電容器電壓上升到AC線電壓的峰值為止。在此充電周期里，輸入電流基本上只受導(dǎo)線電阻器和提供給所述鎮(zhèn)流器的AC電源的阻抗限制。本發(fā)明的鎮(zhèn)流器的降壓轉(zhuǎn)換電路910固有地限制電流，因而克服了APFC型鎮(zhèn)流器的另一個(gè)明顯的缺點(diǎn)。
降壓轉(zhuǎn)換電路910的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它為電容器916提供過壓保護(hù)。就是說，在諸如不接燈等無負(fù)載的情況下，電容器916充電不會(huì)超過峰值整流后線電壓。這與傳統(tǒng)的升壓和降壓-升壓逆變器電路形成對(duì)比，在這里在無負(fù)載的情況下必須加上額外的電路來防止儲(chǔ)能電容器充電至潛在的災(zāi)難性的高壓。
如圖8所示，在燈減光到約10％光輸出時(shí)，電容器916的充電時(shí)間縮短。同時(shí)，母線紋波電壓也降低，導(dǎo)致燈電流較低的電流波峰因數(shù)。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖9，其中示出帶有逆變器電路860的降壓轉(zhuǎn)換電路1410的第二實(shí)施例。以后還將更詳細(xì)地描述的逆變器電路860具有高側(cè)開關(guān)2112和低側(cè)開關(guān)924。高側(cè)開關(guān)2112和低側(cè)開關(guān)924均為可控導(dǎo)通器件，諸如MOSFET或IGBT。在所述實(shí)施例中，降壓轉(zhuǎn)換電路1410和逆變器電路860共用一個(gè)可控導(dǎo)通器件924。否則，降壓轉(zhuǎn)換電路1410的第二實(shí)施例會(huì)以基本上與降壓轉(zhuǎn)換電路910第一實(shí)施例相同的方式工作。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖10，其中示出降壓轉(zhuǎn)換電路的第三實(shí)施例，其中降壓電感器920用帶有抽頭的電感器代替。換向二極管926的正極耦合到抽頭電感器1520的內(nèi)部線圈的抽頭上，而不是抽頭電感器1520和二極管922的接點(diǎn)上。設(shè)置抽頭提供了改變電感器1520放電時(shí)間的能力?？梢钥s短或完全排除降壓轉(zhuǎn)換電路的連續(xù)工作方式。但是，這種額外的靈活性也帶來開關(guān)924上額外的電壓應(yīng)力的弊端。于是，當(dāng)抽頭電感器1520向電容器916轉(zhuǎn)移能量時(shí)，抽頭電感器1520起的作用就像是使施加在開關(guān)924兩端的電壓等于電容器916兩端的電壓乘以抽頭電感器1520的圈數(shù)比。緩沖電路包括緩沖二極管1552，與并聯(lián)的緩沖電阻器1554和緩沖電容器1556串聯(lián)，耦合在抽頭降壓電感器1520和二極管922的結(jié)點(diǎn)與電路公共端之間，耗散抽頭降壓電感器中未耦合的剩余能量。
在圖10的抽頭降壓電感器電路的一個(gè)實(shí)施例中，電容器916是兩個(gè)47微法，250伏電容器的并聯(lián)組合，二極管918和926是MUR 160二極管，二極管922和1552是1000伏、1安二極管、電阻器1554是兩個(gè)91千歐1瓦電阻器的串聯(lián)組合，電容器1556是0.0047微法，630伏電容器，而開關(guān)924是250伏IRFI634G MOSFET。抽頭降壓電感器1520從二極管918的負(fù)極到二極管922的正極約有180圈的總?cè)?shù)(具有約1.427毫亨的電感器量)，其中，從二極管918的負(fù)極起到抽頭的圈數(shù)約為75(電感約244微亨)，而從抽頭到二極管922的正極的圈數(shù)約為105(電感器約為492微亨)。
在以前描述的填谷電路830(圖2)的每一個(gè)實(shí)施例中，電容器916的充電電流隨著可控導(dǎo)通器件924導(dǎo)通時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。當(dāng)燈減光到低的發(fā)光水平時(shí)，開關(guān)924導(dǎo)通較長(zhǎng)時(shí)間，電容器916上積累的電荷增加，趨向于升高母線電壓。在低的發(fā)光水平下，最好具有較高的母線電壓，因?yàn)樵诘偷陌l(fā)光水平和較高的母線電壓下，燈電壓增大允許燈通過較高的阻抗被驅(qū)動(dòng)。1991年8月20日提交的Sullivan等人轉(zhuǎn)讓給Lutron Electronic Co.，Inc.的美國(guó)專利No.5,041,763討論了較高的輸出阻抗改善燈的穩(wěn)定性。
充電電流還隨著整流后線電壓和電容器916兩端電壓之間的電壓差的增大而增大。其結(jié)果是，抽頭降壓電感器中的瞬時(shí)充電電流在線半周的中間最高，所述線半周兩端較低，其結(jié)果是鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變減小。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖11，其中示出填谷電路的另一個(gè)實(shí)施例1570。在所述實(shí)施例中，填谷電路1570除電容器916、二極管922和開關(guān)924外，還包括連接在電容器916和端子912之間的二極管1572和“反饋”變壓器1576。所述變壓器1576的“初級(jí)”繞組連接在二極管922的正極和填谷電路1570的端子928之間。所述變壓器1576的“次級(jí)”繞組連接在電路公共端和二極管1574的正極之間，所述二極管的負(fù)極又連接到電容器916和二極管1572的正極結(jié)點(diǎn)。
當(dāng)施加在圖11中的端子912、914的整流后線電壓超過電容器916兩端的電壓時(shí)，在反饋?zhàn)儔浩?576的“次級(jí)”繞組兩端產(chǎn)生的電壓通過二極管1574重新向電容器916充電。當(dāng)整流后線電壓低于電容器兩端的電壓時(shí)，電容器通過輸出端子928和930放電。
現(xiàn)轉(zhuǎn)向圖12，其中示出填谷電路的第四實(shí)施例，它只使用容性儲(chǔ)能裝置。在這個(gè)實(shí)施例中，填谷電路1610包括第一儲(chǔ)能電容器1632，所述電容器與第一二極管1634一起串聯(lián)在電路1610的第一和第二輸入端子912、914之間。第二儲(chǔ)能電容器1616與第二二極管1636串聯(lián)，第二二極管1636的負(fù)極連接到輸入端912。第三二極管1638連接在電容器1632和二極管1634的結(jié)點(diǎn)與電容器1616和二極管1636的結(jié)點(diǎn)之間。儲(chǔ)能電容器1616的另一個(gè)端子通過與電阻器1620并聯(lián)的第四二極管1618連接到第二輸入端子914。
當(dāng)施加在端子912和914上的整流后線電壓超過電容器1632和1616兩端電壓之和(超過的數(shù)值等于二極管1638兩端的正向電壓降)時(shí)，二極管1638被正向偏置，儲(chǔ)能電容器1632、1616通過電容器1632、二極管1638、電容器1616和電阻器1620的串聯(lián)通路充電。電阻器1620限制進(jìn)入儲(chǔ)能電容器1632、1616的充電電流，以便降低鎮(zhèn)流器從所述線路中抽取的電流的電流尖峰，以此減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。電容器1632、1616一般每一個(gè)都具有相同的數(shù)值，充電至大約峰值輸入電壓的一半。
當(dāng)施加在端子912、914上的整流后線電壓降至以下電容器1632、1616兩端的電壓之和時(shí)，二極管1638被反向偏置。一旦輸入端子912、914之間的電壓降到比電容器1632兩端的電壓還低(差值等于二極管1634的導(dǎo)通電壓)，電容器1632便通過二極管1634輸出端子928、930放電。一旦輸入端子912、914的電壓降至比電容器1616兩端電壓還低(差值等于二極管1636的導(dǎo)通電壓)，電容器1616便通過二極管1636、電阻器1620和輸出端子928、930放電。當(dāng)電阻器1620兩端的電壓降超過二極管1618的導(dǎo)通電壓時(shí)，電容器1616通過二極管1636、1618和輸出端子928、930放電。
總之，電容器1632、1616串聯(lián)充電，并聯(lián)放電，將它們儲(chǔ)存的能量轉(zhuǎn)移給驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的逆變器電路。因而減小母線電壓的紋波量，這本身又導(dǎo)致由鎮(zhèn)流器傳遞的燈電流的電流波峰因數(shù)的改善。
圖12的填谷電路1610明顯地不同于Wood的美國(guó)專利No.5,387,847的填谷電路。最顯著的是Wood在其專利圖2中，示出電阻器與二極管一起串聯(lián)連接在兩個(gè)電容器之間。形成對(duì)照的是，圖12的填谷電路設(shè)置電阻器1620，與二極管1618并聯(lián)，這一對(duì)連接在電容器1616和電路公共端之間。這個(gè)新型電路提供鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變所需的改善，但它是以更輕易地適應(yīng)額外改善的方式實(shí)現(xiàn)的。
為了進(jìn)一步改善鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變，可以通過設(shè)置與電阻器1620串聯(lián)的可控導(dǎo)通器件924(如圖13所示)來修改圖12的填谷電路1610。這建立了開關(guān)電阻電路?？煽貙?dǎo)通器件924一般工作在高頻，就是說，比AC線電壓的基頻高許多倍。鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變可以通過控制開關(guān)924的導(dǎo)通加以改善，使得開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)到接近每個(gè)線半周的中心或峰值。其結(jié)果是，鎮(zhèn)流器輸入電流的波形更接近AC線電壓的波形一致。
圖13的填谷電路1710可以與鎮(zhèn)流器逆變器電路結(jié)合，如圖14所示，其中可控導(dǎo)通器件924由填谷電路1810和逆變器電路2110共享?；蛘撸瑘D13的填谷電路1710的開關(guān)924可以是一個(gè)獨(dú)立控制的可控導(dǎo)通器件，與逆變器電路860中的每一個(gè)開關(guān)分開。
可以如圖15所示用與開關(guān)924串聯(lián)的電感器1920代替電阻器1620來減小圖13填谷電路的電阻損耗。在一個(gè)替代的實(shí)施例中，電感器1920和開關(guān)924的結(jié)合可以用單一個(gè)電感器代替。但是，高頻開關(guān)924的動(dòng)作允許使用相對(duì)較小的便宜的電感器1920。
作為開關(guān)924的替代，高頻變壓器的次級(jí)繞組2024可以如圖16所示地被替代。高頻變壓器一般出現(xiàn)在鎮(zhèn)流器中。通過給次級(jí)繞組增加適當(dāng)數(shù)量的圈數(shù)(最好加在已有的變壓器上)，可以與電感器1920串聯(lián)地引入極性交變的電壓，交替地對(duì)抗和幫助通過電感器1920的電流流動(dòng)。從而，繞組2024有效地起開關(guān)的作用。
逆變器電路如圖17和18所示，連接到電容器916和降壓逆變器1510的輸出端的是高頻逆變器電路2110，用以向圖18的諧振槽路2220提供高頻電壓，以便驅(qū)動(dòng)燈電流流過氣體放電燈。逆變器電路2110包括串聯(lián)的第一和第二可控導(dǎo)通器件2112、924。母線電壓大于整流后線電壓或大于電容器916兩端的電壓。當(dāng)整流的線電壓高于電容器916上的電壓時(shí)，逆變器電路2110直接從AC線路抽取電流。當(dāng)整流后線電壓低于電容器916的電壓時(shí)，逆變器電路2110從電容器916抽取電流。
當(dāng)逆變器電路在AC線峰值時(shí)刻前后每個(gè)180°線路頻率半周的大于90°的時(shí)間里直接從AC線路抽取電流時(shí)，發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)流器輸入電流的結(jié)果總諧波畸變(THD)小于33％。
現(xiàn)將聯(lián)系圖19描述逆變器電路2110的操作。逆變器電路2110使用固定頻率D(1-D)占空比互補(bǔ)的開關(guān)工作方式。這意味著任何時(shí)候開關(guān)器件2112、924中的一個(gè)，也只有一個(gè)是導(dǎo)通的。在這個(gè)討論中，占空比D是指第一開關(guān)2112的導(dǎo)通時(shí)間，而互補(bǔ)占空比(1-D)是指第二開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間?？紤]裝置2112、924中的一個(gè)在任何時(shí)候都是導(dǎo)通的，各個(gè)裝置的稱為D和1-D的導(dǎo)通時(shí)間之和是開關(guān)頻率的周期。在實(shí)際的電子電路中，一般有一段時(shí)間裝置2112、924都不導(dǎo)通，一般稱作空載時(shí)間。對(duì)裝置2112、924的導(dǎo)通時(shí)間而言，空載時(shí)間一般非常短。這個(gè)空載時(shí)間的目的是保證不會(huì)讓裝置2112、924同時(shí)導(dǎo)通。但是，這個(gè)空載時(shí)間可以延長(zhǎng)，并用作逆變器電路的附加控制參數(shù)。當(dāng)開關(guān)2112(在圖19中稱作SW1)導(dǎo)通時(shí)，逆變器電路2110的輸出連接到降壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端子928，這是填谷后電壓。當(dāng)開關(guān)器件924(在圖19中稱作SW2)導(dǎo)通時(shí)，逆變器電路2110的輸出連接到作為電路公共端子的降壓轉(zhuǎn)換電路的輸出端子930。對(duì)于給定的瞬時(shí)填谷后電壓，當(dāng)兩個(gè)開關(guān)2112、924的導(dǎo)通時(shí)間相等時(shí)，達(dá)到對(duì)于所述瞬時(shí)填谷后電壓所能向氣體放電燈提供的最大燈電流。在所述電子鎮(zhèn)流器中，燈電流既取決于瞬時(shí)填谷后電壓，又取決于開關(guān)2112、924的導(dǎo)通時(shí)間。開關(guān)2112、924的導(dǎo)通時(shí)間是響應(yīng)流過圖18所示的氣體放電燈2210、2212電流，受圖17的控制電路882的控制。下面將要詳細(xì)描述控制電路的操作。
用以控制電子鎮(zhèn)流器逆變器的傳統(tǒng)的控制算法，一般是調(diào)整可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間，以便把rms燈電流維持在恒定值上。傳統(tǒng)的控制回路響應(yīng)緩慢，難以使可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間在線路頻率半周的過程中保持恒定。這種算法，應(yīng)用于填谷電路型鎮(zhèn)流器時(shí)，其結(jié)果是，由于填谷后電壓的調(diào)制作用，燈電流的波峰因數(shù)高。
本最佳實(shí)施例的控制電路調(diào)整可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間?？s短開關(guān)2112的導(dǎo)通時(shí)間，以便產(chǎn)生相對(duì)較窄的脈沖，并且增加開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間，以便產(chǎn)生相對(duì)較寬的脈沖。這將降低線路頻率半周峰值附近的高頻燈電流的包絡(luò)線峰值。因而隨后稱其為“壓低燈電流的駝峰”(圖19)。
降低線路頻率半周峰值附近的燈電流將減小被逆變器電路抽取的電流。這個(gè)作用，就其本身而言，會(huì)以此降低鎮(zhèn)流器輸入電流，并提升鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。但在本發(fā)明的鎮(zhèn)流器中，燈電流的減小總是伴之以開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)間的延長(zhǎng)。導(dǎo)通時(shí)間的這種延長(zhǎng)會(huì)造成填谷電容器充電時(shí)間的延長(zhǎng)。填谷電流的這種增大會(huì)使鎮(zhèn)流器在線路頻率半周峰值附近抽取的電流增加。鎮(zhèn)流器電流在線路頻率半周峰值附近的增加對(duì)降低鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變起有利作用。這種改善與降低峰值燈電流使總諧波畸變?cè)龃蟮淖饔孟喾础Ｓ捎谔罟入娐烦槿〉碾娏髟龃蠖鸬逆?zhèn)流器輸入電流在線路頻率半周峰值附近的增加隨后被稱為鎮(zhèn)流器輸入電流的“拔高”，見圖19。
盡管已經(jīng)描述，縮短開關(guān)2112的導(dǎo)通時(shí)間，以便產(chǎn)生相對(duì)較窄的脈沖，并且延長(zhǎng)開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間，以便產(chǎn)生相對(duì)寬的脈沖，但是，本專業(yè)的技術(shù)人員可以以填谷電路的適當(dāng)電路安排，反轉(zhuǎn)開關(guān)2112和開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間，以便達(dá)到同樣的拔高鎮(zhèn)流器輸入電流和壓低燈電流的效果。
諧振槽路再次參見圖17，18，逆變器電路2110的輸出連接到包括電感器2222和電容器2224(圖18)的諧振槽路2220。諧振槽路2220對(duì)逆變器電路2110的輸出電壓進(jìn)行濾波，以便向氣體放電燈2210、2212提供基本上呈正弦的電流。諧振槽路2220的輸出通過變壓器2230耦合到氣體放電燈2210、2212的電極。隔直電容器2232防止DC電流流過變壓器2230的初級(jí)繞組。
電流讀出電路參見圖18，鎮(zhèn)流器還包括電流讀出電路2240，讀出電路2240包括第一和第二二極管2242和2244；以及與燈2210、2212串聯(lián)連接的電阻器2246。電流讀出電路2240在電阻器2246兩端產(chǎn)生與燈電流成正比并代表氣體放電燈實(shí)際光輸出量度的半波整流電壓。半波整流電壓提供給圖17的控制電路882作為輸入。在一個(gè)替代的實(shí)施例中，電流讀出可用眾所周知的方法，利用電流變壓器完成，或者用全波連接的二極管完成。對(duì)于無減光的鎮(zhèn)流器和只要求最適度的性能的減光鎮(zhèn)流器，可以省去電流讀出電路。
控制電路現(xiàn)將參照?qǐng)D20、21和22比較詳細(xì)地描述圖17的控制電路882?？刂齐娐?82的第一實(shí)施例產(chǎn)生用于控制開關(guān)器件2112和924(圖20和22)的導(dǎo)通的信號(hào)?？刂齐娐?82從電流讀出電路2240接收半波整流電壓作為輸入，并產(chǎn)生代表燈的實(shí)際光輸出的DC電壓。把代表光輸出的所述DC電壓與表示所需照明程度的基準(zhǔn)電壓比較，用以調(diào)整開關(guān)器件2112、924的占空比，以便把代表光輸出的電壓與基準(zhǔn)電壓之間的差值減到最小。在減光電子鎮(zhèn)流器中，可以通過外部輸入的諸如0到10伏控制信號(hào)來提供所述基準(zhǔn)電壓?；蛘?，當(dāng)通過2線減光控制提供鎮(zhèn)流器時(shí)，可以通過檢測(cè)借助AC線電壓加在鎮(zhèn)流器上的減光相位角控制信號(hào)來產(chǎn)生所述基準(zhǔn)電壓。在鎮(zhèn)流器的一.個(gè)最佳實(shí)施例中，從通過諸如圖17、20、22中用“減光Hot”輸入端表示的附加輸入端加到鎮(zhèn)流器上的相位角控制信號(hào)，產(chǎn)生所述基準(zhǔn)電壓。
控制電路包括連接成從電流讀出電路2240和控制輸入電路2460接收輸入信號(hào)的反饋電路2440(圖20)并向可控導(dǎo)通器件2112、924的控制端子提供導(dǎo)通信號(hào)。正如下面將要詳細(xì)描述的，控制電路可以任選地包括波形整形電路2480，用以給反饋電路2440提供附加輸入。
如圖22所示，反饋電路2440包括差動(dòng)放大器2442，差動(dòng)放大器2442連接成在其反相輸入端2444接收代表燈光輸出的來自電流讀出電路24240的輸入信號(hào)，并在其非反相輸入端2446接收表示所需照明程度的基準(zhǔn)信號(hào)。差動(dòng)放大器2442產(chǎn)生代表實(shí)際光輸出和所需光輸出之間差值的誤差信號(hào)。誤差信號(hào)又提供給脈寬調(diào)制(PWM)電路2448，后者產(chǎn)生加在逆變器電路開關(guān)2112、924的柵極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。PWM電路2448在先有技術(shù)上是眾所周知的，這里不再詳細(xì)描述。
波形整形電路2480提供AC基準(zhǔn)電壓信號(hào)，AC基準(zhǔn)電壓信號(hào)與來自控制輸入電路2460的基本上是DC的基準(zhǔn)電壓信號(hào)相加。盡管可以使AC基準(zhǔn)電壓信號(hào)采取任何波形，但是特別有效的而又簡(jiǎn)單的是，可以把電路設(shè)計(jì)成利用鎮(zhèn)流器中現(xiàn)存的波形。
圖22詳細(xì)畫出的波形整形電路2480包括分壓器，分壓器包括與自動(dòng)增益控制(AGC)電路2690串聯(lián)的電阻器2482，電阻器2482提供來自降壓轉(zhuǎn)換電路1510的填谷后電壓的按比例縮小的版本。AGC2696的細(xì)節(jié)示于圖23，下面將要討論。若在諸如無減光鎮(zhèn)流器等中不必調(diào)整波形整形電路2480的增益，則AGC電路2690可以任選地用諸如電阻器等無源阻抗代替。
來自分壓器的按比例縮小的電壓信號(hào)用二極管2486限幅，所述二極管的正極連接到分壓器的輸出端，其負(fù)極連接到DC基準(zhǔn)電壓Vref。鉗位后的信號(hào)通過隔直電容器2488與來自控制輸入電路2460的DC基準(zhǔn)電壓相加。
控制電路還包括連接在控制輸入的公共接點(diǎn)、波形整形電路和反饋電路與電路公共端之間的低端鉗位電路2680。低端鉗位電路2680避免基準(zhǔn)電壓降低到無法維持流過燈的電流的程度。
當(dāng)填谷后電壓低，諸如在輸入線電壓過零點(diǎn)附近時(shí)，施加AC基準(zhǔn)信號(hào)具有減小組合的基準(zhǔn)電壓的作用，而在填谷后電壓增大，諸如在輸入線電壓接近瞬時(shí)峰值時(shí)，增大組合的基準(zhǔn)電壓。當(dāng)填谷后電壓較低時(shí)，由逆變器電路2110提供給燈的燈電流類似地較小，而當(dāng)填谷后電壓增大時(shí)，電流類似地增大。因此，施加跟蹤或跟隨填谷后電壓的AC基準(zhǔn)信號(hào)具有把由燈抽取的電流整形為類似于填谷后電壓的波形的作用。因而，鎮(zhèn)流器輸入電流具有較低，接近于波谷，較高接近于AC線電壓峰值的波形，因而改善鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變。但是，鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變的改善是以較大的燈電流波峰因數(shù)為代價(jià)取得的。
波形整形電路2480的附加特征是用于對(duì)AC基準(zhǔn)信號(hào)峰值進(jìn)行限幅的二極管2486。在AC基準(zhǔn)電壓信號(hào)被限幅的過程中，組合基準(zhǔn)電壓在填谷后電壓為峰值時(shí)維持恒定。把控制電路設(shè)計(jì)成具有“快”的總體響應(yīng)，使控制電路在總線電壓峰值過程中快速響應(yīng)，以便縮短開關(guān)2112的導(dǎo)通時(shí)間而延長(zhǎng)開關(guān)924的導(dǎo)通時(shí)間，以便向諧振槽路提供更恒定的高頻電壓，于是向燈提供恒定的燈電流。凈效果是，燈電流包絡(luò)線峰值減小，于是燈電流的電流波峰因數(shù)減小。這表現(xiàn)在圖19中，就是燈電流的隆起壓低。同時(shí)，如圖19所示，開關(guān)924導(dǎo)通時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)增大由第二晶體管電容器916抽取的充電電流。這使鎮(zhèn)流器輸入電流增大到超過電容器916充電電流沒有增大時(shí)本應(yīng)出現(xiàn)的電流，因而拔高鎮(zhèn)流器輸入電流。這個(gè)作用減小了鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。用本波形整形電路構(gòu)造的電子減光鎮(zhèn)流器達(dá)到穩(wěn)定的操作，如上所述，鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變低于20％，而燈電流恩電流波峰因數(shù)低于1.7。
當(dāng)要求鎮(zhèn)流器減小燈電流，以此使燈變暗時(shí)，圖22所示的AGC電路改變波形整形電路2480的輸出。圖23中的AGC電路2690包括第一和第二晶體管2691和2693；電阻器2693、2694和2695；以及二極管2696。第一晶體管2691的導(dǎo)通受控制輸入2460(圖22)的輸出的控制。當(dāng)輸入電壓變低，說明是減光狀態(tài)時(shí)，第一晶體管2691的導(dǎo)通延長(zhǎng)，降低第二晶體管2692的基極電壓，以此使第二晶體管2692導(dǎo)通時(shí)間縮短，有效地增大呈現(xiàn)在波形整形電路2480的AGC電路的阻抗。AGC電路2690阻抗的增大使AGC電路2690和電阻器2482的結(jié)點(diǎn)處的電壓上升，結(jié)果有更多的信號(hào)被二極管限幅。在所述電壓上升而更多被限幅時(shí)，所述電壓的AC部分減小，因而減小波形整形電路的作用。
圖20的反饋電路2440的第二實(shí)施例示于圖24并且包括微處理器26102，微處理器26102連接成接收代表所需照明程度和燈電流的輸入并產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)逆變器電路的可控導(dǎo)通器件的控制端子的輸出信號(hào)。適用于所述用途的一種這樣的微處理器是Motorola公司生產(chǎn)的MC68HC08型號(hào)。為了簡(jiǎn)單起見，與微處理器26102接口用的模-數(shù)和數(shù)-模電路與鎮(zhèn)流器的模擬電路一起都在本專業(yè)的技術(shù)人員的認(rèn)識(shí)范圍之內(nèi)，故此沒有示出。
圖20的反饋電路2440的第三實(shí)施例示于圖25并且除微處理器26102外還包括柵極驅(qū)動(dòng)電路26104，柵極驅(qū)動(dòng)電路26104從微處理器26102接收單一柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)并產(chǎn)生能夠控制逆變器電路的開關(guān)操作的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)。適用于這樣用途的一個(gè)這樣的柵極驅(qū)動(dòng)電路是International Rectifier制造的，部件號(hào)為IR2111。當(dāng)然，其他適當(dāng)?shù)奈⑻幚砥?諸如Chandler，AZ.的Microchip Technology Inc.生產(chǎn)的PIG 16C54A)和柵極驅(qū)動(dòng)器也可以代替這里具體的實(shí)施例中指出的柵極驅(qū)動(dòng)器。此外，可以代之以專用集成電路(ASIC)或數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)(未示出)，以便提供與這里公開的微處理器相同的功能。
圖24和25的反饋電路實(shí)施例的操作的高層流程圖示于圖26，所述流程圖包括測(cè)量燈電流IL(步驟26110)的步驟和測(cè)量代表所需照明程度的減光信號(hào)VDIM的步驟(步驟26120)。把測(cè)得的燈電流IL與測(cè)得的減光信號(hào)VDIM比較(步驟26130)，若IL小于VDIM，則驅(qū)動(dòng)逆變器電路的可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間使其更加相等(步驟26140)。若在步驟26150測(cè)得IL大于VDIM，則驅(qū)動(dòng)逆變器電路的可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間使其更加不相等(步驟26160)。若IL等于VDIM，則使逆變器電路的可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間維持不變，并繼續(xù)重復(fù)。
貓耳電路貓耳電路多年來已經(jīng)用來為白熾燈和風(fēng)扇馬達(dá)用的基于雙線三端可控硅器件的調(diào)光器的控制電路提供電源。典型的先有技術(shù)的貓耳電路示于圖27。照明負(fù)載用的標(biāo)準(zhǔn)電子調(diào)光器是眾所周知的，使用貓耳電路電源電路也是眾所周知的。在這樣的應(yīng)用中，調(diào)光器位于AC線路和負(fù)載之間，接收來自AC線路的正弦輸入電壓并提供正弦輸入電壓的“截短”形式作為輸出，其中輸入電壓波形的上升沿用非導(dǎo)通的三端可控硅器件閉鎖，當(dāng)三端可控硅器件導(dǎo)通時(shí)，只有輸入電壓波形的下降沿部分由三端可控硅器件通到負(fù)載。三端可控硅器件在預(yù)定的時(shí)刻導(dǎo)通，并且一直導(dǎo)通到輸入電壓波形的下一個(gè)過零點(diǎn)。通過相對(duì)于AC線電壓的過零點(diǎn)改變直到三端可控硅器件導(dǎo)通為止的時(shí)間，可以控制提供給負(fù)載的功率量。
當(dāng)三端可控硅器件不導(dǎo)通時(shí)，在輸入電壓波形的一部分期間，雙線調(diào)光器的先有技術(shù)貓耳電路從AC線路抽取功率。換句話說，在沒有明顯的負(fù)載電流會(huì)正常流動(dòng)的過程中，先有技術(shù)貓耳電路通過負(fù)載從線路抽取電流。但是，直至如今，貓耳電路只用來驅(qū)動(dòng)輔助電源，來操作電子裝置內(nèi)的控制電路。它們沒有被用于有意對(duì)電子裝置從線路抽取的輸入電流進(jìn)行整形的目的。具體地說，直至如今，貓耳電路既尚未應(yīng)用于電子鎮(zhèn)流器，來協(xié)助對(duì)輸入電流的整形，它們又沒有用作電子鎮(zhèn)流器中的輔助電源。在本發(fā)明的鎮(zhèn)流器中，輸入電流整形利用貓耳電路來減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。
本發(fā)明的鎮(zhèn)流器包括連接在整流電路820兩端的貓耳電路884(圖20)。所述貓耳電路一般可以定義為用來在線路周期的選定部分期間從線路抽取電流的電路。于是貓耳電路可以以新的獨(dú)特的方式用于鎮(zhèn)流器波形的整形，以便改善鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。確實(shí)，貓耳電路可以用于各種電子裝置輸入電流波形的整形，諸如開關(guān)電源和AC線路至DC逆變器，并用以減小輸入電流的總諧波畸變。
如圖28所示，貓耳電路884(圖20)只在輸入線路周期“結(jié)尾”處，就是說，在接近線電壓過零點(diǎn)的輸入線電壓的區(qū)域，從整流器820抽取電流。貓耳電路884在接近過零點(diǎn)處抽取電流，以此“填入”鎮(zhèn)流器后端不從AC線路抽取電流(圖19)時(shí)從AC線路抽取的輸入電流的尾部。正如將聯(lián)系圖31描述的，通過填入尾部，鎮(zhèn)流器抽取的線路電流更加連續(xù)，以此減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。
如圖31所示，貓耳電路在相對(duì)較短的時(shí)間里，在每180°線路頻率半周的尾部，抽取鎮(zhèn)流器輸入電流。在一個(gè)實(shí)施例中，貓耳電路在過零點(diǎn)之后每180°線路頻率半周的約45°范圍內(nèi)(圖31的時(shí)間間隔I)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流。然后，逆變器電路在每180°線路頻率半周的90°范圍內(nèi)(圖31的時(shí)間間隔II)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流。最后，貓耳電路在下一個(gè)過零點(diǎn)之前，每180°線路頻率半周的約45°范圍內(nèi)(圖31的時(shí)間間隔III)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流。
這個(gè)實(shí)施例表明，貓耳電路在過零點(diǎn)之后約45°范圍內(nèi)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，并在下一個(gè)過零點(diǎn)之前約45°范圍內(nèi)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流。但是，本專業(yè)的技術(shù)人員都可以看到，貓耳電路抽取鎮(zhèn)流器輸入電流的時(shí)間可以改變。例如，貓耳電路在每180°線路頻率半周的過零點(diǎn)之后約35°范圍內(nèi)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，然后，逆變器電路在每180°線路頻率半周的90°范圍內(nèi)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，而最后，貓耳電路在下一個(gè)過零點(diǎn)之前，每180°線路頻率半周的約55°范圍內(nèi)抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，沒有超過所需的最大總諧波畸變，也沒有脫離本發(fā)明的范圍和精神。另外，本專業(yè)的技術(shù)人員可以看到，可能存在某個(gè)空載時(shí)間，其中貓耳電路既不抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，逆變器電路也不抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，沒有超過所需的總諧波畸變，也沒有脫離本發(fā)明的范圍和精神。
如圖29所示，在貓耳電路884的第一實(shí)施例2810中，貓耳電路2810采用固定的電壓接通點(diǎn)和切斷點(diǎn)。就是說，貓耳電路的第一實(shí)施例2810只在整流后線電壓低于固定值時(shí)才從AC線路抽取電流。在線電壓過零點(diǎn)附近的一段時(shí)段內(nèi)出現(xiàn)這種狀態(tài)。可以這樣調(diào)整切斷和接通電壓點(diǎn)，使得貓耳電路2810在從線電壓剛好過零點(diǎn)之后的時(shí)刻到圖22的逆變器電路2110從AC線路抽取電流的時(shí)刻的第一時(shí)間間隔以及逆變器電路2110停止從AC線路抽取電流的時(shí)刻到下一個(gè)線電壓過零點(diǎn)為止的第二時(shí)間間隔抽取電流。
當(dāng)整流后線電壓低于選定的電壓時(shí)，充電晶體管2812(圖29)導(dǎo)通，讓儲(chǔ)能電容器2814充電，充電到電壓VCC。電容器2814的充電速率由與MOSFET晶體管2812的漏極串聯(lián)的電阻器2816決定。貓耳電路抽取的這個(gè)電流當(dāng)與鎮(zhèn)流器后端抽取的電流組合時(shí)，組合而形成基本上分段連續(xù)的鎮(zhèn)流器輸入電流。盡管圖中以MOSFET的形式示出晶體管2812，但是它也可以是適當(dāng)?shù)目煽貙?dǎo)通器件，諸如(并非限制)BJT或IGBT。
當(dāng)整流后線電壓等于或大于預(yù)定的電壓時(shí)，切斷晶體管2818開始導(dǎo)通。切斷晶體管2818的集電極把齊納二極管2820的負(fù)極拉到VCC，這有效地使充電晶體管2812截止。預(yù)定的接通和切斷電壓由連接到切斷晶體管2818基極的包括電阻器2822和2824的電阻器分壓器網(wǎng)絡(luò)決定。
應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明的貓耳電路還為鎮(zhèn)流器的控制電路提供電源。這使鎮(zhèn)流器可以在AC線路的每個(gè)半周的預(yù)定部分抽取電流。所述AC線路的每個(gè)半周的預(yù)定部分可以包括線電壓過零點(diǎn)之前和之后的時(shí)段，也可以只是一個(gè)這樣的時(shí)段，或線路周期過程中的任何其他有用的時(shí)段。
在圖30所示的貓耳電路的第二實(shí)施例中，貓耳電路2910包括自動(dòng)地監(jiān)視從鎮(zhèn)流器后端抽取的電流并使貓耳電路只在后端抽取電流不超過預(yù)定值時(shí)才從線路抽取電流的電路。所述電流監(jiān)視電路包括晶體管2930；電容器2932；電阻器2934、2936；以及二極管2938、2940。鎮(zhèn)流器后端電流當(dāng)其回到輸入整流電路2828時(shí)流過二極管2938、2940和電阻器2936。當(dāng)鎮(zhèn)流器后端抽取超過預(yù)定值的電流時(shí)，晶體管2930的發(fā)射極的電壓變成負(fù)電壓，所述負(fù)電壓的幅度等于二極管2938、2940的組合的正向電壓降。通過電阻器2934，晶體管2930的基極-發(fā)射極結(jié)變?yōu)榍跋蚱茫瑥亩咕w管2930導(dǎo)通。使晶體管2930導(dǎo)通，把晶體管2812的柵極拉低，從而使晶體管2812截止。當(dāng)后端電流降低到由電阻器2936、2934的分壓器設(shè)定的預(yù)定值以下時(shí)，晶體管2930截止，使晶體管2812導(dǎo)通，為電容器2814提供充電通路。與第一實(shí)施例相比，所述第二實(shí)施例在鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變方面略有改善。
已經(jīng)描述過的貓耳電路具體的實(shí)施例表示通過整流電路連接在AC電源上的貓耳電路。當(dāng)然，可以構(gòu)造一種直接而不是通過整流電路連接在AC電源上的貓耳電路。例如，已經(jīng)描述過的貓耳電路的具體的實(shí)施例也可以包括單獨(dú)的整流器，用以連接到AC電源。
除了提供用于對(duì)由鎮(zhèn)流器抽取的電流進(jìn)行整形以改善鎮(zhèn)流器輸入電流總諧波畸變的裝置外，貓耳電路還提供下列附加的特征。貓耳電路還有利地以對(duì)典型的先有技術(shù)的連續(xù)補(bǔ)充充電和自舉系統(tǒng)起作用的相同方式提供鎮(zhèn)流器的更快速啟動(dòng)并且不受鎮(zhèn)流器操作方式影響。實(shí)際上貓耳電路和逆變器電路彼此分離，允許互不影響地對(duì)其中的每一個(gè)進(jìn)行微調(diào)。
本發(fā)明的改進(jìn)的填谷電路、控制電路和貓耳電路的結(jié)合的結(jié)果可以見于圖31。貓耳電路包括用于在輸入的AC線電壓波形過零點(diǎn)附近抽取輸入電流，使得鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變明顯降低的裝置。換句話說，貓耳電路填充了過零點(diǎn)附近的電流波形。
本發(fā)明的改進(jìn)的填谷電路包括用于在AC輸入電壓的每個(gè)半周的大部分時(shí)間內(nèi)對(duì)儲(chǔ)能電容器充電，以便減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變的裝置。這一點(diǎn)用理想波形在圖31中畫出，其中，可以看到，每個(gè)線路半周的中間部分，理想波形基本上與正弦電流波形一致。
貓耳電路和改進(jìn)了的填谷電路的組合包括用于選擇性地從AC電源抽取電流的裝置。
通過這里公開的控制電路進(jìn)一步改進(jìn)鎮(zhèn)流器的操作，所述控制電路包括一種裝置，用于選擇性地響應(yīng)母線電壓而改變逆變器電路開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間，以便使儲(chǔ)能裝置在AC線電壓的每個(gè)線路半周的峰值時(shí)間附近抽取更多電流，而在AC線電壓的每個(gè)線路半周的谷值附近抽取較少的電流，如圖19所示。
設(shè)置獨(dú)立的電源，就是說，或者通過鎮(zhèn)流器自己整流級(jí)或者通過它本身專用的整流器直接從鎮(zhèn)流器前端的線路取得功率，而不是從與鎮(zhèn)流器后端或APFC相聯(lián)系的變壓器的次級(jí)取得功率的電源，大大地簡(jiǎn)化對(duì)啟動(dòng)、斷開時(shí)或在不正?；蚬收蠣顟B(tài)期間瞬態(tài)狀況的處理。在這種情況下，這種獨(dú)立電源的最佳形式是以前描述的配置成電源的貓耳電路。于是，最佳實(shí)施例的獨(dú)立的電源允許電源與后端的電源分離，從而簡(jiǎn)化鎮(zhèn)流器的控制，而同時(shí)提供一種比較精確地控制從線路抽取電流的裝置，以便減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變。
盡管已經(jīng)聯(lián)系具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是，許多不同的變化和修改以及其他應(yīng)用對(duì)于本專業(yè)的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，最好不把本發(fā)明限于這里的特定的公開，本發(fā)明只由后附的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種電子鎮(zhèn)流器，用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述鎮(zhèn)流器包括整流電路，它具有交流輸入端子和直流輸出端子，所述交流輸入端子可以連接到所述交流電源，當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，所述整流電路在其直流輸出端子上產(chǎn)生整流輸出電壓；填谷電路，它具有輸入端子和輸出端子，所述填谷電路的所述輸入端子連接到所述整流電路的所述直流輸出端子，所述填谷電路包括儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置可通過阻抗和第一可控導(dǎo)通器件直接從所述直流輸出端子充電，所述阻抗只傳輸用于所述儲(chǔ)能裝置的充電電流；逆變器電路，它具有連接到所述填谷電路的所述輸出端子的輸入端子并且當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)電壓；所述逆變器電路適合于基本上只在線路頻率半周每180°中的90°以上的一段時(shí)間里，通過所述整流電路從所述交流電源抽取電流，從而，從所述交流電源抽取的所述電流具有33.3％以下的總諧波畸變，并且所述燈電流具有2.1以下燈電流波峰因數(shù)。
2.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述燈電流波峰因數(shù)小于大約1.7。
3.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括連接到所述交流電源的貓耳電路，所述貓耳電路適合于在所述線電壓的第一過零點(diǎn)之后一段相對(duì)較短的第一時(shí)間里和在下一個(gè)過零點(diǎn)之前一段相對(duì)較短的第二時(shí)間里導(dǎo)通電流，從而使從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變減小到?jīng)]有所述貓耳電路時(shí)本來會(huì)出現(xiàn)的值以下。
4.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變?cè)诩s20％以下。
5.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于當(dāng)所述線電壓瞬時(shí)值小于預(yù)定的絕對(duì)值時(shí)所述貓耳電路從所述交流電源抽取電流。
6.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路只在所述逆變器電路抽取的所述電流基本上為零時(shí)才從所述交流電源抽取電流。
7.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路至少在所述逆變器電路抽取的所述電流基本上為零時(shí)從所述交流電源抽取電流。
8.一種電子鎮(zhèn)流器，用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述鎮(zhèn)流器包括整流電路，它具有交流輸入端子和直流輸出端子，所述交流輸入端子可以連接到所述交流電源，當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，所述整流電路在其直流輸出端子上產(chǎn)生整流輸出電壓；逆變器電路，它具有連接到所述整流電路的所述輸出端子的輸入端子并且當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)電壓；以及連接到所述交流電源的貓耳電路，所述貓耳電路適合于在所述線電壓的第一過零點(diǎn)之后一段相對(duì)較短的第一時(shí)間里和在下一個(gè)過零點(diǎn)之前一段相對(duì)較短的第二時(shí)間里導(dǎo)通電流，從而使從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變減小到?jīng)]有所述貓耳電路時(shí)本來會(huì)出現(xiàn)的值以下。
9.如權(quán)利要求8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路還包括貓耳電源。
10.如權(quán)利要求8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路只在所述線電壓瞬時(shí)值小于預(yù)定的絕對(duì)值時(shí)才從所述交流電源抽取電流。
11.如權(quán)利要求8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路只在所述逆變器電路從所述交流電源抽取的所述電流基本上為零時(shí)才從所述交流電源抽取電流。
12.如權(quán)利要求8所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路至少在所述逆變器電路抽取的所述電流基本上為零時(shí)從所述交流電源抽取電流。
13.如權(quán)利要求9所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述電子鎮(zhèn)流器包括與之耦合的輔助電路，所述輔助電路具有輔助電路電源輸入端子；所述貓耳電路耦合到所述輔助電路的電源輸入端子并驅(qū)動(dòng)所述輔助電路的電源輸入端子。
14.一種電子鎮(zhèn)流器，用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述鎮(zhèn)流器包括整流電路，它具有交流輸入端子和直流輸出端子，所述交流輸入端子可以連接到所述交流電源，當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，所述整流電路在其直流輸出端子上產(chǎn)生整流輸出電壓；填谷電路，它具有輸入端子和輸出端子，所述填谷電路的所述輸入端子連接到所述整流電路的所述直流輸出端子；逆變器電路，它具有連接到所述填谷電路的所述輸出端子的輸入端子并且當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)電壓；所述逆變器電路適合于基本上只在線路頻率半周每180°中的90°以上的一段時(shí)間里，通過所述整流電路從所述交流電源抽取電流；以及連接到所述交流電源的貓耳電路，所述貓耳電路適合于在所述線電壓的第一過零點(diǎn)之后一段相對(duì)較短的第一時(shí)間里和在下一個(gè)過零點(diǎn)之前一段相對(duì)較短的第二時(shí)間里導(dǎo)通電流，從而使從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變減小到33.3％以下。
15.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變低于約20％。
16.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路包括貓耳電源。
17.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路只在所述線電壓小于預(yù)定的絕對(duì)值時(shí)才從所述交流電源抽取電流。
18.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路只在所述逆變器電路從所述交流電源抽取的所述電流基本上為零時(shí)才從所述交流電源抽取電流。
19.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路至少在所述逆變器電路抽取的所述電流基本上為零時(shí)從所述交流電源抽取電流。
20.一種電子鎮(zhèn)流器，用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述鎮(zhèn)流器包括整流電路，它具有交流輸入端子和直流輸出端子，所述交流輸入端子可以連接到所述交流電源，當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，所述整流電路在其直流輸出端子上產(chǎn)生整流輸出電壓；填谷電路，它具有輸入端子和輸出端子，所述填谷電路的所述輸入端子連接到所述整流電路的所述直流輸出端子，所述填谷電路包括儲(chǔ)能裝置，所述儲(chǔ)能裝置可通過阻抗和第一可控導(dǎo)通器件直接從所述直流輸出端子充電，所述阻抗只傳輸用于所述儲(chǔ)能裝置的充電電流；逆變器電路，它具有連接到所述填谷電路的所述輸出端子的輸入端子并且當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)電壓；以及填谷控制電路，所述填谷控制電路耦合到所述儲(chǔ)能裝置并用于使所述儲(chǔ)能裝置在交流線路頻率半周每180°中的大于90°的一段時(shí)間里從所述整流電路抽取充電電流，從而使從所述交流電源抽取的所述電流的總諧波畸變低于33.3％。
21.如權(quán)利要求20所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷控制電路包括電感器。
22.如權(quán)利要求20所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷控制電路包括具有抽頭的電感器。
23.如權(quán)利要求20所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述第一可控導(dǎo)通器件是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
24.如權(quán)利要求20所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器電路包括所述第一可控導(dǎo)通器件，因而所述第一可控導(dǎo)通器件服務(wù)于雙重目的。
25.如權(quán)利要求20所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器電路包括串聯(lián)的第二和第三可控導(dǎo)通器件，所述第二和第三可控導(dǎo)通器件連接在所述逆變器電路的所述各輸入端子的之間，從而，所述三個(gè)可控導(dǎo)通器件中的每一個(gè)都是獨(dú)立的器件。
26.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈用的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器從在給定的線路頻率下基本上具有呈正弦波形的線電壓的所述交流電源抽取鎮(zhèn)流器輸入電流，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它具有交流輸入端子和直流輸出端子，所述交流輸入端子可以連接到所述交流電源，當(dāng)所述交流電源使所述交流輸入端子通電時(shí)，所述整流電路在其所述直流輸出端子上產(chǎn)生整流輸出電壓；填谷電路，它具有輸入和輸出端子，所述填谷電路的所述輸入端子連接到所述整流電路的所述直流輸出端子；逆變器電路，它連接在所述填谷電路的所述輸出端子和所述至少一個(gè)氣體放電燈之間并包括串聯(lián)的第一和第二可控導(dǎo)通器件，所述逆變器電路產(chǎn)生用以驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)電壓；逆變器控制電路，耦合到所述串聯(lián)的第一和第二可控導(dǎo)通器件并獨(dú)立地控制所述串聯(lián)的第一和第二可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間；所述逆變器控制電路可用來在每個(gè)線路頻率半周的瞬時(shí)峰值絕對(duì)電壓附近的時(shí)段內(nèi)，縮短所述第一可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間以產(chǎn)生相對(duì)較窄的脈沖，同時(shí)延長(zhǎng)所述第二可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間以便產(chǎn)生相對(duì)較寬的脈沖，從而把所述燈電流的包絡(luò)線的振幅壓低到不存在所述導(dǎo)通時(shí)間的所述改變時(shí)本應(yīng)出現(xiàn)的振幅，使所述燈電流的電流波峰因數(shù)降低，并且由此所述第二可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間的所述延長(zhǎng)導(dǎo)致所述鎮(zhèn)流器輸入電流拔高到高于沒有導(dǎo)通時(shí)間的所述延長(zhǎng)時(shí)本應(yīng)出現(xiàn)的振幅，使所述鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變減小。
27.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述燈電流具有2.1以下的電流波峰因數(shù)。
28.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述燈電流具有小于1.7的電流波峰因數(shù)。
29.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于當(dāng)沒有電流流過所述第二可控導(dǎo)通器件時(shí)電流才流過所述第一可控導(dǎo)通器件，反之亦然。
30.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述電流交替地流過所述第一和第二可控導(dǎo)通器件。
31.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述串聯(lián)的第一和第二可控導(dǎo)通器件的所述導(dǎo)通時(shí)間之和是所述高頻驅(qū)動(dòng)電壓的周期。
32.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括降壓變換電路。
33.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括開關(guān)電阻電路。
34.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器控制電路包括微控制器。
35.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器控制電路包括數(shù)字信號(hào)處理電路。
36.如權(quán)利要求26所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器控制電路包括專用集成電路。
37.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它工作時(shí)可連接到交流線路；跨接在所述整流電路兩端的電流抽取電路；逆變器電路，它連接到向所述至少一個(gè)燈提供燈電流的所述整流電路；其中，當(dāng)所述交流線路的瞬時(shí)電壓接近于零時(shí)，所述電流抽取電路從所述交流線路抽取電流，以便減小所述鎮(zhèn)流器抽取的輸入電流的總諧波畸變。
38.如權(quán)利要求37所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述電流抽取電路是貓耳電路。
39.如權(quán)利要求38所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路在預(yù)定的接通點(diǎn)和切斷點(diǎn)之間從所述交流線路抽取電流。
40.如權(quán)利要求38所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路包括自動(dòng)地監(jiān)視所述逆變器電路抽取的所述電流的監(jiān)視電路并且僅在所述逆變器電路抽取的所述電流不超過預(yù)定數(shù)值時(shí)才抽取電流。
41.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它工作時(shí)可連接到交流線路；包括電容器的填谷電路；所述填谷電路可用來選擇性地通過阻抗和第一開關(guān)器件從所述整流電路向所述電容器充電；逆變器電路，它包括用以向所述至少一個(gè)燈提供燈電流的至少一個(gè)電子開關(guān)器件；其中，在所述交流線路的每個(gè)半周的至少90°一段時(shí)間里向所述電容器充電。
42.如權(quán)利要求41所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括降壓變換電路。
43.如權(quán)利要求41所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括電感器。
44.如權(quán)利要求41所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述第一電子開關(guān)器件是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
45.如權(quán)利要求41所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括所述逆變器電路的所述至少一個(gè)開關(guān)器件中的至少一個(gè)。
46.如權(quán)利要求41所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括耦合到所述電容器的反饋?zhàn)儔浩?，用以控制向所述電容器的能量輸送?br> 47.如權(quán)利要求46所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述反饋?zhàn)儔浩魍ㄟ^可控導(dǎo)通器件連接到所述電容器。
48.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它工作時(shí)可連接到交流線路；包括儲(chǔ)能裝置的填谷電路；所述填谷電路可用來選擇性地向所述儲(chǔ)能裝置充電；用以向所述至少一個(gè)燈提供燈電流的逆變器，所述逆變器包括與第二電子開關(guān)串聯(lián)的第一電子開關(guān)；以及控制電路，用以控制所述第一和所述第二電子開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間；其中，在所述交流線電壓絕對(duì)峰值附近的一段時(shí)間里，控制所述第一電子開關(guān)使其導(dǎo)通一段相對(duì)較短的時(shí)間并控制所述第二電子開關(guān)使其導(dǎo)通一段相對(duì)較長(zhǎng)的時(shí)間，從而減小鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變和所述燈電流的電流波峰因數(shù)。
49.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括降壓變換電路。
50.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述填谷電路包括開關(guān)電阻電路。
51.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述控制電路包括微處理器。
52.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述控制電路包括數(shù)字信號(hào)處理器。
53.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述控制電路包括專用集成電路。
54.如權(quán)利要求49所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述降壓變換電路包括具有抽頭的電感器。
55.如權(quán)利要求48所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括反饋?zhàn)儔浩?，并且其中通過所述反饋?zhàn)儔浩鲗?duì)所述儲(chǔ)能裝置充電。
56.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它工作時(shí)可連接到交流線路；包括儲(chǔ)能裝置的填谷電路；所述填谷電路可用來選擇性地向所述儲(chǔ)能裝置充電；后端，它包括向燈提供燈電流的逆變器電路；控制電路，用以控制所述逆變器電路的操作；以及貓耳電路，用以向所述控制電路提供電源，并且其中在所述交流線路的每半周的大于90°的預(yù)定部分期間，所述逆變器電路從所述交流線路抽取第一電流。
57.如權(quán)利要求56所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器電路在每個(gè)所述半周的第一部分抽取所述第一電流，而所述貓耳電路在每個(gè)所述半周的第二基本上不重疊的部分期間從所述交流線路抽取第二電流。
58.如權(quán)利要求57所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路在每個(gè)所述半周的預(yù)定的固定接通點(diǎn)開始抽取所述第二電流。
59.如權(quán)利要求57所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路在每個(gè)所述半周的預(yù)定的固定切斷點(diǎn)停止抽取所述第二電流。
60.如權(quán)利要求57所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述貓耳電路包括有源后端電流監(jiān)視電路，以便監(jiān)視由所述后端抽取的所述電流。。
61.一種用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器包括整流電路，它在工作時(shí)可連接到交流線路；包括儲(chǔ)能裝置的填谷電路；以及所述填谷電路可用來選擇性地通過阻抗和第一開關(guān)器件從所述整流電路向所述儲(chǔ)能裝置充電。
62.如權(quán)利要求61所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述儲(chǔ)能裝置是電容器。
63.如權(quán)利要求61所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述阻抗是電感器。
64.如權(quán)利要求61所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述阻抗是電阻器。
65.如權(quán)利要求61所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述第一電子開關(guān)是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
66.一種用于把鎮(zhèn)流器的輸入電流總諧波畸變減到33.3％以下并把由電子鎮(zhèn)流器提供的燈電流的電流波峰因數(shù)減小到2.1以下的方法，所述電子鎮(zhèn)流器用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述方法包括以下步驟a)從所述交流電源接收基本上呈正弦波形的線電壓；b)對(duì)來自所述交流電源的所述基本上呈正弦波形的線電壓進(jìn)行整流，以便提供全波整流電壓；c)從所述全波整流電壓通過阻抗和可控導(dǎo)通器件向儲(chǔ)能裝置充電，以便提供直流電壓；d)通過在所述全波整流電壓的各峰值之間提供所述直流電壓來修改所述全波整流電壓，以提供填谷后電壓；e)把所述填谷后電壓加到逆變器上，以便提供高頻交流電壓；f)利用所述高頻交流電壓驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈；以及g)使所述逆變器在每個(gè)180°線路頻率半周的大于90°的時(shí)間里從所述交流電源抽取電流。
67.一種用于在電子鎮(zhèn)流器中把所述鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變降到33.3％以下的方法，所述電子鎮(zhèn)流器可連接到給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源并且用于驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述方法包括以下步驟a)對(duì)來自所述交流電源的所述正弦線電壓進(jìn)行整流，以提供全波整流電壓；b)通過在所述全波整流電壓的各峰值之間提供直流電壓來修改所述全波整流電壓，以便提供填谷后電壓；c)把所述填谷后電壓加到逆變器上，以提供高頻交流電壓；d)利用所述高頻交流電壓來驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈；e)使所述逆變器在每個(gè)180°線路頻率半周的90°以上的一段時(shí)間內(nèi)通過阻抗和可控導(dǎo)通器件從所述交流電源抽取電流；以及f)在線電壓過零點(diǎn)之后的第一時(shí)間間隔里和下一個(gè)過零點(diǎn)之前的第二時(shí)間間隔里，通過貓耳電路從所述交流電源抽取額外的電流。
68.一種用于在電子鎮(zhèn)流器中把所述鎮(zhèn)流器輸入電流的總諧波畸變降到33.3％以下的方法，所述電子鎮(zhèn)流器用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的所述交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述方法包括以下步驟a)對(duì)來自所述交流電源的基本上呈正弦波形的線電壓進(jìn)行整流，以提供全波整流電壓；b)設(shè)置儲(chǔ)能裝置，以便通過在所述全波整流電壓的各峰值之間提供直流電壓來修改所述全波整流電壓，以提供填谷后電壓；c)把所述填谷后電壓施到逆變器上，以提供高頻交流電壓；d)利用所述高頻交流電壓驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈；以及e)使所述儲(chǔ)能裝置在每個(gè)180°線路頻率半周的90°以上的一段時(shí)間里通過阻抗和可控導(dǎo)通器件從所述交流電源抽取電流。
69.一種用于降低鎮(zhèn)流器的輸入電流總諧波畸變并且降低電子鎮(zhèn)流器中電流波峰因數(shù)的方法，所述電子鎮(zhèn)流器用于從在給定線路頻率下具有基本上呈正弦波形的線電壓的交流電源驅(qū)動(dòng)至少一個(gè)氣體放電燈，所述方法包括以下步驟a)對(duì)來自所述交流電源的所述基本上呈正弦波形的線電壓進(jìn)行整流，以提供全波整流電壓；b)通過在所述全波整流電壓的各峰值之間提供直流電壓來修改所述全波整流電壓，以提供填谷后電壓；c)把所述填谷后電壓加到至少具有第一和第二可控導(dǎo)通器件的逆變器上，以提供高頻交流電壓；d)利用所述高頻交流電壓來驅(qū)動(dòng)燈電流流過所述至少一個(gè)氣體放電燈；以及e)在所述交流電源的所述絕對(duì)值峰值時(shí)間左右的時(shí)間里，控制所述第一和第二可控導(dǎo)通器件的導(dǎo)通時(shí)間，以便拔高所述鎮(zhèn)流器輸入電流并壓低所述燈電流。
全文摘要
一種用于驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器包括整流電路；填谷電路；逆變器，它具有串聯(lián)的占空比互補(bǔ)的第一和第二可控導(dǎo)通器件；控制電路，用以控制可控導(dǎo)通器件；以及獨(dú)立的貓耳電源，用以向鎮(zhèn)流器控制電路提供電源。結(jié)果是，鎮(zhèn)流器具有顯著改善的總諧波畸變和電流波峰因數(shù)。在最佳實(shí)施例中，填谷電路包括響應(yīng)可控導(dǎo)通器件而儲(chǔ)存能量的儲(chǔ)能裝置。在特別最佳的實(shí)施例中，填谷電路的可控導(dǎo)通器件也是逆變器的可控導(dǎo)通器件中的一個(gè)。
文檔編號(hào)H05B41/28GK1543755SQ02815996
公開日2004年11月3日 申請(qǐng)日期2002年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月22日
發(fā)明者R·C·小紐曼, S·德喬格, M·泰帕勒, D·特拉瓦格里尼, J·斯皮拉, R C 小紐曼, ダ, 吒窶錟, 晾 , 歉 申請(qǐng)人:盧特龍電子有限公司