專利名稱：諧振鎮(zhèn)流器及其切換電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種切換電路，且更明確地說涉及一種鎮(zhèn)流器
(ballast)的切換電路。
背景技術(shù)：
熒光燈是我們?nèi)粘Ｉ钪凶钇占暗墓庠粗?。改進熒光燈的效率會顯著 節(jié)省能量。因此，在最近的發(fā)展中，熒光燈的鎮(zhèn)流器的效率改進和功率節(jié)省 是主要課題。圖1示出了與諧振電路串聯(lián)連接的常規(guī)電子鎮(zhèn)流器電路。半橋 式逆變器(half-bridge inverter)由第一開關(guān)10和第二開關(guān)20組成。兩 個開關(guān)10和20在所需的切換頻率下以50°/。的工作周期互補地接通和斷開。 諧振電路(resonant circuit )包括電感器70、電容器75以操作熒光燈50。 與熒光燈5 0并聯(lián)連接的電容器5 5作為起動電路而操作。 一旦熒光燈5 0接通， 則控制切換頻率以產(chǎn)生需要的燈電壓。這種鎮(zhèn)流器電路的缺點是對于開關(guān)10 和20的較高的切換損失。熒光燈50的寄生裝置(例如，等效電容等)響應(yīng) 于焚光燈50的溫度變化和使用年限而變化。此外，電感器70的電感和電容 器75的電容也在鎮(zhèn)流器電路的大 規(guī)模生產(chǎn)期間而有所變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于熒光燈的鎮(zhèn)流器電路。由串聯(lián)連接的電容器和變壓 器形成諧振電路。諧振電路用于操作熒光燈。第一控制電路和第二控制電路 用以切換諧振電路。變壓器的第一繞組(winding)與熒光燈串聯(lián)連接。變壓 器的第二繞組和第三繞組用于分別響應(yīng)于諧振電^^的切換電流來產(chǎn)生第 一控 制信號和第二控制信號。以第一控制電路為例， 一旦第一控制信號高于第一 閾值，則第一開關(guān)接通。諧振電路的四分之一諧振周期之后， 一旦第一控制 信號低于第二閾值，則第一開關(guān)斷開。因此，實現(xiàn)了第一開關(guān)的軟切換操作 (soft switching operation )。第二控制電路以與第 一控制電路相同的方
式操作以實現(xiàn)第二開關(guān)的軟切換搡作。
本發(fā)明的一個目的是提供一種鎮(zhèn)流器電路，其可自動實現(xiàn)軟切換以減少 切換損失并改進鎮(zhèn)流器電路的效率。
本發(fā)明的另 一 目的是開發(fā)一種在效率上具有較高性能的低成本電路。


本文包含附圖以提供對本發(fā)明的進一步理解，且附圖并入本說明書中并 組成其一部分。

本發(fā)明的實施例，并與描述內(nèi)容一起用于解釋本發(fā) 明的原理。
圖1示出了常規(guī)電子鎮(zhèn)流器電路。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的鎮(zhèn)流器電路的示意性電路。 圖3示出了變壓器的繞組。
圖4到圖7分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的鎮(zhèn)流器電路的第一操作階段 到第四操作階段。
圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的多個波形。 圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的控制電路。 圖IO示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的反跳電路。
具體實施例方式
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的鎮(zhèn)流器電路的示意電路。電容器75與變 壓器8Q串聯(lián)連接以形成諧振電路。諧振電路產(chǎn)生正弦波電流以操作燈50, 燈50在本發(fā)明實施例中為熒光燈。第一開關(guān)IO耦合到諧振電路以將第一電 壓Vw供應(yīng)到諧振電路。第一電壓V3。譬如是由外部所供應(yīng)的電壓源。第一開 關(guān)10由第一切換信號S,控制。第二開關(guān)20耦合到諧振電路以將第二電壓V4。 供應(yīng)到諧振電路。第二開關(guān)20由第二切換信號S2控制。第一二極管ll與第 一開關(guān)10并聯(lián)連接，且第二二極管21與第二開關(guān)20并聯(lián)連接。變壓器80 的第一繞組與電容器75串聯(lián)連接以形成諧振電路。
圖3示出了變壓器80的多個繞組。請同時參照圖2與圖3，變壓器80 的第一繞組81與燈50串聯(lián)連接，以檢測諧振電路的切換電流。因此，變壓 器80的第二繞組82和第三繞組83用于分別響應(yīng)于諧振電路的切換電流來產(chǎn) 生第一控制信V,和第二控制信號V2。如圖2所示，第一控制電路100用于響
應(yīng)于第一控制信號V,而產(chǎn)生第一切換信號S,以接通/斷開第一開關(guān)10。第二
控制電路200用于響應(yīng)于第二控制信號V2而產(chǎn)生第二切換信號S2以控制第二 開關(guān)20。
圖4到圖7分別示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的鎮(zhèn)流器電路的四個操作階段。 圖4示出了第一操作階段T,。當?shù)诙_關(guān)20接通時，燈電流L流經(jīng)變壓器 80以產(chǎn)生第二控制電壓V2。 一旦燈電流Iw減小使得第二控制電壓V2減小為低 于第二閾值VT2，則第二控制電路200藉由禁止UisaMe)第二切換信號S2 使第二開關(guān)20斷開。之后，如圖5所示，諧振電路的環(huán)電流(circular current )接通第一二極管11。環(huán)電流由存儲在變壓器80中的能量所提供。 諧振電路的能量被反向饋充到電容器30 (第二操作階段L)。流經(jīng)變壓器80 的燈電流lM將產(chǎn)生第一控制信號V,。如果第一控制信號V,高于第一閾值Vt,, 那么第一控制電路100將激活(enable )第一切換信號S，以接通第一開關(guān)10。 如圖6所示，由于第一二極管11此刻正導通，所以第一開關(guān)10接通，這實 現(xiàn)了第一開關(guān)10的軟切換操作(第三操作階段L)。諧振電路的環(huán)電流反向 之后，燈電流Iw從電容器30流入諧振電路中。如圖7所示，當燈電流"減 小導致第 一控制電壓V,減小為低于第二閾值VT2時，則第 一控制電路100藉由 禁能第一開關(guān)信號S,使第一開關(guān)10斷開。同時，諧振電路的環(huán)電流接通第二 二極管21,且諧振電路的能量被反向饋充到電容器40 (第四操作階段TJ。 流經(jīng)變壓器80的燈電流"將產(chǎn)生第二控制電壓V2。如果第二控制電壓V2高 于第一閾值Vn，那么第二控制電路200將使能第二開關(guān)信號S2以接通第二開 關(guān)20。因此再一次進入第一操作階段T,。如圖4所示，由于第一二極管21 此刻正導通，所以第二開關(guān)20接通，這也實現(xiàn)了第二開關(guān)20的軟切換操作。 圖8示出了鎮(zhèn)流器電路的搡作階段的多個波形。信號Vx表示第一控制信 號V,和第二控制信號V2。 一旦第一控制信號V，高于第一閾值VT1 (即第三操作 階段L)，則激活(enable)第一切換信號SlQ諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦第一控制信號V，低于第二閾值VT2 (即第四操作階段L),則禁止 (disable)第一切換信號S,。諧振電路的諧振頻率G由下式給定
<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
其中，L是變壓器80的第一繞組81的電感，且C是燈50和電容器75 的等效電容。
一旦第二控制信號V2高于第一閾值VT](即第一操作階段T,),則激活第
二切換信號S2。諧振電路的四分之一諧振周期之后， 一旦第二控制信號V2低 于第二閾值V—T2 (即第二操作階段L),則禁止第二切換信號S2。
圖9示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的第一控制電路100或第二控制電路200。 第一輸入電阻器130和第二輸入電阻器140耦合到變壓器80以接收控制信號 Vx (第一控制信號V,或第二控制信號V2)。第一電流源IIO和第二電流源120 分別耦合到第一輸入電阻器130和第二輸入電阻器140。輸入電阻器130、 140 和電流源110、 120為控制電路提供電平位移(level shifting)以檢測控制 信號Vx。在此例中，輸入電阻器130與140的電阻相等，而第二電流源120 的電流高于第一電流源110的電流。因此，在第二輸入電阻器140處產(chǎn)生的 電壓高于在第一輸入電阻器130處產(chǎn)生的電壓，其中，第一輸入電阻器130 與第二輸入電阻器140之間的差分電壓(differential voltage)決定第一 閾值V仏第三電流源115經(jīng)由控制開關(guān)116耦合到第二輸入電阻器140。第 一比較器170具有耦合到第一輸入電阻器130的一輸入。第一比較器170的 另一輸入通過延遲電路耦合到第一輸入電阻器130。延遲電路由電阻器150 和電容器155形成。第一比較器170的輸出接通/斷開控制開關(guān)116。當控制 信號Vx的量值(magnitude)減小時，第一比較器170將輸出邏輯高信號
(logic-high signal )以接通控制開關(guān)116并將第三電流源115連接到第二 輸入電阻器140。與第三電流源115關(guān)聯(lián)的第二電流源120在第二輸入電阻 器140處產(chǎn)生較高電壓，其決定圖8中的第二闊值VT2。因此，第二閾值VT2 高于第一閾值VT,。第二比較器180具有耦合到第一輸入電阻器130的一輸入。 第二比較器180的另一輸入連接到第二輸入電阻器"0。響應(yīng)于第二比較器 180的輸出而激活切換信號Sx (第一切換信號S,或第二切換信號S2 )。為了改 進抗噪聲性(noise immunity),可以將反跳電路(debou腦circuit) 190 耦合到第二比較器180的輸出以產(chǎn)生切換信號Sx。
圖10示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的反跳電路，其中，電流源310和電容器 330決定第一反跳期間(指當邏輯高輸入傳輸至邏輯高輸出的期間)
(logic-high output )。電流源315和電容器330決定第二反跳期間(指當 邏輯低輸入傳輸至邏輯低(logic-low output )輸出的期間)。在第一反跳期 間，輸入信號IN自邏輯低轉(zhuǎn)態(tài)至邏輯高，因此輸入信號IN經(jīng)由非門320會 使N型晶體管325截止。此時，電流源310會以一預定速度對電容器330充
電(此充電期間即為第一反跳期間)。第一反跳期間結(jié)束后，電容器330的邏 輯高電壓便會觸發(fā)非門350與360，而由非門360提供邏輯高的輸出信號OUT。 在第二反跳期間，輸入信號IN自邏輯高轉(zhuǎn)態(tài)至邏輯低，因此輸入信號IN經(jīng) 由非門320會使N型晶體管325導通。此時，電流源315會以一預定速度對 電容器330放電(此放電期間即為第二反跳期間)。第二反跳期間結(jié)束后，電 容器330的邏輯低電壓便會觸發(fā)非門350與360,而由非門360提供邏輯低 的輸出信號OUT。
綜上所述，由于第一開關(guān)IO和第二開關(guān)20在諧振電路的能量完全釋放 之前斷開，所以所述能量能夠產(chǎn)生環(huán)電流以接通第一二極管11和第二二極管 21。此外，可通過控制信號V,和V2的極性變化來檢測開關(guān)10和20的切換。 在第一二極管11導電之后第一開關(guān)10立即接通，且在第二二極管21導電之 后第二開關(guān)20立即接通。因此，實現(xiàn)了軟切換操作且改進了鎮(zhèn)流器的效率。
雖然已參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例特定展示并描述了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域 的技術(shù)人員將了解，可在不脫離權(quán)利要求書所界定的本發(fā)明的精神和范圍的 情況下對所述實施例做出形式和細節(jié)上的各種變化。
權(quán)利要求
1.一種鎮(zhèn)流器的切換電路，其包括諧振電路，其由串聯(lián)連接的電容器和變壓器形成以操作燈，其中，所述變壓器具有與所述燈串聯(lián)連接的第一繞組，且所述變壓器的第二繞組和第三繞組分別響應(yīng)于所述諧振電路的切換電流而產(chǎn)生第一控制信號和第二控制信號；第一開關(guān)，其耦合到所述諧振電路以將第一電壓供應(yīng)到所述諧振電路，其中，所述第一開關(guān)由第一切換信號控制；第二開關(guān)，其耦合到所述諧振電路以將第二電壓供應(yīng)到所述諧振電路，其中所述第二開關(guān)由第二切換信號控制；第一控制電路，其用以響應(yīng)于所述第一控制信號產(chǎn)生所述第一切換信號；以及第二控制電路，其用以響應(yīng)于所述第二控制信號產(chǎn)生所述第二切換信號。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換電路，其中， 一旦所述第一控制信號高于 第一閾值，則激活所述第一切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦所述第一控制信號低于第二閾值，則禁止所述第一切換信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換電路，其中， 一旦所述第二控制信號高于 第一閾值，則激活所述第二切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦所述第二控制信號低于第二閾值，則禁止所述第二切換信號。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換電路，其中，所述第一控制電路包括 第一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器；第 一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第 二輸入電阻器；第三電流源，其經(jīng)由控制開關(guān)耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另 一輸入經(jīng)由延遲電路連接到所述第 一輸入電阻器，且所述第 一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關(guān)；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第二比較器的另 一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中響應(yīng)于所述第二比較器的輸出而激活所述第 一切換信號。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的切換電路，其中，所述第一控制電路進一步包括用以產(chǎn)生所述第一切換信號的反跳電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的切換電路，其中，所述第二控制電路包括 第 一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經(jīng)由控制開關(guān)耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另一輸入經(jīng)由延遲電路連接到所述第一輸入電阻器，且所述第一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關(guān)；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第二比較器的另一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中，響應(yīng)于所述第二比較器的輸出而激活所述第二切換信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的切換電路，其中，所述第二控制電路進一步包 括用以產(chǎn)生所述第二切換信號的反跳電路。
8. —種鎮(zhèn)流器電路，其包括 諧振電路，用以操作一燈，其包括變壓器，其具有與所述燈串聯(lián)連接的第一繞組，且所述變壓器的第 二繞組和第三繞組分別響應(yīng)于所述諧振電路的切換電流而產(chǎn)生第一控制信號 和第二控制信號；第 一開關(guān)，其耦合到所述諧振電路以將第 一電壓供應(yīng)到所述諧振電路， 其中所述第 一開關(guān)由第 一切換信號控制；第二開關(guān)，其耦合到所述諧振電路以將第二電壓供應(yīng)到所述諧振電路， 其中所述第二開關(guān)由第二切換信號控制；第一控制電路，其用以響應(yīng)于所述第一控制信號產(chǎn)生所述第一切換信號;以及第二控制電路，其用以響應(yīng)于所述第二控制信號產(chǎn)生所述第二切換信號。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎮(zhèn)流器電路，其中， 一旦所述第一控制信號高 于第一閾值，則激活所述第一切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周 期之后， 一旦所述第一控制信號低于第二閾值，則禁止所述第一切換信號； 以及一旦所述第二控制信號高于所述第一閾值，則激活所述第二切換信號， 且所述諧振電路的所述四分之一諧振周期之后， 一旦所述第二控制信號低于 第二閾值，則禁止所述第二切換信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第一控制電路包括 第一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經(jīng)由控制開關(guān)耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另 一輸入經(jīng)由延遲電路連接到所述第 一輸入電阻器，其中所述第 一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關(guān)；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，且所述第二比較器的另 一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中響應(yīng)于所述第二比較器的輸出而激活所述第 一切換信號。
11. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第一控制電路進一 步包括用以產(chǎn)生所述第 一切換信號的反跳電路。
12. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第二控制電路包括 第 一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經(jīng)由控制開關(guān)耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另一輸入經(jīng)由延遲電路連接到所述第一輸入電阻器，其中，所述第一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關(guān)；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，且所述第二比較器的另一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中，響應(yīng)于所述第二比較器的輸出而激活所述第二切換信號。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第二控制電路進一步包括用以產(chǎn)生所述第二切換信號的反跳電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于熒光燈的低成本鎮(zhèn)流器及其切換電路。熒光燈與具有變壓器的諧振電路串聯(lián)連接。第一開關(guān)和第二開關(guān)用以切換諧振電路。變壓器的第一繞組與電容器串聯(lián)連接以形成諧振電路。變壓器的第二繞組和第三繞組用于響應(yīng)于諧振電路的切換電流來產(chǎn)生控制信號。響應(yīng)于控制信號來控制第一開關(guān)和第二開關(guān)。此外，本發(fā)明實現(xiàn)了第一開關(guān)和第二開關(guān)的軟切換操作。
文檔編號H05B41/233GK101106859SQ20071010958
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月7日
發(fā)明者楊大勇 申請人:崇貿(mào)科技股份有限公司