專利名稱：用于氣體放電燈如hid燈的鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高電位(高壓側(cè))晶體管的控制，高電位晶體管例如可被用在發(fā)光器件的控制裝置中，例如用在氣體放電燈或LED的鎮(zhèn)流器中，確切地說，例如用在例如像逆變 器這樣的開關(guān)調(diào)節(jié)器中。
背景技術(shù)：
具有半橋電路(逆變器)的鎮(zhèn)流器是已知的。尤其當(dāng)要通斷高功率時(shí)，F(xiàn)ET、M0SFET 或者IGBT被用作逆變器的開關(guān)元件。這些元件本身的特點(diǎn)不僅在于能以低功率通斷，而且 能非?？焖俚赝〝?。可是，上述元件設(shè)有歐姆值很高的輸入端(柵極)，這也使具有歐姆值 很高的輸出端的激勵(lì)電路成為必需的。激勵(lì)電路必須確保至少處于高電位(高壓側(cè))的開 關(guān)元件對(duì)地電絕緣。這是如此做到的，即，采用具有變壓器的激勵(lì)電路，變壓器的原級(jí)繞組 和次級(jí)繞組僅感應(yīng)耦合，但電隔離開。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)在于提出一種開關(guān)元件控制技術(shù)，該技術(shù)尤其為帶有全橋逆變器或 半橋逆變器或其它開關(guān)調(diào)節(jié)器的鎮(zhèn)流器中的狀況而設(shè)。按照本發(fā)明，該任務(wù)將通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征來完成。從屬權(quán)利要求以非常有 利的方式改進(jìn)本發(fā)明的中心構(gòu)想。本發(fā)明的第一方面涉及一種例如處于高電位的開關(guān)元件尤其是晶體管的控制輸 入端的控制方法，其中，所述控制輸入端依靠變壓器被電去耦。此外，所述控制輸入端的導(dǎo) 通和截止通過呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的控制單元依靠變壓器傳輸電流脈沖或電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。所述導(dǎo)通和截止例如通過雙極性電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。這種電壓脈沖是開關(guān)脈沖，在功能上例如電流脈沖與電壓脈沖是等同的。此外，本發(fā)明不僅可被用作處于高電位的開關(guān)元件的控制輸入端的控制(此時(shí)可 能需要電流隔離)，而且本發(fā)明也可被用于未處于高電位的開關(guān)元件的控制輸入端的電去 耦控制，但該開關(guān)元件的控制輸入端的控制要求電流隔離。第一極性的電壓脈沖例如通過第一電路元件給控制輸入端充電，電荷在第一極性 的電壓脈沖之后仍然保留，因而開關(guān)元件導(dǎo)通，極性相反的電壓脈沖通過第二控制元件如 此將控制輸入端上的電荷放電，即開關(guān)元件被截止。作為第一控制元件，可以采用二極管，最好是齊納二極管。作為第二控制元件，可以采用二極管和/或晶體管。電流脈沖或電壓脈沖最好比被控的開關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間或截止時(shí)間短。此時(shí)，多 個(gè)脈沖序列也是可行的，以將開關(guān)元件保持在期望狀態(tài)?？刂茊卧梢韵駮r(shí)鐘信號(hào)源那樣按照預(yù)定節(jié)拍發(fā)出電壓脈沖，無論開關(guān)元件狀態(tài) 是否應(yīng)該被改變。此外，對(duì)于開關(guān)元件的狀態(tài)應(yīng)被改變的情況，控制單元可以向第一電壓脈沖發(fā)出具有與第一電壓脈沖相反極性的第二脈沖。對(duì)于開關(guān)元件的狀態(tài)應(yīng)保持不變的情況，控制單元可以對(duì)于第一極性的電壓脈沖 再次發(fā)出同一極性的電壓脈沖。本發(fā)明也涉及控制單元，尤其是集成電路例如ASIC，其被構(gòu)造用來執(zhí)行如前 述權(quán) 利要求之一所述的方法。本發(fā)明還涉及半橋逆變器或全橋逆變器或者具有至少一個(gè)開關(guān)的其開關(guān)調(diào)節(jié)器。 此時(shí)，至少一個(gè)開關(guān)借助按照前述權(quán)利要求之一所述的方法被控制。用于氣體放電燈尤其是HID燈的鎮(zhèn)流器可以具有這種逆變器。此外，本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及一種用于控制發(fā)光器件的控制裝置的晶體管的方 法。在這里，晶體管的控制輸入端借助變壓器被電去耦，其中，該控制輸入端與變壓器的次 級(jí)側(cè)相連，變壓器的次級(jí)側(cè)具有第一繞組和反向極化的串聯(lián)的第二繞組；并且控制輸入端 的通斷通過呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的控制單元依靠變壓器傳輸電流脈沖或者電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。為了導(dǎo)通晶體管，在原級(jí)側(cè)產(chǎn)生第一極性的電壓脈沖，晶體管借此通過第一次級(jí) 側(cè)繞組被導(dǎo)通，并且在導(dǎo)通狀態(tài)下放電晶體管通過第二次級(jí)側(cè)繞組被主動(dòng)截止，該放電晶 體管用于將晶體管的控制輸入端放電。為了截止晶體管，在原級(jí)側(cè)產(chǎn)生具有與第一極性相反的第二極性的電壓脈沖，通 過第二極性的電壓脈沖并借助第二次級(jí)側(cè)繞組來導(dǎo)通放電晶體管，該放電晶體管因此將晶 體管的控制輸入端放電，從而將晶體管的控制輸入端截止。所述次級(jí)側(cè)繞組可以整合有負(fù)載電路的扼流圈(就是說與負(fù)載電路的扼流圈一 起被繞在共同的鐵芯上)，該負(fù)載電路與兩個(gè)串聯(lián)的晶體管的連接點(diǎn)相連，其中電位較高的 晶體管依靠變壓器地通過電壓脈沖被控制。


以下將結(jié)合附圖來描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖1表示用于控制氣體放電燈的鎮(zhèn)流器，圖2表示鎮(zhèn)流器中的信號(hào)曲線，圖3到圖5表示將變壓器設(shè)計(jì)成高壓側(cè)晶體管的電位隔離，圖6到圖8表示用于控制高壓側(cè)晶體管的示意電路的實(shí)施例，圖9表示根據(jù)圖7b的電路中的信號(hào)曲線，圖10表示用于控制LED的電路，圖11表示用于控制HID燈的鎮(zhèn)流器，圖12表示用于高壓側(cè)晶體管的本發(fā)明控制電路的另一實(shí)施例，圖13表示在圖12的本發(fā)明電路中的信號(hào)曲線。
具體實(shí)施例方式圖1示意表示一個(gè)用于控制氣體放電燈2的鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器包括負(fù)載電路1、逆變 器7、激勵(lì)電路11、控制單元15和供電電壓?jiǎn)卧?6。負(fù)載電路1與通常一樣包含串聯(lián)諧振 電路，串聯(lián)諧振電路包括扼流圈4和電荷電容器3。扼流圈4和電荷電容器3之間的連接點(diǎn) 通過耦合電容器5與氣體放電燈2的電極相連。氣體放電燈的另一電極2接地。扼流圈4包括未示出的鐵芯和扼流繞組D。扼流圈4的遠(yuǎn)離電荷電容器3的接線端還與一個(gè)阻尼電 容器(緩沖電容)的接線端相連，該阻尼電容器的另一接線端接地。逆變器7是半橋電路，包括兩個(gè)串聯(lián)的MOSFET 8和9，它們作為電子開關(guān)元件。由 兩個(gè)MOSFET 8和9組成的串聯(lián)電路一方面處于高的直流電壓電位Vbus，另一方面接地。半 橋連接點(diǎn)10通向負(fù)載電路1。(本發(fā)明當(dāng)然也可以用在全橋電路中。)兩個(gè)MOSFET的輸入端(柵極)對(duì)地都具有很高的歐姆電阻。這就需要激勵(lì)電路 11的相應(yīng)輸出端也具有很高的歐姆電阻。如果靠上方的MOSFET 8需要完全對(duì)地電隔離，則 激勵(lì)電路11為此包括一個(gè)變壓器14，該變壓器具有鐵芯(未示出)和原級(jí)繞組Tp及次級(jí) 繞組Ts。次級(jí)繞組Ts的一個(gè)接線端與靠上方的激勵(lì)器12的輸入端相連，激勵(lì)器的輸出端 位于MOSFET 8的柵極上。次級(jí)繞組Ts的另一接線端位于構(gòu)成逆變器7的半橋電路的橋接 點(diǎn)10。靠下方的MOSFET 9的柵極也被一個(gè)激勵(lì)器13控制，該激勵(lì)器13直導(dǎo)通向控制單元 15。變壓器14的原級(jí)繞組Tp也由控制單元15通電。
控制單元15給激勵(lì)電路11提供開關(guān)脈沖(通/斷)。此時(shí)，利用了原級(jí)繞組的 環(huán)匝電容和其電感之間的諧振。如果開關(guān)脈沖是“通”，則環(huán)匝電容充電，變壓器在一個(gè)方向 上勵(lì)磁?？可戏降腗OSFET 8隨后被切換至導(dǎo)通，而靠下方的MOSFET 9被截止。如果隨后 的開關(guān)脈沖是“斷”，則變壓器繼續(xù)激勵(lì)電流并且沿另一方向被反復(fù)磁化。這導(dǎo)致靠上方的 MOSFET 8被截止，靠下方的MOSFET 9被切換至導(dǎo)通。負(fù)載電路中的阻尼電容器6實(shí)現(xiàn)了具有零電位的MOSFET 8和9的通斷，并且還起 到過濾掉作為一連串開關(guān)操作的電磁干擾頻率的濾波器的作用。可以在圖2(a)中看到兩個(gè)MOSFET 8和9如何交替導(dǎo)電導(dǎo)通。圖2 (b)表示在逆變器7的橋點(diǎn)10處的電壓vmp (t)?？梢钥吹教菪伍_關(guān)脈沖的出 現(xiàn)。圖2(c)表示流經(jīng)扼流圈4的電流iL(t)的變化過程?？梢钥吹剑娏魇菐缀跸裾?弦曲線的，這表明幾乎沒有產(chǎn)生諧波以及進(jìn)而沒有產(chǎn)生干擾。圖2(d)表示流經(jīng)阻尼電容器6的電流變化過程。它是以具有交替的極性出現(xiàn)在 MOSFET 8和9的開關(guān)間歇期中的小電流脈沖。與此相關(guān)地要指出，如圖2(a)所示的開關(guān)間 歇期具有零電位。圖3至圖5示出了實(shí)際狀態(tài)中的發(fā)明。變壓器14和扼流圈4具有一個(gè)共同的鐵芯16，它由彼此對(duì)置的E-子鐵芯17和 18構(gòu)成。鐵芯16具有兩個(gè)外腿19和20以及一個(gè)中心腿21。中心腿21被氣隙24中斷， 由此被分成兩個(gè)分腿21a和21b。所述三個(gè)腿19、20和21在它們的端部均被一個(gè)橫鐵軛搭接。變壓器14的原級(jí)繞組Tp被分開，其中一半繞在腿19上，另一半繞在腿20上。次 級(jí)繞組Ts同樣被分開，其中一部分繞組也繞在共同的鐵芯16的腿19上，另一部分繞組也 繞在共同的鐵芯16的腿20上。卷繞方向隨后將加以說明。扼流圈4包括三個(gè)扼流繞組D1、D2和D3。這三個(gè)扼流繞組可以有選擇地串聯(lián)，從 而扼流圈4的電感可改變。在任何情況下，所有三個(gè)扼流繞組D1、D2和D3被卷繞在共同的 鐵芯16的中心腿21上?，F(xiàn)在，將結(jié)合圖4和圖5來說明必須如何選擇變壓器14的原級(jí)繞組的卷繞方向才能獲得期望的效果。圖4僅示出了兩個(gè)繞組，其中的上方繞組對(duì)應(yīng)于圖3中的兩個(gè)變壓器 繞組之一，下方繞組對(duì)應(yīng)于圖3中的扼流繞組中的一個(gè)。參見圖4，應(yīng)首先對(duì)安置在中心腿下側(cè)的繞組施加電壓UD，該電壓在繞組中產(chǎn)生電 流iD。通過電流iD，將在中心腿中產(chǎn)生磁通Φ。，磁通Od被分成兩個(gè)分磁通ΦΜ和Od2，兩 個(gè)分磁通回流經(jīng)過外腿?，F(xiàn)在，如此挑選上繞組的兩個(gè)分繞組的卷繞方向，即在兩個(gè)分繞組 中通過兩個(gè)分磁通ΦΜ和Od2感應(yīng)出的電流導(dǎo)致電壓Uki和Uk2，所述兩電壓本身相互抵消， 因而在上繞組的輸入端上出現(xiàn)Uk = O。結(jié)果是，上繞組與下繞組被去耦。重要的是，分繞組 被如此安置，即因在其中感生出的電流而出現(xiàn)的分電壓相互抵消。在圖5中，在上繞組上施加電壓UT，它造成了電流Ιτ。由于有該電流，所以在鐵芯 中產(chǎn)生磁通Φτ，該磁通僅經(jīng)過鐵芯的兩個(gè)外腿以及兩個(gè)橫鐵軛，沒有經(jīng)過中心腿。原因是， 中心腿因其氣隙而具有比兩個(gè)外腿高許多的磁阻。由于未經(jīng)過中心腿，所以在位于該中心 腿的下繞組上沒有感應(yīng)出電流。因此，下繞組還是與上繞組去耦。
針對(duì)這兩個(gè)圖4和圖5說明的原理在圖3中用兩個(gè)變壓器繞組和三個(gè)扼流圈繞組 來實(shí)現(xiàn)。卷繞方向分別與圖4、圖5中的卷繞方向相同。在這里，也保證了變壓器繞組和扼 流圈繞組之間的完全去耦。但是，變壓器14的原級(jí)繞組Tp和次級(jí)繞組Ts未被去耦(也不 該如此)。因?yàn)樽儔浩骼@組Tp和Ts以及扼流圈繞組D1、D2和D3位于同一鐵芯16上，所以 顯著降低了圍繞通常存在的第二鐵芯的電路復(fù)雜程度。參見圖3，上述原理也可以如此稍作改變D1和D2可以是變壓器繞組。Tp可以是 一個(gè)扼流圈繞組。被忽略掉。在這樣稍作改變的方案中，變壓器繞組和扼流圈繞組 還是被去耦，而兩個(gè)變壓器繞組相互耦合。圖6表示用于控制晶體管Ml尤其是MOSFET的本發(fā)明電路。晶體管Ml優(yōu)選是這 樣的晶體管，即它處于高電位(高壓側(cè))并且例如接受上述類型的鎮(zhèn)流器的DC總線電壓。 因此，晶體管Ml的柵極應(yīng)該按照電位隔離的方式被控制。按照?qǐng)D6所示的設(shè)計(jì)，為此設(shè)置 一個(gè)呈時(shí)鐘信號(hào)源Vl形式的控制單元，它給變壓器Tl的原級(jí)側(cè)繞組供電。此外，如此構(gòu)成控制單元VI，它最好能發(fā)出例如為士 12V的雙極性脈沖。所述雙極性脈沖通過變壓器Tl傳輸。在次級(jí)側(cè)設(shè)有第一開關(guān)元件Si，借此能有 選擇地在控制單元Vl的第一脈沖時(shí)導(dǎo)通控制元件(晶體管)M1。為此，例如可以在第一脈 沖時(shí)通過開關(guān)元件Sl給晶體管Ml的控制輸入端(柵極)充電。按照本發(fā)明，隨后開關(guān)保 持在此狀態(tài)下(例如導(dǎo)通狀態(tài))，即便脈沖又衰減并且因而在晶體管Tl的原級(jí)側(cè)存在信號(hào) OVo為了截止開關(guān)元件(晶體管)M1，采用另一個(gè)來自控制單元Vl的脈沖。該脈沖最 好可以是具有相反極性的脈沖(例如-12V)。尤其是，可以在變壓器Tl的次級(jí)側(cè)如此設(shè)置 另一個(gè)開關(guān)元件S2，即第二脈沖通過第二控制元件S2接地而造成晶體管Ml的控制輸入 端(柵極)放電?？蛇x的是，可以與開關(guān)元件Ml (晶體管)并聯(lián)一個(gè)電荷蓄電器或蓄能器 Cl (例如電容器)。圖7a表示圖6的電路的常規(guī)電路圖的第一線路工程設(shè)計(jì)。在此，用于通過給控制 輸入端(柵極)充電來導(dǎo)通晶體管的第一開關(guān)元件是二極管D1。為了放電和進(jìn)而截止晶體管M1，設(shè)有一個(gè)電路，該電路具有齊納二極管D3以及晶 體管Q1。
在圖8中示出了一種電路，在此電路中，晶體管Ml的控制輸入端的放電沒有通過 一個(gè)主動(dòng)元件(如根據(jù)圖7a的實(shí)施例的晶體管Ql)來實(shí)現(xiàn)，而是通過另一個(gè)被動(dòng)元件即齊 納二極管D2來實(shí)現(xiàn)。在基本上對(duì)應(yīng)于圖7a的圖7b中，示出了各種不同電壓，它們?cè)趫D9的信號(hào)曲線圖 中被示出。在那里可看到，通過也作為電壓Vn被變換至變壓器Tl次級(jí)繞組的第一脈沖DRV+， 晶體管Ml的柵極被充電至導(dǎo)通電壓VeATE。在正的第二脈沖DRV+時(shí)，保持晶體管Ml的導(dǎo)通狀態(tài)。根據(jù)此實(shí)施例，借助柵極放電的截止通過相反極性的脈沖來實(shí)現(xiàn)，即該脈沖具有 電壓DRV-，呈負(fù)電壓脈沖形式的該電壓被變換至變壓器Tl的次級(jí)側(cè)作為電壓V_T1。該脈 沖的波前于是通過一個(gè)無源或有源元件造成晶體管Ml的控制輸入端的放電。按照本發(fā)明，也可以在輸入側(cè)產(chǎn)生三種不同的狀態(tài)，S卩，第一極性脈沖、具有與 第 一級(jí)性相反的第二極性的脈沖、以及狀態(tài)“0V”。優(yōu)選呈二極管Dl (普通的二極管或者齊納二極管)形式的第一開關(guān)元件Sl導(dǎo)通 正脈沖，就是說，將例如O至+12V從變壓器Tl傳輸至晶體管Ml的柵極。在傳輸OV至負(fù)極性(如-12V)時(shí)，齊納二極管D3導(dǎo)通，這又導(dǎo)通晶體管Ql，結(jié)果， 晶體管(例如場(chǎng)效晶體管)Ml的柵極被放電。根據(jù)本發(fā)明，由源Vl提供一種時(shí)鐘化信號(hào)，其中該時(shí)鐘化信號(hào)隨后通過變壓器Tl 被變換至次級(jí)側(cè)。在次級(jí)側(cè)，設(shè)有開關(guān)元件Sl或者S2，借此能有選擇地將時(shí)鐘信號(hào)傳遞至 MOSFET Ml的柵極，以便對(duì)柵極充電，或者又能將充電的MOSFET Ml的柵極放電。此時(shí)一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)在于，所示的工作以能以很低的例如小于1kHz，最好小于 IOOHz的脈沖頻率或甚至以近似直流工作的方式進(jìn)行。當(dāng)開關(guān)Ml是一個(gè)全橋逆變器電路的 或者一個(gè)半橋逆變器電路的一部分時(shí)，則以非常低的逆變器頻率進(jìn)行的工作例如對(duì)HID燈 的鎮(zhèn)流器非常有利?？梢园凑毡景l(fā)明來規(guī)定，參見圖9，在例如用第一極性脈沖導(dǎo)通晶體管Ml之后，重 復(fù)該脈沖，確切地說在隔了預(yù)定時(shí)間間隔之后(信號(hào)源的節(jié)拍)，實(shí)現(xiàn)晶體管Ml的柵極的電 荷狀態(tài)的更新。為此，呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的控制單元可以被設(shè)計(jì)用來按照預(yù)定的節(jié)拍發(fā)出脈沖， 無論是否應(yīng)改變晶體管Ml的狀態(tài)。對(duì)于要改變狀態(tài)的情況來說，向第一脈沖發(fā)出具有相反 極性的第二脈沖。對(duì)于應(yīng)保持狀態(tài)的情況來說，向第一極性的脈沖再次發(fā)出同極性的脈沖， 這確認(rèn)了晶體管Ml的開關(guān)狀態(tài)(更新)。在輸入側(cè)可產(chǎn)生的三種不同狀態(tài)不一定具有規(guī)定 不變的電壓水平，而是可以處于三個(gè)不同的取值范圍。因此，第一極性的脈沖可以處于IOV 至15V的范圍，具有相反的第二極性的脈沖處于-IOV至-15V的范圍，以及“0V”狀態(tài)處于 5V至-5V的范圍。因此，不需要具有分散值的時(shí)鐘信號(hào)，而是也可以采用模擬時(shí)鐘信號(hào)，所 述模擬時(shí)鐘信號(hào)具有在所述三個(gè)電壓范圍的相應(yīng)信號(hào)形狀。圖11表示帶有全橋的HID燈的控制電路，其中兩個(gè)處于高電位的開關(guān)元件Sl和 S3通過按照本發(fā)明的控制裝置被控制(HID燈的控制電路的整體功能在EP1114571B1中有 所描述)。圖10表示LED控制用的開關(guān)調(diào)節(jié)器，它是本發(fā)明的一個(gè)可能應(yīng)用。開關(guān)調(diào)節(jié)器被構(gòu)造成所謂的降壓調(diào)節(jié)器或者Buck轉(zhuǎn)換器并且具有按照本發(fā)明被控制的開關(guān)元件。關(guān)于LED電路的例子，如在圖10中注意到的，本發(fā)明的控制也可以被用在其它的 開關(guān)調(diào)節(jié)器的布局中，例如降壓-增壓轉(zhuǎn)換器或者逆變器中，最好主要用在需要控制高電 位晶體管時(shí)。通過供應(yīng)電壓，施加一個(gè)被平滑和整流的中間電路電壓Vl (它也可由前置的給蓄 電電容器供電的電路單元來提供)。在對(duì)一個(gè)例如以自阻斷式η溝道MOS場(chǎng)效晶體管形式實(shí)現(xiàn)的第一半導(dǎo)體功率開關(guān) Ml的柵極施加一個(gè)大小合適的控制電壓U_G之后，該電控開關(guān)級(jí)將導(dǎo)電，從而漏電流開始 流動(dòng)，該漏電流由于起到蓄電器作用的蓄電扼流圈LlO而連續(xù)增大，并且該漏電流作為二 極管電流I_D流過發(fā)光二極管DlO(LED)。在蓄電扼流圈LlO充電時(shí)，二極管電流I_D的增 大將在一個(gè)低歐姆值的測(cè)量電阻RlO被測(cè)知，該測(cè)量電阻同時(shí)設(shè)置在的第一功率開關(guān)MlO 的負(fù)載電路中并且與接地節(jié)點(diǎn)相連。當(dāng)二極管電流I_D達(dá)到某個(gè)值時(shí)，則功率開關(guān)MlO打 開。這導(dǎo)致通過蓄電扼流圈LlO形成的二極管電流I_D通過在與發(fā)光二極管DlO串聯(lián) 連接的并聯(lián)分支中的空程二極管DF被導(dǎo)出至由蓄電扼流圈LlO構(gòu)成的感抗XLlO和低歐姆 值測(cè)量電阻R10。借助于這個(gè)比較簡(jiǎn)單的電路技術(shù)措施，避免了第一半導(dǎo)體功率晶體管Ml 受到在漏電流I_D(當(dāng)MlO阻斷時(shí))中斷時(shí)在感抗XLlO上釋放的感生電壓U_L10的威脅， 該感生電壓可能是工作電壓的許多倍。此時(shí)，在低歐姆值測(cè)量電阻RlO上釋放的電壓U_R10 用于測(cè)量在空程電流電路中流過發(fā)光二極管DlO的二極管電流。開關(guān)級(jí)MlO —直保持阻斷， 直到電流降低到某個(gè)閾值以下。在開關(guān)級(jí)MlO又開始導(dǎo)通之后，上述過程周而復(fù)始地循環(huán) 進(jìn)行。在本發(fā)明的方法中，感抗XLlO的充電電流和放電電流I_L10均作為二極管電流I_D 流過按照本發(fā)明的LED照明模塊的串聯(lián)發(fā)光二極管DlO的結(jié)構(gòu)，從而出現(xiàn)以平均值為中心 周期擺動(dòng)的、流過LED的三角形電流。通過將功率開關(guān)MlO設(shè)置在蓄電扼流圈LlO前面，可以如此布置LED D10，即充電 電流和放電電流都能通過一個(gè)接地測(cè)量電阻來測(cè)量。因此，可以對(duì)兩個(gè)電流進(jìn)行簡(jiǎn)單的電 流測(cè)量。但是，在蓄電扼流圈LlO前面設(shè)置功率開關(guān)MlO要求控制處于高電位的開關(guān)元件。 這一任務(wù)可以通過采用本發(fā)明的控制方法來完成?？刂齐娐?0負(fù)責(zé)經(jīng)過測(cè)量電阻RlO的電流監(jiān)測(cè)，該控制電路將導(dǎo)通和截止功率開 關(guān)MlO的控制信號(hào)發(fā)送給按照本發(fā)明的用于處于高電位的開關(guān)元件(MlO)的控制電路。也 可以想到采用占地較小的專用集成電路(ASIC)來實(shí)施控制單元50，其測(cè)量值測(cè)量元件此 時(shí)不一定具有高的介電強(qiáng)度。參見圖12和圖13，現(xiàn)在描述按照本發(fā)明的電路的一個(gè)非常有利的設(shè)計(jì)。該電路又 著眼于可與另一晶體管9串聯(lián)的高壓側(cè)晶體管8的控制，上述串聯(lián)構(gòu)成一個(gè)半橋逆變器或 一個(gè)全橋逆變器的至少一半。在兩個(gè)晶體管8和9的中央點(diǎn)，又可以設(shè)置與圖1(框1)相 似的負(fù)載電路，用于給發(fā)光器件供電。當(dāng)也要在此實(shí)施例中描述全橋電路或半橋電路的高壓側(cè)晶體管的控制時(shí)，可以理 解的是，該控制也可以套用前面所有描述的應(yīng)用場(chǎng)合。從一個(gè)控制單元15開始，雙極性電壓脈沖Upi被耦合輸入晶體管的原級(jí)側(cè)繞組TP?？墒窃诰w管14的次級(jí)側(cè)，現(xiàn)在設(shè)有兩個(gè)繞組TS和TS'，它們相互串聯(lián)并且具有相反的卷繞方向。此外，第一繞組TS具有原級(jí)側(cè)線圈Tp的卷繞方向，而第二繞組TS'具有 與之相反的卷繞方向。因此，在第一繞組TS上出現(xiàn)第一電壓UT,2在第二繞組TS'上出現(xiàn)與之相反的電壓
UT，3o如已經(jīng)參見圖1至圖11所述地，通過第一繞組TS來導(dǎo)通晶體管8 (導(dǎo)通)。不過同時(shí)，從現(xiàn)在起通過在第二線圈TS'上的電壓UT,3來控制放電晶體管100的 控制輸入端，在這里，當(dāng)?shù)谝痪€圈TS的電壓導(dǎo)通晶體管8時(shí)，放電晶體管100通過第二線圈 TS'被主動(dòng)截止。因此，可以比較簡(jiǎn)單地保證晶體管8的控制輸入端(例如在MOSFET情況 下的柵極)不會(huì)被不小心地放電而造成晶體管8不小心截止。當(dāng)現(xiàn)在從控制單元15開始向變壓器14的原級(jí)側(cè)繞組Tp發(fā)出一個(gè)與晶體管8導(dǎo)通 過程 相比較相反的脈沖時(shí)，通過在具有相反卷繞方向的第二繞組Ts'中感應(yīng)出的電壓UT,3 主動(dòng)導(dǎo)通放電晶體管100，從而晶體管8的柵極被快速泄空，因此晶體管8可被主動(dòng)快速截止。在圖13中，由控制單元15在原級(jí)側(cè)產(chǎn)生的電壓脈沖用Upa表示。標(biāo)記UPWM,Hs表示 在高壓側(cè)晶體管8的控制輸入端上的控制信號(hào)。與圖1至圖11的實(shí)施例相比，圖12的實(shí)施方式的優(yōu)點(diǎn)在于尤其可以省掉耗盡時(shí) 間很短的二極管。
權(quán)利要求
一種用于控制開關(guān)元件尤其是晶體管的控制輸入端的方法，其中，該控制輸入端通過變壓器被電去耦，該控制輸入端的導(dǎo)通和截止通過呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的控制單元依靠變壓器傳輸電流脈沖或電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該導(dǎo)通和截止通過雙極性電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，該時(shí)鐘信號(hào)源呈現(xiàn)三種不同的狀態(tài)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，該晶體管的控制輸入端(8)通過變壓器(14)被 電去耦，此時(shí)，該控制輸入端(8)與該變壓器(14)的次級(jí)側(cè)相連，該變壓器(14)的次級(jí)側(cè) 具有第一繞組和反向極化的串聯(lián)的第二繞組，并且該晶體管(8)的導(dǎo)通和截止通過呈時(shí)鐘 信號(hào)源形式的控制單元依靠變壓器傳輸電流脈沖或電壓脈沖來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，為導(dǎo)通該晶體管，產(chǎn)生第一極性的原級(jí)側(cè)電壓脈 沖，借助該第一極性的原級(jí)側(cè)電壓脈沖，該晶體管由第一次級(jí)側(cè)繞組導(dǎo) >通，并且在導(dǎo)通狀態(tài) 下用于將該晶體管的控制輸入端放電的放電晶體管由第二次級(jí)側(cè)繞組主動(dòng)截止。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，為截止該晶體管，產(chǎn)生具有與第一極性相反 的第二極性的原級(jí)側(cè)電壓脈沖，借助該第二極性的原級(jí)側(cè)電壓脈沖，放電晶體管由第二次 級(jí)側(cè)繞組導(dǎo)通，放電晶體管因此將晶體管的控制輸入端放電，由此使控制輸入端截止。
7.根據(jù)權(quán)利要求4到6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，帶有負(fù)載電路(1)的扼流圈(4)的 次級(jí)側(cè)繞組被卷繞在一個(gè)共同的鐵芯上，該負(fù)載電路(1)與兩個(gè)串聯(lián)的晶體管的連接點(diǎn)相 連，其中電位較高的晶體管依靠變壓器利用電壓脈沖來控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，第一極性的電壓脈沖通過第一電路元件對(duì)所 述控制輸入端充電，電荷在第一極性的電壓脈沖之后保留并因而保持所述開關(guān)元件導(dǎo)通， 具有相反極性的電壓脈沖通過第二控制元件將在控制輸入端上的電荷放電，從而所述開關(guān) 元件被截止。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，作為第一控制元件，采用無源元件，最好是二極管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中，作為第二控制元件，采用無源元件，最好是 二極管，優(yōu)選是齊納二極管，和/或采用有源元件如晶體管。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中，該電壓脈沖比受控的所述開關(guān)元 件的導(dǎo)通時(shí)間或截止時(shí)間短。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11中任一項(xiàng)所述的方法，其中，無論是否要改變所述開關(guān)元件的 狀態(tài)，呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的該控制單元都按照預(yù)定的節(jié)拍發(fā)出電壓脈沖。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，對(duì)于應(yīng)改變所述開關(guān)元件狀態(tài)的情況，該控制 單元產(chǎn)生電壓脈沖，該電壓脈沖與之前產(chǎn)生的脈沖相比具有相反極性。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中，對(duì)于應(yīng)保持所述開關(guān)元件狀態(tài)的情況，該 控制單元對(duì)于第一極性的電壓脈沖再次發(fā)出同一極性的電壓脈沖。
15.一種控制單元，尤其是集成電路，它被設(shè)計(jì)用來執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng) 所述的方法。
16.一種半橋或全橋的逆變器，該半橋或全橋的逆變器具有至少兩個(gè)開關(guān)，其中，一個(gè) 開關(guān)通過根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的方法被控制。
17.一種用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有根據(jù)權(quán)利要求16所述的逆變器。
18.一種用于HID燈的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有根據(jù)權(quán)利要求17所述的逆變器。
19.一種開關(guān)調(diào)節(jié)器，該開關(guān)調(diào)節(jié)器具有至少一個(gè)作為開關(guān)元件的開關(guān)，其中該開關(guān)通 過根據(jù)權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的方法被控制。
20.一種逆變器，該逆變器具有至少一個(gè)作為開關(guān)元件的開關(guān)，其中該開關(guān)通過根據(jù)權(quán) 利要求1到14中任一項(xiàng)所述的方法被控制。
21.一種用于LED的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有根據(jù)權(quán)利要求20所述的逆變器。
22.一種方法，該方法利用具有至少四個(gè)開關(guān)的全橋逆變器來控制HID燈，其中，對(duì)兩 個(gè)處于高電位的開關(guān)元件尤其是晶體管的控制輸入端的控制通過借助呈時(shí)鐘信號(hào)源形式 的控制單元依靠變壓器傳輸電壓脈沖而使該控制輸入端導(dǎo)通和截止來完成，并且該控制輸 入端依靠變壓器被電去耦，對(duì)兩個(gè)處于低電位的開關(guān)元件尤其是晶體管的控制輸入端沒有 通過變壓器被電去耦。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，時(shí)鐘信號(hào)脈沖比處于高電位的被控開關(guān)元件 的導(dǎo)通時(shí)間或截止時(shí)間短。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于控制處于高電位的開關(guān)元件尤其是晶體管的控制輸入端的電路和方法，其中，所述控制輸入端通過變壓器被電去耦，并且所述控制輸入端通過由呈時(shí)鐘信號(hào)源形式的控制單元依靠變壓器傳輸電壓脈沖而被導(dǎo)通和截止。
文檔編號(hào)H05B41/288GK101849441SQ200880114700
公開日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2008年11月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月5日
發(fā)明者于爾根·比拉亞, 于爾根·芬克, 弗洛里安·蓋岑丹納, 愛德華多·佩雷拉, 約翰·W·科拉爾, 霍斯特·諾德根, 馬庫(kù)斯·布勞恩 申請(qǐng)人:赤多尼科阿特可兩合股份有限公司