專利名稱：放電燈鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及與相角調(diào)光器聯(lián)用的放電燈鎮(zhèn)流器，所述放電燈鎮(zhèn)流器包括一對(duì)電源輸入端子，用于接收相角控制的AC電源電壓；鎮(zhèn)流裝置，用于向放電燈提供電功率，所述鎮(zhèn)流裝置包括(i)DC輸入端，其上接收大致恒定的DC電壓，(ii)調(diào)光輸入端，它與所述DC輸入端分離，用于接收調(diào)光信號(hào)，和(iii)第一控制裝置，用于將供給放電燈的電功率控制在與調(diào)光信號(hào)的特性相應(yīng)的電平上；電源裝置，它連接至所述電源輸入端子，用于向所述鎮(zhèn)流裝置的所述DC輸入端提供大致恒定的DC電壓；和調(diào)光信號(hào)分取(deriving)裝置，用于從相角控制的AC電源電壓中分取調(diào)光信號(hào)，并且用于向所述鎮(zhèn)流裝置的所述調(diào)光輸入端提供調(diào)光信號(hào)。
這種放電燈鎮(zhèn)流器(也稱為鎮(zhèn)流器)可從美國(guó)專利5101142中獲知。在燈工作過(guò)程中，這種公知的鎮(zhèn)流器的鎮(zhèn)流裝置產(chǎn)生高頻燈電流。放電燈消耗的功率量被控制在與調(diào)光信號(hào)的特性相應(yīng)的水平上。這個(gè)調(diào)光信號(hào)則是由調(diào)光信號(hào)分取裝置從相角控制的AC電源電壓中分取的。這種公知的鎮(zhèn)流器還從所述相角控制的AC電源電壓接收功率。由于這些原因，這種公知的鎮(zhèn)流器只需要通過(guò)所述的一對(duì)電源輸入端子連接至相角調(diào)光器的輸出端，這些輸出端提供所述相角控制的AC電源電壓，此電壓既作為電源電壓又作為供分取調(diào)光信號(hào)的信號(hào)。結(jié)果是，一方面，這種公知的鎮(zhèn)流器的安裝很簡(jiǎn)單，另一方面，采用相角調(diào)光器可以控制由這種公知的鎮(zhèn)流器操縱的放電燈的光輸出，而在其他情況下這種相角調(diào)光器僅適于對(duì)白熾燈進(jìn)行調(diào)光。但是，這種公知的鎮(zhèn)流器的一個(gè)重要缺點(diǎn)是，當(dāng)借助于相角調(diào)光器改變相角控制的AC電源電壓的導(dǎo)通角時(shí)，不僅調(diào)光信號(hào)變化，大致恒定的DC電壓也變化。有效調(diào)光范圍因此被限制于小導(dǎo)通角上，因?yàn)镈C輸入端的DC電壓降至低電平。由于依從(compliance)電壓(即維持燈點(diǎn)亮需要的電壓)隨亮度增大而增大，在小導(dǎo)通角下DC電壓的降低使得鎮(zhèn)流裝置不能維持依從電壓。因此，在小導(dǎo)通角下，放電燈將趨于熄滅。
本發(fā)明的一個(gè)目的是要提供一種放電燈鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器容易安裝，并且允許采用相角調(diào)光器在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)控制由該鎮(zhèn)流器操縱的放電燈的光輸出。
因此，根據(jù)本發(fā)明，起始段落中所述的鎮(zhèn)流器的特征在于所述電源裝置包括反饋裝置，用于將所述DC電壓維持在大致恒定的電平上，而不受相角控制的AC電源電壓的導(dǎo)通角的影響。由于DC輸入端上出現(xiàn)的DC電壓的幅度保持基本不變，鎮(zhèn)流裝置可以在相角控制的AC電源電壓的相當(dāng)寬的導(dǎo)通角范圍內(nèi)維持依從電壓。結(jié)果是，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器允許在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)控制由這個(gè)鎮(zhèn)流器操縱的放電燈的光輸出。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在調(diào)光信號(hào)的特性為調(diào)光信號(hào)的電壓的情況下，本發(fā)明的鎮(zhèn)流器可以按相當(dāng)簡(jiǎn)單和可靠的方式實(shí)現(xiàn)。
該鎮(zhèn)流器最好還包括連接至所述電源輸入端子的整流裝置，用于向所述電源裝置和所述調(diào)光信號(hào)分取裝置提供全波整流DC輸出電壓，并且其中所述的調(diào)光信號(hào)分取裝置裝配有濾波裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)與所述整流裝置輸出的整流DC電壓的平均值成比例的調(diào)光信號(hào)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在所述濾波裝置包括一個(gè)兩極(pole)濾波器或者在所述濾波裝置包括一個(gè)三極濾波器的情況下，該鎮(zhèn)流器平穩(wěn)和可靠地工作。該鎮(zhèn)流器最好包括另一濾波裝置，用于抑制高頻諧波進(jìn)入電源，所述另一濾波裝置包括一個(gè)濾波電容器，此電容器耦合至所述整流裝置的一個(gè)輸出端并由所述的整流輸出電壓充電，其中所述電源裝置包括(i)一個(gè)可控開(kāi)關(guān)裝置，它可以在導(dǎo)通和非導(dǎo)通開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換并為所述濾波電容器提供放電路徑，和(ii)控制裝置，用于控制所述開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所述控制裝置以高于所述電源頻率的頻率轉(zhuǎn)換所述開(kāi)關(guān)裝置的所述開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以控制DC電壓，并且其中所述電源裝置的所述控制裝置包括維持所述開(kāi)關(guān)裝置的所述高頻轉(zhuǎn)換的裝置，以便在所述相位控制的整流輸出電壓處于或接近零時(shí)使所述濾波電容器放電。因?yàn)楫?dāng)相位控制的整流輸出電壓處于或接近零時(shí)濾波電容器快速放電，這個(gè)濾波電容器上的電壓波形與整流的相角控制的AC電源電壓基本上是相同的。包含在調(diào)光信號(hào)分取裝置中的濾波裝置耦合至此濾波電容器，并且可以較容易地從此濾波電容器上的電壓中分取一個(gè)信號(hào)，此信號(hào)與所述整流裝置輸出的整流DC電壓的平均值成比例。由于這個(gè)原因，包含在調(diào)光信號(hào)分取裝置中的濾波裝置可以按較簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在該鎮(zhèn)流器如此構(gòu)成的情況下，在調(diào)節(jié)采用本發(fā)明的鎮(zhèn)流器控制的放電燈的光輸出水平的過(guò)程中產(chǎn)生的功率失衡可以在很大程度上得到抑制，即，第一控制裝置的特性響應(yīng)時(shí)間小于所述反饋裝置的特性響應(yīng)時(shí)間，所述的用于分取所述調(diào)光信號(hào)的裝置的特性響應(yīng)時(shí)間小于所述反饋裝置的特性響應(yīng)時(shí)間并且大于所述第一控制裝置的特性響應(yīng)時(shí)間。電路的特性響應(yīng)時(shí)間是指，由于輸入的改變，電路的輸出達(dá)到其最終值的90％所需的時(shí)間。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在以下情況下，采用本發(fā)明的鎮(zhèn)流器控制的放電燈的燈電流的波形因數(shù)可以維持在較低的水平上，即，所述調(diào)光信號(hào)分取裝置包括用于抑制以兩倍于相角控制的AC電源電壓的頻率存在于調(diào)光信號(hào)中的波紋的裝置。這些裝置最好借助于能衰減所述波紋的電子濾波器實(shí)現(xiàn)。
下面將參照附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的實(shí)施例。附圖中

圖1是本發(fā)明的鎮(zhèn)流器的方框圖；圖2-3詳細(xì)示出圖1的鎮(zhèn)流器的部分電路；圖5示出一個(gè)相角調(diào)光器。
圖1中所示的熒光燈控制器包括一個(gè)濾波器“A”，此濾波器連接至全橋整流器“B”輸入端，它們一起將AC(交流)電源電壓轉(zhuǎn)換成整流器“B”輸出端的經(jīng)整流和濾波的DC(直流)電壓。預(yù)調(diào)節(jié)電路“C”包括用于有效功率因數(shù)校正以及用于增大和控制整流電路B輸出的DC電壓的電路，此DC電壓施加至一對(duì)DC導(dǎo)軌(rail)RL1、RL2。電路“D”是用于控制燈的工作的鎮(zhèn)流裝置，它包括一個(gè)DC-AC轉(zhuǎn)換器或變換器“E”、一個(gè)諧振回路輸出電路“F”和一個(gè)用于控制變換器的控制器“G”。燈La連接至諧振回路輸出電路F的輸出端。變換器E是半橋控制器或驅(qū)動(dòng)器控制下的半橋結(jié)構(gòu)，電路G向輸出電路F提供高頻方波輸出電壓。諧振回路輸出電路F將半橋的方波輸出轉(zhuǎn)換成正弦燈電流。
保護(hù)電路“H”提供后備停止功能，它能防止在一個(gè)或全部?jī)蓚€(gè)熒光燈已損壞或已從其插座中取出時(shí)輸出電壓施加至燈端子上。保護(hù)電路還在其檢測(cè)出每個(gè)燈的兩個(gè)燈絲電極均正常時(shí)重新啟動(dòng)控制器G。
調(diào)光接口電路“I”耦合至整流電路B的輸出端，并連接至設(shè)置于控制器G中的鎮(zhèn)流電路的調(diào)光輸入端，以控制燈的調(diào)光。調(diào)光接口電路向控制器G提供調(diào)光電壓信號(hào)，此信號(hào)與相角調(diào)光器的設(shè)定成比例。
濾波電路A(圖2)包括一對(duì)輸入端子1’、2’，用于接收例如120V的正常交流電源電壓。第一和第二扼流圈L1、L2各自具有通過(guò)輸入線1、2連接至相應(yīng)端子1’、2’的第一端和連接至全橋整流器B的相應(yīng)輸入節(jié)點(diǎn)12、17的第二端，全橋整流器B由二極管D1-D4組成。一個(gè)保險(xiǎn)絲F1串接于扼流圈L1和輸入端子1’之間。瞬態(tài)浪涌抑制金屬氧化物變阻器V1橋接輸入線1、2。此變阻器在電源電壓下很少導(dǎo)電，但在較高電壓下容易導(dǎo)電，從而防止鎮(zhèn)流器承受高的瞬態(tài)浪涌電壓。整流器分別通過(guò)節(jié)點(diǎn)13、18在一對(duì)DC導(dǎo)軌RL1、RL2上提供全波整流輸出電壓。二極管D2的陰極和二極管D1的陽(yáng)極在節(jié)點(diǎn)17處連接至輸入線2，二極管D4的陰極和二極管D3的陽(yáng)極在節(jié)點(diǎn)12處連接至輸入線1。二極管D2和D4的陽(yáng)極在節(jié)點(diǎn)18處連接至DC導(dǎo)軌RL2，二極管D1和D3的陰極在節(jié)點(diǎn)13處連接至DC導(dǎo)軌RL1。對(duì)于在端子1’、2’上的120V和60HZ的AC輸入，橋式整流器在導(dǎo)軌RL1、RL2上輸出峰值為170V的120HzDC脈沖。橋式整流器的輸出還從下面將要討論的外部相位控制調(diào)光器傳遞相位控制信息。
電容器C1和C2串聯(lián)，其中點(diǎn)接地，它們各自具有很小的電容量并形成一個(gè)共模濾波器，此濾波器防止來(lái)自于鎮(zhèn)流器的很高頻率的分量進(jìn)入電源線。扼流圈L1、L2和電容器C3、C4形成一個(gè)EMI(電磁干擾)濾波器，此濾波器在電源頻率時(shí)具有低阻抗，而在高得多的鎮(zhèn)流器工作頻率時(shí)具有高阻抗，從而減輕了EMI回傳至電源線。EMI濾波器的工作原理將與接口和預(yù)調(diào)節(jié)電路一起詳細(xì)討論。
預(yù)調(diào)節(jié)電路C(圖2)包括集成電路(“IC”)控制芯片U1的主要元器件(在本實(shí)施例中芯片U1為L(zhǎng)infinity LX1563)、以變壓器T1的形式組成的升壓電感器、存儲(chǔ)電容器C10和升壓開(kāi)關(guān)Q1，它們一起形成一個(gè)開(kāi)關(guān)模式電源(“SMPS”)?？刂破鱑1控制開(kāi)關(guān)Q1的開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換，以便(i)控制來(lái)自于電源線的電流的功率因數(shù)和(ii)控制并使電容器C10兩端以及導(dǎo)軌RL1、RL2之間的電壓增大至約為直流300V。
升壓電感器T1包括一個(gè)初級(jí)線圈52，此線圈的一端連接至節(jié)點(diǎn)13，另一端連接至二極管D6的陽(yáng)極。二極管D6的陰極連接至預(yù)調(diào)節(jié)電路C的輸出端80。二極管D6的陽(yáng)極還連接至MOSFET(金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管)開(kāi)關(guān)Q1的漏極，開(kāi)關(guān)Q1的柵極通過(guò)電阻器R13接地。開(kāi)關(guān)Q1的控制柵極通過(guò)電阻器R10連接至IC U1的“OUT”腳(腳7)。OUT腳在升壓開(kāi)關(guān)的控制柵極上提供脈寬調(diào)制信號(hào)，以控制其開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。放大器輸入“MULT-IN”腳(腳3)連接至電阻器R5和R6之間的節(jié)點(diǎn)，并檢測(cè)導(dǎo)軌RL1上的全波整流AC電壓，此電壓被由電阻器R5、R6組成的分壓器分割。經(jīng)分割的電壓是IC U4內(nèi)的放大級(jí)的一個(gè)輸入。放大級(jí)的另一輸入是內(nèi)部的，并且是內(nèi)部誤差信號(hào)放大器輸出和內(nèi)部基準(zhǔn)電壓的差值。放大級(jí)的輸出通過(guò)影響開(kāi)關(guān)Q1的轉(zhuǎn)換計(jì)時(shí)控制變壓器T1的初級(jí)線圈中的峰值感應(yīng)電流。電容器C6與電阻器R6并聯(lián)，起到噪聲濾波器的作用。
“VIN”腳(腳8)通過(guò)連線150從變換器電路E接收用于IC U1的輸入電源電壓。由于變換器的輸出是高頻的，旁路電容器C30提供了一個(gè)穩(wěn)定的電壓源?！癡IN”腳還通過(guò)電阻器R8連接至電阻器R5和R6之間的節(jié)點(diǎn)上。這為MULTIN腳提供了小的補(bǔ)償電壓，對(duì)此將參照EMI輸入濾波器進(jìn)行詳細(xì)討論。升壓扼流圈T1的次級(jí)繞組54的一端接地，另一端通過(guò)電阻器R11連接至IDET腳(腳5)。IDET腳檢測(cè)次級(jí)繞組54上的逆程電壓，此電壓與通過(guò)初級(jí)繞組52的感應(yīng)電流的過(guò)零點(diǎn)相應(yīng)。GND腳(腳6)通過(guò)導(dǎo)線65和導(dǎo)軌RL2接地。C.S.腳(腳4)通過(guò)電阻器R12檢測(cè)電阻器R13上的壓降，由此檢測(cè)通過(guò)升壓開(kāi)關(guān)Q1的電流。連接至導(dǎo)軌RL2和C.S.腳之間(節(jié)點(diǎn)上)的濾波電容器C8可濾除任何電壓尖峰，這種電壓尖峰可能是在開(kāi)關(guān)Q1從其不導(dǎo)通轉(zhuǎn)換至其導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)由于MOSFET Q1的漏-源極電容產(chǎn)生的。包括電阻器R14和R15的第二分壓器連接在導(dǎo)軌RL1和RL2之間?！癐NV”腳(腳1)通過(guò)電阻器R9連接至電阻器R14和R15之間的一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，并檢測(cè)預(yù)調(diào)節(jié)級(jí)的輸出電壓?！癈OMP”腳(腳2)連接至IC U4內(nèi)的內(nèi)部誤差信號(hào)放大器的輸出端上。由電阻器R7和電容器C7構(gòu)成的反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將COMP腳連接至INV腳，由此提供開(kāi)關(guān)Q1的內(nèi)反饋和進(jìn)一步控制。
從輸入整流器的輸出端13輸出的全波整流正DC電壓還可承載來(lái)自于遙控調(diào)光控制器的相位控制信息，此電壓在導(dǎo)軌RL1上進(jìn)入預(yù)調(diào)節(jié)電路，接至R5和R6組成的分壓器以及升壓扼流圈T1。DC分量在引線44上被分割，從而為放大器輸入MULTIN腳建立一個(gè)基準(zhǔn)電壓。
當(dāng)開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)，通過(guò)變壓器T1的初級(jí)繞組52和開(kāi)關(guān)Q1的電流在電阻器R13上產(chǎn)生一個(gè)壓降，此壓降通過(guò)電阻器R12有效地施加至輸入C.S.腳。腳C.S.上的這個(gè)電壓代表峰值感應(yīng)電流，并且與由內(nèi)部放大級(jí)輸出的電壓相比較，放大級(jí)輸出電壓與整流的AC電源電壓和IC U1內(nèi)的誤差信號(hào)放大器的輸出之積成比例。當(dāng)在腳C.S.上檢測(cè)的峰值感應(yīng)電流超過(guò)放大級(jí)輸出電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)Q1截止并停止導(dǎo)電。存儲(chǔ)于初級(jí)繞組52中的能量現(xiàn)在轉(zhuǎn)移并存儲(chǔ)至升壓電容器C10中，使通過(guò)初級(jí)繞組52的電流陡降。當(dāng)初級(jí)繞組52的能量耗盡時(shí)，通過(guò)繞組52的電流達(dá)到零，升壓二極管D6停止導(dǎo)電。此時(shí)，MOSFET Q1的漏-源極電容和初級(jí)繞組52相結(jié)合形成一個(gè)LC儲(chǔ)能電路，使MOSFET Q1上的漏極電壓產(chǎn)生諧振。此諧振電壓由IDET腳通過(guò)次級(jí)繞組54檢測(cè)。當(dāng)此諧振電壓振蕩為負(fù)值時(shí)，IC U1使開(kāi)關(guān)Q1導(dǎo)通，使之導(dǎo)電。開(kāi)關(guān)Q1的這種導(dǎo)電和不導(dǎo)電是在整流輸入的整個(gè)周期內(nèi)并以高頻率發(fā)生的，此高頻率為進(jìn)入輸入整流器的AC電壓的頻率的幾百倍數(shù)量級(jí)。通過(guò)繞組52的感應(yīng)電流具有高頻率含量，此高頻率含量由輸入電容器C4濾波，結(jié)果得到與AC電源電壓同相的正弦波輸入電流。實(shí)質(zhì)上，預(yù)調(diào)節(jié)級(jí)使得鎮(zhèn)流器對(duì)于電源呈電阻性，從而維持高功率因數(shù)。
對(duì)于無(wú)相位切除(phase cutting)的120V AC輸入，輸出端80上即緩沖電容器C10正極的的電壓為300V DC量級(jí)，并具有小的交替DC分量。這個(gè)電壓要提供給鎮(zhèn)流器級(jí)D，尤其是供給變換器E。輸出電壓調(diào)整是由處于INV腳的內(nèi)部誤差信號(hào)放大器通過(guò)檢測(cè)來(lái)自于分壓器的分割輸出電壓實(shí)現(xiàn)的，分壓器由電阻器R14和R15組成。內(nèi)部誤差放大器將分割的輸出電壓與內(nèi)部基準(zhǔn)電壓相比較，并產(chǎn)生誤差信號(hào)電壓。這個(gè)誤差信號(hào)電壓控制放大器輸出的幅度，此幅度調(diào)節(jié)繞組52中的峰值感應(yīng)電流，使之與負(fù)載和電源電壓變化成比例，由此為變換器電路E保持很穩(wěn)定的輸出電壓。
燈的調(diào)光是通過(guò)平均燈功率的閉環(huán)控制實(shí)現(xiàn)的。一個(gè)代表平均燈功率的信號(hào)與由調(diào)光接口電路I產(chǎn)生的調(diào)光基準(zhǔn)電壓相比較?？刂破鱃中的高增益誤差信號(hào)放大器控制半橋電路中的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間。這種控制持續(xù)到這兩個(gè)輸入之間的差值降至接近零為止，從而達(dá)到調(diào)光基準(zhǔn)電壓對(duì)燈功率的線性和成比例的控制。這個(gè)調(diào)光基準(zhǔn)電壓的范圍處于3V的最大電平和0.3V的最小電平之間。高于3V的電壓具有與最大電平相同的效果，低于0.3V的電壓與最小電壓是等效的。
圖3示出了調(diào)光接口I的一個(gè)實(shí)施例。此調(diào)光接口提供了調(diào)光基準(zhǔn)電壓。
由調(diào)光接口電路輸出的調(diào)光基準(zhǔn)電壓是整流的電源電壓的平均值。隨著AC輸入信號(hào)的導(dǎo)通角隨相角調(diào)光器從最大至最小設(shè)定而減小，平均整流電源電壓?jiǎn)握{(diào)遞減，因此它是調(diào)光器的設(shè)定的一個(gè)很好的指示器。平均整流電源電壓是導(dǎo)通角的函數(shù)。提供調(diào)光基準(zhǔn)電壓時(shí)必須考慮幾個(gè)因素。
正如前面所討論的，調(diào)光基準(zhǔn)電壓與代表平均燈功率的一個(gè)信號(hào)相比較。燈控制環(huán)路改變變換器中的開(kāi)關(guān)元件的導(dǎo)通時(shí)間，直到此信號(hào)和調(diào)光基準(zhǔn)電壓之間的差值降至接近零為止。燈控制環(huán)路是非?？斓?，它具有約16μs的周期時(shí)間。當(dāng)調(diào)光基準(zhǔn)電壓變化時(shí)，控制環(huán)路將在約5個(gè)周期內(nèi)閉合，這樣燈電流在約100μs中變化至新電平。因此，調(diào)光基準(zhǔn)電壓的任何變化都會(huì)導(dǎo)致燈電流的近乎瞬時(shí)的變化。換句話說(shuō)，燈電流實(shí)質(zhì)上將是隨調(diào)光信號(hào)鏡象式變化。由于調(diào)光信號(hào)取自120HZ的整流器輸出并且燈電流鏡象于調(diào)光信號(hào)，因此它應(yīng)具有很小的120HZ波紋成分，以維持好的波形因數(shù)(即燈電流的峰值與均方根值之比)。好的波形因數(shù)對(duì)維持管狀熒光燈的額定壽命是重要的，因?yàn)椴缓玫牟ㄐ我驍?shù)會(huì)降低電極的壽命。但是，整流的電源電壓信號(hào)具有AC波紋成分，此成分隨較低導(dǎo)通相角時(shí)的整流電源電壓的平均DC值成比例地增大。為維持好的波形因數(shù)，整流電源電壓需要在輸入控制器G的DIM輸入端之前進(jìn)行充分的濾波。在此實(shí)施例中，所要求的波形因數(shù)為1.6。
調(diào)光接口的響應(yīng)時(shí)間也必須足夠快，以避免功率失衡，功率失衡會(huì)影響施加于緩沖電容器C10的導(dǎo)軌RL1上的總線電壓，為了變換器的正常工作，總線電壓應(yīng)基本維持不變(即，DC總線電壓應(yīng)處于+/-10％范圍內(nèi))。如上所述，功率控制環(huán)路幾乎瞬時(shí)地響應(yīng)于DIM輸入的變化。調(diào)光基準(zhǔn)電壓必須以至少與預(yù)調(diào)節(jié)器相同幅度量級(jí)的速度響應(yīng)輸入導(dǎo)通角的變化。如果響應(yīng)時(shí)間較慢，當(dāng)導(dǎo)通角由相位控制調(diào)光器控制而快速減小時(shí)，控制器G將滯后于預(yù)調(diào)節(jié)器。控制器G將仍然試圖使燈工作于高亮度電平，變換器將從預(yù)調(diào)節(jié)器引出較高的功率，同時(shí)輸入至預(yù)調(diào)節(jié)器的平均電壓已經(jīng)下降。通過(guò)選擇調(diào)光接口以快的或比預(yù)調(diào)節(jié)器的輸出快的速度響應(yīng)導(dǎo)通角的增大，可以避免這種功率失衡狀態(tài)產(chǎn)生。對(duì)于用戶而言很重要的另一種考慮時(shí)，亮度電平的變化應(yīng)當(dāng)不明顯地滯后于相位控制調(diào)光器的設(shè)定的變化。在本發(fā)明人所做的實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)測(cè)定用戶可以在約50ms內(nèi)從最高電平改變現(xiàn)在商業(yè)上可得到的調(diào)光器的設(shè)定至最低電平，例如通過(guò)滑動(dòng)調(diào)節(jié)器的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行改變。
采用具有一個(gè)濾波器的調(diào)光接口電路可以滿足上述要求，此濾波器具有約50ms的響應(yīng)時(shí)間并且在120HZ時(shí)具有約30dB的衰減。第一參數(shù)滿足了避免功率失衡的要求，而后一參數(shù)提供了所要求的數(shù)值為1.6的波形因數(shù)。
接口電路的另一功能是改變120HZ的整流電源信號(hào)，以在控制器G的DIM輸入端提供調(diào)光電壓，此調(diào)光電壓在0.3V的最小電平和3V的最大電平之間變化，最小和最大電平對(duì)應(yīng)于相位控制調(diào)光器的最小和最大導(dǎo)通角。
圖3所示的調(diào)光接口電路包括一個(gè)開(kāi)關(guān)Q6，它與電阻器R1和R2串聯(lián)連接。開(kāi)關(guān)Q6的基極連接至穩(wěn)壓器U3的5V輸出，并且當(dāng)變換器振蕩時(shí)它總是導(dǎo)通的。該接口電路具有一個(gè)兩極濾波器，此濾波器包括由電阻器R1、R4、R27和電容器C5組成的第一RC濾波器以及由電阻器R17和電容器C14組成的第二RC濾波器。
當(dāng)相位切割信號(hào)施加至輸入端子1’和2’上時(shí)，導(dǎo)軌RL1上的電壓是全波整流的，并具有原有的相位切割。預(yù)調(diào)節(jié)器偏置使負(fù)載對(duì)于輸入電容器C4呈純電阻性，由此維持相位切割信息。如果沒(méi)有預(yù)調(diào)節(jié)器，電容器C4將阻滯(hold up)輸入電壓，從而實(shí)質(zhì)上破壞相位切割信息。
通過(guò)電阻器R1的電流與導(dǎo)軌RL1上的整流電源電壓成比例。開(kāi)關(guān)Q6實(shí)現(xiàn)標(biāo)度功能。電阻器R2上端的電壓保持在約4.4V，并且等于來(lái)自于穩(wěn)壓器U3的5V電源電壓減去開(kāi)關(guān)Q6的基極-發(fā)射極電壓“Vbe”。通過(guò)由電阻器R4和電阻器R27組成的分壓網(wǎng)絡(luò)的電流等于通過(guò)電阻器R1的電流減去通過(guò)電阻器R2的固定電流。由于通過(guò)電阻器R2的電流不變，電阻器R4上端的電壓是被分割的但與導(dǎo)軌RL1上的電壓成比例。由電阻器R4和電阻器R27組成的分壓器還對(duì)調(diào)光信號(hào)進(jìn)行分割，此調(diào)光信號(hào)通過(guò)濾波器F1施加至控制器G的DIM輸入端。
圖4示出接口電路的第二實(shí)施例。相位控制的AC信號(hào)通過(guò)由電阻器R50和R51組成的分壓器從整流器的AC側(cè)取出。
節(jié)點(diǎn)V1處的電壓信號(hào)代表被分割至信號(hào)電平的整流電源電壓的平均值。(分壓器從橋的AC側(cè)取出電壓信號(hào)，以便在小負(fù)載條件下減輕這個(gè)電壓的電容性阻滯效應(yīng))。
電壓V1采用基準(zhǔn)電壓V3、電阻器R55、R56和OPAMP(運(yùn)算放大器)60改變，以產(chǎn)生電壓信號(hào)V2。這個(gè)電壓與在設(shè)定的相角下所需的燈電流成比例。比例因數(shù)可以改變，以采用相角給出所要求的調(diào)光特性范圍并對(duì)電源電壓變化進(jìn)行補(bǔ)償。這個(gè)三極濾波器是由三個(gè)RC對(duì)R52、C52、R53、C53和R54、C54組成的。
此三極濾波器的進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)是，節(jié)點(diǎn)V1處的小幅度的波紋電壓通過(guò)對(duì)升壓電容器(C10)上的電壓波紋進(jìn)行補(bǔ)償，有利于獲得較好的燈電流波形因數(shù)。采用給定的預(yù)調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)，升壓電容器的電壓波紋滯后整流電源電壓的AC分量約90°。采用三極濾波器，節(jié)點(diǎn)V1處的波紋電壓滯后整流電源電壓的AC分量約270°。因此，指令調(diào)光信號(hào)上的波紋與升壓電容器上的總線電壓的波紋相差約180°相角。這有利于波形因數(shù)，尤其是在這樣的電流電平下，即，燈諧振網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于總線電壓上的120HZ波紋呈現(xiàn)高的燈電流增益。
這種實(shí)施方案對(duì)于平均水平的濾波器給出約9HZ的-3dB頻率(對(duì)于脈沖輸入約為60ms的0-90％響應(yīng)時(shí)間)和120HZ波紋的-30dB衰減。到達(dá)90％的60ms響應(yīng)時(shí)間大約比給出相同120HZ衰減的單極濾波器快三倍。
在非調(diào)光情況下，這里所公開(kāi)的鎮(zhèn)流器維持約0.99的功率因數(shù)，THD小于10％，波形因數(shù)小于1.6，這樣既滿足了三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)(triac)可調(diào)光鎮(zhèn)流器的需要，同時(shí)又為非調(diào)光應(yīng)用提供了高功率因數(shù)的鎮(zhèn)流器。
圖5示出的相角調(diào)光器設(shè)有一個(gè)連接在供電線1”中的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)。由可變電阻器216和電容器218組成的串聯(lián)電路與三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)14并聯(lián)連接，以便在任選的導(dǎo)通相角下啟動(dòng)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)214。二端交流開(kāi)關(guān)(diac)200連接在可變電阻器216和電容器218的節(jié)點(diǎn)與三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)14的柵極之間。通過(guò)改變可變電阻器216的電阻，相位控制器向鎮(zhèn)流器輸入端子1’和2提供相角被控制的電壓。
權(quán)利要求
1.一種與相角調(diào)光器聯(lián)用的放電燈鎮(zhèn)流器，所述放電燈鎮(zhèn)流器包括一對(duì)電源輸入端子，用于接收相角控制的AC電源電壓；鎮(zhèn)流裝置，用于向放電燈提供電功率，所述鎮(zhèn)流裝置包括(i)DC輸入端，其上接收大致恒定的DC電壓，(ii)調(diào)光輸入端，它與所述DC輸入端分離，用于接收調(diào)光信號(hào)，和(iii)第一控制裝置，用于將供給放電燈的電功率控制在與調(diào)光信號(hào)的特性相應(yīng)的電平上；電源裝置，它連接至電源輸入端子，用于向所述鎮(zhèn)流裝置的所述DC輸入端提供大致恒定的DC電壓；和調(diào)光信號(hào)分取裝置，用于從相角控制的AC電源電壓中分取調(diào)光信號(hào)，并且用于向所述鎮(zhèn)流裝置的所述調(diào)光輸入端提供調(diào)光信號(hào)，其特征在于所述電源裝置包括反饋裝置，用于將所述DC電壓維持在大致恒定的電平上，而不受相角控制的AC電源電壓的導(dǎo)通角的影響。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的放電燈鎮(zhèn)流器，其中所述調(diào)光信號(hào)的特性為調(diào)光信號(hào)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的放電燈鎮(zhèn)流器，還包括連接至所述電源輸入端子的整流裝置，用于向所述電源裝置和所述調(diào)光信號(hào)分取裝置提供全波整流DC輸出電壓，并且其中所述的調(diào)光信號(hào)分取裝置裝配有濾波裝置，用于產(chǎn)生一個(gè)與所述整流裝置輸出的整流DC電壓的平均值成比例的信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的放電燈鎮(zhèn)流器，其中所述濾波裝置包括一個(gè)兩極濾波器。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的放電燈鎮(zhèn)流器，其中所述濾波裝置包括一個(gè)三極濾波器。
6.根據(jù)前述的一個(gè)或多個(gè)權(quán)利要求的放電燈鎮(zhèn)流器，其中第一控制裝置的特性響應(yīng)時(shí)間小于所述反饋裝置的特性響應(yīng)時(shí)間，所述的用于分取所述調(diào)光信號(hào)的裝置的特性響應(yīng)時(shí)間短于所述反饋裝置的特性響應(yīng)時(shí)間并且長(zhǎng)于所述第一控制裝置的特性響應(yīng)時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5的放電燈鎮(zhèn)流器，包括另一濾波裝置，用于抑制高頻諧波進(jìn)入電源，所述另一濾波裝置包括一個(gè)濾波電容器，此電容器耦合至所述整流裝置的一個(gè)輸出端并由所述的整流輸出電壓充電，其中所述電源裝置包括(i)一個(gè)可控開(kāi)關(guān)裝置，它可以在導(dǎo)通和非導(dǎo)通開(kāi)關(guān)狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換并為所述濾波電容器提供放電路徑，和(ii)控制裝置，用于控制所述開(kāi)關(guān)裝置的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，所述控制裝置以高于所述電源頻率的頻率轉(zhuǎn)換所述開(kāi)關(guān)裝置的所述開(kāi)關(guān)狀態(tài)，以控制DC電壓，并且其中所述電源裝置的所述控制裝置包括維持所述開(kāi)關(guān)裝置的所述高頻轉(zhuǎn)換的裝置，以便在所述相位控制的整流輸出電壓處于或接近零時(shí)使所述濾波電容器放電。
8.根據(jù)權(quán)利要求3、4、5、6或7的放電燈鎮(zhèn)流器，其中所述調(diào)光信號(hào)分取裝置包括用于抑制以兩倍于相角控制的AC電源電壓的頻率存在于調(diào)光信號(hào)中的波紋的裝置。
全文摘要
一種氣體放電燈調(diào)光鎮(zhèn)流器，具有兩根用于連接至相位控制調(diào)光器的熱調(diào)光和中性引線的輸入線。該鎮(zhèn)流器具有改善的結(jié)構(gòu)，其中預(yù)調(diào)節(jié)器向包括變換器的鎮(zhèn)流極提供基本恒定的DC電壓。調(diào)光接口電路分取一個(gè)調(diào)光信號(hào)，此信號(hào)具有等于相位控制調(diào)光器的整流輸出電壓的平均值的電壓。該氣體放電燈調(diào)光鎮(zhèn)流器容易安裝并且允許在寬的范圍內(nèi)采用相位控制調(diào)光器進(jìn)行調(diào)光。
文檔編號(hào)H05B41/285GK1149956SQ96190272
公開(kāi)日1997年5月14日 申請(qǐng)日期1996年3月5日 優(yōu)先權(quán)日1995年3月31日
發(fā)明者S·文吉塔蘇布拉曼尼安, T·發(fā)卡斯, R·賈亞曼, Y·P·夏 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司