專利名稱：用于多燈獨立操作的高頻電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于驅(qū)動一組氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，所述電子鎮(zhèn)流器能夠和燈的負載無關(guān)地驅(qū)動所述的燈，即在所述的燈全部或不全部被打開、在接通和關(guān)斷期間以及在燈被改變的期間，所述電子鎮(zhèn)流器可以不受影響地驅(qū)動所述的燈。電子鎮(zhèn)流器可以包括電流輸入型或電壓輸入型諧振逆變器。本發(fā)明涉及包括電壓輸入型諧振逆變器的電子鎮(zhèn)流器。
用于驅(qū)動一組氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器應(yīng)當(dāng)能夠調(diào)節(jié)對所述燈的輸出，以便在所述燈全部或者不全部被接通的情況下驅(qū)動所述的燈。因而，如果一個燈由于老化或者由于斷開而停止發(fā)光，鎮(zhèn)流器應(yīng)當(dāng)對其余的燈繼續(xù)提供滿意的輸出。在所述燈啟動或停止或者被改變期間的過渡期間應(yīng)當(dāng)能夠正常地驅(qū)動。非常需要在換燈期間鎮(zhèn)流器繼續(xù)操作和其相連的其余的燈并且點燃新連接的燈，使得不需要在換燈期間切斷鎮(zhèn)流器的電源或在換一個燈之后再重新啟動所有的燈。因而用于多燈操作的電子鎮(zhèn)流器最好能夠和燈負載無關(guān)地操作所述的燈，如上所述。這種鎮(zhèn)流器也應(yīng)當(dāng)能夠進行瞬時的與/或快速的啟動操作。
具有電流輸入型逆變器的電子鎮(zhèn)流器需要大而重的和逆變器的輸入串聯(lián)的電感。由于具有大的輸入電感，這種鎮(zhèn)流器受負載的影響較小，因而能夠和負載無關(guān)地多燈操作。然而，電流輸入型逆變器所需的大的輸入電感增加了鎮(zhèn)流器的體積和重量。
美國專利5519289披露了一種用于多燈操作的具有調(diào)光功能的電子鎮(zhèn)流器，其中包括推挽的自振蕩逆變器。
美國專利5438243披露了一種和氣體放電燈的瞬時啟動無關(guān)地操作多燈的電子鎮(zhèn)流器，其包括準(zhǔn)電壓輸入型半橋并聯(lián)諧振逆變器，如該專利的圖2所示。固有地，電子鎮(zhèn)流器以電流輸入型并聯(lián)諧振方式操作，其中電流源由和第一諧振電路串聯(lián)的一個理想的電壓源得到。為了維持一個高電壓輸出以便進行啟動，這要求高的Q，提供第二諧振電路。因而，該專利中披露的電子鎮(zhèn)流器電路具有兩個串聯(lián)的諧振電路。結(jié)果，增加了電路損失和成本。在輸出端，提供和兩個燈串聯(lián)連接的兩個鎮(zhèn)流器電感，并提供和另外兩個燈并聯(lián)連接的兩個鎮(zhèn)流器電容，這減少了對輸出變壓器二次側(cè)的無功功率需求。然而，這種電子鎮(zhèn)流器在燈被除去而電路仍然接通時具有在輸出端產(chǎn)生高電壓的危險。在Power Semiconductor Applications Handbook 1995(Philips Seniconductor，1994)的583和584頁披露了其它類型的具有電流輸入推挽或半橋逆變器的用于多個熒光燈的電子鎮(zhèn)流器電路。在這些結(jié)構(gòu)中，每個燈通過一個串聯(lián)的鎮(zhèn)流器電容器和諧振逆變器的輸出并聯(lián)連接。電流源通常通過和電壓源串聯(lián)的扼流電感獲得。通過輸出的高頻電壓和輸入的直流電壓之間的恒定關(guān)系獲得好的獨立的燈操作。這種類型的電路的缺點包括較高的開關(guān)應(yīng)力和附加的笨重的扼流電感器。
在另一方面，一種包括熟知的半橋LC或LLC諧振逆變器的具有電壓輸入型諧振逆變器的電子鎮(zhèn)流器不需要大的輸入電感，但是受燈負載的影響較大，因而需要附加的電路或諧振元件，以便實現(xiàn)多燈獨立操作。
美國專利5438243，5394064，5075599，和4535399披露了一種用于多燈獨立操作的電子鎮(zhèn)流器，其包括電壓輸入型逆變器。在美國專利5394064中披露的能夠進行調(diào)光操作的電子鎮(zhèn)流器包括用于產(chǎn)生高頻方波電壓的電壓輸入型半橋諧振逆變器。通過改變逆變器的輸入電壓或逆變器頻率，或者使用從輸入端到逆變器的電壓反饋和從燈電路到驅(qū)動逆變器開關(guān)的振蕩器的反饋提供控制。如該專利的圖1所示，一個變壓器使燈和逆變器相連，每個燈由包括串聯(lián)電感和并聯(lián)電容的單獨的諧振電路驅(qū)動。用于連接燈的電路可以認為是以一個燈為負載的并聯(lián)連接的多個諧振電路。雖然實現(xiàn)了多個燈操作，但是需要大量的磁性元件和電容器，因而成本較高。
美國專利4535399中披露的電子鎮(zhèn)流器包括電壓輸入型諧振逆變器和用于每個燈的單獨的諧振電路(圖6)。每個諧振電路包括一個小的電感器和電容器，這增加了鎮(zhèn)流器的成本。這種鎮(zhèn)流器還包括電流反饋環(huán)，其控制用于提供用來驅(qū)動逆變器的定時的脈寬調(diào)制器(“PWM”)的轉(zhuǎn)換。電流反饋環(huán)包括鎖相環(huán)(“PLL”)，用于對PWM提供和在逆變器的輸出端檢測到的電流的相位改變成正比的直流輸出。PLL迫使逆變器在這樣一個頻率下工作，在所述頻率下，調(diào)制脈沖在負載電流過零時被接通。PLL包括低通濾波器(圖2)，并具有合適的低頻響應(yīng)，其使得PLL能夠在穩(wěn)態(tài)操作期間保持跟蹤。不過，PLL的高頻響應(yīng)較差，這妨礙PLL跟蹤例如在燈被斷開或連接時發(fā)生的快速瞬變。結(jié)果，PLL可能停止跟蹤，即在換燈期間不能鎖相，這引起零電壓轉(zhuǎn)換損失和逆變器的損壞。
美國專利5075599和4277728披露了一種用于驅(qū)動一個氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，具有用于控制的和相位相關(guān)的反饋環(huán)。在599專利中，當(dāng)測量的相位差小于最小的參考相位差(圖5)時，進行朝向目標(biāo)相位差(例如0)的校正。如果測量的相位差大于參考相位差，則不能進行校正。在728專利中，相位檢測器(圖4a和4b)檢測逆變器(圖4a的推挽電路和圖4b的半橋電路)的輸入電壓和負載上的電壓之間的相位差。為了正確地操作，所述相位差應(yīng)當(dāng)是90度，這表示逆變器在諧振頻率下操作。如果相位差不是90度，則相位檢測器提供一個誤差信號，使逆變器的頻率朝向諧振頻率改變。728專利披露的電子鎮(zhèn)流器還包括在諧振電路中用于限制負載電流的電感器。
本發(fā)明的目的在于提供一種改進的電子鎮(zhèn)流器，用于獨立地操作一組氣體放電燈中的各個燈，其具有數(shù)量較少的鎮(zhèn)流器元件，并沒有大的輸入電感器，其操作不僅和與其相連的燈的數(shù)量以及是否所有的燈都被接通無關(guān)，而且能夠在換燈期間保持可操作的燈的發(fā)光，并自動地點燃新接入的燈。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種用于多燈獨立操作的電子鎮(zhèn)流器，其中具有用于調(diào)節(jié)被提供給燈的的功率的反饋環(huán)，即使在燈被除去或增加，被點燃或被熄滅時的過渡期間，所述反饋環(huán)也能跟蹤。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種結(jié)合上述的本發(fā)明的任一目的說明的電子鎮(zhèn)流器，用于瞬時啟動燈與/或快速啟動燈。
本發(fā)明的另一個目的在于，提供一種結(jié)合上述的本發(fā)明的任一目的說明的電子鎮(zhèn)流器，其也能提供快速啟動的燈的調(diào)光操作。
具有LC或LLC諧振電路的電壓輸入型半橋并聯(lián)諧振逆變器的輸出電壓在很大程度上和負載有關(guān)。例如，圖1說明用于m個燈負載的電壓輸入型半橋并聯(lián)諧振逆變器的電壓增益(Vgain)對開關(guān)頻率(f)的關(guān)系曲線，其中m為從1到4個燈，電壓增益(Vgain)等于提供給燈負載(R1)的諧振輸出電壓(V0)除以諧振電路的輸入電壓(Vin)，即，Vgain=V0/Vin。圖1的曲線的燈負載是在高頻操作下用線性電阻R1模擬而獲得的。因而，頻率控制是用于維持諧振逆變器的輸出電壓恒定的一種方法。不過，本發(fā)明人確定，利用頻率作為直接控制變量，當(dāng)由鎮(zhèn)流器驅(qū)動的燈的數(shù)量改變時，維持諧振逆變器的輸出恒定是困難的，如圖1所示。在燈的數(shù)量改變時的過渡期間，因為氣體放電燈可能熄滅，控制就更加困難。
按照本發(fā)明，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，電壓輸入型半橋諧振逆變器的電壓增益，如果被定義為電壓Vin和諧振電路中的電流ILR之間的相住差的相角Φin被用作直接控制變量并保持恒定，則即使在燈被熄滅、點燃、斷開或連接時的過渡期間也能保持恒定。圖2說明m(1-4)個燈負載的相角Φin對開關(guān)頻率(f)的關(guān)系。圖3表示對于m(1-4)個燈的燈負載電壓增益Vgain和相角(Φin)之間的關(guān)系。電壓增益曲線合并到一個小的頻帶中，特別是在較高的頻率區(qū)域。這個接近表示，對于給定的相角Φin，電壓增益幾乎和燈數(shù)無關(guān)。在燈過渡期間，如果相角Φin被保持固定或者變化很小，則輸出電壓V0幾乎保持恒定。結(jié)果，甚至在換燈期間或者在燈操作的過渡期間也能實現(xiàn)獨立的多燈操作。
如圖3所示，相角Φin和電壓增益Vgain呈反比關(guān)系，電壓增益隨相角的增加而減少。按照本發(fā)明，這種關(guān)系被用于單個或者一組快速啟動燈的調(diào)光操作。特別是，響應(yīng)指令值信號改變相位可以使用和鎮(zhèn)流器相連的燈變暗或變亮。圖3表示的電壓增益和相角的反比關(guān)系和與鎮(zhèn)流器相連的燈數(shù)無關(guān)。此外，按照本發(fā)明，一個或一組快速啟動燈的亮度通過改變相角可以和燈數(shù)無關(guān)地被控制。
本發(fā)明通過提供一種電子鎮(zhèn)流器實現(xiàn)上述目的，所述電子鎮(zhèn)流器包括電壓輸入型半橋諧振逆變器，以及和所述逆變器相連的控制與反饋電路，用于基本上維持電壓和LC或LLC諧振電路中的電流之間的相角恒定，所述諧振電路具有鎮(zhèn)流器的效果，用于提供基本上恒定的電壓輸出?？刂坪头答侂娐返捻憫?yīng)使得即使在燈被熄滅、點燃、斷開或連接時，其反饋環(huán)路也能繼續(xù)跟蹤。如上所述，利用恒定的相位角控制提供交流輸出的逆變器具有向燈提供基本上恒定的電壓輸出的效果，而和燈負載無關(guān)。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這種控制和反饋電路使用其中不使用鎖相環(huán)的相移技術(shù)。
在優(yōu)選實施例中，控制和反饋電路包括控制器和反饋環(huán)。反饋環(huán)從諧振電路獲得電流反饋信號和電壓反饋信號，并對控制器提供相移信號作為反饋校正信號。作為被電壓反饋信號調(diào)整的電流反饋信號的相移信號跟蹤當(dāng)和鎮(zhèn)流器相連的燈數(shù)改變時以及在燈被熄滅點燃斷開或連接時的過渡期間產(chǎn)生的相角的改變。反饋環(huán)路包括相移電路，其包括至少一個差動放大器級，在兩個輸入端接收電流反饋信號，在一個輸入端接收電壓反饋信號，從而移動電流反饋信號的相位，并在至少一個差動放大器級的輸出端提供相移校正信號。即使在燈被熄滅、點燃、斷開或接通時，所述反饋環(huán)和控制器使逆變器也能提供相位角基本上恒定的交流輸出。此外，響應(yīng)指令值信號改變相角可以提供快速啟動的燈的調(diào)光操作。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，控制器包括脈寬調(diào)制控制電路(PWM)，其接收反饋環(huán)路中的相移校正信號，提供和逆變器相連的驅(qū)動信號，從而以基本上恒定的相位角向燈提供輸出。在反饋環(huán)中的相移電路響應(yīng)和逆變器的輸出相連的諧振電路中檢測的電流和電壓對PWM控制電路提供相移校正信號。
在優(yōu)選實施例中，燈通過變壓器和諧振電路并聯(lián)，一個小的鎮(zhèn)流器電容器和每個燈串聯(lián)。不需要感性的鎮(zhèn)流器元件。
這種電子鎮(zhèn)流器也可以利用反饋環(huán)路檢測諧振電路中的過電壓狀態(tài)，響應(yīng)過電壓狀態(tài)，控制器停止逆變器的操作，即停止向逆變器提供驅(qū)動信號。
本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器利用在輸出變壓器的一次側(cè)上的基本上相同的電路結(jié)構(gòu)操作瞬時啟動燈和快速啟動燈。對于快速啟動操作，輸出變壓器二次側(cè)包括一個被連接作為每個燈的燈絲加熱器的部分，并且諧振電路中的諧振電感具有一個和每個燈的燈絲相連的用于穩(wěn)態(tài)操作的二次側(cè)。在燈被預(yù)熱和點燃期間，反饋環(huán)進行跟蹤。
按照本發(fā)明的實施例，本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器操作并聯(lián)的和并聯(lián)/串聯(lián)的多個燈。本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器也可以用于串聯(lián)以及并聯(lián)連接的多個快速啟動燈的調(diào)光操作。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(1)在電子鎮(zhèn)流器中的循環(huán)電流小，因而效率高；(2)在逆變器功率開關(guān)上的電壓應(yīng)力小，這使得可以使用額定值較低的功率開關(guān)，因而降低成本；(3)通過反饋環(huán)，可以提供針對線路參數(shù)、溫度和電路參數(shù)的變化而進行的燈電流和電壓的調(diào)節(jié)；以及(4)對于瞬時啟動和快速啟動的多個燈獨立操作，可以使用相同的電路拓撲和設(shè)計方法以及電路的實施方式。
下面結(jié)合


本發(fā)明，附圖所示的只是例子而不是對本發(fā)明的限制，并且在不同的圖中相同的標(biāo)號表示相同的元件，其中圖1是電子鎮(zhèn)流器電路中的電壓輸入型的半橋諧振逆變器的電壓增益對頻率的曲線，所述電子鎮(zhèn)流器電路用于操作包括4個燈的一組燈，圖中分別示出了1個、2個、3個、和4個燈被接通的情況；圖2是供給和電子鎮(zhèn)流器電路中的電壓輸入型半橋諧振逆變器相連的1個、2個、3個和4個燈的電源的相位對頻率的曲線；圖3是操作一組4個燈的電子鎮(zhèn)流器分別在1個、2個、3個、和4個燈被接通的情況下電壓增益對相位的曲線；圖4是包括本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器的方塊電路原理圖；圖5-8是圖4的方塊圖中表示的各個電路的原理圖；圖9-11是按照本發(fā)明的用于和快速啟動、調(diào)光配置操作無關(guān)地操作多個氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器電路的簡化的方塊原理圖；以及圖12是按照本發(fā)明的和燈的串聯(lián)/并聯(lián)配置無關(guān)地操作的用于操作多個瞬時啟動氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器電路的簡化方塊原理圖。
參見圖4，本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器10包括電壓輸入型半橋諧振逆變器12，LC諧振電路14和包括控制器16和對控制器16的反饋環(huán)18的反饋電路。對控制器16還提供有過壓反饋環(huán)20。反饋環(huán)18進行電流和電壓檢測、移相，并和控制器16一道在22，23向逆變器12提供驅(qū)動信號，以便維持相角θin為恒定。反饋環(huán)20進行電壓檢測并和控制器16一道操作，以便在檢測到過電壓狀態(tài)時斷開逆變器12的驅(qū)動信號。
仍然參看圖4，直流電壓源Vbus輸入到逆變器12。LC諧振電路14，其通過直流隔離電容Cbk和逆變器12相連，包括諧振電感Lr和諧振電容Cr。輸出隔離變壓器T1使諧振電路14和多個瞬時啟動的燈30相連。燈30通過由32和33表示的連接器和電子鎮(zhèn)流器相連，并被集中地表示為電子鎮(zhèn)流器10的可變負載R1。在圖4所示的實施例中，燈30通過由C1集中表示的鎮(zhèn)流器電容器35并聯(lián)。
繼續(xù)參看圖4，反饋環(huán)18包括電流檢測部分18a，其具有電流檢測器40，高通濾波器41和自動增益控制(AGC)電路42，以及電壓檢測部分18b，其具有電壓比例器45和電壓補償電路46。反饋環(huán)18還包括移相器50，電流和電壓檢測部分18a，18b與其相連。
電流檢測部分18a(圖4)檢測諧振電路14中的電流(電流檢測器40)，并提供Isense信號，高通濾波器41通過諧振頻率的Isense信號，AGC電路42維持高頻Isense信號的合適的信號電平，其被輸入到移相器50。電壓檢測部分18b使在諧振電路14的輸出端的電壓(Vsense信號)和電壓比例器45相連，其使Vsense電壓減少到一個合適的電平，并向電壓補償器46提供被減少的電壓，電壓補償器把和被改變的Vsense諧振輸出電壓與參考電壓(Vref)的差值成比例的輸出電壓提供給移相器50。
由補償器46提供的環(huán)部分18b的被調(diào)節(jié)的Vsense信號作為參考信號被提供給移相器50，并且反饋環(huán)部分18a的被調(diào)節(jié)的Isense信號由AGC電路42提供給移相器50作為未校正的相角信號。響應(yīng)這些信號，移相器50提供基本上是正弦的相角校正信號。波形整形電路55把正弦信號轉(zhuǎn)換為方波，并把其提供給控制器16作為移相信號。
圖4所示的控制器16包括PWM控制電路58，邏輯電路60和門驅(qū)動器62。波形整形電路55的輸出(移相信號)觸發(fā)PWM控制電路58，其向邏輯電路60輸出PWM定時脈沖。組合的邏輯電路60把PWM定時脈沖或啟動信號作為控制觸發(fā)信號連接到控制極驅(qū)動器62，其在22和23把驅(qū)動信號提供給逆變器12中的功率開關(guān)64和65(圖5)，使其輪流地導(dǎo)通和截止。啟動電路63和逆變器12相連，用于接收直流輸入電壓(Bus Vsense)，并向邏輯電路60提供啟動信號，以便點燃一組熄滅的燈30，例如，當(dāng)鎮(zhèn)流器10被首次接通時。利用這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在接通1到4個燈30的情況下，對負載的輸出電壓VO被調(diào)節(jié)到一個恒定值，即使在燈被熄滅或點燃期間也能保持電壓恒定。這種鎮(zhèn)流器輸出電壓的調(diào)節(jié)一般能夠得到燈電流的好的峰值系數(shù)。
過電壓反饋環(huán)20(圖4)包括電壓比例器66，其被連接用于接收諧振輸出電壓(Vsense信號)，以及和其相連的觸發(fā)器67，其對邏輯電路60提供過電壓信號，其接著斷開輸入給控制極驅(qū)動電路62的控制極觸發(fā)信號，使得只要過電壓狀態(tài)存在，就關(guān)斷鎮(zhèn)流器。
圖5表示逆變器12、控制極驅(qū)動器62、輸入到反饋環(huán)電流部分18a的電流檢測和輸入到反饋環(huán)電壓部分18b的電壓檢測的細節(jié)。由和交流線路相連的整流電路68提供的直流電壓被提供給逆變器12的輸入端。這個直流信號，經(jīng)過一個或幾個電阻相連，被提供給啟動電路63(圖4和圖8)作為母線電壓檢測信號Bus Vsense?？刂茦O驅(qū)動器62可以包括一個International Rectifier IR2111半橋驅(qū)動器。在逆變器12中的兩個功率開關(guān)64和65對諧振電路14提供方波輸出電壓，其對變壓器T1的一次側(cè)提供諧振電路的諧振頻率的正弦電壓。電流檢測器40包括和諧振電路14的返回線路串聯(lián)的電阻69和連接在電阻69的兩端上的差動放大器70。差動放大器70的輸出提供Isense信號，其被連接到高通濾波器41(圖4和6)。(由圖5-8中的運算放大器表示的某些元件的操作，例如差動放大器70，緩沖級78-80以及電壓比例器45和46，是常規(guī)的和熟知的，因此省略其詳細說明。)電壓檢測環(huán)部分18b通過整流二極管72以及限流電阻或電阻73和諧振電路14的正輸出相連，用于提供和電壓比例器45相連的Vsense信號(圖4和6)。
參看圖6，高通濾波器41，其接收來自圖5的Isense信號作為其輸入信號，包括串聯(lián)電阻75和并聯(lián)電阻76。高通濾波器41的輸出通過兩個緩沖器級78和79被提供給AGC電路42。AGC電路42的輸出(調(diào)整的Isense)通過另一個緩沖器級80被提供給相移電路50。來自圖5的Vsense信號被輸入給電壓比例器45，其和補償電路46相連。補償電路46包括差動放大器82，其在反相輸入端接收來自電壓比例器45的輸出，并在非反相輸入端接收參考電壓，并提供和比例電壓Vsense與參考電壓之間的差值相關(guān)的輸出。補償器差動放大器82的輸出被提供給低通濾波器和電壓限制器87，其輸出(調(diào)整的Vsense)被輸入給作為可變電阻的兩個JFET晶體管84，85。
相移器50(圖6)包括兩級89，90，每級包括差動放大器91，92。第一級放大器91的反相和非反相輸入端接收分別通過電阻94和隔直電容95由緩沖器80提供的濾波的并被增益控制的電流檢測信號(調(diào)整的Isense)。第一級放大器91還在其非反相輸入端上接收來自JFET84的可變的參考信號，其移動在非反相輸入端上的調(diào)整的電流檢測信號(調(diào)整的Isense)的相位。移動的數(shù)量由JEFT 84的導(dǎo)電率確定，JFET 84被由補償器電路46的輸出(調(diào)整的Vsense)提供給其控制極端子的輸入信號控制。第一級放大器91的輸出和被濾波并被增益控制的電流檢測信號(Isense)和被移相的(被調(diào)整的Vsense移相)、被濾波的、被增益控制的電流檢測信號的差值成正比，其中相移的數(shù)量表示電流檢測信號Isense和Vin之間的相位差。第二級差動放大器92操作同樣的第一級差動放大器91，從而通過電壓濾波器級93提供檢測的電路信號的擴展的移相范圍，其被提供給波形整形電路55(圖4和圖7)。
圖7說明波形整形電路55，PWM控制電路58，啟動電路63和邏輯電路60的一部分的原理圖。波形整形電路55包括電壓緩沖器級95，其接收圖6中來自電壓濾波器級93的相移信號，以及比較器級97，其把被緩沖的正弦相移信號轉(zhuǎn)換成方波信號。PWM控制電路58包括定時電路99(例如Motorola MC1455)，其接收來自比較器級97的方波相移信號作為觸發(fā)信號并在其輸出端提供脈沖(PWM定時脈沖)，其寬度和相移信號相關(guān)。
參見圖7和圖8，啟動電路63包括圖7中的電壓控制的振蕩器(VCO)102(例如AD654，市場上可以買到)和圖8中的掃描觸發(fā)器電路104，其提供掃描觸發(fā)器信號。圖8的掃描觸發(fā)器電路104包括簡單的電壓比例器110，比較器110a，和觸發(fā)器111。比例器110接收來自逆變器12的輸入的母線電壓檢測信號Vsense(圖4和圖5)，當(dāng)母線電壓檢測信號Vsense超過由比較器110a確定的參考電壓時，提供掃描觸發(fā)信號。觸發(fā)器111由比較器110a的輸出同步，維持掃描觸發(fā)信號直到母線電壓檢測信號Vsense達到和比較器110a相連的參考電壓。在任何燈可以被點燃之前，需要一個最小的母線電壓檢測信號Vsense。當(dāng)母線電壓檢測信號Vsense增加并超過最小的需要電壓時，掃描觸發(fā)信號使晶體管112(圖7)截止，因而使電容器113充電，這對VCO 102產(chǎn)生一個增加的斜坡電壓或掃描電壓。掃描觸發(fā)信號的寬度決定由VCO 102(腳1)輸出的信號的頻率范圍。
電壓比例器66(圖4)和過電壓反饋環(huán)20的觸發(fā)器67的細節(jié)如圖8所示。比例器66由比較器66a實現(xiàn)，其同步觸發(fā)器67，從而提供上述的過電壓信號，即，當(dāng)Vsense信號超過輸入到比較器66a的參考電壓時提供所述的過電壓信號?；蜷T117在沒有過電壓信號時由觸發(fā)信號提供控制極觸發(fā)信號。
在圖8中的邏輯電路60的另一部分提供環(huán)觸發(fā)信號，并且包括由比較器115a實現(xiàn)的比例電路115和觸發(fā)器116。觸發(fā)器116當(dāng)Vsense信號超過表示燈輸出電平是正確的預(yù)定電平時提供環(huán)觸發(fā)信號。環(huán)觸發(fā)信號被提供給圖7中的或門120，如果PWM定時脈沖存在(來自定時器118，表示正常的相移控制操作)，或者環(huán)觸發(fā)信號存在(圖8中的觸發(fā)器116，表示燈輸出電壓值不正確)，則其向或門121提供一個輸入信號。如果或門120提供一個輸出(PWM定時脈沖或環(huán)觸發(fā)信號)，或者如果啟動電路63(圖7)正在利用被或門120的輸出同步的觸發(fā)器123向或門122提供掃描頻率(啟動信號)，則或門121(圖7)提供觸發(fā)信號。提供所述觸發(fā)信號以便使鎮(zhèn)流器從啟動(頻率掃描)方式轉(zhuǎn)換到穩(wěn)態(tài)(相移控制)方式?；蜷T117(圖8)通過一個觸發(fā)信號，從而在沒有過電壓信號時，提供控制極觸發(fā)信號(低脈沖)，如上所述。
圖4-8表示用于瞬時啟動燈30的鎮(zhèn)流器10的結(jié)構(gòu)，其通常并聯(lián)連接，如圖4所示。利用由圖4-8所示的提供的基于相移的控制，在所有的負載條件下，鎮(zhèn)流器10產(chǎn)生一個恒定的電壓輸出V0(例如550V)。用這種方式，一個或多個燈的除去將不影響其余燈的操作。當(dāng)一個新燈或幾個新燈被加于構(gòu)成照明結(jié)構(gòu)的一組燈時，輸出電壓V0被施加于燈的端子，并且足夠高，以便使這些燈點燃。在點燃之后，燈電壓V0降低到一個較低的值(例如140V)，并且串聯(lián)電容器C1執(zhí)行鎮(zhèn)流功能。再次利用上述的基于相移的控制方法，使得燈增加的過程不會對所述的組內(nèi)的其余的燈的操作帶來大的影響。
上述的鎮(zhèn)流器可以被設(shè)計用于啟動一組快速啟動燈30a，如圖9-11所示，并用于一組串聯(lián)/并聯(lián)連接的瞬時啟動燈30，如圖12所示。在圖9-11的實施例中，在變壓器T1a的一次側(cè)上的鎮(zhèn)流器10a基本上和鎮(zhèn)流器10相同，其不同之處有諧振電感Lr1，其具有幾個二次繞組Lr1’，和控制器16a。在圖9-12中，電流反饋環(huán)部分18a，電壓反饋環(huán)部分18b，移相器50，波形整形電路55，啟動電路63，過壓環(huán)部分(電壓比例器66和觸發(fā)器67)以及控制器16都用一個方塊16a表示，被稱為“控制和反饋電路”。
參看圖9，5個二次繞組Lr1’通過各個電容器C3和C4和燈30a的各個燈絲132和131的一個端子相連，從而在啟動期間提供正確的燈絲加熱，為了延長燈的壽命，這是需要的。每個燈絲的另一端通過各個鎮(zhèn)流電容器C2并聯(lián)。
在圖9中的燈絲131和132預(yù)熱期間，半橋逆變器12被控制和反饋電路16a中的控制器以較高的頻率操作，從而產(chǎn)生加于燈上的小的輸出電壓，因此減少加熱電流。此時，諧振電路14a被如此設(shè)計使得二次側(cè)電壓的諧振電感(Lr1’)被保持為高的值。燈絲通過串聯(lián)電容器C3和C4以幾乎恒定的電壓降被加熱。在一個短的時間間隔之后(例如小于1秒)，控制器16a的操作頻率被減少，從而增加諧振電路輸出電壓。當(dāng)在燈30a上的電壓大于點燃電壓時，一個或幾個燈便相繼發(fā)光。在穩(wěn)態(tài)操作時，在控制和反饋電路16a中的控制器以比在預(yù)熱啟動期間低得多的頻率操作。雖然Lr1的二次側(cè)電壓被增加，但是主要由頻率決定燈絲電流和電壓的變化。結(jié)果，在4個燈的全負荷的情況下，燈絲電壓降低50％以上。這又使燈絲上的功率損失減少，因而增加了鎮(zhèn)流器的效率。
圖10表示一種鎮(zhèn)流器10a，其被構(gòu)成用于驅(qū)動一組兩個串聯(lián)連接的快速啟動燈30a。諧振電感Lr1具有二次繞組Lr1’，通過電容器140分別和燈30a的燈絲131、132相連。附加的燈(例如3個或4個)可以按照圖10所示的拓撲串聯(lián)。
圖11表示一種鎮(zhèn)流器10a，其被構(gòu)成用于驅(qū)動一組兩個并聯(lián)連接的快速啟動燈30a。諧振電感Lr1具有二次繞組Lr1’通過電容器145分別和燈絲131，132相連。可以使用附加的電感147和每個燈串聯(lián)，其可以和繞組147a，147b是繞在同一鐵心上的一個元件。附加的燈(例如3個或4個)可以按照圖11的拓撲并聯(lián)連接，或者使用一個平衡扼流圈或幾個平衡扼流圈并聯(lián)連接。
在優(yōu)選實施例中，諧振電感Lr1，諧振電容Cr，和輸出隔離變壓器T1都在一次側(cè)上。如果諧振電感Lr1的二次側(cè)Lr1’不被在LC或LLC諧振瞬時啟動操作中使用，則對于瞬時啟動和快速啟動獨立操作可以使用相同的電源電路。一個直接的利益是降低生產(chǎn)線的成本。
如上所述，可以使用相角控制進行調(diào)光操作。增加相角將減少電壓增益(圖3)，因而使快速啟動燈30a變暗。利用圖9-11的拓撲可以進行調(diào)光操作，其中通過對控制和反饋電路16a提供用于電平控制的指令輸入，并監(jiān)視在變壓器T1a的燈側(cè)(二次側(cè))上的電流。響應(yīng)指令電平輸入，控制和反饋電路16a增加或減少相角，從而根據(jù)由變壓器T1的燈側(cè)的電流反饋提供的參考分別減少或增加增益。例如可以通過調(diào)整輸入給圖6中的比較器46的參考電平來調(diào)整相角。無論相角由提供給電平指令輸入的信號如何設(shè)置，控制和反饋電路將基本上保持恒定。因而，在調(diào)光操作期間，可以調(diào)整燈的亮度，并且不管輸入線路電壓的變化，總可以維持所述的設(shè)置值。
除去圖4和9-11所示的多燈結(jié)構(gòu)之外，此處所述的具有基于相移控制的電壓饋入型半橋LC或LLC諧振變換器可以用于瞬時啟動燈30的串聯(lián)/并聯(lián)結(jié)構(gòu)，如圖12所示。
雖然本發(fā)明已經(jīng)結(jié)合優(yōu)選實施例進行了說明，但是，不脫離本發(fā)明的構(gòu)思，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作出許多改變和改型。因而，在所附的權(quán)利要求中提出的本發(fā)明并不限于上述的結(jié)構(gòu)的細節(jié)，在權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和構(gòu)思內(nèi)，包括各種改變和改型。
權(quán)利要求
1．一種用于驅(qū)動包括一個或幾個氣體放電燈(30)的放電燈組的電子鎮(zhèn)流器(10)，包括電壓輸入型半橋逆變器(12)，其具有適用于和直流電壓源(Vbus)相連的輸入端，輸出端，以及一個或幾個開關(guān)元件(64，65)，用于把在逆變器的輸入端的直流電壓轉(zhuǎn)換為逆變器輸出端的交流電壓，每個開關(guān)元件具有一個控制輸入端；以給定的頻率諧振的諧振電路(Lr，Cr)，其和逆變器的輸出端相連，所述諧振電路在其輸出端提供輸出電壓，以便點燃和鎮(zhèn)流器相連的燈，并維持所述燈發(fā)光；和每個燈相連的鎮(zhèn)流裝置(35)；控制和反饋電路，其包括控制器(16)，其具有和每個控制輸入相連的輸出(22，23)，并向其提供控制信號用于控制開關(guān)器件的轉(zhuǎn)換，以及被連接在所述諧振電路和控制器之間的反饋環(huán)(18)；控制和反饋電路被這樣構(gòu)成，使得向逆變器提供使逆變器提供具有基本恒定的相角的交流輸出的控制信號，所述反饋環(huán)通過操作用于跟蹤相角的改變，所述相角改變發(fā)生在當(dāng)燈被熄滅、點燃、斷開或連接時的過渡期間或者當(dāng)一個，一些或所有的燈被連接時，并向控制器提供校正信號，所述控制器作為響應(yīng)向逆變器提供控制信號，借以向和鎮(zhèn)流器相連的一個燈或幾個燈提供基本上恒定的電壓輸出。
2．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中反饋環(huán)包括電壓反饋環(huán)部分(18b)和電流反饋環(huán)部分(18a)以及相移電路(50)，其響應(yīng)由電流反饋環(huán)部分提供的和諧振電路中的電流有關(guān)的信號，以及和由電壓反饋環(huán)部分提供的和諧振電路的輸出電壓相關(guān)的信號，向控制器提供相移的控制信號。
3．如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制器包括脈寬調(diào)制控制電路(58)，相移的控制信號被提供給脈寬調(diào)制控制電路。
4．如權(quán)利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其中相移電路包括至少一個相移級(89，90)，其包括具有同相輸入和反相輸入的差動放大器(91，92)，所述兩個輸入被連接，用于接收關(guān)于諧振電路中的電流的信號，其中的一個被連接用于接收關(guān)于諧振電路的輸出電壓的信號。
5．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中鎮(zhèn)流器裝置包括和各個燈串聯(lián)的鎮(zhèn)流電容器(35)。
6．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中鎮(zhèn)流器(10a)適用于操作快速啟動燈，并且包括用于加熱和其相連的快速啟動燈的燈絲(131，132)的裝置(LR1’C3，C4，140)。
7．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中諧振電路包括至少一個諧振電感器和至少一個諧振電容器，并且其中變壓器的一次側(cè)繞組和諧振電路的輸出端相連，變壓器的二次繞組在操作期間和放電燈相連。
8．如權(quán)利要求6所述的鎮(zhèn)流器，其中控制和反饋電路被連接，用于監(jiān)視燈中的電流，包括用于調(diào)光操作的指令輸入部分，并響應(yīng)和指令輸入相連的信號，改變相角，從而調(diào)整燈的亮度。
9．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器(10b)，包括一組4個瞬時啟動燈，它們相互并聯(lián)連接，并和各個鎮(zhèn)流器件(c2)串聯(lián)連接到諧振電路的輸出。
10．如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，包括一組4個瞬時啟動燈，其中的第一對和一個鎮(zhèn)流器件串聯(lián)，第二對和另一個鎮(zhèn)流器件串聯(lián)，并且第一對和第二對和諧振電路的輸出并聯(lián)。
全文摘要
一種具有電壓饋入型LC或LLC諸振逆變器的電子鎮(zhèn)流器,用于多個氣體放電燈獨立操作,即使在一個或幾個燈被點燃、熄滅、增加或除去時的過渡期間,也能維持一個或幾個燈的電壓基本恒定。所述鎮(zhèn)流器包括基本上維持LC或LLC諧振電路的電壓和電流之間的相角恒定的反饋環(huán),其具有提供基本上恒定的電壓輸出的鎮(zhèn)流效果。反饋環(huán)從諧振電路獲得電流反饋信號和電壓反饋信號,并提供相移信號作為反饋校正信號,其是被電壓反饋信號進行過相位校正的電流反饋信號,用于跟蹤當(dāng)一個、一些或所有的燈和鎮(zhèn)流器連接的過渡期間相位角的改變。所述反饋環(huán)包括相移電路,其包括至少一個差動放大器級,其在兩個輸入端接收電流反饋信號,在一個輸入端接收電壓反饋信號,從而使在所述一個輸入端的電流反饋信號相移。所述鎮(zhèn)流器操作瞬時啟動或快速啟動的包括調(diào)光配置在內(nèi)的各種配置的放電燈。
文檔編號H05B41/392GK1298625SQ99805339
公開日2001年6月6日 申請日期1999年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月22日
發(fā)明者G·W·布倫寧, 張勁 申請人:皇家菲利浦電子有限公司