CN101075791A - 电流模式谐振逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于镇流器的低成本逆变器。电流变压器与灯串联以操作灯。第一晶体管和第二晶体管经耦合以开关谐振电路。所述电流变压器用来响应于所述谐振电路的开关电流而产生控制信号。一旦所述控制信号高于第一阈值，晶体管便接通。此后，一旦所述控制信号低于第二阈值，晶体管便断开。因此，可实现第一晶体管和第二晶体管的软开关操作。

Description

电流模式谐振逆变器

技术领域

本发明涉及一种谐振电路，特别是涉及一种谐振逆变器和镇流器。

背景技术

荧光灯是日常生活中最为普遍使用的光源。改进荧光灯的效率可大量节省能源。因此，在最新研发中，最受关注的是如何为荧光灯的镇流器改进效率和节省电力。

图1示出了常规用于电子镇流器电路的具有串联连接的谐振电路的逆变器电路。半桥逆变器由两个开关10和15组成。这两个开关10和15在期望的开关频率，以50％的工作周期(duty cycle)互补地接通和关断。谐振电路由电感器75和电容器70组成，以操作荧光灯50。荧光灯50与电容器55并联连接。电容器55用作启动电路。一旦荧光灯50启动，就对开关频率进行控制以产生所需的灯电压。利用控制器5来产生开关信号S₁和S₂，以分别驱动开关10和15。开关10连接到高电压源V+。因此，控制器5需要包含高端开关驱动器以接通/关断10，这会增加镇流器电路的成本。此种电路的另一缺点是开关10和15的开关损耗较高。荧光灯50的寄生设备(例如等效电容等)响应于荧光灯50的温度变化和使用时间而改变。此外，电感器75的电感和电容器70的电容在批量生产过程期间会变动。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的逆变器电路，其可自动实现软开关，用以降低开关损耗并改进镇流器效率。

本发明提供一种用于镇流器电路的逆变器电路。灯与变压器串联以形成谐振电路。第一晶体管和第二晶体管耦合到所述谐振电路，用于开关所述谐振电路。第一控制电路和第二控制电路经耦合以分别控制第一晶体管和第二晶体管。变压器用来提供电源，并响应于谐振电路的开关电流而产生控制信号给第一控制电路和第二控制电路。一旦控制信号高于第一阈值，晶体管便接通。一旦控制信号低于第二阈值，晶体管便断开。因此，第一晶体管和第二晶体管得以执行软开关。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并结合附图详细说明如后。

附图说明

利用附图提供对本发明的进一步了解，附图并入本说明书中而构成其中的一部分。附图说明本发明的实施例，并且与描述内容一起用以解释本发明的原理。

图1示出了常规的电子镇流器电路。

图2是根据本发明的电流模式谐振逆变器的实施例。

图3至图6分别示出了根据本发明的电流模式谐振逆变器的第一操作相位到第四操作相位。

图7示出了根据本发明的电流模式谐振逆变器在四个操作相位中的波形。

图8示出了根据本发明的控制电路的实施例。

图9示出了单触发电路的实施例。

图10示出了根据本发明的电流模式谐振逆变器的另一实施例。

具体实施方式

图2示出了根据本发明的电流模式谐振逆变器的示意图。谐振电路由彼此串联连接的电容器70和电感器75组成，以操作作为电流模式谐振逆变器的负载的灯50。谐振电路产生正弦波电流以操作灯50。第一晶体管20经耦合以开关所述谐振电路。第一晶体管20由第一开关信号S₁来控制。第二晶体管30也经耦合以开关所述谐振电路。第二晶体管30由第二开关信号S₂来控制。变压器80的第一绕组N₁与灯50串联。变压器80为电流变压器。因此，变压器80的第二绕组N₂和第三绕组N₃用来响应于谐振电路的开关电流而产生第一控制信号V₁和第二控制信号V₂。第一控制信号V₁经由第一电阻器25耦合到第一控制电路100的输入端子IN。第二控制信号V₂经由电阻器35耦合到控制电路200的输入端子IN。二极管21与第一晶体管20并联连接。二极管31与第二晶体管30并联连接。第一控制电路100响应于第一控制信号V₁的波形而产生用于接通/断开第一晶体管20的第一开关信号S₁。第二控制电路200响应于第二控制信号V₂的波形而产生用于接通/断开第二晶体管30的第二开关信号S₂。

一旦向电流模式谐振逆变器施加电力，输入电压V+便经由第三电阻器45而对电容器65充电。电容器65进一步向第二控制电路200的电源端子VCC提供电源电压V_CC2。当电容器65上的电压高于启动阈值时，第二控制电路200将开始操作。二极管60从变压器80的第三绕组N₃耦合到电容器65，以在谐振电路开始开关时，进一步为第二控制电路200供电。二极管90和电容器95形成充泵电路。充泵电路耦合到电容器65以向第一控制电路100提供另一电源电压V_CC1。

图3-图6示出了电流模式谐振逆变器的操作相位。

图3示出了电流模式谐振逆变器的第一操作相位T₁。当第二晶体管30接通时，开关电流I_M将流经变压器80，以产生第二控制信号V₂。同时，经由二极管60而对电容器65充电。一旦开关电流I_M减小且第二控制电压V₂低于第二阈值V_T2，第二晶体管30将被断开。此后，谐振电路的环流将接通二极管21。此环流是经由存储在电感器75中的能量而产生。谐振电路的能量将被循环(第二操作相位T₂)。流经变压器80的开关电流I_M将产生第一控制信号V₁。如果第一控制信号V₁高于第一阈值V_T1，那么第一控制电路100将启用第一开关信号S₁接通第一晶体管20。由于二极管21在此刻接通，所以接通晶体管20会实现软开关操作(第三操作相位T₃)。当开关电流I_M减小且第一控制电压V₁低于第二阈值V_T2时，第一晶体管20将断开。同时，谐振电路的环流将接通二极管31(第四操作相位T₄)。因此，接通第二晶体管30也会实现软开关操作。

图7示出了电流模式谐振逆变器在四个操作阶段中的波形，其中V_X代表控制信号V₁和V₂。一旦第一控制信号V₁高于第一阈值V_T1，便启用第一开关信号S₁。在谐振电路的四分之一谐振周期之后，一旦第一控制信号V₁低于第二阈值V_T2，便禁用第一开关信号S₁。谐振电路的谐振频率f_R表达如下：

$f_R=\frac{1}{2\mathrm{\π}\sqrt{\mathrm{LC}}}---\left(1\right)$

其中L为电感器75的电感，且C为灯50和电容器70的等效电容。

一旦第二控制信号V₂高于第一阈值V_T1，便启用第二开关信号S₂。此外，在谐振电路的四分之一谐振周期之后，一旦第二控制信号V₂低于第二阈值V_T2，便禁用第二开关信号S₂。

图8示出了控制电路100和200的实施例。比较器310耦合到输入端子IN以检测控制信号V_X，用于在比较器310的输出处产生启用信号ENB。一旦控制信号V_X高于第一阈值V_T1，启用信号ENB便被启用。启用信号ENB进一步连接到“或”门350的输入。“或”门350的另一输入耦合到单触发电路300的输出，以接收单触发信号PLS。“或”门350的输出产生开关信号SX。单触发电路300的输入经由逆变器280而连接到启动电路250。两个齐纳二极管251和252、电阻器254、晶体管255、晶体管256以及电阻器253形成启动电路250，以响应于电源电压V_CCX而产生启动信号P_ON。齐纳二极管251和252确定启动阈值。当电源电压V_CCX高于启动阈值时，启动电路250将启用启动信号P_ON。同时，启动信号P_ON将接通晶体管255以将齐纳二极管251短路并产生关闭阈值。关闭阈值由齐纳二极管252确定。因此，一旦电源电压V_CCX低于关闭阈值，启动信号P_ON便被禁用。因此根据单触发信号PLS和启用信号ENB而产生开关信号S_X。启用信号ENB连接到反相器315。反相器315经连接以控制开关322。启用信号ENB用于控制开关321。开关322耦合到比较器310和第一阈值V_T1。在启用信号ENB被禁用时，比较器310将控制信号V_X与第一阈值V_T1进行比较。开关321耦合到比较器310和第二阈值V_T2。在启用信号ENB被启用时，比较器320将控制信号V_X与第二阈值V_T2进行比较。

图9示出了单触发电路300的实施例，其中电流源410和电容器430确定单触发信号PLS的启用周期。

图10示出了根据本发明的电流模式谐振逆变器的另一实施例。谐振电路由电容器70和变压器85形成，以操作灯50。变压器85包含第一绕组M₁和第二绕组M₂。变压器85的第一绕组M₁与灯50串联连接。变压器85的第二绕组M₂用于提供电源电压。除了变压器85提供电源电压以外，图10与图2中示出了的电流模式谐振逆变器的操作完全相同。变压器85是具有两个绕组的电感器。从输入电压V+连接电阻器45，以在向电流模式谐振逆变器供电时对电容器65充电。电容器65进一步经连接以向第二控制电路200提供第二电源电压V_CC2。当电容器65上的电压高于启动阈值时，第二控制电路200将开始操作。二极管60从变压器85的第二绕组M₂耦合到电容器65，以便在谐振电路开始开关时，进一步对第二控制电路200供电。二极管90和电容器95形成充泵电路。充泵电路耦合到电容器65，以向第一控制电路100提供第一电源电压V_CC1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，可利用上述揭示的结构及技术内容作出若干的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (12)

1.一种谐振逆变器电路，其特征在于包括：

谐振电路，其由电容器和电感器形成，以操作灯；

电流变压器，其耦合到所述谐振电路，以响应于所述谐振电路的开关电流而产生控制信号；

控制电路，其包含第一控制电路和第二控制电路，用于响应所述控制信号而产生开关信号；

第一晶体管和第二晶体管，其经耦合以响应所述开关信号，进而开关所述谐振电路；

电容器，其耦合到所述电流变压器，以为所述第二控制电路产生电源电压；

启动电阻器，其中输入电压经由所述启动电阻器而为所述电容器充电；以及

充泵电路，其耦合到所述电容器，以为所述第一控制电路提供另一电源电压，其中所述充泵电路响应于所述第一晶体管和所述第二晶体管的开关操作而操作。

2.根据权利要求1所述的谐振逆变器电路，其特征在于：

一旦所述控制信号高于第一阈值，所述开关信号便被启用；且一旦所述控制信号低于第二阈值，所述开关信号便被禁用。

3.根据权利要求1所述的谐振逆变器电路，其特征在于所述控制电路包括：

比较器，其耦合到所述电流变压器以响应于所述控制信号而产生启用信号，其中一旦所述控制信号高于所述第一阈值，所述启用信号便被启用，且一旦所述控制信号低于所述第二阈值，所述启用信号便被禁用；

启动电路，其经耦合以检测所述电源电压，以在所述电源电压高于启动阈值时，产生启动信号；以及

单触发电路，其耦合到所述启动电路以响应于所述启动信号而产生单触发信号，其中所述开关信号是响应于所述单触发信号和所述启用信号而产生。

4.一种谐振逆变器，其特征在于包括：

谐振电路，其由电容器和电感器形成以驱动负载；

变压器，其耦合到所述谐振电路以响应于所述谐振电路的开关操作，而产生控制信号；

控制电路，其经耦合以响应于所述控制信号而产生开关信号；以及

第一晶体管和第二晶体管，其经耦合以响应于所述开关信号而开关所述谐振电路，其中所述变压器经耦合以提供电源电压，来用于产生开关信号。

5.根据权利要求4所述的谐振逆变器，其特征在于：

所述变压器为电流变压器。

6.根据权利要求4所述的谐振逆变器，其特征在于还包括：

电容器，其耦合到所述变压器，以为所述控制电路产生所述电源电压；

启动电阻器，其中输入电压经由所述启动电阻器为所述电容器充电；以及

充泵电路，其耦合到所述电容器以提供另一电源电压；其中所述充泵电路响应于所述第一晶体管和所述第二晶体管的开关操作而操作。

7.根据权利要求4所述的谐振逆变器，其特征在于：

一旦所述控制信号高于第一阈值，所述开关信号便被启用；

一旦所述控制信号低于第二阈值，所述开关信号便被禁用。

8.根据权利要求4所述的谐振逆变器，其特征在于所述控制电路包括：

比较器，其耦合到所述变压器以响应于所述控制信号而产生启用信号，其中一旦所述控制信号高于所述第一阈值，所述启用信号便被启用，且一旦所述控制信号低于所述第二阈值，所述启用信号便被禁用；

启动电路，其经耦合以检测所述电源电压，以在所述电源电压高于启动阈值时产生启动信号；以及

单触发电路，其耦合到所述启动电路以响应于所述启动信号而产生单触发信号，其中所述开关信号是响应于所述单触发信号和所述启用信号而产生。

9.一种逆变器，其特征在于包括：

谐振电路，其由电容器和电感器形成，以操作灯；

电流变压器，其耦合到所述谐振电路，以响应于所述谐振电路的开关电流而产生控制信号；

控制电路，其用于响应于所述控制信号而产生开关信号；以及

第一晶体管和第二晶体管，其经耦合以响应于所述开关信号来开关所述谐振电路；其中所述变压器提供电源电压，以用于产生所述开关信号。

10.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于还包括：

电容器，其耦合到所述变压器，以为控制电路产生所述电源电压；

启动电阻器，其中输入电压经由所述启动电阻器而为所述电容器充电；以及

充泵电路，其耦合到所述电容器以提供另一电源电压；其中所述充泵电路响应于所述第一晶体管和所述第二晶体管的开关操作而操作。

11.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于：

一旦所述控制信号高于第一阈值，所述开关信号便被启用；且一旦所述控制信号低于第二阈值，所述开关信号便被禁用。

12.根据权利要求9所述的逆变器，其特征在于所述控制电路包括：

比较器，其耦合到所述电流变压器以响应于所述控制信号而产生启用信号，其中一旦所述控制信号高于所述第一阈值，所述启用信号便被启用，且一旦所述控制信号低于所述第二阈值，所述启用信号便被禁用；

启动电路，其经耦合以检测所述电源电压，以在所述电源电压高于启动阈值时产生启动信号；以及

单触发电路，其耦合到所述启动电路以响应于所述启动信号而产生单触发信号，其中所述开关信号是响应于所述单触发信号和所述启用信号而产生。

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