CN101170864A - 具有预热控制的集成电路的镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有预热功能的镇流器，用于灯管。其中灯管与电感与电容串联以形成谐振电路。由控制电路所控制的第一开关与第二开关与谐振电路耦接，且用于切换此谐振电路。电阻电容电路包括由第一电阻与第二电阻串联形成的一分压器，以及与第二电阻并联的一电容。切换频率取决于电压。

Description

具有预热控制的集成电路的镇流器

技术领域

本发明涉及一种镇流器(ballast)，且特别是涉及一种运用在灯管(lamp)中具有预热灯丝功能的镇流器。

背景技术

灯管为日常生活中一种常用的光源。提高灯管的使用效率能有效地节省能源。在近期的研究中，如何提高灯管的效率以及节省灯管的镇流器的功率消耗成为主要的研究要点。而最近几年的研究结果显示，在点亮灯管之前预热灯丝有助于使灯丝更容易地产生自由电子，这不仅能减少两阴极间的点灯电压(ignition voltage)，也能延长灯管的使用寿命。多数已知的电子镇流器并联于一电容，作为灯管的启动电容，以达到在灯管被点亮之前预热灯丝的目的。然而，由于电容两端的电压降，在灯管预热期间会产生炽热电流(glow current)，并导致灯管寿命的缩短。

图1示出了已知使用于集成电路60且具有预热灯丝功能的电子镇流器的串联谐振(series resonant)电路。半桥式逆变器(half-bridgeinverter)4由第一开关41与第二开关42组成，而第一开关41与第二开关42由来自集成电路60的切换信号S1与S2控制。第一开关41与第二开关42互补性地导通与断开，且在所需的切换频率下各具有约50％的工作周期(duty cycle)，而切换频率则由电阻12与电容14控制。谐振电路由电感80、电容81与灯管90组成。灯管90并联于电容91，而电容91作为启动电容。预热电路1包括逻辑电路11、电阻12、电容14与串联于电阻13的开关15。预热功能通过响应切换信号S3来控制开关15使电阻13与电阻12并联达到高频切换而实现。在灯管被点亮前，灯丝预热的持续时间由逻辑电路11控制。使用高启动频率可避免灯丝在启动时的应力(stress)，且可减少灯管的点灯电压。

图2示出了了另一种已知的具有预热功能的电子镇流器。图2中的电子镇流器包括集成电路60、半桥式逆变器4，其中半桥式逆变器4由第一开关41与第二开关42组成，而第一开关41与第二开关42由来自集成电路60的切换信号S1与S2控制。第一开关41与第二开关42、电阻21与23、电容22与24、电感80、电容81、以及灯管90与电容91并联连接。电容91作为启动电容。电阻21用于设置预热频率，且电容22用于设置预热时间周期。电阻23与电容24用于设置操作频率(run frequency)。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有预热功能的镇流器，而预热功能通过在所需的预热时间内控制一高启动频率而实现。

本发明的另一目的是在于研发一种高效率表现的低成本电路。

本发明为灯管提供了一种具有预热功能的镇流器。其中灯管串联于电感与电容以形成谐振电路。由集成电路控制的第一开关与第二开关耦接于谐振电路以切换此谐振电路。电阻电容电路包括第一电阻、第二电阻与电容，其中第一电阻与第二电阻串联形成一分压器；电容并联于第二电阻。切换频率取决于电压。

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下。

附图说明

图1示出了一种已知的电子镇流器的示意图。

图2示出了另一种已知的电子镇流器的示意图。

图3示出了本发明的镇流器的实施例的电路示意图。

图4示出了本发明镇流器的波形图。

图5示出了本发明的实施例中灯管的各操作点的谐振槽波德图。

具体实施方式

图3示出了本发明镇流器电路的实施例的电路示意图。镇流器电路包括灯管90(例如荧光灯)、谐振电路、电容91、半桥逆变器4、以及集成电路60。谐振电路包括串联的电感80与电容81。电容91与灯管90并联连接，且作为启动电容。谐振电路产生一正弦波电压以使灯管90运作。半桥逆变器4包括串联的第一开关41与第二开关42。第一开关41耦接于谐振电路且由来自集成电路60的切换信号S1控制。第二开关42耦接于谐振电路且由来自集成电路60的切换信号S2控制。集成电路60为半桥式逆变器4提供切换信号S1与S2，并提供序列控制与保护，且与在电阻电容电路(resistor-capacitor circuit)3中的比较电压信号S4进行比较用于频率控制。电阻电容电路3包括第一电阻31、第二电阻32与电容33。第一电阻31与第二电阻32串联作为一分压器。电容33之上的电压信号S4的电压电平可通过分压器的比率来设置，例如通过第一电阻31与第二电阻32形成分压器，且影响切换频率。

图4的波形图显示了图3中电阻电容电路3的电压信号S4以及用于频率控制的集成电路60的切换信号S1和S2的比较。电阻电容电路3在起始时间t0至第二时间t2期间处于瞬时，电容33之上的电压信号S4在此期间会逐渐增加，且电阻电容电路3之上的电压信号S4在第二时间t2后会处于稳定状态。电压信号S4的电压电平(Level)会根据第一电阻31与第二电阻32形成的分压器比率而增加至一稳定值，电容33之上的电压信号S4可由以下公式得知：

$V_C=E(1-e^{\frac{t}{\mathrm{RC}}})---\left(1\right)$

其中VC为电容33之上的电压；E为由第一电阻31与第二电阻32所形成的分压器的比率而设置的电压；e为取决于指数-t/RC的自然对数；RC为第一电阻31的电阻值与电容32的电容值；且t为时间常数。

电阻电容电路3中稳定状态的电压信号S4的电压电平可由以下公式得知：

$V_{\mathrm{STEADY}}=V\left(\frac{R_A}{R_A+R_B}\right)---\left(2\right)$

其中V为直流总线(DC bus)的电压电平；RA为电阻电容电路3中的第一电阻31的电阻值；且RB为电阻电容电路3中的第二电阻32的电阻值。

电容91的阻抗Xc可由下列公式得知：

$X_C=\frac{1}{2\mathrm{\πfC}}---\left(3\right)$

其中f为切换频率；C为电容91的电容值。阻抗与切换频率以及电容91的电容值成反比。

初时，电容33之上的电压信号S4为零，然后逐渐增加。当电压信号S4的电压电平低于相对应于第一时间t1的第一阈值电压V1时，半桥式逆变换流器4切换至由集成电路60所控制的第一切换频率F1。在起始时间t0至第一时间t1期间，半桥式逆变器4以较高的速度切换，以预热灯丝，从而避免灯丝在启动时的应力，且可减少灯管90的点灯电压(预热模式)。

根据上述的公式(2)的频率，电容91的阻抗在起始时间t0至第一时间t1期间较小，因此电流可通过灯丝而达到预热的目的。一旦灯丝被预热，点灯电压与炽热电流(glow current)就会减少，以能够延长灯管的寿命。

当电压信号S4高于第一阈值电压V1时，切换频率会缓降(ramp down)至第二切换频率F2，直到电压信号S4的电压电平达到一稳定电压V2。在第一与第二时间(t1-t2)期间，切换频率会被扫频(sweep)且通过谐振电路的高Q区域(high-Q area)，以获得足够的能量而点亮灯管90(点亮模式)，且电容91的阻抗会逐渐升高以控制灯管90的电压降。在电容33之上的电压信号S4达到稳定电压V2后，则会进入相应于第二时间t2的稳定状态(操作模式)。半桥式逆变器4将停止扫频，并会切换频率到由集成电路60所控制的第二切换频率F2，且会固定于一个合理的公差范围内。切换频率取决于电容33之上的电压信号S4，且预热时间取决于电阻电容电路3的时间常数。

图5是根据本发明的实施例的灯管的各操作点的谐振槽(resonant tank)波德图(Bode plot)，其中灯管的各操作点已披露如上，其包括对应于频率变化的启动点、点灯点与操作点。

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，本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的前提下，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出若干的更改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 (10)

1.一种镇流器电路，其特征在于包括有：

一谐振电路，包括串联的一灯管、一电感与一电容；

一半桥式逆变器，耦接所述谐振电路，且所述半桥式逆变器包括串联的一第一开关与一第二开关；

一电阻电容电路，包括一电容、一第一电阻与一第二电阻，所述电阻电容电路以提供用于频率控制的一电压信号；以及

一集成电路，耦接于所述半桥式逆变器与所述电阻电容电路，所述集成电路根据所述电阻电容电路的电压信号而产生第一切换信号以及第二切换信号以驱动所述半桥式逆变器，且为所述镇流器电路提供序列控制、频率控制与保护。

2.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述半桥式逆变器的所述第一开关由所述第一切换信号控制。

3.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述半桥式逆变器的所述第二开关由所述第二切换信号控制。

4.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述半桥式逆变器的所述第一开关与所述第二开关互补性地导通与断开。

5.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述第一电阻与所述第二电阻串联，且一电容并联于所述第二电阻。

6.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述第一电阻与所述第二电阻串联，也作为一分压器。

7.根据权利要求6所述的镇流器电路，其中所述电压信号取决于所述分压器的比率。

8.根据权利要求1所述的镇流器电路，其中所述电阻电容电路用于逐渐增加在一瞬时的所述电压信号，且将所述电压信号稳定于一稳定状态。

9.根据权利要求1所述的镇流器电路，其特征在于所述镇流器电路还包括有：

一第一阈值电压，对应于第一时间，用于第一切换频率；以及

一稳定电压，对应于第二时间，用于在所述第一时间至所述第二时间期间从所述第一切换频率扫频至第二切换频率。

10.根据权利要求9所述的镇流器电路，其中所述第一阈值电压低于所述稳定电压。

Images