CN101218857A - 寄生电容补偿系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种寄生电容补偿系统和方法，具有用于电子镇流器的寄生电容补偿电路，包括响应于灯电压信号48和输出电流信号50产生相位差信号62的相位检测器60，响应于相位差信号62产生调光校正信号66的滤波器64，和响应于调光信号54和调光校正信号66产生调节的调光信号44的调节器68。用于电子镇流器的寄生电容补偿方法包括测量灯电压和输出电流之间的相位差，根据该相位差确定寄生电流量，以及将输出电流增加寄生电流量。

Description

寄生电容补偿系统和方法

技术领域

本发明一般而言涉及灯调光控制，更具体地涉及用于灯调光以补偿寄生电容的系统和方法。

背景技术

荧光灯的电子镇流器已经变得复杂精密并且广泛用于多种应用中。一种存在问题的应用是可调光的电子镇流器。例如，在低调光电平处，可变频率的电子镇流器工作在较高的频率，例如70至90kHz，并且灯电阻增加：灯电流可以小于10mA。来自电子镇流器的电流的大部分流过连接灯和镇流器的电线之间的寄生电容而没有流过灯。如果调光电平限制到总输出的5％，电线长度的设计限制通常为6英尺。

为了提供所需的具有更长电线的调光电平，电子镇流器必须产生更多的电流以弥补寄生电容损失的电流。图1是灯和布线的等效电路的示意图。灯电压Vlamp由产生输出电流Iout的电子镇流器产生。输出电流Iout在灯电流Ilamp和寄生电流Icap之间分开，其中灯电流Ilamp经过具有电灯电阻RL的灯，寄生电流Icap横穿连接电子镇流器到灯的电线之间的寄生电容CP。在一个示例中，在连接到灯的一个灯丝的两条AWG18电线和连接到灯的另一个灯丝的两条AWG18电线之间的寄生电容是约每英尺13pF。对于10英尺长的电线，寄生电容CP是130pF。对于以70kHz工作并且在室温下提供约3 95伏的Vlamp的电子镇流器，寄生电流Icap是2π·f·CP·Vlamp，或22.6mA。对于以2.5％调光电平工作的T5 35W的灯，灯电流Ilamp为约4.5mA，因此寄生电流Icap大于灯电流Ilamp。因此，为了将灯电流Ilamp保持在约4.5mA，电子镇流器必须提供电灯电流Ilamp的平方和寄生电流Icap之和的平方根，或23mA。

需要提供克服上述缺点的寄生电容补偿系统和方法。

发明内容

本发明的一个方面提供一种用于电子镇流器的寄生电容补偿电路，包括：响应于电灯电压信号和输出电流信号产生相位差信号的相位检测器，响应于相位差信号产生调光校正信号的滤波器，和响应于调光信号和调光校正信号产生调节的调光信号的调节器。

本发明的另一方面提供一种用于电子镇流器的寄生电容补偿方法，包括：测量灯电压和输出电流之间的相位差，根据该相位差确定寄生电流量，以及将输出电流增加寄生电流量。

本发明的另一方面是提供一种寄生电容补偿系统，包括：用于测量灯电压和输出电流之间的相位差的装置，用于根据该相位差确定寄生电流量的装置，以及用于将输出电流增加寄生电流量的装置。

附图说明

从下面本发明优选实施例的详细描述并且结合附图，将会更加清楚本发明的前述和其他特征及优点。详细描述和附图仅仅是本发明示例性描述而非限制性的，本发明的范围由所附的权利要求及其等价物限定。

图1是灯和布线的等效电路的示意图；

图2是根据本发明制造的具有寄生电容补偿的照明系统的方块图；

图3和4分别是根据本发明制造的用于调光电子镇流器的寄生电容补偿电路的示意图和电压迹线。

具体实施方式

图2是根据本发明制造的具有寄生电容补偿的照明系统的方块图。寄生补偿电路测量灯电压和镇流器输出电流之间的相位差，根据该相位差确定寄生电流的量，以及将输出电流增加寄生电流量以允许寄生电容。这确保了灯电流保持在调光信号所要求的调光电平下，即使对于几个百分比的调光电平以及连接镇流器和灯的长的灯电线也是这样。

电子镇流器20在电源22处接收电源电力，例如120伏或277伏的电源线电力。可操作地连接到整流器26的EMI滤波器24去除了由预处理器28和逆变器30产生的高频谐波。整流器26整流来自EMI滤波器24的滤波AC电压并且为预处理器28提供DC电压，其增加DC电压并使其平滑，并且将输入功率因子校正到大于0.9。逆变器30响应于来自驱动控制器34的驱动信号32，将平滑的DC电压转换成高频方波电压。该高频方波电压通过阻塞电容器C24提供给包括电感器L3和电容器C23的谐振回路电路。跨接在电容器C23上的输出变压器T4在镇流器输出36处提供功率，该镇流器输出可操作地通过灯电线40连接到灯38。

驱动控制器34对反馈信号42和调节的调光信号44作出响应以产生驱动信号32。反馈电路46响应于来自输出变压器T4中心接头部分的灯电压信号48和来自可操作地连接到镇流器输出36的电流变压器T5(在电阻器R1处)的输出电流信号50以产生反馈信号42。寄生补偿电路52响应于来自调光接口56的调光信号54、灯电压信号48和输出电流信号50以产生调节的调光信号44。调光信号54反映了用户所需的灯38的灯电平。

寄生补偿电路52包括：响应于灯电压信号48和输出电流信号50产生相位差信号62的相位检测器60，响应于相位差信号62产生调光校正信号66的滤波器64，和响应于调光信号54和调光校正信号66产生调节的调光信号44的调节器68。寄生补偿电路52允许通过长的灯电线40调光，例如1至30英尺，在更低的调光电平，例如全部输出的百分之0.5至20。在一个示例中，百分之三的调光电平可以通过20英尺的电线长度实现。在另一示例中，百分之一的调光电平可以通过6英尺的电线长度实现。在另一示例中，百分之五的调光电平可以通过30英尺的电线长度实现。本领域技术人员会理解对寄生补偿电路52的使用并不局限于上述示例性的电子镇流器，而是如果需要调光，也可以与实际上的任何镇流器一起使用这些寄生补偿电路52。在一个实施例中，寄生补偿电路52结合在驱动控制器34中作为模拟电路、数字电路或微处理程序。

图3是根据本发明制造的用于调光电子镇流器的寄生电容补偿电路的示意图，其中相同的元件用与附图2相同的附图标记表示。寄生补偿电路52测量灯电压信号48和输出电流信号50之间的相位差，根据该相位差确定调光校正，以及通过调光校正调节调光信号54以产生调节的调光信号44。图4示出了图3的寄生电容补偿电路的电压迹线。

参考图3，寄生补偿电路52包括相位检测器60、滤波器64和调节器68。相位检测器60包括电压零交叉比较器80、电流零交叉比较器82和逻辑电路84。相位检测器60将灯电压转换成方波电压，将输出电流转换成方波电流，并且通过对方波电压和方波电流进行或操作(ORing)或者或非操作(NORing)逻辑组合方波电压和方波电流以产生相位差。

电压零交叉比较器80包括：将灯电压信号48提供给比较器U1A的正输入端的电阻器R3，连接到比较器U1A的负输入的接地，包括在比较器U1A的正和负输入端之间的二极管D1和D2的可选输入保护电路，和将比较器U1A的输出端连接到参考电压Vdd的电阻器R4。电压零交叉比较器80响应于灯电压信号48在比较器U1A的输出端处产生具有百分之五十占空比的方波电压信号86。

电流零交叉比较器82包括：将输出电流信号50提供给比较器U1B的正输入端的电阻器R2，连接到比较器U1B的负输入端的接地，和将比较器U1B的输出端连接到参考电压Vdd的电阻器R5。在一个实施例中，电流零交叉比较器82可以包括在比较器U1B的正和负输入端之间的可选输入保护电路，类似于在具有二极管D1和D2的电压零交叉比较器80中使用的。电流零交叉比较器82响应于输出电流信号50在比较器U1B的输出端处产生具有百分之五十占空比的方波电流信号88。

逻辑电路84对方波电压信号86和方波电流信号88进行或操作以产生相位差信号62。相位差信号62的宽度包括：由于相位差产生的可变部分，和来自百分之五十的占空比的恒定部分，其与相位差无关。逻辑电路84包括二极管D3、D4、电阻器R6、R7、R8、比较器U1C和电阻器R9。二极管D3、D4将方波电压信号86和方波电流信号88提供到比较器U1C的正输入端，其也通过电阻器R7接地。比较器U1C的负输入端连接到分压器，其包括连接在参考电压Vdd和地之间的电阻器R6、R8。比较器U1C的输出端通过电阻器R9连接到参考电压Vdd。本领域技术人员会理解逻辑电路84并不局限于示例性的或(OR)电路和其他逻辑组合，例如可以使用或非(NOR)电路。当逻辑电路84是对方波电压信号86和方波电流信号88进行或非操作以产生相位差信号62的或非电路时，相位差信号62的宽度仅仅取决于相位差。

滤波器64包括接收来自逻辑电路84的相位差信号62的电阻器R10和接地的电容器C1。滤波器64把方波相位差信号62转换成DC调光校正信号66。DC调光校正信号66的幅度包括来自方波相位差信号62的相位差部分的可变DC部分，和等于来自方波相位差信号62的百分之五十占空比的Vdd/2的恒定DC部分。

调节器68把调光校正信号66添加到调光信号54以产生调节的调光信号44。调节器68包括连接在共同节点处的电阻器R11、R12、R13以提供调节的调光信号44。电阻器R11接收调光校正信号66，电阻器R12接地，并且电阻器R13接收调光信号54。调节器68还包括连接在滤波器64和电阻器R11之间的齐纳二极管DZ1作为零相移校正以从DC调光校正信号66中去除恒定的DC部分Vdd/2。当逻辑电路84是或电路时，引入恒定的DC部分。本领域技术人员会理解用作零相移校正的齐纳二极管DZ1对其他实施例是可选的。在一个实施例中，当逻辑电路84是或非电路时，DC调光校正信号66不包括来自方波相位差信号62百分之五十的占空比部分的恒定DC部分，因此不需要零相移校正，并且可以省略齐纳二极管DZ1。在另一实施例中，驱动控制器34可以设计成补偿调节的调光信号44的百分之五十的占空比部分，当没有齐纳二极管DZ1时，其从DC调光校正信号66转至调节的调光信号44。

参考图1，灯和布线的等效阻抗Vlamp/Iout等于RL/(1+j·W·RL·CP)，其中RL是灯电阻，j是虚数单位，W是操作频率，Vlamp是灯的电压，并且CP是寄生电容。Vlamp和Iout之间的相位差等于-Atan(W·RL·CP)。相位差a通常在0到80度之间。图4A示出了灯电压信号48和具有相位差a的输出电流信号50的波形。在操作过程中，寄生补偿电路的逻辑电路接收方波电流信号88和方波电压信号86，分别如图4B和4C所示。图4D示出了相位差信号62，其具有等于T/2+Atan(W·RL·CP)/W的脉冲宽度D，其中T是循环周期。脉冲宽度D的T/2部分来自百分之五十的占空比，当逻辑电路84是或电路时其变大，而脉冲宽度D的Atan(W·RL·CP)/W部分来自相位差a。图4D示出了在齐纳二极管DZ1处的调光校正信号66，并且具有等于Vdd·(1/2+Atan(W·RL·CP)/(2·π))的方波电压，其中Vdd是参考电压。

本领域技术人员将理解，可使用上述部件和电路中的大量变型来测量灯电压和输出电流之间的相位差，根据相位差确定寄生电流量，并将输出电流增加寄生电流量。在一个实施例中，响应于灯电压信号48和输出电流信号50产生相位差信号62的相位检测器60可以是锁相环集成电路。在另一个实施例中，逻辑电路84是或非电路并且相位差信号62的宽度仅仅取决于相位差。由于相位差信号62不包括转为调光校正信号66的来自百分之五十占空比的部分，因此在调节器68中不需要齐纳二极管DZ1。在另一实施例中，相位检测器60可以是零交叉检测电路，检测灯电压信号48与零交叉和输出电流信号50与零交叉之间的时间差。

零交叉检测电路通过检测输出电流的电流零交叉时间和检测灯电压的电压零交叉时间来测量灯电压和输出电流之间的相位差，然后根据电流零交叉时间和电压零交叉时间之间的时间差来确定相位差。电流零交叉时间由监测输出电流信号50的电流零交叉检测器确定。电压零交叉时间由监测灯电压信号48的电压零交叉检测器确定。计算器被用于根据电流零交叉时间和电压零交叉时间之间的时间差来产生相位差信号62。在一个实施例中，电流零交叉检测器、电压零交叉检测器和计算器可以实现在一个集成电路上，例如微处理器。本领域技术人员将理解，可以分别在相应的输出电流信号50和灯电压信号48的不同点处检测电流零交叉时间和电压零交叉时间，如特定应用所要求的。在一个实施例中，电流零交叉时间被检测为输出电流信号50从负到正经过零，电压零交叉时间被检测为灯电压信号48从负到正经过零。在另一实施例中，电流零交叉时间被检测为输出电流信号50从负到正经过零，电压零交叉时间被检测为灯电压信号48从正到负经过零。如所需要的，相位差a可以在一部分循环、一个循环或多个循环上测量。

虽然目前认为在这里公开的本发明的实施例是优选的，但在不脱离本发明的范围的情况下可以对本发明进行各种改变和改进。本领域技术人员将理解，根据图2和3描述的实施例是示例性的，并且替代的电路包括模拟和/或数字电路可根据需要用于特定应用。本发明的范围由所附的权利要求限定，在等效的含义和范围内的所有改变都被认为包括在权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种用于电子镇流器的寄生电容补偿电路，包括：

响应于灯电压信号48和输出电流信号50产生相位差信号62的相位检测器60；

响应于该相位差信号62产生调光校正信号66的滤波器64；和

响应于调光信号54和调光校正信号66产生调节的调光信号44的调节器68。

2.如权利要求1所述的电路，其中相位检测器60包括：

响应于灯电压信号48产生方波电压信号86的电压零交叉比较器80；

响应于输出电流信号50产生方波电流信号88的电流零交叉比较器82；和

响应于灯电压信号48和输出电流信号50产生相位差信号62的逻辑电路84。

3.如权利要求2所述的电路，进一步包括可操作与电压零交叉比较器80连接的输入保护电路。

4.如权利要求2所述的电路，进一步包括可操作与电流零交叉比较器82连接的输入保护电路。

5.如权利要求2所述的电路，其中逻辑电路84选自包括或电路和或非电路的组。

6.如权利要求1所述的电路，其中相位检测器60包括：

响应于输出电流信号50检测电流零交叉时间的电流零交叉检测器；

响应于灯电压信号48检测电压零交叉时间的电压零交叉检测器；和

根据电流零交叉时间和电压零交叉时间之间的时间差产生相位差信号62的计算器。

7.如权利要求1所述的电路，其中调节器68具有零相移校正。

8.如权利要求1所述的电路，其中调光信号54占全部输出的百分之0.5-20。

9.如权利要求1所述的电路，进一步包括连接镇流器和灯38的电灯电线40，其中电灯电线40长1-30英尺。

10.一种用于电子镇流器的寄生电容补偿方法，包括：

测量灯电压和输出电流之间的相位差；

根据该相位差确定寄生电流量；以及

将输出电流增加寄生电流量。

11.如权利要求10所述的方法，其中测量包括：

将灯电压转换成方波电压；

将输出电流转换成方波电流；以及

逻辑组合方波电压和方波电流以产生相位差。

12.如权利要求11所述的方法，其中逻辑组合选自包括或操作和或非操作的组。

13.如权利要求10所述的方法，其中测量方法包括：

检测输出电流的电流零交叉时间；

检测电灯电压的电压零交叉时间；以及

根据电流零交叉时间和电压零交叉时间之间的时间确定相位差。

14.如权利要求10所述的方法，其中：

确定包括根据相位差确定调光校正；

增加包括通过调光校正调节调光信号。

15.如权利要求14所述的方法，进一步包括在零相移处校正调光校正。

16.一种寄生电容补偿系统，包括：

用于测量灯电压和输出电流之间的相位差的装置；

用于根据该相位差确定寄生电流量的装置；和

用于将输出电流增加寄生电流量的装置。

17.如权利要求16所述的系统，其中用于测量的装置包括：

用于将灯电压转换成方波电压的装置；

用于将输出电流转换成方波电流的装置；和

用于逻辑组合方波电压和方波电流以产生相位差的装置。

18.如权利要求17的系统，其中用于逻辑组合的装置选自以下组，该组包括：用于将方波电压和方波电流进行或操作的装置，和用于将方波电压和方波电流进行或非操作的装置。

19.如权利要求16的系统，其中用于测量的装置法包括：

用于检测输出电流的电流零交叉时间的装置；

用于检测灯电压的电压零交叉时间的装置；和

用于根据电流零交叉时间和电压零交叉时间之间的时间确定相位差的装置。

20.如权利要求16的系统，其中：

用于确定的装置包括根据相位差确定调光校正的装置；

用于增加的装置包括通过调光校正调节调光信号的装置。

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