CN101352106A - 用于电镇流灯的振辐因数减小方法 - Google Patents

Abstract

降压转换器在降压转换器输出生成直流(DC)总线电压。换流器电路耦合到降压转换器，并且被配置为接收生成的DC电压并将DC电压转换为交流(AC)电压以驱动灯。功率控制电路耦合到降压转换器输出，并且被配置为提供控制电压信号给降压转换器，使得降压转换器生成预定值的DC电压和电流。振幅因数减小电路耦合到(a)降压转换器输出，以读出生成的DC总线电压的改变率；以及(b)功率控制电路，以基于读出的DC总线电压的改变率修改控制电压信号。

Description

用于电镇流灯的振幅因数减小方法

技术领域

本示例性实施例涉及电子镇流器。它与高强度放电灯(HID)结合得到特定应用，并且将用对其的特定引用来描述。然而，要认识到，本示例性实施例还可符合如荧光灯等的其他电镇流灯。

背景技术

镇流器是用于提供功率给如电放电灯的负载并调整其电流的电气设备。镇流器提供高电压以启动灯，导致开始电弧形成过程的气体电离。一旦建立电弧，镇流器就通过提供适当的受控电流给灯，以便允许灯继续运行。

高强度放电灯的灯电流质量的重要指标是灯电流的电流振幅因数(CCF)。优选地为低CCF，即接近一致(unity)的CCF，因为高CCF可能导致灯的劣化，其随后将减少灯的寿命。波形的振幅因数被定义为峰值除以RMS值。理想地，方波具有一致的振幅因数，因为RMS和峰值幅度相等。典型地，提供接近于一致的振幅因数的镇流器允许最大的灯寿命，例如40，000运行小时。振幅因数对波形中具有短持续时间的顶点的存在敏感，因为RMS值与信号中的能量成比例。例如，短期峰值不包含大量能量。

典型地，低频方波镇流器包括三阶段功率转换处理。首先，在阶段1，AC功率线电压被整流和滤波。在中间阶段2，DC电压被转换为DC电流。在阶段3，DC电流被转换为AC电流。在换向器的转变间隔期间，将DC换流为AC的换向器(commutator)或换流器周期性地去载中间阶段。这导致提供功率给灯的中间阶段的输出电压在短暂的时间段突变到较高电平。例如，在换向器的转变间隔期间，电压从90伏突跳到120伏。这经常导致电流振幅因数超过在稳态运行期间的最大设置值1.5或在预热期间的最大设置值1.8。

减少灯电流振幅因数的一种方法是使用单向缓冲器(snubber)电路。

本申请构想了克服上述问题和其他问题的新的方法和装置。

发明内容

根据一个方面，公开了一种用于操作灯的连续模式电子镇流器。降压转换器生成直流(DC)输出。换流器电路耦合到降压转换器输出，并被配置为接收生成的DC电压并且将其转换为交流(AC)电压以驱动灯。功率控制电路耦合到降压转换器，并且被配置为提供控制电压信号给降压转换器，使得降压转换器生成预定的灯功率。振幅因数减小电路耦合到降压转换器输出，用于读出生成的DC总线电压的改变率，并且耦合到功率控制电路，用于基于读出的DC总线电压的改变率修改控制电压信号。

附图说明

图1是镇流器的示意图示；

图2是镇流器的细节部分的示意图示；

图3是镇流器的另一细节部分的示意图示；以及

图4是镇流器的另一细节部分的示意图示。

具体实施方式

参照图1，电子镇流器10包括将交流(AC)电压转换为直流(DC)电压的整流电路12。整流电路12经由正电压端16和中性端18耦合到AC电源14。典型地，AC电源的线频率是50Hz或60Hz。整流电路12将AC输入电压转换为全波整流电压。整流电路12连接到作为到直流(DC)电压转换器的直流(DC)电压的降压转换器20。滤波电容器或多个电容器22跨接降压转换器20的正极和接地输入端30和32。降压转换器20的正极和负极输出端34和36耦合到换流器电路44的输入线38和40。换流器电路44将DC转换为AC。振幅因数减小电路46耦合到降压转换器正极输出端34和接地，以检测换流器DC总线上的电压改变的增加率，并关闭降压转换器20一段时间以减少降压转换器输出电流，如下详细描述。功率控制电路48耦合到降压转换器正极输入端30和接地，以控制降压转换器操作，并且耦合到测量流到降压转换器20中的电流量的读出电阻器。这两个信号一起确定多少功率流到降压转换器中，最终调整流到灯中的功率量。波纹检测电路50耦合到降压转换器正极输入端30和接地以读出DC电压中的AC分量。由于全波整流器12，AC分量是功率线频率的两倍。功率控制电路48衰减读出的AC电压，使得波纹电压实质上减少，如下详细描述的。短路保护电路52耦合到降压转换器正极输出端34和接地以检测低压，并且当灯电压低于预定阈值时关闭换流器电路44，如下详细描述的。换流器电路44连接到输出电路56，该换流器电路44典型地包括电感器和绕组以脉冲启动灯。输出电路56连接到第一和第二负载端或电极58和60以驱动如HID灯、荧光灯或由电子镇流器操作的任何其他灯的负载62。

继续参照图1并且还参照图2，降压转换器20包括降压转换器控制器64，如例如由ST电子制造的控制器PN L6562。降压控制器64接通和关断可控导通的第一或降压开关66。功率经由电阻器70从正极端30提供到降压控制器引脚。当第一开关66接通时，输入电压施加到与第一开关66串联连接的第一或降压电感器74。功率传送到降压转换器输出端34和36。在第一电感器74中建立电流。与第一或降压空转(freewheeling)二极管78和第一电感器74耦合的第一或降压充电电容器76通过第一电感器74充电。当第一开关66关断时，通过第一电感器74的电流反向。第一二极管78变为前向偏压。第一电感器74和第一电容器76中存储的能量传送到降压转换器输出端34和36。通过改变第一开关66的占空因数(duty cycle)获得输出电压调整。功率控制电路48经由电阻器80接收读出或转换器总线电压信号V_s以及与降压转换器输入电流I_s成比例的信号。通过调整如下所述由功率控制电路48提供的设置点SP，读出电压信号V_s可用于控制灯62的功率以跟踪设置点SP。当功率线电压改变时，电压读出信号V_s帮助调整施加到灯的功率。更具体地，总线电流I_s被导向具有电阻器80和电容器86的低通滤波器82。在低通滤波器82的输出88的输出电压信号V_o表示总线电流I_s的平均值，并且与提供给灯62的实际输出功率成比例。

误差放大器90经由包括串联连接的电阻器96和97的电阻分压器94，在误差放大器输入端92接收输出电压信号V_o，并且确定输出电压信号V_o和设置点电压信号SP之间的差。电容器98与电阻器96和97串联连接。二极管99连接在端子92和地之间。

设置点电压信号SP由设置点放大器100经由设置点放大器输出线101和电阻器102提供。更具体地，设置点放大器100通过电阻器106，经由第一设置点放大器输入线104接收电压信号V_b作为输入。基准电压信号V_R经由第二设置点放大器输入线108提供给设置点放大器100。通过采用来自输入DC电压V_b的反馈，设置点电压信号SP根据实际输入线电压V_b调节，以减少灯62的操作电压的变化。降压控制器64的控制电压信号V_x从设置点电压信号SP得出，并且经由线114从包括串联连接的电阻器118和119的电阻分压器116提供给降压控制器倍增器(multiplier)113的输入112。

误差放大器90在误差放大器输出线120中生成放大的误差信号V_c，该误差信号与输出电压信号V_o和设置点电压信号SP之间确定的差成比例。放大误差信号V_c或误差放大器输出经由包括串联连接的电阻器126和128的电阻分压器124提供给降压控制器64的换流输入引脚122。放大误差信号V_c还经由电阻器126和128提供给降压控制器64的补偿输入引脚130。补偿网络131放置在换流和补偿引脚122和130之间，以实现电压控制回路的稳定性并确保高功率因数。

降压开关64的电压输出132输出脉宽调制信号V_PWM。脉宽调制信号经由电阻器134提供给降压开关66。比较器非换流输入136从串联连接到降压开关66的电阻器138接收PWM电压信号V_PWM。PWM电压信号V_PWM与在降压开关66的导通段流过降压开关66和第一电感器74的电流成比例。电压信号V_PWM与由控制电压信号V_x确定的内部基准电压信号比较。当电压信号V_PWM等于内部基准电压信号时，降压控制器64关断降压开关66。

结果，PWM电压信号V_PWM确定通过降压开关66的峰值电流，其确立多少电流馈送到换流器44中。

继续参照图1并且还参照图3，换流器44连接到降压转换器20的输出端34和36，用于将由降压转换器20提供的DC电压换流为AC电压，并且提供AC电流以驱动灯62。换流器44包括第一和第二驱动器180和182，如例如由ST电子制造的PN L6269A。每个驱动器180和182包括相应对的第一低侧和高侧缓冲器以及第二低侧和高侧缓冲器188、190、192和194。第一下部开关196和上部开关198每个通过各自的电阻器200和202连接到相应的第一低侧缓冲器188和高侧缓冲器190。第二下部开关204和上部开关206每个通过各自的电阻器208和210连接到相应的第二低侧缓冲器192和高侧缓冲器194。

每个缓冲器对以互补方式驱动相应的第一下部开关196和上部开关198和第二下部开关204和上部开关206。第一下部开关和上部开关以及第二下部开关和上部开关196、198、204和206是可控导通设备，如例如MOSFET。第一下部开关196串联连接到与第一高侧缓冲器190连接的第一上部开关198。第二下部开关204串联连接到与第二高侧缓冲器194连接的第二上部开关206。当第一下部开关196和第二第开关204接通时，提供功率到相应的第一高侧缓冲器190和第二高侧缓冲器194。当第一下部开关196和第二下部开关204关断时，通过相应的第一侧充电电容器220和第二侧充电电容器222提供功率到第一高侧缓冲器190和第二高侧缓冲器194。第一下部开关196和第二下部开关204以及第一上部开关198和第二上部开关206交替接通以补充相应的充电电容器220和222上的电荷。

到第一驱动器180和第二驱动器182的转换器总线电压V_s经由端34通过功率线电阻器224提供到相应的第一功率引脚230和第二功率引脚232。电阻器224与相应的第一电解存储电容器234和第二电解存储电容器236串联连接。电阻器224提供初始功率给驱动器180和182。电容器234和236经由端子34，通过电阻器224和DC总线充电。当第一功率引脚230的电压超过驱动器180和182的低压锁定电压时，第二驱动器182的振荡器开始操作。振荡器定时电阻器250连接到第二驱动器182的振荡器定时电阻器引脚252。振荡器定时电容器254连接到第二驱动器182的振荡器定时电容器引脚256。振荡器定时电阻器250和振荡器定时电容器254协作确定第二驱动器182的振荡频率。电阻器258连接在第二驱动器182的振荡器输出和电容器259之间。电容器259和电阻器258提供稍微的延迟，以防止第一驱动器180的低侧缓冲器188和高侧缓冲器190同时导通，因此防止第一低侧开关196和上侧开关198同时接通。这防止DC总线被第一下部开关196和第一上部开关198短路。第二驱动器182的振荡器电路的电阻器250和电容器254将灯62操作的频率设置如大约130Hz，这是实质上比降压阶段的切换频率低的频率。第一缓冲器电容器260和第二缓冲器电容器262并联连接到相应的第一下部开关196和第二下部开关204以允许换流器44以零电压切换操作。

第一电感器264互耦到第二电感器265。第一电感器264连接到第一上部开关198和第一输出灯端子58。第二电感器265经由串联连接的输出电路电阻器266、元件272和电容器274连接到第一上部开关198和第二上部开关206。第二上部开关206串联连接到第二输出灯端子60。输出电路电阻器268和串联连接的输出电路二极管270并联连接到第一电感器264和第二电感器265。电容器276并联连接到灯输出58和60。输出电路56的元件协作点亮灯62并且提供初始预热电流并且在正常灯操作期间预定交流电压。电感器264还衰减从之前的降压阶段产生的高频波纹电流。

继续参照图1和3并且还参照图4，短路保护电路52连接在降压转换器20和换流器44之间，以检测转换器总线电压V_s，并且当检测到如大约20V的低压情况时关断换流器44。尽管为了简化仅示出第一驱动器182，但是预期到短路保护电路52以类似方式控制第一驱动器182和第二驱动器184。当灯62被点亮后紧接着冷却时，灯62的特性在于低阻抗。在此情形，灯62实际处于短路，例如，灯端子58和60之间的电压可能大约为20V。典型地，换流器44在灯62点亮之前开始运行，例如，换流器的输出端在点亮之前打开。当灯点亮时，灯的阻抗快速降到其稳态值的大约5％。通常，在低输出电压模式期间不期望短路保护电路的激活。当气体温度在全电弧模式下增长时，灯电压增长，直到其达到稳态电压。如果例如作为错误镇流器安装处理的结果换流器44的输出短路，则第一下部开关和上部开关以及第二下部开关和上部开关196、198、204和206可能过热，并且还热压迫降压转换器20的第一开关66。短路保护电路52检测低压，例如，小于20V的电压，并且关断换流器44，由此减轻引起开关66、196、198、204和206过热的短路效应。换流器通过短路驱动器180和182的供应电压管脚230和232而关断。

更具体地，短路保护电路52包括锁存器280，该锁存器280包括第一锁存器晶体管282和第二锁存器晶体管284。锁存器280读出转换器总线电压V_s，该转换器总线电压经由功率线电阻器224提供给锁存器280。

在正常灯操作期间，第一驱动器180和第二驱动器182驱动下部开关和上部开关196、198、204和206。如果转换器总线电压V_s降到如15V或20V的预定阈值之下，则电流从第一锁存器晶体管282的基极286汲取。第二晶体管284的集电极287连接到第一晶体管282的基极286。第二晶体管284的基极288连接到第一晶体管282的集电极289。当电流从第一晶体管基极286汲取时，电流还从第二晶体管基极288汲取。锁存器280被触发。例如，第一锁存器晶体管282和第二锁存器晶体管284经由再生处理导通。

当在导通时，第一锁存器晶体管282和第二锁存器晶体管284放电第一存储电容器234和第二存储电容器236的能量，导致第一驱动器180和第二驱动器182的低压锁定电路接合，由此关断换流器44。当存储电容器234和236几乎完全放电到大约1V或2V时，锁存器280打开。因为换流器正被关断，所以此时的转换器总线电压V_s为高电压，并且存储电容器234和236经由功率线电阻器224充电。当存储电容器234和236充电到第一驱动器180和第二驱动器182激活的电压(大约8到9V)时，驱动器182和184接通并且开始操作开关196、198、204和206，从而导致转换器总线电压V_s放电到输出短路中或导致转向器总线电压V_s降到低于15V或20V以下的低阻抗。锁存处理重复，关断换流器44和保护开关66、196、198、204和206。该处理的占空因数实质上通过其花费多久来通过功率线电阻器224充电存储电容器234和236来确定。在一个实施例中，短路保护电路52具有非常短的占空因数。在这样的电路中，在此情况下换流器的接通时间与处理时段相比非常短。当短路被移除时，换流器重启。灯的点亮、预热和稳态控制的处理恢复。

在第二晶体管基极288和接地之间连接的电阻器290确定电流电平以切断(trip)锁存器280。电容器292和294通过用作低通滤波器帮助减轻错误触发。电阻器296与存储电容器234和236串联连接，以限制到锁存器280的电流。在一个实施例中，二极管298与存储电容器234和236并联连接，以防止第一锁存器晶体管282的基极-发射极结击穿。

再次参照图2，振幅因数减小电路46检测转换器总线的电压改变率。更具体地，当在换流器的转变间隔期间读出电压V_s增加时，脉冲被施加到与降压转换器正极端34耦合的电容器300。耦合到晶体管302的基极的电容器300接通晶体管302。晶体管302经由电阻器304在降压转换器控制器引脚112使控制电压信号V_x脉冲化为几乎零伏，因此在电压实质上上升之前消隐降压转换器20的电压设置点。如果在降压转换器20的输出没有出现向正极的转变，即，没有转换器总线电压V_s的向正极的转变，则晶体管302不导通。转换器总线电压V_s保持不被打扰，因此提供需要的设置点电压给降压转换器20，以实现正确的输出电流。电阻器306和308串联连接在电容器300和晶体管302的基极之间。二极管310耦合到电阻器306和晶体管302的发射极。晶体管302的集电极连接到误差放大器90的功率输出312。

以此方式，在换流器44的转变间隔消隐或调制降压转换器控制器引脚112的控制电压信号V_x，在总线电压上升前消隐降压转换器20的输出电流，由此减少提供给换流器44的电流，直到换流器的转变结束。例如，在电流实质上改变之前检测到电流改变的较高速率。这极大减小了降压转换器输出电压的过冲(overshoot)，由此实质上减小了从大约1.0到大约1.5的灯电流振幅因数。

波纹检测电路50测量转换的DC电压中的AC分量。如上所述，设置点放大器100接收输入电压信号V_b，其和提供的基准电压信号V_R一起确定降压转换器20的电压设置点SP，并且随后确定有多少功率从DC总线汲取。波纹检测电路50包括与电容器402串联连接的电阻器400。电阻器404与电阻器400和电容器402并联连接。电阻器102与电阻器400和电容器402串联连接。电阻器102、400、404、电容器402和设置点放大器100协作以测量输入DC电压V_b中的AC分量，并在降压转换器控制器引脚112经由控制电压信号V_x调制降压转换器控制器64，使得用于丢弃DC电压的AC分量的调制的正确的电平和相位提供给降压转换器控制器64。以此方式，测量和衰减AC分量。

已经参照优选实施例描述了本应用。显而易见，在阅读和理解前面的详细描述后对其他人将出现修改和更改。本应用意图解释为包括所有这样的修改和更改。

Claims (20)

1.一种用于操作灯的连续模式电子镇流器，包括：

降压转换器，其被配置为在降压转换器输出生成直流(DC)总线电压；

可操作地耦合到降压转换器的换流器电路，其被配置为接收生成的DC电压并且将DC电压转换为交流(AC)电压以驱动灯；

可操作地耦合到降压转换器的功率控制电路，其被配置为提供控制电压信号给降压转换器，使得降压转换器生成预定值的输出DC电压和电流；以及

振幅因数减小电路，其可操作地耦合到：(a)降压转换器输出，用于读出生成的DC总线电压的改变率；以及(b)功率控制电路，用于基于读出的DC总线电压的改变率修改控制电压信号。

2.如权利要求1所述的镇流器，其中修改的控制电压信号迫使降压转换器生成DC电压，其当转换为AC电压时导致灯的电流振幅因数等于从大约1到大约1.5。

3.如权利要求2所述的镇流器，其中灯电流振幅因数等于大约1。

4.如权利要求1所述的镇流器，其中在预定时间段电压控制信号被设置为0V以防止DC总线电压上升。

5.如权利要求1所述的镇流器，其中振幅因数减小电路包括：

晶体管，其调制控制电压信号的，使得控制电压信号被设置为下述之一：(a)当晶体管导通时为0V；以及(b)当晶体管截止时对控制电压信号不提供修改。

6.如权利要求5所述的镇流器，其中振幅因数减小电路还包括：

电容器，其可操作地耦合到降压转换器输出和晶体管，并且使晶体管导通和截止。

7.如权利要求5所述的镇流器，其中在晶体管导通时降压转换器输出电流减少。

8.如权利要求1所述的镇流器，其中功率控制电路和振幅因数减小电路协作以生成占空因数，以该占空因数降压转换器输出周期性地关断以减小降压转换器输出电流。

9.如权利要求8所述的镇流器，其中减小的输出电流通过下述之一生成：

当读出增加电压改变率时，提供零值电压控制信号给降压转换器；以及

对该周期的剩余部分提供未修改的电压控制信号给降压转换器。

10.如权利要求9所述的镇流器，其中减小的降压转换器输出电流生成小于1.5的灯电流振幅因数。

11.如权利要求1所述的镇流器，还包括：

降压转换器控制器，其包括：

倍增器，其接收电压控制信号、修改电压控制信号并输出降压输出电压，以将灯电压控制在预定电平。

12.如权利要求1所述的镇流器，其中功率控制电路包括：

设置点放大器，其包括：

连接到线输入电压线的第一输入；以及

提供有基准电压的第二输入，其中设置点放大器基于线输入电压和基准电压生成电压设置点信号，控制电压信号基于电压设置点信号生成；以及

误差放大器，其在输入端接收降压输出电压和设置点电压信号，将设置点电压信号与降压输出电压信号比较，并且基于该比较，生成表示降压输出和设置点电压信号之间的差的放大的误差信号。

13.如权利要求12所述的镇流器，其中降压转换器控制器还包括：

补偿网络，其接收放大误差信号并且基于接收的放大误差信号补偿控制电压信号。

14.一种用于操作灯的连续模式电子镇流器，包括：

降压转换器，其被配置为在降压转换器输出生成DC总线电压；

可操作地耦合到降压转换器的换流器电路，其被配置为接收生成的DC电压并将DC电压转换为AC电压以驱动灯；

可操作地耦合到降压转换器的功率控制电路，其被配置为提供控制电压信号给降压转换器，使得降压转换器生成预定值的DC电压和电流，该功率控制电路包括：

设置点放大器，其第一输入连接到线输入电压线，并且其第二输入被提供有基准电压，该设置点放大器基于线输入电压和基准电压生成电压设置点信号；以及

电阻分压器，其一端与设置点放大器的输出串联连接，该电阻分压器确定提供到降压转换器的设置点电压信号的比率；以及

振幅因数减小电路，其可操作地耦合到：(a)降压转换器输出，以读出生成的DC总线电压的改变率；以及(b)功率控制电路，其基于读出的DC总线电压的改变率修改控制电压信号。

15.如权利要求14所述的镇流器，其中修改的控制电压信号迫使降压转换器生成DC电压，其当转换为AC电压时导致灯的电流振幅因数等于从大约1到大约1.5。

16.如权利要求15所述的镇流器，其中灯电流振幅因数等于大约1。

17.如权利要求14所述的镇流器，其中在预定时间段电压控制信号被设置为0V以防止DC总线电压上升。

18.如权利要求14所述的镇流器，其中振幅因数减小电路包括：

调制控制电压信号的晶体管，使得控制电压信号被设置为下述之一：(a)当晶体管导通时为0V；以及(b)当晶体管截止时对控制电压信号不提供修改。

19.如权利要求18所述的镇流器，其中振幅因数减小电路还包括：

电容器，其可操作地耦合到降压转换器输出和晶体管，并且使晶体管导通和截止。

20.如权利要求19所述的镇流器，其中在晶体管导通时降压转换器输出电流减小。

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