CN101965753A - 紧凑型荧光灯的互补专用集成电路 - Google Patents

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Abstract

在照明镇流器中，通常存在若干分立组件，它们进行组合以便获得外部AC信号，将它转换成DC信号，并且又转换成AC信号为灯供电。这些组件的若干组件可容纳在专用集成电路上。通过将开关晶体管(20，22)、其伴随二极管(34，36)和整流电路(52)设置在单片集成电路(60)上，使镇流器电路整体更可靠和健壮，并且能以比使用分立组件时要低的成本来制造。

Description

紧凑型荧光灯的互补专用集成电路
背景技术
本发明涉及灯镇流器。它在通过使用专用集成电路(ASIC)来简化灯镇流器电路方面得到具体应用，并且具体参照它进行描述。但是要理解，本发明也可适用于其它电路以及灯镇流器，而并不局限于上述应用。
从直流(DC)母线信号驱动的典型灯镇流器包括一对晶体管，它们将DC信号转换成交流(AC)信号，用于驱动操作上连接到镇流器的灯。这通常采用例如双极结晶体管(BJT)等的相似晶体管来进行，并且将包括基极驱动变压器(base drive transformer)和二端交流开关启动电路。在Nerone的于2005年1月25日发布的美国专利No.6847175中描述这种电路拓扑结构，通过引用将其完整地结合到本文中。
发明内容
根据一个方面，提供一种照明镇流器电路。镇流器包括具有用于接纳光源的触点的灯部分。镇流器还包括集成电路。集成电路包括第一晶体管以及与第一晶体管串联的第二晶体管，第一和第二晶体管在交替时间段内导通。第一二极管处于与第一晶体管的反并联组合中，并且充分地减小通过第一晶体管的反向电流。第二二极管处于与第二晶体管的反并联组合中，并且充分地减小通过第二晶体管的反向电流。驱动部分向集成电路提供驱动信号。
根据另一个方面，提供一种集成电路。第一晶体管和第二晶体管相互串联。第一二极管处于与第一晶体管的反并联组合中，并且充分地减小通过第一晶体管的反向电流。第二二极管处于与第二晶体管的反并联组合中，并且帮助反向电流流过第二晶体管。
根据另一个方面，提供一种制造单片集成电路的方法。采用串联关系来设置第一和第二双极结晶体管，其中各个发射极连接在第一触点以及各个基极连接在第二触点。以连接于正极母线电压的与第一晶体管的反并联关系来设置第一二极管。以连接于负极母线电压的与第二晶体管的反并联关系来设置第二二极管。
根据另一个方面，公开提供向灯供电的方法。将第一AC信号提供给单片集成电路。第一AC信号由集成到集成电路中的整流器转换成DC信号。采用驻留在集成电路上的第一和第二晶体管将DC信号转换成第二AC信号。晶体管由与晶体管反并联关系集成到集成电路中的二极管来保护。采用集成电路将第二AC信号提供给灯。
附图说明
本发明可采取各种组件和组件的布置以及各种步骤和步骤的布置的形式。附图仅为了便于说明优选实施例，而并不是要理解为限制本发明。
图1是具有示为包含在ASIC上的组件的镇流器电路的电路图；
图2是代替图1所示的组件的ASIC的电路图；
图3是具有图2的ASIC来代替图1的所示组件的图1的镇流器电路。
具体实施方式
参照图1，光源10可在操作上连接在镇流器电路13的触点12之间。在一个实施例中，电路13具有DC母线干线(bus rail)14。DC母线干线14可具有大约450V的电位。电路13在点16接地。光源10优选地是工作在特定频率或者频率范围的荧光灯。DC阻断电容器18包含在灯与地之间。镇流器电路以灯的工作频率来提供AC电力。
为了将DC信号转换成AC信号，第一晶体管20和第二晶体管22在导通期间与非导通期间之间彼此异相地交替。也就是说，当第一晶体管20导通时，第二晶体管22不导通，反过来也是一样。晶体管的交替导通期间的动作在触点12之间提供AC信号。在一个实施例中，第一晶体管是13003类型晶体管，而第二晶体管是93003类型晶体管。
各晶体管20、22具有相应的基极和发射极。任一个晶体管上的从基极到发射极的电压限定那个晶体管的导通状态。也就是说，晶体管20的基极-发射极电压限定晶体管20的导通性，而晶体管22的基极-发射极电压限定晶体管22的导通性。如图所示，两个晶体管20、22的发射极连接在公共结点E。晶体管20、22的基极连接在控制结点B。控制结点B与公共结点E之间的单个电压确定晶体管20、22二者的导通性。晶体管20、22的集电极分别连接到母线电压14和地16。
连接在公共结点E与控制结点B之间的门极驱动电路控制晶体管20、22的导通状态。门极驱动电路包括串联电容器24以及在公共结点E连接到谐振电感器28的驱动电感器26。驱动电感器26的另一端耦合到相位电感器30。相位电感器30用于调整结点E与B之间出现的基极-发射极电压的相位角。驱动电感器26提供用于操作驱动电路的驱动能量。谐振电感器28连同连接在结点14与18之间的谐振电容器32一起确定灯10的工作频率。串联电容器24充电到提供充分电压，以便使第一晶体管20导通。在镇流器的稳态操作期间，串联电容器24帮助两个晶体管20、22之间的切换。
在一个实施例中，当一个晶体管导通时，另一个晶体管不活动或者不导通。也就是说，不存在两个晶体管均工作或导通的时间期间。为了在第二晶体管22导通的同时充分减小通过第一晶体管20的反向电流，以相对于第一晶体管20的反并联关系将第一二极管34包含在电路中。第一二极管34提供电流分流器，它重定向来自通过第一晶体管20反向流动的电流。类似地，以与第二晶体管22反并联关系来设置第二二极管36，它在第一晶体管20导通时充分减小通过第二晶体管22的反向电流。优选地，二极管34和36是PIN二极管。PIN二极管在p掺杂区和n掺杂区之间具有本征半导通区。在一个实施例中，所使用的二极管是1N4004类型二极管。当然要理解，也可使用具有所需特性的其它二极管。
另外，镇流器电路在母线电压14与地16之间包括平滑电容器40，以便平滑母线电压信号的异常性和噪声。在电容器和电感器充电之前，启动电阻器42、44、46防止镇流器电路的电流在启动期间超过可容许电平。所谓的缓冲电容器48位于节点E与地16之间。
交流源50向镇流器提供电力。AC信号由整流器52转换成DC信号。图1所示的整流器52是全波整流器，它包括四个二极管52a、52b、52c和52d。备选地，也可使用半波整流器。还考虑附加平滑和整形电路。如前面所述，AC源50和整流器52进行组合以提供基本上大约450伏特的DC信号，但是其它电位当然也是可能的，取决于预计应用。
可简化图1的电路，以便提供一种镇流器，它执行相同的功能，但是制造更简易、价格更低，并且更健壮和防故障。图1中的虚线表示镇流器中包含于专用集成电路(ASIC)的部分。图2示出包括图1的所示组件的ASIC 60的电路拓扑结构。图2中，为相似组件提供与图1相同的参考标号。如图2的实施例所示，ASIC 60是六脚芯片。两个管脚连接到AC电源。一个管脚连接到电路母线14，而一个管脚连接到电路地16。其余两个管脚表示结点E和B，即基极和发射极结点。可选地，整流器52可以是外部的，并且不一定必须容纳在ASIC60上。例如电压钳位器、保护二极管等附加电路也可包含在ASIC 60上。当然，ASIC 60可具有更多管脚，并且ASIC 60可携带附加电路，例如使用寿命测试电路、监测/诊断电路等等。
图3示出图1的电路，其中ASIC 60处于适当状态。相似的组件再次用相似的参考标号来表示。
在所示实施例中，ASIC 60是单片单元。这具有如下优点：取代分立电路组件，并且将它们容纳在单个晶体衬底上。通过采取分立互补晶体管对以及它们关联的启动电阻器和伴随二极管，镇流器的总成本降低，并且可靠性提高。另外，镇流器在实现到产品中时没有占用过多物理空间。
镇流器电路的示范组件值如下：
部件描述        部件编号    标称值
灯              10          23瓦特
DC母线电压      144         50伏特
电路参考        16          0伏特
DC阻断电容器    18          47nf
第一晶体管      20          13003
第二晶体管      22          93003
驱动电感器      26          360μH
谐振电感器      28          3.6mH
相位电感器      30          150μH
谐振电容器      32          1.5nf
第一二极管      34          1N4004
第二二极管      36          1N4004
平滑电容器      40          220nf
启动电阻器      42          560kΩ
启动电阻器      44          560kΩ
启动电阻器      46          560kΩ
缓冲电容器      48          120pf
参照优选实施例描述了本发明。通过阅读和理解前面的具体实施方式，修改和变更将是本领域的技术人员会想到的。意图是本发明被理解为包括所有这类修改和变更，只要它们落入所附权利要求书或其等效物的范围之内。

Claims (19)

1.一种照明镇流器电路，包括：
具有用于接纳光源的触点的灯部分；
集成电路，包括：
第一晶体管；
与所述第一晶体管串联的第二晶体管，所述第一和第二晶体管在交替周期中导通，
第一二极管，其与所述第一晶体管反并联组合，其充分减小通过所述第一晶体管的反向电流，
第二二极管，其与所述第二晶体管反并联组合，其充分减小通过所述第二晶体管的反向电流；以及
配置成向所述集成电路提供驱动信号的驱动部分。
2.如权利要求1所述的照明镇流器电路，其中，所述集成电路还包括：
整流器，用于把来自电压源的交流转换成直流，并且将所述直流提供给所述第一和第二晶体管。
3.如权利要求2所述的照明镇流器，其中，所述整流器是全波整流器。
4.如权利要求2所述的照明镇流器，其中，所述整流器提供基本上450伏特的母线信号。
5.如权利要求1所述的照明镇流器，其中，所述集成电路是单片的。
6.如权利要求1所述的照明镇流器，其中，所述集成电路还包括：
至少一个启动电阻器，它防止所述镇流器电路中的电流在启动期间超过可容许电平。
7.如权利要求1所述的照明镇流器，其中，所述晶体管是双极结晶体管。
8.如权利要求7所述的照明镇流器，其中，所述集成电路还包括：
接收来自外部AC电压源的AC信号的触点；
连接到正极和负极电路母线的触点；
连接到所述晶体管的发射极的触点；以及
连接到所述晶体管的基极的触点。
9.一种集成电路，包括：
第一晶体管；
与所述第一晶体管串联的第二晶体管；
第一二极管，其与所述第一晶体管反并联组合，其充分减小通过所述第一晶体管的反向电流；
第二二极管，其与所述第二晶体管反并联组合，其充分减小通过所述第二晶体管的反向电流。
10.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述晶体管和二极管印制在单片衬底上。
11.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述第一和第二晶体管是双极结晶体管。
12.如权利要求11所述的集成电路，还包括：
连接到外部AC电压源的第一和第二触点；
连接到正极母线干线的第三触点；
连接到负极母线干线的第四触点；
连接到所述第一和第二晶体管的基极的第五触点；
连接到所述第一和第二晶体管的发射极的第六触点。
13.如权利要求9所述的集成电路，还包括：
整流器，用于将AC输入信号转换成DC电压信号，并且将所述DC电压信号提供给所述第一和第二晶体管。
14.如权利要求9所述的集成电路，其中，所述整流器是全波桥整流器。
15.一种制造单片集成电路的方法，包括：
以串联关系来设置第一和第二双极结晶体管，其中各个发射极连接在第一触点以及各个基极连接在第二触点；
以连接于正极母线电压的与所述第一晶体管的反并联关系来设置第一二极管；
以连接于负极母线电压的与所述第二晶体管的反并联关系来设置第二二极管。
16.如权利要求15所述的方法，还包括：
在所述晶体管与外部AC电压源之间设置整流器，用于把来自所述外部AC源的AC信号转换成用于所述晶体管的DC信号。
17.如权利要求16所述的方法，其中，所述整流器是全波整流器。
18.如权利要求15所述的方法，还包括：
在所述正极母线电压与所述晶体管的基极之间设置第一启动电阻器；以及
与所述第二二极管并联地设置第二启动电阻器。
19.一种向灯供电的方法，包括：
将第一AC信号提供给单片集成电路；
采用驻留在所述集成电路上的整流器将所述第一AC信号转换成DC信号；
采用驻留在所述集成电路上的第一和第二晶体管将所述DC信号转换成第二AC信号；以及
采用与所述晶体管反并联关系集成到集成电路中的二极管来保护所述晶体管；以及
采用所述集成电路将所述第二AC信号提供给灯。
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