CN102077693B - 用于镇流器的内部电源 - Google Patents

Abstract

一种与输入电源一起使用以便激励灯的镇流器。该镇流器包括功率级、控制器、用于功率级和控制器的内部电源、和输入开关。所述功率级用由所述输入电源提供的功率来激励灯。内部电源被连接到功率级以便从该功率级接收功率，并经由输入开关被连接到输入电源以便在输入开关工作在闭合模式时从输入电源接收功率。当输入开关工作在打开模式时，其使内部电源从所述输入电源电气地断开连接。控制器在灯被激励时根据内部电源的电压选择性地操作输入开关处于打开模式和闭合模式。

Description

用于镇流器的内部电源

背景技术

镇流器向灯提供功率并调节提供给灯的电流和/或功率。诸如高强度放电（HID）灯和荧光灯的灯要求镇流器为灯提供适当的启动电压，并且一旦灯被点燃则限制工作电流。镇流器通常包括用于正弦输入电流控制和调节直流（DC）总线电压的生成的功率因数控制（PFC）电路。另外，镇流器包括用于在灯被激励时向灯提供恒定功率并补偿线电压的波动和故障条件的灯驱动器。虽然灯驱动器向灯提供电流，但还可以将灯驱动器配置为提供用于激励镇流器的组件的功率。镇流器可以包括控制器，诸如用于精确地控制PFC电路和灯驱动器的微控制器。该控制器还可以被配置为执行诸如变暗、灯故障检测、和寿命终止灯监视的特征。

PFC电路、灯驱动器、和控制器必须在其能够开始执行上文所讨论的功能之前被激励。常规镇流器已使用外部电源集成芯片以便在镇流器启动时激励镇流器的组件。然而，此类集成芯片增加镇流器组件的数目并增加镇流器的总成本。目前已知的内部电源在镇流器已完成启动之后，在灯驱动器正提供足以激励镇流器组件的功率的同时不必要地继续耗散功率。

发明内容

本发明的实施例涉及一种与输入电源（input power source）一起使用以便激励灯的镇流器。特别地，所述镇流器包括功率级、控制器、用于所述功率级和所述控制器的内部电源、以及经由电阻器连接到所述输入电源的输入开关。所述功率级用由所述输入电源提供的功率来激励灯。所述内部电源被连接到所述功率级以便从所述功率级接收功率，并经由所述输入开关和电阻器连接到所述输入电源以便当所述输入开关工作在闭合模式时从所述输入电源接收功率。当输入开关工作在打开模式时，其使内部电源从所述输入电源电气地断开连接。所述控制器在灯被激励且所述功率级向所述内部电源提供足够功率时操作输入开关处于打开模式。相反地，所述控制器在灯必须被激励且所述功率级向所述内部电源提供不足功率时操作输入开关处于闭合模式。

因此，在正常镇流器操作期间，本发明的实施例只有在所述内部电源需要附加功率时将内部电源连接到输入电源。所述内部电源和所述输入电源否则被断开连接，以便不会不必要地通过电阻器耗散功率。因此，本发明改善镇流器的能量效率并降低镇流器的工作温度。

提供本概要是为了以下文在详细说明中进一步描述的简化形式来介绍概念的选择。本概要并不意图识别要求保护的主题的关键特征或本质特征，也并不意图被用于帮助确定要求保护的主题的范围。

其它特征将部分地是显而易见的，并且部分地在下文中指出。

附图说明

图1根据本发明的一个实施例的具有与输入电源一起使用以激励高强度放电（HID）灯的镇流器的灯系统的框图。

图2是根据本发明的一个实施例的用于镇流器的输入电路的示意图。

相应的参考标号遍及各图指示相应的部分。

具体实施方式

本发明的实施例一般涉及与输入电源一起使用以便激励灯的镇流器。所述镇流器包括用于激励灯驱动器和控制器的内部电源。涓流（trickle）电阻器被用于在镇流器工作在启动模式时将电流从输入电源提取到内部电源。当镇流器工作在正常模式时，灯驱动器向内部电源提供功率。本发明的实施例包括由控制器操作的开关，用于在镇流器工作在正常模式且灯驱动器向内部电源提供足够功率时使涓流电阻器从输入电源断开连接。另外，可以由控制器来操作开关以便在镇流器工作在正常模式且灯驱动器未向内部电源提供足够功率时、或在镇流器工作在节能模式时将涓流电阻器重新连接到输入源。因此，本发明的实施例通过消除被涓流电阻器不必要地耗散的功率来使镇流器的能量效率最大化。

图1举例说明根据本发明的实施例的灯系统100。灯系统100包括输入电源102，诸如交流（AC）电源、电子镇流器104、和灯106。本文所讨论的灯系统100被用于激励一个或多个高强度放电（HID）灯106。示例性HID灯包括汞蒸汽、金属卤化物、高压钠、和低压钠灯。在不脱离本发明的范围的情况下，灯系统100可以被用于激励其它类型的灯，诸如荧光灯。

镇流器104包括适合于连接到输入电源102的一个或多个输入端子和可连接到接地电位的接地端子。在一个实施例中，输入电源102包括第一电压源（例如，120伏AC）和第二电压源（例如，277伏AC）。镇流器104被可操作地连接到第一电压源或第二电压源。因此，镇流器104可以选择性地从标准商用电压源（即，277伏AC）或正常住宅电压源（120 VRMS、60 赫兹）接收功率。

镇流器104经由输入端子从输入电源102接收输入AC功率信号。在一个实施例中，镇流器104包括电磁干扰（EMI）滤波器和整流器（例如，全波整流器），其被一起示为110。EMI滤波器防止可能由镇流器104产生的噪声被传送回到输入电源102。整流器将输入功率信号的AC电压转换成DC（直流）电压。

镇流器104包括用于转换由输入电源102提供的功率以驱动灯106的功率级112。在所示的实施例中，镇流器104包括包括功率因数控制电路114的第一功率级。诸如升压转换器的功率因数控制电路114接收经整流的输入功率信号并产生高DC电压（例如，460伏DC）。

在所示的实施例中，镇流器104还包括包括灯驱动器（广泛地，灯驱动器和点火电路）112的第二功率级。例如，第二功率级可以包括逆变器电路，诸如谐振转换器，其将高DC电压转换成适当的AC电压以便激励灯106。在一个示例中，灯驱动器112包括输出变压器（未示出），其具有用于向灯106递送功率的初级绕组和次级绕组。如下文所讨论的，输出变压器还可以包括另一次级绕组，用于向内部电源提供功率。

镇流器104还可以包括以旁路结构连接在第一功率级114与第二功率级116之间以向逆变器提供低阻抗电压源的电容器（未示出），诸如电解电容器。

镇流器104包括用于控制镇流器104的组件操作的控制器120，诸如微控制器。在一个实施例中，控制器120具有每个将控制器120电连接到灯驱动器116的第一输出端和第二输出端。特别地，控制器120经由第一输出端向灯驱动器116提供功率信号以控制灯驱动器116的激励（例如，开启或关闭）。控制器120经由第二输出端向灯驱动器116提供控制信号以控制灯驱动器116递送到灯106的输出功率。控制器120可以同样地包括将控制器120电连接到功率因数控制电路114以便分别向功率因数控制电路114提供功率信号和控制信号的第三输出端和第四输出端。

镇流器104包括适合于电连接到输入电源102并连接到灯驱动器116（例如，经由另一次级绕组）以便如下文所讨论地选择性地从其接收功率的内部电源122（即，控制器电源、微控制器电源、Vcc源），诸如电容器（例如，低压存储电容器）。

内部电源122还电连接到功率因数控制电路114、灯驱动器116、和控制器120以便将接收到的功率提供给这些组件中的每一个以便激励组件114、116、120。在所示的实施例中，控制器120具有将控制器120电连接到内部电源122的输入端。镇流器104包括连接在内部电源122与控制器120输入端之间以便向控制器120提供恒定电压（例如，5伏）以便激励控制器120的线性调节器124。

参考图2，镇流器104包括在内部电源122与输入电源102之间的连接到内部电源122的输入电路126。输入电路126包括适合于电连接到输入电源102以便从输入电源102提取电流的电阻器R1（即，“涓流”电阻器，例如10千欧电阻器）。输入电路126包括开关Q1（广泛地，开关组件），诸如电连接在电阻器R1与内部电源122之间的金属氧化物半导体场效应晶体管（例如，可从STMicroelectronics获得的STD1NK60 n沟道MOSFET）。开关Q1具有闭合模式和打开模式。在闭合模式下，开关Q1将内部电源122电连接到输入电源102，并将由电阻器R1从输入电源102提取的功率传导至内部电源122。在打开模式下，开关Q1将内部电源122与输入电源102电气地断开连接，以便电阻器R1不会从输入电源102提取功率。控制器120具有输出端，开关Q1和控制器120通过该输出端被电连接，以便控制器120可以基于下文阐述的标准来控制开关Q1的模式。

镇流器104及其组件被配置为用于工作在三个工作模式：（1）启动模式；（2）正常模式；和（3）节能模式。镇流器104在输入电源102开始向镇流器104提供功率（即，输入电源102被从关闭状态切换（toggle）到开启状态）时开始在启动模式工作。在启动模式期间，功率级112未被激励，因此灯驱动器116不提供输出电压。因此，灯106关闭，并且在灯驱动器116的另一次级绕组上不存在用于提供给内部电源122的输出电压。然而，输入电路126被电连接到输入电源102并向内部电源122提供功率。特别地，电阻器R1从输入电源102提取电流，并且在闭合模式下工作的开关Q1将由电阻器R1从输入电源102提取的电流传导至内部电源122。内部电源122接收在电容器两端产生电压的电流。

在一个实施例中，输入电路126被配置为在启动模式期间充当线性调节器。在所示的实施例中，开关Q1具有漏极端子、栅极端子、和源极端子。输入电路126包括被电连接到开关Q1的漏极端子的另一电阻器R2（例如，1.8兆欧电阻器R1），并连同涓流电阻器R1一起作为分压器网络工作。输入电路126还包括电连接到漏极端子（经由另一电阻器R2）与栅极端子之间的开关Q1的齐纳二极管D1。输入电路126经由源极端子电连接到内部电源122。齐纳二极管D1连同开关Q1一起调节在分压器网络两端产生的电压，以便由内部电源122产生基本上恒定的电压（例如，约24-25伏）。

内部电源122处的电压被提供给功率级112（例如，功率因数控制电路114 114、灯驱动器116）和控制器120（即，“启动”）。因此，功率因数控制电路114 114、灯驱动器116、和控制器120每个在镇流器104被启动时从内部电源接收足以激励这些组件中的每一个的电压。

一旦功率级112被激励，则镇流器104在输入电源102继续提供足以激励灯106的功率时工作在正常模式。在正常模式下，功率级112转换由输入电源102提供的功率并因此用已转换功率来激励灯106。灯驱动器116的另一次级绕组被激励，向内部电源122提供功率。在由灯驱动器116提供给内部电源122的功率足以操作功率级和控制器120时，由输入电路126从输入电源102提供给内部电源122的功率是不必要的。同样地，在灯驱动器116向内部电源122提供足够的功率时，控制器120选择性地操作开关Q1处于打开模式的以消除与输入电路126的操作相关联的功率损耗。

特别地，控制器120包括将控制器120电连接到内部电源122的输入端和将控制器120电连接到开关Q1的输出端。控制器120经由输入端来监视内部电源122的电压（或其它相关电参数）并经由输出端来根据所监视的电压控制开关Q1的操作。

在一个实施例中，输入开关Q1被配置为在正常模式期间充当两点调节器。特别地，控制器120将所监视的电压与阈值电压相比较。当所监视的电压大于（大于或等于）阈值电压时，控制器120操作开关Q1处于打开模式。否则，控制器120操作开关Q1处于闭合模式。因此，在正常模式期间，由控制器120来连续地监视内部电源122的电压，并且当其至少等于阈值电压时，开关Q1打开，并且输入电源102与内部电源122断开连接。相反地，当内部电源122的电压下降到阈值电压以下时，开关Q1闭合，并且输入电源102被连接（例如，重新连接）到内部电源122以便提供附加功率（例如，在由灯驱动器116提供给内部电源122的功率中断期间）。

在所示的实施例中，输入电路126包括连接在开关Q1（即，第一开关）的栅极端子与控制器120的输出端之间的附加开关，诸如第二开关Q2。第二开关Q2在启动模式期间和正常模式期间被关断（例如，工作在打开模式），除非控制器120经由控制器120的输出端向第二开关Q2提供促使其导通（例如，工作在闭合模式，传导）的控制信号。当第二开关Q2传导电流时，第二开关Q2的集电极处的电压下降至零。第一开关Q1的栅极和源极端子两端的电压变成负的，并促使第一开关Q1关断（即，工作在打开模式）。

在所监视电压（例如，Vcc）大于或等于阈值电压时，控制器120被配置为提供促使第二开关Q2导通并促使第一开关Q1关断（即，工作在打开模式）的控制信号。在一个示例中，上阈值电压是预定义电压值（例如，16伏）。在另一示例中，下阈值电压是预定义电压值（例如，11伏），指示灯驱动器116正在向内部电源122提供足够的功率。两个阈值电压都低于齐纳二极管D1两端的电压减去第一开关Q1的栅极和源极端子两端的电压以避免处于非节能模式的Q1的线性工作模式。

在一个实施例中，控制器120还被配置为当所监视电压小于阈值电压时确定镇流器104是否应在节能模式下工作。虽然由输入电路126提供给内部电源122的功率足以启动镇流器104和/或暂时地（momentarily）（即，在短时间段内）操作其处于正常操作，但其不能在正常操作期间维持镇流器104。因此，控制器120被配置为当所监视电压小于阈值电压预定义的时间量时开始节能模式。

在节能模式期间，输入电源102向镇流器104提供低水平的功率（例如，0.5-1瓦）。输入电路126工作在闭合状态以便向内部电源122提供被用来操作镇流器104的组件处于节能模式的功率。在节能模式下，控制器120操作灯驱动器116（例如，经由控制信号），以便其不向灯106或向内部电源122提供功率。因此，灯106不被激励且内部电源122不从功率级接收功率。灯驱动器116消耗来自内部电源122的最少量的能量，以便当输入电源102重新开始达到用于维持正常镇流器操作的足够水平时最小化灯重点燃时间。

可以用计算机可执行指令来实现本发明的各实施例。可以将计算机可执行指令组织成一个或多个计算机可执行组件或模块。可以用任何数目和组织的此类组件或模块来实现本发明的各方面。例如，本发明的各方面不限于图中所示和本文所述的特定计算机可执行指令或特定组件或模块。本发明的其它实施例可以包括具有比本文所示和所述的更多或更少的功能的不同计算机可执行指令或组件。

当介绍本发明或其实施例的各方面的元件时，冠词“一个”、“一种”、“该”和“所述”意图意指存在一个或多个元件。术语“包括”、“包含”、和“具有”意图是包括性的，并且意指除所列元件之外，可能存在附加元件。

已经详细地描述了本发明的各方面，但显而易见的是在不脱离所附权利要求所定义的本发明的各方面的范围的情况下可以进行修改和变更。由于在不脱离本发明的各方面的范围的情况下，可以对上述构造、产品、和方法进行各种修改，所以意图是应将包含在以上说明中并在附图中示出的所有主题解释为说明性的且不具有限制意义。

Claims (10)

1.一种与输入电源一起使用以用于激励灯的镇流器，所述镇流器包括： 

功率级，其用于转换由输入电源提供的功率以驱动灯； 

内部电源，其被连接到所述功率级以便从所述功率级接收功率； 

输入电路，其被连接到所述内部电源，所述输入电路包括开关组件，所述开关组件具有用于将所述内部电源电连接到所述输入电源并将来自所述输入电源的功率传导至所述内部电源的闭合模式，所述开关组件具有用于将所述内部电源从所述输入电源电气地断开连接的打开模式； 

控制器，其用于控制所述镇流器的组件的操作，所述控制器具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述控制器被电连接到所述内部电源以便经由所述第一输入端从所述内部电源接收功率以激励所述控制器，所述控制器经由所述第二输入端被电连接到所述内部电源以便监视所述内部电源的电压，所述控制器经由所述输出端被电连接到所述输入电路开关组件以便根据灯被激励时的所监视电压选择性地操作所述开关组件处于打开模式和闭合模式，其中，所述开关组件在所述灯未被激励时工作在闭合模式。

2.如权利要求1所述的镇流器： 

其中，所述功率级包括工作在多个工作模式中的一个的灯驱动器，所述灯驱动器在所述灯驱动器正被激励时工作在启动模式，所述灯驱动器在所述灯驱动器被激励并从所述输入电源提供功率以激励灯时工作在正常模式，所述灯驱动器在所述灯驱动器被激励且未从输入电源提供功率以激励灯时工作在节能模式； 

还包括电阻器，其适合于电连接到所述输入电源以便从所述输入电源提取功率；以及 

其中，所述内部电源在所述灯驱动器工作在正常模式时被电连接到所述灯驱动器以便选择性地从灯驱动器接收功率，并经由所述电阻器电连接到输入电源以便经由所述电阻器选择性地从所述输入电源接收功率，所述内部电源用于激励微控制器以便控制所述镇流器的组件的操作。

3.如权利要求1所述的镇流器，还包括用于从所述内部电源接收功率的微控制器，所述微控制器具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述微控制器经由所述第一输入端被电连接到内部电源以便从所述内部电源接收功率以激励所述微控制器，所述微控制器经由所述第二输入端被电连接到内部电源以便监视内部电源的电压，所述微控制器经由所述输出端被电连接到灯驱动器以便当所监视电压小于阈值电压预定义的时间量时操作灯驱动器处于节能模式。

4.如权利要求1所述的镇流器，还包括微控制器，所述微控制器具有第一输入端、第二输入端、和输出端，所述微控制器经由所述第一输入端被电连接到内部电源以便从所述内部电源接收功率以激励所述微控制器，所述微控制器经由所述第二输入端被电连接到内部电源以便监视内部电源的电压，所述微控制器经由所述输出端被电连接到开关组件以便当灯驱动器工作在正常模式且内部电源的电压大于阈值电压时操作所述开关组件处于打开模式，其中，所述开关组件否则工作在闭合模式。

5.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述输入电路包括被电连接在输入电源与开关组件之间的电阻器，其中，所述电阻器在所述开关组件工作在闭合模式时从输入电源提取电流并在所述开关组件工作在打开模式时不从输入电源提取电流；或者其中，控制器在灯被激励且所监视电压大于阈值电压时操作开关组件处于打开模式，并且所述控制器在灯被激励且所监视电压小于阈值电压时操作开关组件处于闭合模式。

6.如权利要求1所述的镇流器，还包括齐纳二极管，其中，所述开关组件具有漏极端子、源极端子、和栅极端子，其中，所述开关组件经由漏极端子和栅极端子被电连接到所述齐纳二极管，其中，所述开关组件经由源极端子被电连接到内部电源，其中，输入电路经由栅极端子和微控制器输出端被电连接到微控制器。

7.如权利要求6所述的镇流器，其中，所述开关组件和所述齐纳二极管在所述开关组件工作在闭合模式时调节从输入电源提供给内部电源的功率，以便由内部电源产生基本上恒定的电压，并且其中，所述控制器在灯被激励且所监视电压大于或等于阈值电压时操作开关组件处于打开模式，所述阈值电压是齐纳二极管两端的电压减去开关组件的栅极和源极端子两端的电压。

8.如权利要求1所述的镇流器，其中，所述内部电源是电容器，其中，所述内部电源在工作在闭合模式的开关组件正在从输入电源向所述内部电源传导功率时向功率级提供功率以激励所述功率级，并且其中，所述控制电源在功率级被激励并转换由输入电源提供的功率以驱动灯时从功率级接收功率，并且其中，所述镇流器被与交流（AC）输入电源一起使用以便激励高强度放电（HID）灯。

9.一种用于在电子镇流器连续地从输入电源接收功率时高效地操作用于高强度放电（HID）灯的所述电子镇流器的方法，所述电子镇流器具有灯驱动器和用于控制灯驱动器的微控制器，所述方法包括： 

将来自输入电源的功率传导至内部电源以便激励微控制器，其中，所述输入电源被电连接到所述内部电源； 

当灯驱动器正向内部电源提供大于阈值电压的电压时使输入电源从内部电源断开连接；以及 

当灯驱动器正向内部电源提供小于阈值电压的电压时，将输入电源重新连接到内部电源并将来自所述输入电源的功率传导至所述内部电源。

10.如权利要求9所述的方法，其中，将来自输入电源的功率传导至内部电源包括调节所述功率的电压并向内部电源提供基本上恒定的电压。