CN102160466B - 用于在电子变压器中控制点燃的装置以及相应的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于根据电源信号驱动负载(L)的电子变压器包括：点燃电容器(Cs)，用于根据电源信号对点燃电容器(Cs)进行加载的输入级(10)，以及用于驱动负载(L)的切换输出级(12)。输出级(12)可以根据加载在所述点燃电容器(Cs)上的电荷来进行切换(Ta，Tb)，并且电荷放大器级(18)插入在点燃电容器(Cs)和切换输出级(12)之间。加载电阻器(Rs)与点燃电容器(Cs)耦合以根据所述电源信号对点燃电容器(Cs)进行加载，并且可控(14)开关(Td)允许将点燃电容器(Cs)选择性地短路并且使电子变压器处于待机。电荷放大器级(18)的存在允许减小点燃电容器(Cs)的电容值并且增大加载电阻器(Rs)的值，由此减小待机时的功率吸收。

Description

用于在电子变压器中控制点燃的装置以及相应的方法

技术领域

本公开涉及在电子变压器中控制点燃。

借助于对其有可能用来在用于诸如卤素灯的低压灯的电子变压器中控制点燃的特别关注而得出本公开。

背景技术

用于低压灯的电子变压器典型地包括自振荡半桥，其需要在电源电压的每次过零之后再点燃。

图1是这种装置的示例性框图。在图1的框图中，附图标记10表示作为整体的包括将被连接至电源电压的线路滤波器102的输入级。来自滤波器102的输出对桥式整流器104进行馈电并且也被检测电源电压的过零的过零检测器106感测到。

诸如灯L(例如卤素灯)的负载经由变压器T的次级绕组来馈电，该变压器的初级绕组由包括具有两个二极管Da、Db和两个电容器Ca、Cb的半桥装置的切换输出级12驱动。诸如两个双极晶体管(BJT)Ta、Tb(具有诸如偏压电阻器等等相关联的辅助部件)的两个电子开关根据例如由两端交流开关元件D提供的驱动信号来交替地切换为接通和关断，该两端交流开关元件被连接到插入在桥式整流器106的输出电压和接地端之间的RC网络的中间点。电阻器Rs和电容器Cs分别构成RC网络的上支路和下支路。因此，在电容器Cs上的电荷(例如通过点燃两端交流开关元件D)指示了晶体管Ta和Tb的切换。

来自过零检测器106的输出被发送给由电压供给142来馈电的微控制器14，该微控制器适于通过输入线路144来接收数字亮度控制，以通过经由线路146选择性地作用于与电容器Cs并联连接的开关Td来提供灯L的调光行为，使得当开关Td闭合时，开关Td将电容器Cs短路。

在图1的示例性装置中，点燃电容器Cs因此被来自桥式整流器104的整流电压充电。在这种装置中，Cs两端的电压在几百微秒之后达到两端交流开关元件D的阈值(例如32V)，并且通过随之点燃的半桥的低功率BJT Tb的驱动网络来放电。一旦发生该情况，则电容器Cs在半桥的正常工作中被保持为放电的，以避免所不希望的再点燃。这可以借助于在两端交流开关元件D和接地端之间起作用的两端交流开关元件停止电路16来实现。

与电容器Cs(其在电源的每次过零之后对两端交流开关元件D的点燃进行延迟)并联设置的开端Td使得有可能调节施加于灯L的输出Vrms(电压均方根)电压。该解决方案可以轻易地在镇流器中使用，其中微控制器14通过线路144从外部控制器接收指令并且(以与过零检测器106所检测的电源的过零同步的方式)驱动开关Td，以实现所希望的亮度值。

开关Td也使得有可能当开关Td永久性地保持闭合时(即，电容器Cs被短路)，将本器件作为整体关断(待机状态)。在待机工作的情况下(即，开关Td被闭合)，诸如是Vrms AC(50-60Hz)电源电压的1.41倍的DC电压可以在桥式整流器104之后出现。因此，功率会通过Rs被耗散。

事实上，选择低于5纳法的Cs值会使得难以正确地点燃半桥，并且在带有中/高功率的镇流器的情况下至少为10纳法的Cs值在图1中所示的装置中将几乎是不可避免的。为了避免通过Rs对Cs进行放电中的过长的延迟以及对于EMI(电磁干扰)性能的在电源谐波方面的不利影响(如为了遵守诸如EN6100-3-2的标准而要求的)，典型的Rs值必须小于300千欧。

假设最大标称电源电压为254Vrms，则当Rs＝300千欧时，在本器件处于待机时由Rs耗散的功率不会小于大约0.4W。在待机期间也被供电的诸如14的微控制器和其他辅助部件存在的情况下，如在图1中所示的装置将轻易地呈现超过0.5W的待机消耗。这很难兼容于当前和未来的旨在减小诸如发光设备的电气装置的功率吸收的标准。

在PCT/IB2008/00275中公开了目的在于在如图1中所示的电路中减小功率吸收的装置。在该装置中，当要求待机工作时，Rs和Cs之间的连接中断，使得没有电流能流过Rs并且其功率消耗完全消除。

发明内容

虽然所讨论的装置对于宽范围的应用而言是令人满意的，但是需要可以占用较少空间并且可以较低廉地来制造的替选装置。

本发明的目标是提供对于该需要的令人满意的答复。

根据本发明，这样的目标借助于具有在下面的权利要求中阐明的特征的电路来实现。本发明也涉及相应的方法。这些权利要求是在此提供的本发明的公开的不可或缺的部分。

在实施例中，在此所描述的装置通过使用对于维持激活在镇流器内部的逻辑而言必需的供电电压来减小在待机状态中的功率消耗。

附图说明

现在仅仅通过举例方式参考附图描述本发明，其中：

-图1已经在上文中予以描述，

-图2示出了在此描述的装置的第一实施例，以及

-图3至6示出了在此描述的装置的另外的实施例。

具体实施方式

在下面的描述中给出了大量特定细节，以提供对于实施例的透彻理解。实施例可以在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下实施，或者以其他的方法、部件、材料等等来实践。在其他的示例中，已知的结构、材料或者操作未详细示出或描述，以避免模糊实施例的方面。

贯穿本说明书的对于“一个实施例”或者“实施例”的引用表示在至少一个实施例中包括结合该实施例描述的具体特征、结构或者特性。因此，措辞“在一个实施例中”或者“在实施例中”在贯穿本说明书各处的出现不一定都指的是同一实施例。此外，具体特征、结构或者特性可以以任意合适的方式结合在一个或多个实施例中。

在此提供的开头仅仅为了方便并且并不解释本发明的范围或含义。

在此描述的各种实施例将参考已经结合图1描述的同一示例性电路布局来示出。因此，不再对这样的电路布局予以描述，另外要理解的是：与已经结合图1描述的部分或者元件相同或者等同的部分或者元件被指定了贯穿图2至6的相同附图标记。

相同，本领域技术人员将迅速理解，本公开的范围决不局限于结合图1介绍的特定示例性电路布局，而是延伸至基于相同的工作原理的任意布局(即，经由包括电阻器Rs和电容器Cs的RC网络(诸如图1的RC网络)来再点燃的自振荡半桥)，或者更一般而言，延伸至用于根据电源信号驱动负载L的任意电路，其包括：

-点燃诸如Cs的电容器，

-用于根据所述电源信号对所述点燃电容器进行加载的输入级，以及

-用于驱动所述负载的输出级(例如半桥装置)，所述输出级可以根据加载在所述点燃电容器上的电荷进行切换。

在该方面，将要认识到，例如开关Td(以及两端交流开关元件D)决不表示在此描述的装置的强制性特征。

在此描述的实施例利用了通过增大电阻器Rs值来减小在待机时的功率吸收的可能性。在待机时的功率吸收的水平实际上是电阻器Rs值的反函数。例如，具有大于1兆欧的Rs值使得有可能实现大约0.1W的耗散功率值。

另一方面，在保证了器件作为整体满足如由诸如EN 6100-3-2的标准所设定的谐波要求的实施例中，在Rs值大于1兆欧的情况下，电容器Cs具有大约1纳法的值(即，在1纳法单位的范围中，与如在图1中所示的传统装置的在几纳法的范围中(例如5纳法至10纳法)的值形成对比)。

为了保证半桥在电源的过零之后的可靠点燃，在此描述的实施例包括插入在电容器Cs和开关Ta、Tb之间的电荷放大器模块18。特别地，在所示出的实施例中，模块18插入在两端交流开关元件D和BJT Tb的基极之间，并且由对微控制器14供电的同一Vcc电压142供电。

模块18能够“扩大”(即，放大)来自两端交流开关元件D的信号，因此即使在电容器Cs上收集的电荷量由于Cs的电容值减小而减小，也保证了半桥在电源的过零之后的可靠点燃。

图3至6示出了电荷放大器18的示例性实施例，该电荷放大器包括在射极跟随器配置中的双极晶体管(BJT)182。晶体管182使其基极与两端交流开关元件D连接并且使其发射极驱动开关Ta、Tb。电阻器Rbe插入在基极和发射极之间，并且上拉电阻器Rp插入在晶体管182的集电极和电压供给142之间。

晶体管182通过经由上拉电阻器Rp从供电电压142汲取附加电荷来放大来自两端交流开关元件D的信号。在基极和发射极之间的电阻器Rbe避免了当两端交流开关元件D未点燃时，晶体管182的基极会维持“浮置”。

在图6的示例性实施例中，电容器Cp与上拉电阻器Rp并联地设置，以改进功率BJT Tb的点燃。

图4和5详细示出两端交流开关元件停止电路16的两个可能实施例。

在图4的实施例中，双极晶体管(BJT)162用于在低BJT Tb激活时经由其集电极将电容器Cs放电，低BJT Tb激活的状态通过将晶体管162的基极经由电阻器164连接至BJT Tb来感测，而晶体管162的发射极连接至接地端。

在该实施例中，如果Tb两端的电压Vbe足以点燃该BJT，则在点燃阶段期间来自两端交流开关元件D的一部分电荷可以流经BJT 162。

在图5的实施例中(其结合了PCT/EP2008/059262的教导)，双极晶体管(BJT)162再次用于经由其集电极将电容器Cs放电。

在该情况下，晶体管162的基极经由电阻器164连接至接地端，而晶体管162的发射极连接至Tb的基极。因此，晶体管162在Tb两端的Vbe电压为负时会激活，使得晶体管162不影响半桥的第一次点燃。

在此描述的实施例的主要优点可以总结如下：

通过引入例如实现电荷放大器182所要求的三个简单的SMD(表面安装器件)部件来改变一些部件的值，以降低待机功率消耗。这些部件与在PCT/IB2008/00725中公开的装置中引入的部件相比而言占用较少空间并且成本较低。同样，例如在图5中所示的实施例引入了整体器件的额外的抗干扰性和“坚固性”。

实验结果证明了当在输出端上施加最小额定负载时整体镇流器的改进的性能。在该情况下，较低的电流在半桥中流动，因此降低了功率BJTTa和Tb的增益。因为电荷放大器模块能够在启动阶段期间改进在功率BJT中的电荷点燃，所以在此描述的装置使在半桥启动时的电荷的点燃特别有效，因此有可能减小最小额定负载。

因此，将要认识到，虽然主要是借助于以通过增大加载电阻器Rs的值来减小待机时的功率为目的来得到的，但是在此描述的装置无论如何是有利于使在功率BJT中的电荷点燃过程特别有效的。

这同样适用于那些不包括例如由可控制开关Td来表示的待机特征的电子变压器。事实上，在此描述的装置的电荷放大器使得有可能为部件Rs和Cs选择值，以便于在负载被简单地移除的那些情况中将功率消耗降低到在0.5W之下。

此外，虽然在此示出的实施例利用了微控制器14的供电电压142，但是这样的用于亮度调节(调光)和待机控制的微控制器的存在并非强制性特征。

在不影响本发明的根本原理的情况下，在不偏离如由所附的权利要求限定的本发明的范围的情况下，细节和实施例可以相对于仅仅通过举例方法的描述而言(甚至稍微)变化。

Claims (10)

1.一种用于根据电源信号驱动负载(L)的电路，其包括：

-点燃电容器(Cs)，

-用于根据所述电源信号对所述点燃电容器(Cs)进行加载的输入级(10)，以及

-用于驱动所述负载(L)的切换输出级(12)，所述切换输出级(12)能够根据加载在所述点燃电容器(Cs)上的电荷进行切换(Ta，Tb)，

其特征在于，该电路包括插入在所述点燃电容器(Cs)和所述切换输出级(12)之间的放大器级(18)，以放大加载在所述点燃电容器(Cs)上的电荷，

所述电路包括耦合至所述点燃电容器(Cs)的两端交流开关元件(D)，其中所述放大器级(18)插入在所述两端交流开关元件(D)和所述切换输出级(12)之间，

所述切换输出级(12)是包括第一双极晶体管和第二双极晶体管(Ta，Tb)的自振荡半桥装置，并且

所述放大器级(18)插入在所述两端交流开关元件(D)和所述第二双极晶体管(Tb)的基极之间。

2.根据权利要求1所述的电路，其中所述放大器级(18)包括在射极跟随器配置中的双极晶体管(182)。

3.根据权利要求1所述的电路，其中所述放大器级(18)经由上拉电阻器(Rp)连接至电压供给(142)，以从其中汲取电荷。

4.根据权利要求3所述的电路，其包括与所述上拉电阻器(Rp)并联的上拉电容器(Cp)。

5.根据权利要求1所述的电路，其中所述放大器级(18)包括在基极和发射极之间带有电阻器(Rbe)的双极晶体管(182)，以避免所述晶体管(182)的基极会在所述切换输出级(12)未被所述点燃电容器(Cs)点燃时维持浮置。

6.根据权利要求1所述的电路，其中所述点燃电容器(Cs)具有在一纳法范围中的电容值。

7.根据权利要求1所述的电路，其包括：

-加载电阻器(Rs)，该加载电阻器与所述点燃电容器(Cs)耦合以根据所述电源信号对所述点燃电容器(Cs)进行加载，

-可控(14)开关(Td)，该可控开关与所述点燃电容器(Cs)耦合以将所述点燃电容器(Cs)选择性地短路并且使所述电路处于待机。

8.根据权利要求7所述的电路，其中所述加载电阻器(Rs)具有在一兆欧范围中的电阻值。

9.根据权利要求1所述的电路，其包括停止电路(16)，该停止电路将所述点燃电容器(Cs)选择性地保持为放电的，以避免所述切换输出级(12)的所不希望的再点燃。

10.一种借助于包括点燃电容器(Cs)的电路来根据电源信号驱动负载(L)的方法，该方法包括：

-根据所述电源信号对所述点燃电容器(Cs)进行加载(10)，以及

-借助于切换输出级(12)、通过根据加载在所述点燃电容器(Cs)上的电荷对所述切换输出级(12)进行切换来驱动所述负载(L)，

其特征在于，该方法包括将放大器级(18)插入在所述点燃电容器(Cs)和所述切换输出级(12)之间，以放大加载在所述点燃电容器(Cs)上的电荷，

所述电路包括耦合至所述点燃电容器(Cs)的两端交流开关元件(D)，其中所述放大器级(18)插入在所述两端交流开关元件(D)和所述切换输出级(12)之间，

所述切换输出级(12)是包括第一双极晶体管和第二双极晶体管(Ta，Tb)的自振荡半桥装置，并且

所述放大器级(18)插入在所述两端交流开关元件(D)和所述第二双极晶体管(Tb)的基极之间。

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