CN102326455B - 荧光调光镇流器 - Google Patents
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Abstract
提出一种可调光镇流器和方法，其中根据用于调光控制或阴极加热的感测的灯电流来控制自激振荡逆变器的工作频率，并且将逆变器的AC总线电压控制到位于或低于电压阈值，从而防止更换一个或多个灯时过度驱动工作的灯。
Description
相关申请的引用
本申请要求2009年2月23日提交的美国临时专利申请序列号第61/154,580号的优先权及权益，其标题为“FLUORESCENT DIMMINGBALLAST”(荧光调光镇流器)，该申请的全部内容通过引用并入本文。本申请涉及2006年1月31日提交的、授予Nerone等人的美国专利第7,436,124号，该专利的标题为“VOLTAGE FED INVERTER FORFLUORESCENT LAMPS”(用于荧光灯的电压馈电逆变器)，以及涉及2008年2月29日提交的、授予Nerone等人的待决美国专利申请序列号第12/040,216号，该专利申请的标题为“DIMMABLE INSTANTSTART BALLAST”(可调光瞬间启动镇流器)。
技术领域
背景技术
采用可调光镇流器系统来提供多种等级的光输出。常规调光镇流器包括多个离散镇流器，通过选择性地将一个或多个断电以提供更低的光输出。但是，此方法无法实现连续调光，而是限定于有限数量的离散光输出等级。此技术还受限于多个灯安装的情况。常规连续调光方法操作串联的灯。但是此技术可能由于非期望的灯冷却和/或熄灭而导致灯的性能过早下降或故障。而且，此方法在一个或多个灯故障时会遇到无法发光的问题。还建议了另一个方法，其中通过脉宽调制(PWM)控制来改变DC总线幅度，以对用于驱动一个或多个灯的电压馈电逆变器或电流馈电逆变器供电，但是此技术增加了成本并仅对额定灯电流的约10％证明是可行的，并因此对于某些应用来说未提供期望的调光量。因此，一直需要改进的荧光灯调光设备和技术，用于提供节省成本的变化光等级，而不会导致灯压力或损坏。
发明内容
本公开提供简单且低成本的调光镇流器装置和控制技术，可采用它们以促进宽范围的输出电平上(低至小于额定电流的1％)的调光操作，同时不会有灯损坏以及多灯设备中的灯之间的不均匀光强度，在并联输出镇流器中更换一个或多个灯时产生光。
公开一种调光镇流器，其包括驱动产生AC信号以对一个或多个荧光灯供电的频率受控自激振荡逆变器的输入整流器和DC-DC转换器。提供一种逆变器控制系统，其包括第一调节器和第二调节器，以控制逆变器工作频率，从而调整逆变器输出电流和电压。第一控制调节器至少部分地基于感测的灯电流值和电流设定点值(例如，外部调光控制信号)来修改逆变器工作频率。第二调节器根据电压设定点值和感测的AC总线节点电压值来调整逆变器输出。镇流器因此能够用于在多灯配置中执行调光控制，同时适应一个或多个灯的拆除而不允许过电流情况出现。
在一个实施例中，该逆变器提供跨过DC输入串联耦合的第一开关器件和第二开关器件以及相关联的驱动电路，这些驱动电路各包括驱动控制电感和谐振电感。在本实施例中，逆变器还包括谐振电路，该谐振电路具有与驱动电路电感电感耦合并且连接在开关器件的中心节点与AC总线节点之间的电感，以使得这些驱动电路振荡，用于按逆变器工作频率来互补促动第一开关器件和第二开关器件。该逆变器提供输出，该输出具有在AC总线节点与灯负载(一个或多个)之间耦合的一个或多个镇流器电容，从而以受控方式驱动这些灯。在此实施例中，第一调节器包括频率控制电感，该电感与驱动电路控制电感电感耦合，以及第一调节器根据电流设定点值和感测的灯电流选择性地使与第一频率控制电感相关联的负载变化以修改驱动电路电感，并因此控制逆变器工作频率，使得对逆变器输出进行调整。该第一调节器因此以正常调光模式操作，以在调光控制(电流)设定点附近调节灯电流。第二调节器也具有(第二)频率控制电感，该电感与驱动电路控制电感电感耦合，并操作为基于电压设定点值和感测的AC总线节点电压值选择性地使第二频率控制电感的负载改变，以控制逆变器工作频率，从而对逆变器的输出进行调整。在示范实施例中，该第二调节器执行电压调整以将AC总线节点电压调整到处于或低于电压阈值。这在灯数量减少(delamp)期间或当灯最终故障时限制了逆变器的输出电压。
在一些实施例中，第二调节器还包括阴极加热电路，其在感测的灯电流值低于阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极并控制逆变器频率，以将输出降低到预定值。这些阴极有效地并联操作，以维持恒定电压。
第一调节器的某些实施例包括电流设定点电路以及电流感测电路和电流调节器，该电流设定点电路具有接收调光等级设定点信号的输入端子，该电流感测电路操作地与逆变器耦合以感测灯电流值，并且该电流调节器根据调光等级设定点信号来调整灯电流。
提供一种方法以用于对至少一个荧光灯供电，其包括对自激振荡逆变器赋能以产生AC信号从而对至少一个荧光灯供电，感测逆变器的AC总线节点电压值，感测灯电流值，接收电流设定点值，在调光控制模式中，至少部分地基于该电流设定点值和感测的灯电流值来选择性地调整逆变器工作频率以控制逆变器的输出，选择性地调整逆变器工作频率以控制逆变器的输出从而将AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值，以及在感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极并选择性地调整逆变器工作频率从而将逆变器的输出降低到预定值。
根据一个实施例，提供了一种用于操作至少一个荧光灯的调光镇流器，所述镇流器包括：输入整流器，其操作为接收AC输入和产生初始DC输出；DC-DC转换器，其操作地耦合到所述输入整流器，以接收所述初始DC输出并提供第二DC输出；频率受控的自激振荡逆变器，其操作地耦合到DC-DC转换器，以转换所述第二DC输出从而产生对至少一个荧光灯供电的AC信号；以及逆变器控制系统，其操作地与所述逆变器耦合，以控制所述逆变器工作频率。其中，所述逆变器控制系统包括：第一调节器，其操作为至少部分地基于电流设定点值和感测的灯电流值来选择性地使所述逆变器工作频率变化，以调整所述逆变器的输出；以及第二调节器，其操作为至少部分地基于电压设定点值和感测的AC总线节点电压值来选择性地使所述逆变器工作频率变化，以调整所述逆变器的所述输出；第一开关器件，其具有与第一驱动电路耦合的控制端子，所述第一驱动电路包括第一驱动控制电感和第一谐振电感，第二开关器件，其具有与第二驱动电路耦合的控制端子，所述第二驱动电路包括第二驱动控制电感和第二谐振电感，所述第一开关器件和第二开关器件跨过所述第二DC输出串联耦合，谐振电路，其包括操作地耦合在所述开关器件的中心节点与AC总线节点之间的谐振电感，所述谐振电感与所述第一谐振电感和所述第二谐振电感电感耦合，以引起所述第一驱动电路和所述第二驱动电路振荡，用于按逆变器工作频率来互补促动所述第一开关器件和第二开关器件，以及输出，其包括耦合在所述AC总线节点与至少一个荧光灯之间的至少一个镇流器电容；其中，所述第二调节器包括与所述驱动电路的所述第一驱动控制电感和所述第二驱动控制电感电感耦合的第二频率控制电感，所述第二调节器操作为至少部分地基于所述电压设定点值和所述感测的AC总线节点电压值来选择性地使与所述第二频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率从而调整所述逆变器的所述输出，从而将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
根据另一个实施例，提供了一种对至少一个荧光灯供电的方法，所述方法包括：对自激振荡逆变器赋能，以产生AC信号从而对至少一个荧光灯供电；感测所述逆变器的AC总线节点电压值；感测灯电流值；接收电流设定点值；在调光控制模式中，使用调节器、至少部分地基于所述电流设定点值和所述感测的灯电流值来选择性地调整所述逆变器工作频率，以控制所述逆变器的输出。其中，所述的逆变器包括：第一开关器件，其具有与第一驱动电路耦合的控制端子，所述第一驱动电路包括第一驱动控制电感和第一谐振电感，第二开关器件，其具有与第二驱动电路耦合的控制端子，所述第二驱动电路包括第二驱动控制电感和第二谐振电感，所述第一开关器件和第二开关器件跨过DC输出串联耦合，谐振电路，其包括操作地耦合在所述开关器件的中心节点与AC总线节点之间的谐振电感，所述谐振电感与所述第一谐振电感和所述第二谐振电感电感耦合，以引起所述第一驱动电路和所述第二驱动电路振荡，用于按逆变器工作频率来互补促动所述第一开关器件和第二开关器件，以及输出，其包括耦合在所述AC总线节点与至少一个荧光灯之间的至少一个镇流器电容。其中，所述调节器包括与所述驱动电路的所述第一驱动控制电感和所述第二驱动控制电感电感耦合的频率控制电感，所述调节器操作为至少部分地基于所述电压设定点值和所述感测的AC总线节点电压值来选择性地使与所述频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率从而调整所述逆变器的所述输出，从而将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值；以及在所述感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极并选择性地调整所述逆变器工作频率，从而将所述逆变器的输出降低到预定值。
附图说明
在下文详细描述和附图中阐述了一个或多个示范实施例，在附图中：
图1是图示一示范调光镇流器的示意图，该示范调光镇流器具有自激振荡逆变器，该自激振荡逆变器带有提供高级阴极加热、电压调节、抗闪烁、和电流调节控制的双调节器逆变器控制配置；
图2是图示图1的调光镇流器中的一示范整流器和升压DC-DC转换器的详细示意图；
图3是图示图1和图2的镇流器中、驱动一个或多个并联连接的荧光灯的一示范自激振荡逆变器的详细示意图；以及
图4和图5是图示图1-3的镇流器中、用于控制逆变器的示范第一调节器和第二调节器的详细示意图。
具体实施方式
现在参考附图，其中贯穿附图同样的附图标记用于指代同样的元件，并且其中多种特征不必按比例绘制，本公开涉及电子照明，以及更具体地涉及与荧光灯结合使用并将通过具体参考荧光灯来描述的调光镇流器，尽管本文描述的示范镇流器还能够用于其他照明应用，而不受限于前文提到的应用。
图1图示了调光镇流器102，其中根据用于调光控制或阴极加热的感测的灯电流来控制自激振荡逆变器140的工作频率，并且控制逆变器的AC总线电压不超过电压阈值，以便防止更换一个或多个灯108时过度驱动工作的灯108。镇流器102包括从AC输入104接收输入功率的整流器110，其中该整流器可以是有源的或无源的，或者可以备选地通过DC输入功率供给镇流器102而省略整流器110。整流器110具有将整流的DC电压提供到开关型DC-DC转换器120的输出112，开关型DC-DC转换器120包括由适合的控制信号操作的多种开关器件(未示出)。在一个实施例中(结合图2在下文进一步图示和描述)，转换器120是带有控制器130的升压转换器，控制器130能够实现功率因数控制(PFC)组件136，以控制镇流器102的功率因数。镇流器102还包括自激振荡频率受控的逆变器140，其接收DC电压122并提供AC输出106，以在具有第一控制调节器和第二控制调节器150a和150b的逆变器控制器150的控制下驱动一个或多个灯负载108。第一调节器150a包括电流调节器152，以至少部分地根据调光等级设定点160(例如，来自外部信号源)来调节灯电流。在一个实施例中，第二调节器150b具有阴极加热电路154、电压调节器156、和抗闪烁电路158，并且第二调节器150b可根据用于防止过电压情况的AC总线电压阈值161和根据用于控制灯阴极加热的灯电流阈值162来操作。图3中进一步图示了一个示范逆变器140，并且图4和图5中提供了示范的第一逆变器控制调节器和第二逆变器控制调节器的细节。在某些实施例中，逆变器140可以是耦合以提供隔离的AC输出106的变压器。
图2图示可以在调光镇流器102中使用的整流器110和升压DC-DC转换器120的一个适合实施例。整流器110分别从输入104的线路连接(line connection)L和中性连接N接收输入AC功率，并且包括用于连接到地EGND的接地连接G以及线路-地电容器C113，而输入104可包括多种附加的组件，例如电容器C101和电感器L1。整流器110提供全波二极管电桥，其包括二极管D7-D9和输出滤波器电容器C8，以提供接收为DC-DC转换器120的输入的初始DC输出112。在此实施例中，通过分流调节器电路相对于电路地ICGND提供了集成电路DC电压VCC，该分流调节器电路包括15伏特齐纳二极管Z108、双极晶体管Q103和电阻器R104、R105、R114、R115、R120和R121，以及输出电容器C104以及C111。使用二极管D112a和D112b，将变压器绕组T5B的中心经电容器C108电容耦合到VCC电源的中心。示范DC-DC转换器120是升压转换器，其接收初始DC输出112并根据来自控制器130的信号选择性地开关FET Q101，以在端子122a和122b处提供用于驱动逆变器140的第二DC输出。转换器120包括具有连接到控制器130的三级控制绕组T5B的升压转换器电感T5A，以及用于使用15V齐纳Z115、电容器C116和C117、二极管D105a和D105b及电阻器R116建立电路电压15V的二级绕组T5C。
图3图示示范自激振荡逆变器140的进一步细节，示范自激振荡逆变器140与接收来自升压转换器120的DC功率的DC端子122a和112b耦合。该逆变器140包括谐振电路213和一对受控开关器件Q1和Q2，在一个示例中，该一对受控开关器件Q1和Q2为n型MOSFET，尽管还可以采用任何适合的开关器件。由串联耦合在正电压节点DC+与耦合到第一电路地GND1的负节点之间Q1和Q2来选择性地开关端子122a和122b处接收的输入DC，其中，Q1和Q2的这种选择性开关执行操作，以在逆变器输出节点211处生成方波，该方波然后激励谐振电路213以从而驱动节点212处的高频总线(HFB)。
逆变器140包括变压器T2-T4以及变压器T1，变压器T2-T4用于输出功率感测和用于具有可调逆变器工作频率的自激振荡的控制，变压器T1用于阴极加热操作。
变压器T2具有串联在逆变器输出211与HFB212之间的第一绕组T2A，以及分别与开关器件Q1和Q2相关联的开关驱动控制电路221和222中的绕组T2B和T2C。在逆变器140的操作中，绕组T2A作为谐振电路213中的初级，而次级绕组T2B和T2C连接在用于Q1和Q2的栅极驱动电路中，分别用于开关根据电路213的谐振的振荡促动。
变压器T3具有操作为第二调节器150b中的频率控制电感的第一绕组T3A和开关控制电路221和222中的绕组T3B和T3C，其中每个驱动控制电路221、222包括来自T2和T3的绕组的串联组合。第三变压器T3由控制器150使用，以选择性地控制栅极驱动电路221和222的电感，并由此控制用于逆变器140的闭环操作的逆变器工作频率，从而控制在输出106处递送到灯108的功率量。
来自高频总线212的AC功率经对应的镇流电容器C205-C208提供用于驱动一个或多个灯负载108(图3的图示示例中示出四个灯108)的AC输出106，其中由此能够将任何数量的灯108与高频总线212耦合。该示范输出106还可以包括附加电路，例如电阻器R219-R222、二极管D223-D226、和用于辉纹控制的隔直电容器C210。
提供变压器T1以实现灯阴极的选择性加热，其包括初级绕组T1A，初级绕组T1A经电容器C223耦合到逆变器输出211以及经节点FT耦合到用于在灯电流低于阈值162时进行选择性促动的阴极加热电路154(下文的图5)。变压器T1包括用于加热个别的上方灯阴极的次级绕组T1C、T1D、T1E和T1F以及所有下方阴极与之耦合以便进行加热的公共次级绕组T1B。下方公共灯端子穿过电容器210和变压器T4的初级绕组T4A耦合到GND1，变压器T4具有分别在第一调节器和第二调节器156a和156b中的次级T4C和T4B。
由逆变器140和谐振电路213在节点212处生成高频总线，谐振电路213包括谐振电感T2A以及等效谐振电容，该等效谐振电容包括串联在DC+节点与GND1节点之间的电容器C1和C2的等效物(具有经电容器213耦合到总线212的中心节点)。通过以并联方式分别与电容C1和C2个别耦合的二极管D1和D2形成钳位电路。交替地激活开关Q1和Q2，以在公共逆变器输出节点211处提供幅度为VDC/2的方波(例如，跨过端子112a与122b的DC总线电压的一半)，并且此方波逆变器输出激励谐振电路213。栅极线路或控制线路214和216包括电阻R1和R2，以分别向Q1和Q2的控制端子提供控制信号。
使用驱动电路221和222生成开关栅极信号，其中第一驱动电路221耦合在逆变器输出节点211与第一电路节点218之间，以及第二驱动电路222耦合在电路地GND1与节点216之间。驱动电路221和222包括变压器T2的第一驱动电感器和第二驱动电感器T2B和T2C，它们是互相耦合到谐振电路213的谐振电感器T2A以在驱动电感器T2B和T2C中感应出与谐振电路213中的电流瞬态变化率成比例的、用于逆变器140的自激振荡操作的电压的次级绕组。此外，驱动电路221和222包括串联连接到相应的第一驱动电感器和第二驱动电感器T2B和T2C及栅极控制线路214和216的次级电感器T3B和T3C。绕组T3B和T3C操作为驱动控制电感，同时逆变器控制调节器150a和150b各具有三级频率控制电感绕组(分别为T3D和T3A)，通过该三级频率控制电感绕组，控制器150能够通过使绕组T3B和T3C的电感发生变化来改变逆变器140的振荡频率，而绕组T3B和T3C的电感的变化通过对流过频率控制电感(一个或多个)的电流进行控制来实现。
在操作中，栅极驱动电路221和222对于周期的前一半将Q1保持在“开(ON)”状态，以及对于周期的后一半将开关Q2保持在“开”状态，以在输出节点211处生成用于激励谐振电路213的大致方波。在一个实施例中，开关器件Q1和Q2的栅极-源极电压Vgs由分别耦合在开关源极与栅极控制线路214和216之间的双向电压钳位Z1、Z2和Z3、Z4(例如，背靠背齐纳二极管)来限制。在本实施例中，个别双向电压钳位Z1、Z2和Z3、Z4与相应的电感器T3B和T3C协同，以控制跨过谐振电路213的电压的基频分量与谐振电感器T2A中的AC电流之间的相位角。
为了启动逆变器140，跨过输入端子122a和122b串联耦合的电阻器R3和R4与电阻器R110(耦合在逆变器输出节点211与电路GND1之间)协同，以发起栅极驱动电路221和222的再生操作(regenerative operation)。逆变器开关控制电路还包括分别与绕组T3B和T3C串联耦合的电容器C3和C4。当最初将DC功率提供到逆变器140时，从正DC输入122a经R3、R4和R110对C3充电，同时电阻器R5分流驱动电路222中的电容器C4以防止C4充电，并从而防止同时激活Q1和Q2。因为跨过C3的电压最初为零，所以由于用于电容器C3充电的相对长的时间常数，T2B和T3B的串联组合充当短路。一旦C3充电达到Q1的Vgs的阈值电压(例如，在一个实施例中为2-3伏特)，Q1转成开，并且小偏置电流流过Q1。此电流以共漏极A类放大器配置偏置Q1，共漏极A类放大器配置具有足够增益以允许谐振电路213与栅极控制电路221的组合产生再生动作，从而开始逆变器140在网络(包括C3、T3B和T2B)的谐振频率(其高于谐振电路213的固有谐振频率)处或附近的振荡。结果，在高频总线节点212处见到的谐振电压滞后于节点211处的逆变器输出电压的基准，从而促进了逆变器140的软开关操作。因此，逆变器140在起动时以线性模式开始操作，并过渡到开关D类模式。逆变器将在5V电源达到至少耗尽模式MOSFET Q106的阈值之后才启动。当此情况发生时，Q2的栅极处的电压上升，并允许逆变器140开始振荡。
在镇流器102的稳态操作中，逆变器输出节点211处的方波电压具有正端子112a的电压的大约一半(例如，Vdc/2)的幅度，并且跨过C3的初始偏置电压下降。在图示的逆变器中，包括电容器C3和电感器T3B的第一网络224和包括电容器C4和电感器T3C的第二网络226以高于第一网络和第二网络224、226的谐振频率的工作频率等效地感应。在稳态振荡操作中，这导致栅极电路的相位偏移，以允许流经电感器T2A的电流滞后于逆变器输出节点211处产生的电压的基准频率，从而促进了逆变器140的稳态软开关。在一个实施例中，由串联连接的钳位二极管D1和D2将逆变器140的输出电压钳位，以限制通过谐振电路电容器C1和C2见到高电压。随着节点211处的逆变器输出电压增高，钳位二极管D1、D2开始执行钳位，从而防止跨过电容器C1和C2的电压改变符号，并将输出电压限制到防止造成逆变器140的组件热损坏的值。
控制器150感测由初级绕组T4A感测的输出负载电流信号，以执行多种控制功能，从而通过使逆变器绕组T3B和T3C的电感变化而调节灯电流，并且由此通过改变三级绕组T3A和T3D的其中之一或二者见到的负载来调节逆变器140的工作频率。在图示的逆变器140中，随着工作频率降低，输出电流增加，以及反之亦然。而且，逆变器频率随着T3A或T3D之一的负载减少而降低。因此，控制调节器150a和/或150b(下面的图4和图5)分别增加或减少T3D和/或T3A上的负载，以降低或增加灯电流。
图4图示第一调节器的一个实施例，在此情况中是逆变器控制器150中的线性调光器调节器150a。在操作中，第一调节器150a选择性地使与第一频率控制电感(T3D)相关联的负载变化，以控制逆变器工作频率，从而至少部分地基于感测的灯电流值和至少部分地基于电流设定点值160来调整逆变器输出106，电流设定点值160可以是内部预设的或在电流设定点电路151的端子159a和159b处接收的外部调光等级设定点信号(例如，在一个示例中为0-10伏特DC)。在一个实施例中，该电流设定点电路包括由交叉耦合的MOSFET Q309和310、及串联连接的齐纳二极管Z316a和Z316b、以及电容器C309组成的误接线保护电路，以在无意间将调光控制端子159连接到高电压线路时防止器件损坏，并且在一个实施例中，该保护电路在节点DIM+处提供了0-10伏特的调光信号，表示预定义工作范围中期望的灯电流。保护MOSFET Q309和Q310是耗尽模式器件，其保持开状态操作直到将它们的栅极-源极电压置于负值为止(例如，在一个实施例中，约为-2.5V)，从而允许器件Q309和Q310在未对控制输入端子159a和159b施加电压时保持开。通过包括耗尽模式n沟道MOSFET Q303、放大器U302、电阻器R306-R311和电容器C302的电路，缩放和缓冲电流设定点信号160，以将表示设定点值的信号呈交到U301的反相输入处的加法节点。
电流调节器电路152的U301将该设定点与感测的灯电流值进行比较，以通过电阻器R304、R302和R312以及电容器C304来控制开关Q301，从而控制第一频率控制电感T3D的负载，其中完全将整流器短接到T3D(Q301完全开)加载了绕组T3D，并由此降低逆变器输出106。在闭环方式下，电流调节器152选择性地使频率控制电感T3D的负载变化，以控制逆变器工作频率，以便根据调光等级设定点信号160来调节灯电流，从而实现镇流器102的调光器控制操作，其中当感测的灯电流电平高于设定点值时，增加T3D的负载(例如，通过增加至Q301的选通信号)来降低变压器绕组T3B和T3C的电感，并且由此增加逆变器频率和降低输出灯电流，而当感测的灯电流电平低于设定点160时反之依然。电流调节器152由此操作为选择性地使频率控制电感T3D的负载变化，以控制逆变器工作频率，从而根据调光等级设定点信号160来调节灯电流。而且，示范第二调节器150a参照第二地GND2，其中使用经5伏特齐纳二极管Z301、电阻器R301和电容器C301的、来自15V电源的电流建立用于U301和U302的DC电源电压5V。
又参考图5，除了通过第一调节器150a进行稳态调光控制外，控制器150还提供第二调节器150b，当更换灯108时或其他情况下从输出106移除灯108时，第二调节器150b可操作为选择性地调节逆变器工作频率，以控制逆变器输出，从而将高频AC总线节点212处的电压调节到处于或低于用于过电压保护的电压阈值161。当感测的灯电流值低于灯电流阈值162时，第二调节器150b还选择性地加热一个或多个灯阴极，并将逆变器输出降低到预定值。
在图5的实施例中，第二调节器150b包括电压调节器156，其操作为选择性地使T3A的负载变化，以控制逆变器工作频率，从而将节点212处的AC总线电压调节到处于或低于电压阈值161。电压调节器156通过由电容器C216电容耦合到总线节点212的电阻器R212来感测HFB电压，以控制n沟道增强模式控制MOSFET Q203的栅极。起动时将至Q203的栅极信号按由R206、R207和C203设置的时间常数延迟，以使得电压调节器156在完成初始预加热之后才开始控制逆变器140。齐纳二极管Z209(在一个实施例中为33伏特)和电容器C225相对于GND1钳位Q203的漏极的电压，并且另一个齐纳二极管Z208(例如，7.5伏特)钳位(claim)MOSFET源极。调节器156包括串联连接在Q203的栅极和源极之间的电阻器R213和电容器C219。第二频率控制电感T3A连接到四二极管整流器以及连接到下面描述的阴极加热电路154的端子CT3和CT4。
电阻器R213和R207建立用于电压调节操作的偏置点，以使得较高的总线电压引起Q203增加T3A上的负载，以便增加逆变器的频率从而降低输出功率，由此节点212处的高频总线电压将不会超过偏置点设置的预定阈值161。在操作中，当终端用户拆除一个或多个灯108时或如果灯108故障且第一调节器150a的正常电流控制将逆变器140驱动到设定点总输出电流电平时，一旦感测的HFB电压上升得太远，则电压调节器156就接管，并且将总线电压调节到处于或低于电压阈值161。当用户之后更换了灯(一个或多个)108时，则第一整流器150a能够在另一个预加热周期之后恢复调光等级设定点值160附近的稳态电流调整。
电压调节器156还包括含有MOSFET Q204、电容器C226和电阻器R211的抗闪烁电路158积分器，如果调光设定点值160低，则该积分器操作为在预加热之后延迟过渡以允许C226缓慢地充电。在操作中，这允许电压调节器156在较低总线电压时开始调节，直到跨过C226的电压逐渐增加到稳定电平为止。
现在参考图3和图5，图5的第二调节器150b还包括阴极加热电路154，其操作为在感测的灯电流值低于灯电流阈值162时选择性地加热一个或多个灯阴极。电流感测电路153b经整流器连接的次级绕组T4B、电阻器R220和电容器C222感测灯电流，以将感测的电流信号提供到运算放大器U202的反相输入，同时U202的同相输入被偏置于由电阻器R233和R234设置的灯电流阈值162处。经U202和增益电阻器R232将误差信号放大，并通过电阻器R131和电容器C217对其滤波，以驱动MOSFET Q208的栅极端子，MOSFET Q208具有耦合到在阴极加热控制端子FT处的阴极加热变压器初级绕组T1A(图3)的漏极(该漏极还通过二极管D221耦合到DC+电压)。当来自T4B的感测的电流值低于灯电流阈值162时，Q208转成开，从而对阴极加热控制初级绕组T1A赋能。这引起加热电流在次级绕组T1B-T1F(图3)中流过，以加热灯108的阴极。在一个实施例中，阈值162设置成使得低于约140mA的灯电流将引起阴极加热电路154进入到对变压器T1赋能的加热模式。
在图示的实施例中，加热模式持续由通过Schmidt触发器U201、电阻器R223、和电容器C210形成的单触发电路设置的预定时间，该单触发电路由包括齐纳Z210、电容器C220和电阻器R225的5.3伏特齐纳电路来供电。单触发器U201的输出耦合到U202的输出，以在此预设时间期间之后结束T1的加热激活。经电阻器R224将单触发信号输出上拉到5V电源，并且该单触发信号还激活用于在加热期间经端子CT3和CT4选择性地将频率控制电感T3A短接的MOSFET对Q205a、Q205b。以此方式，在阴极加热期间当感测的灯电流值低于灯电流阈值162时，阴极加热电路154也使T3A的负载变化，从而将逆变器输出减少到预定的低值。
公开的技术还提供对一个或多个荧光灯供电的方法，其包括对自激振荡逆变器140赋能以产生AC信号212从而对至少一个荧光灯108供电，感测逆变器140的AC总线节点电压值，感测灯电流值，接收电流设定点值160，在调光控制模式中，至少部分地基于电流设定点值160和感测的灯电流值来选择性地调整逆变器工作频率从而控制逆变器140的输出，选择性地调整逆变器工作频率以控制逆变器140的输出从而将AC总线节点电压(HFB)调节到处于或低于电压阈值161，以及在感测的灯电流值低于灯电流阈值162时，选择性地加热一个或多个灯阴极并选择性地调整逆变器工作频率从而将逆变器140的输出降低到预定值。
上文的示例仅是说明本公开多种方面的多个可能实施例，其中本领域技术人员在阅读并理解本说明书和附图时将会想到等效的变更和/或修改。具体针对由上述组件(组装件、装置、系统、电路等)执行的多种功能而言，除非另行指明，否则用于描述此类组件的术语(包括对“手段”的引用)意在对应于执行描述的组件的特定功能(即，功能上等效)的任何组件(例如，硬件、软件或它们的组合)，即便在结构上不等效于执行本公开图示的实现中的功能的、公开的结构。此外，虽然已关于多种实现的仅一种来图示和/或描述了本公开的具体特征，但是当对于任何给定应用或具体应用可能是期望的和有优点的时候，此类特征可与其他实现的一个或多个其它特征组合。另外，除非另行指明，对单数组件或项的引用意在涵盖两个或多个此类组件或项。而且，就详细描述和/或权利要求中使用的术语“包括”、“具有”、“带有”或其变形来说，此类术语意在与术语“包含”相似的方式进行包容。本发明已参考优选实施例进行了描述。显然，其他人在阅读和理解前文的详细描述时，将会想到修改和变更。本发明意在解释为包括了所有此类修改和变更。
Claims (20)
1. 一种用于操作至少一个荧光灯的调光镇流器，所述镇流器包括：
输入整流器，其操作为接收AC输入和产生初始DC输出；
DC-DC转换器，其操作地耦合到所述输入整流器，以接收所述初始DC输出并提供第二DC输出；
频率受控的自激振荡逆变器，其操作地耦合到DC-DC转换器，以转换所述第二DC输出从而产生对至少一个荧光灯供电的AC信号；以及
逆变器控制系统，其操作地与所述逆变器耦合，以控制所述逆变器工作频率，所述逆变器控制系统包括：
第一调节器，其操作为至少部分地基于电流设定点值和感测的灯电流值来选择性地使所述逆变器工作频率变化，以调整所述逆变器的输出；以及
第二调节器，其操作为至少部分地基于电压设定点值和感测的AC总线节点电压值来选择性地使所述逆变器工作频率变化，以调整所述逆变器的所述输出；
第一开关器件，其具有与第一驱动电路耦合的控制端子，所述第一驱动电路包括第一驱动控制电感和第一谐振电感，
第二开关器件，其具有与第二驱动电路耦合的控制端子，所述第二驱动电路包括第二驱动控制电感和第二谐振电感，所述第一开关器件和第二开关器件跨过所述第二DC输出串联耦合，
谐振电路，其包括操作地耦合在所述开关器件的中心节点与AC总线节点之间的谐振电感，所述谐振电感与所述第一谐振电感和所述第二谐振电感电感耦合，以引起所述第一驱动电路和所述第二驱动电路振荡，用于按逆变器工作频率来互补促动所述第一开关器件和第二开关器件，以及
输出，其包括耦合在所述AC总线节点与至少一个荧光灯之间的至少一个镇流器电容；
其中，所述第二调节器包括与所述驱动电路的所述第一驱动控制电感和所述第二驱动控制电感电感耦合的第二频率控制电感，所述第二调节器操作为至少部分地基于所述电压设定点值和所述感测的AC总线节点电压值来选择性地使与所述第二频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率从而调整所述逆变器的所述输出，从而将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
2. 根据权利要求1所述的调光镇流器，
其中，所述逆变器包括：
其中，所述第一调节器包括与所述驱动电路的所述第一驱动控制电感和所述第二驱动控制电感电感耦合的第一频率控制电感，所述第一调节器操作为至少部分地基于所述电流设定点值和所述感测的灯电流值来选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率从而调整所述逆变器的所述输出。
3. 根据权利要求2所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器包括电压调节器，所述电压调节器操作为选择性地使与所述第二频率控制电感相关联的所述负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
4. 根据权利要求3所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器还包括阴极加热电路，所述阴极加热电路操作为在感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极。
5. 根据权利要求4所述的调光镇流器，其中，所述阴极加热电路还操作为在所述感测的灯电流值低于所述灯电流阈值时，选择性地使与所述第二频率控制电感相关联的所述负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而将所述逆变器的所述输出减少到预定值。
6. 根据权利要求5所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而调整所述灯电流。
7. 根据权利要求4所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而调整所述灯电流。
8. 根据权利要求3所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而调整所述灯电流。
9. 根据权利要求2所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器还包括阴极加热电路，所述阴极加热电路操作为在感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极。
10. 根据权利要求9所述的调光镇流器，其中，所述阴极加热电路还操作为在所述感测的灯电流值低于所述灯电流阈值时，选择性地使与所述第二频率控制电感相关联的所述负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而将所述逆变器的所述输出减少到预定值。
11. 根据权利要求10所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而调整所述灯电流。
12. 根据权利要求9所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地使与所述第一频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率，从而调整所述灯电流。
13. 根据权利要求1所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器还包括阴极加热电路，所述阴极加热电路操作为在感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极。
14. 根据权利要求13所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地控制所述逆变器工作频率，以调整所述灯电流。
15. 根据权利要求14所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器包括电压调节器，所述电压调节器操作为选择性地控制所述逆变器工作频率，以将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
16. 根据权利要求13所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器包括电压调节器，所述电压调节器操作为选择性地控制所述逆变器工作频率，以将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
17. 根据权利要求1所述的调光镇流器，其中，所述第二调节器包括电压调节器，所述电压调节器操作为选择性地控制所述逆变器工作频率，以将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值。
18. 根据权利要求17所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地控制所述逆变器工作频率，以调整所述灯电流。
19. 根据权利要求1所述的调光镇流器，其中，所述第一调节器包括：
电流设定点电路，其具有接收调光等级设定点信号的输入端子；
电流感测电路，其与所述逆变器操作地耦合以感测灯电流值；以及
电流调节器，其操作为根据所述调光等级设定点信号选择性地控制所述逆变器工作频率，以调整所述灯电流。
20. 一种对至少一个荧光灯供电的方法，所述方法包括：
对自激振荡逆变器赋能，以产生AC信号从而对至少一个荧光灯供电；
感测所述逆变器的AC总线节点电压值；
感测灯电流值；
接收电流设定点值；
在调光控制模式中，使用调节器、至少部分地基于所述电流设定点值和所述感测的灯电流值来选择性地调整所述逆变器工作频率，以控制所述逆变器的输出；
其中，所述逆变器包括：
第一开关器件，其具有与第一驱动电路耦合的控制端子，所述第一驱动电路包括第一驱动控制电感和第一谐振电感，
第二开关器件，其具有与第二驱动电路耦合的控制端子，所述第二驱动电路包括第二驱动控制电感和第二谐振电感，所述第一开关器件和第二开关器件跨过DC输出串联耦合，
谐振电路，其包括操作地耦合在所述开关器件的中心节点与AC总线节点之间的谐振电感，所述谐振电感与所述第一谐振电感和所述第二谐振电感电感耦合，以引起所述第一驱动电路和所述第二驱动电路振荡，用于按逆变器工作频率来互补促动所述第一开关器件和第二开关器件，以及
输出，其包括耦合在所述AC总线节点与至少一个荧光灯之间的至少一个镇流器电容；
其中，所述调节器包括与所述驱动电路的所述第一驱动控制电感和所述第二驱动控制电感电感耦合的频率控制电感，所述调节器操作为至少部分地基于所述电压设定点值和所述感测的AC总线节点电压值来选择性地使与所述频率控制电感相关联的负载变化，以控制所述逆变器工作频率从而调整所述逆变器的所述输出，从而将所述AC总线节点电压调节到处于或低于电压阈值；
以及
在所述感测的灯电流值低于灯电流阈值时，选择性地加热一个或多个灯阴极并选择性地调整所述逆变器工作频率，从而将所述逆变器的输出降低到预定值。
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