CN102510649A

CN102510649A - 一种电子镇流器的自启动电路

Info

Publication number: CN102510649A
Application number: CN2011103361296A
Authority: CN
Inventors: 谢雪松; 彭振宇; 张小玲; 齐浩淳; 佘硕杰; 杨娟; 郭敏; 吕长志
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2011-10-28
Publication date: 2012-06-20
Anticipated expiration: 2031-10-28
Also published as: CN102510649B

Abstract

本发明公开了一种基于电子镇流器功率因数校正(Power Factor Correction)电路的自启动电路(Starter Circuit)。该电路由电流偏置单元(1)、或非门单元(2)、充放电单元(3)、反相器单元(4)、下拉单元(5)所组成，该电路仅在电子镇流器刚开始工作或电路出现异常时有效，使PFC电路从上电状态或异常状态转换到正常工作状态。本发明的自启动电路可调节充放电单元中管子尺寸(宽长比W/L)，控制本身电路的输出，进而完成当芯片开始上电时或者芯片工作不正常时，电子整流器不能正常开启开关功率管的缺陷，可以更好的保护电路。

Description

一种电子镇流器的自启动电路

技术领域

本发明涉及一种荧光灯电子镇流器的器件，尤其涉及一种电子镇流器的自启动产生电路。

背景技术

电子镇流器的器件是荧光灯正常工作的重要部件，当镇流器工作于国标GB19510.4中所规定的异常状态时，很可能严重发热，导致内部元件被烧毁。因此有“省电不省钱”的“美誉”，从经济角度考虑极不划算。之所以造成这种现象，主要由于是电子镇流器中的功率因数校正电路PFC(Power Factor Correction)在刚开始上电时检测不到内部的零电流检测电路的输出信号，无法触发RS触发器发出信号开启功率因数校正电路外部的开关功率管，因而PFC无法进入正常的工作状态，有可能使功率输出过度。启动电路(Starter)的出现解决了这个问题，它的基本功能就是在PFC上电时发出一触发信号送至RS寄存器(RS trigger)的S端，相应的RS触发器被置高电平”1”，该电平被传送至PFC电路外部，来开启开关功率管。

目前，自启动电路(Starter Circuit)电路作为电子镇流器的关键部分，越来越得到设计者的重视。但是，现有技术中的自启动电路，都是基于对RC充放电以及比较器对充放电节点进行采样比较的基础上发展起来的，电子镇流器自启动电路通过对自启动电路中某一节点电压进行采样，然后送入一组比较器进行比较，并将相应的输出信号送至RS触发器，以使电路的信号状态完成翻转。但其电路设计涉及到两个比较器，复杂程度较高，相应的功耗与芯片面积均较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述电子镇流器自启动电路设计复杂且功耗较大的问题，提供一种能够简单易行的自启动电路。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种电子镇流器的自启动电路，位于电子镇流器的电路中，该电路仅在电子镇流器刚开始工作或电路出现异常时有效，使PFC电路从上电状态或异常状态转换到正常工作状态。

该电路由电流偏置单元1、或非门单元2、充放电单元3、反相器单元4、下拉单元5所组成，

所述电流偏置单元1有两个之路，之路一由PMOS管M0和NMOS管M2组成，M0的栅极G连接外接的偏置电压Vbp，其漏极D则连接NMOS管M2的栅极G、漏极D；之路二由PMOS管M1和NMOS管M3组成，PMOS管M1的栅极G与漏极D连接，并与NMOS管M3的漏极D连接；PMOS管M0和PMOS管M1的源极S均接电路的最高点位Vdd！；NMOS管M2和NMOS管M3的源极S与地连接，其栅极G则一起连接至NMOS管M2的漏极D；

所述或非门单元2由两输入端或非门I0构成，其两输入端一端接电子镇流器全局的使能信号En，另一端接电子镇流器内部的RS触发器单元的输出端Q^；

所述充放电单元3有两个之路，之路一由PMOS管M4和NMOS管M7组成，PMOS管M4的漏极D与NMOS管M7的漏极D、电容C0的一端连接；之路二由PMOS管M5和NMOS管M8组成，PMOS管M5的漏极D与NMOS管M8的漏极D连接；PMOS管M4和PMOS管M5的源极S均接电路的最高点位Vdd！；PMOS管M4的栅极G与所述PMOS管M1的栅极G连接；NMOS管M7的栅极G与所述或非门I0输出连接；M5的栅极G与电容C0的一端、NMOS管M7的漏极D连接；NMOS管M8的栅极G与所述NMOS管M2的栅极G、漏极D连接；PMOS管M7和PMOS管M8的源极S、电容C0的另一端均接地；

所述反相器单元4由PMOS管M6和NMOS管M9组成，PMOS管M6和NMOS管M9的栅极G与PMOS管M5和NMOS管M8的漏极D连接；PMOS管M6的源极S接电路的最高点位Vdd！；NMOS管M9的源极S与地连接；

所述下拉单元5由NMOS管M10构成，NMOS管M10的栅极G与所述或非门I0输出连接；NMOS管M10的漏极D与所述PMOS管M6和NMOS管M9的漏极D连接构成启动电路的输出端；NMOS管M10的源极S与地连接。

所述电流偏置单元为所述充放电单元的两条支路镜像出固定的充电或放电电流。

所述或非门单元通过根据其电路的工作状态输出不同的栅控制信号来控制其所连接的各支路开关管的通断，从而控制自启动电路输出电压的输出。

所述充放电单元调节其两条支路内部的PMOS、NMOS管的宽长比W/L获得不同的输出电压。

本发明的有益效果：本发明的自启动电路的充放电单元简化了传统自启动电路中的两个比较器电路，并调节充放电单元中各MOS管的尺寸(W/L)，获得相应的输出信号电平，因而可根据不同的实际情况选择不同的MOS管尺寸(W/L)实现自启动电路的功能，更好地保护电子镇流器。本发明与功率因数校正电路(PFC)、半桥逆变电路共同组成电子镇流器，当灯管处于刚上电状态或异常状态时，自启动电路均可驱使电子镇流器工作在正常状态，以保证灯可以正常工作。

附图说明

图1为本发明自启动电路在电子整流器中具体应用；

图2为本发明自启动电路的一个实施例的电路图；

图3为采用本发明自启动电路的PFC电路上电状态时Starter输出仿真时序图；

图4为采用本发明自启动电路的PFC电路正常工作时Starter输出仿真时序图。

具体实施方式

下面参照附图结合实施例详细说明本发明中的自启动电路。

参见图1，为自启动电路在电子镇流器中的框图。功率因数校正电路PFC(Power FactorCorrection)在刚开始上电时检测不到内部的零电流检测电路的输出信号，无法触发RS触发器发出信号开启功率因数校正电路外部的开关功率管，因而PFC无法进入正常的工作状态。启动电路(Starter)的存在解决了这个问题。它的基本功能就是在PFC上电时发出一触发信号送至RS寄存器(RS trigger)的S端，相应的RS触发器被置高电平”1”，该电平被传送至PFC电路外部，来开启开关功率管。此过程完成PFC电路由上电状态至正常工作状态的转换。当PFC电路工作正常时，自启动电路(Starter)输出低电平”0”，其在电路中被屏蔽，PFC电路在零电流检测和PFC输出电压检测电路的相互作用下正常工作。只有PFC电路重新上电时，自启动电路(Starter)重新被触发。

参见图2，其为本发明自启动电路一实施例的电路图。在本实施例中，自启动电路由电流偏置单元1、或非门单元2、充放电单元3、反相器单元4、下拉单元5所组成。所述电流偏置单元1有两个之路，之路一由PMOS管M0和NMOS管M2组成；之路二由PMOS管M1和NMOS管M3组成。所述或非门单元2由两输入端或非门I0构成。所述充放电单元3有两个之路，之路一由PMOS管M4和NMOS管M7组成；之路二由PMOS管M5和NMOS管M8组成。所述反相器单元4由PMOS管M6和NMOS管M9组成。所述下拉单元5由NMOS管M10构成。以上电路具体连接为：

或非门单元2的两输入端一端来自电子镇流器全局的使能信号En(低电平有效)；另一端来自RS触发器的输出端Q^，相应的输出端分别与充放电单元3一个支路中NMOS管M7的栅极(G)、下拉单元5中NMOS管M10的栅极(G)连接。电流偏置单元1的两个支路中的PMOS管M0、PMOS管M1的源极(S)均接电路的最高点位(Vdd！)。PMOS管M0的栅极(G)连接外接的偏置电压(Vbp)，其漏极(D)则连接NMOS管M2的栅极(G)、漏极(D)；PMOS管M1的栅极(G)与漏极(D)连接，并且分别与NMOS管M3的漏极(D)、充放电单元3中PMOS管M4的栅极(G)连接。NMOS管M2、NMOS管M3的源极(S)与地连接，栅极(G)则一起连接至NMOS管M2的漏极(D)、充放电单元3中NMOS管M8的栅极(G)。充放电单元3中两个支路中PMOS管M4、PMOS管M5的源极(S)均接电路的最高点位(Vdd！)。PMOS管M4的漏极(D)与NMOS管M7的漏极(D)、PMOS管M5的栅极(G)、电容(C0)的一端连接；PMOS管M5的漏极(D)与NMOS管M8的漏极(D)、反相器单元4的输入连接。NMOS管M2、NMOS管M3的源极(S)，以及电容C0的另一端与连接。反相器单元4的PMOS管M6、NMOS管M9的栅极(G)与PMOS管M5、NMOSM8的漏极(D)连接。PMOS管M6的源极(S)接电路的最高点位(Vdd！)，NMOS管M9的源极(S)则与地连接。PMOS管M6、NMOS管M9的漏极(D)则与启动电路的输出端、下拉单元5中NMOS管M10的漏极连接。下拉单元5的NMOS管M10源极(S)则与地连接。

本自启动电路实施例的的工作原理：

参见图1，当功率因数校正电路(Power Factor Correction)刚开始上电时，零电流检测电路、PFC输出电压检测电路均未能正常工作，PFC_Enable此时保持高电平。参见图2，PFC_Enable信号电平经过或非门单元2之后，信号电平发生相应的翻转，变为低电平”0”。或非门I0控制的开关管NMOS管M7、NMOS管M10的栅电平被拉低，相应MOS管从电路中断开。MOS管电流源PMOS管M4则对电容C0进行充电。电容C0两端电压Vc被充至最高电位(Vdd！)。PMOS管M5被关断，在MOS管电流源NMOS管M8的作用下，反相器的输入电平Vin被拉低至低电平“0”。相应的输出电平VO为高电平“1”。参见图1，VO信号电平经或非门I0之后，去驱动RS触发器的S端，相应的RS触发器的输出端Q被强制置“1”。输出信号Q被传输到功率因数校正电路外接的功率开关管的栅极，驱动开关管开启。这过程即完成功率因数校正电路从上电准备状态至正常工作状态的转换。

参见图1，当功率因数校正电路(Power Factor Correction)中RS触发器的Q输出端为低电平”0”时，此时由此电平驱动的PFC外接的功率开关管被关断。RS触发器的Q^输出端输出高电平信号”1”。参见图2，Q^信号电平经过或非门单元I0之后(此时PFC_Enable为低有效)，信号电平发生相应的翻转，变为低电平”0”。或非门I0控制的开关管NMOS管M7、NMOS管M10的栅电平被拉低，相应MOS管从电路中断开。在50Hz的工频周期内，Q^信号的周期以及其正半周期遵循递增然后递减的过程，而负半周期保持恒定。在工频周期内，除了PMOS管M4电容C0进行充电之外，NMOS管M7对电容C0进行放电，且NMOS管M7对C0的放电电流远远大于PMOS管M4对C0的充电电流。通过调整PMOS管M4与NMOS管M7的宽长比(W/L)，够使电容两端的最高电平Vc保持在电源电位与地电位之间的某个中间值。NMOS管M8驱动电流电流的能力较PMOS管M5的小，反相器的输入电平Vin被提升至高电平“1”。相应的输出电平VO为低电平“0”。此时Starter电路被屏蔽。此时零电流检测电路已经开始工作，其输出信号通过或非门I0来触发RS触发器的S端。

(3)参见图1，当功率因数校正电路(Power Factor Correction)中RS触发器的Q输出端为高电平”1”时，此时由此电平驱动的PFC外接的功率开关管被开启。RS触发器的Q^输出端输出高电平信号”0”。参见图2，Q^信号电平经过或非门单元I0之后(此时PFC_Enable为低有效)，信号电平发生相应的翻转，变为低电平”1”。或非门I0控制的开关管NMOS管M7、NMOS管M10的栅电平被提升，相应MOS管被接入电路。在50Hz的工频周期内，Q^信号的周期以及其正半周期遵循递增然后递减的过程，而负半周期保持恒定。在工频周期内，除了PMOS管M4电容C0进行充电之外，NMOS管M7对电容C0进行放电，且NMOS管M7对C0的放电电流远远大于PMOS管M4对C0的充电电流。在NMOS管M7开启过程中，NMOS管M7将电容C0的两端电压迅速拉低至地电平”0”。NMOS管M10也将VO两端电压拉低。此过程中中间电压Vin因NMOS管M8相对于PMOS管M5驱动能力较弱，仍保持为高电平。

参见图3，其为图2实施例的仿真时序图。PFC电路上电时，启动电路(Starter)输出时序。PFC电路上电时间的量级为ms，在此过程中，参见图2，NMOS管M7一直处于断开状态，电容C0两端电压被充至电源电平，则相应的输出端的输出信号为高电平；PFC工作于正常状态时，NMOS管M7的栅极控制信号是周期性非均匀变化的方波，且NMOS管M7宽长比(W/L)远大于PMOS管M4的宽长比(W/L)。正常状态时，电容C0两端的电平随着NMOS管M7的关断被充电，随着NMOS管M7的开启而迅速放电至低电平”0”。PMOS管M5的宽长比远小于NMOS管M8的宽长比。在电容C0两端信号电平的作用下，PMOS管M5-NMOS管M8支路漏极输出为高电平”1”。相应的输出端输出低电平”0”。Starter电路被屏蔽，从电路中断开，等待下次PFC电路的重启。本发明的通过调节充放电单元中各MOS管的尺寸(W/L)，即可获得相应的输出信号电平，因而可根据不同的实际情况选择不同的MOS管尺寸(W/L)，实现自启动电路的功能，更好的保护电子镇流器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，非局限本发明的保护范围，凡运用本发明说明书及附图内容所做的等同结构变化，均包含于本发明的保护范围内。

Claims

1.一种电子镇流器的自启动电路，位于电子镇流器的电路中，其特征在于：该电路仅在电子镇流器刚开始工作或电路出现异常时有效，使PFC电路从上电状态或异常状态转换到正常工作状态。

2.如权利要求1所述的一种电子镇流器的自启动电路，其特征在于：该电路由电流偏置单元(1)、或非门单元(2)、充放电单元(3)、反相器单元(4)、下拉单元(5)所组成，

3.如权利要求2所述的一种电子镇流器的自启动电路，其特征在于：所述电流偏置单元为所述充放电单元的两条支路镜像出固定的充电或放电电流。

4.如权利要求2所述的一种电子镇流器的自启动电路，其特征在于：所述或非门单元通过根据其电路的工作状态输出不同的栅控制信号来控制其所连接的各支路开关管的通断，从而控制自启动电路输出电压的输出。

5.如权利要求2所述的一种电子镇流器的自启动电路，其特征在于：所述充放电单元调节其两条支路内部的PMOS、NMOS管的宽长比W/L获得不同的输出电压。