CN102714909A

CN102714909A - 电子镇流器的功率因子校正电路

Info

Publication number: CN102714909A
Application number: CN2010800615608A
Authority: CN
Inventors: J.吴
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2010-01-15
Filing date: 2010-12-29
Publication date: 2012-10-03
Also published as: WO2011086440A3; US8836230B2; US20130127357A1; WO2011086440A2; EP2524579A2

Abstract

本发明涉及电子镇流器的功率因子校正电路。该电子镇流器包括整流电路、第一电容元件以及逆变器。该功率因子校正电路包括单向元件、电感元件和第二电容元件。该单向元件与电感元件串联连接，并且第二电容元件与单向元件和电感元件并联连接。单向元件和第二电容元件的接合点耦合到整流电路的第一输出端子，电感元件和第二电容元件的接合点耦合到逆变器的输入端子，以及第一电容元件耦合在整流电路的第二输出端子与单向元件和电感元件的接合点之间。已经发现根据本发明一实施例的功率因子校正电路可以将电子镇流器的功率因子增加到高的值，比如0.98，同时功率因子校正电路的尺寸足够小以在小尺寸灯中实现。

Description

电子镇流器的功率因子校正电路

技术领域

本发明涉及功率因子校正电路，特别地涉及电子镇流器的功率因子校正电路。

背景技术

AC（交流电）电力系统的功率因子被定义为实际功率与视在功率的比率，并且为介于0与1之间的数。在电力系统中，针对输送的相同量的有用功率，具有低功率因子的负载比具有高功率因子的负载汲取更多的电流，并且较高的电流增加了分配系统中的能量损失。

具有低功率因子的线性负载可以利用无源功率因子校正电路来校正。非线性负载（比如整流器）使从电力系统汲取的电流发生畸变。在这样的情况下，有源或无源功率因子校正电路可以用于抵消所述畸变并且提高功率因子。

发明内容

本发明的发明人认识到，对电子镇流器的功率因子校正电路的设计存在一些特殊要求。首先，功率因子校正电路的尺寸是重要的。小尺寸的功率因子校正电路使得电子镇流器能够容易地在小尺寸灯中实现。此外，对于可调光灯，如果功率校正电路不直接影响流过可调光灯的灯头的电流就更好了；否则，当可调光灯被调光到低调光水平（比如5%）时，该可调光灯可能由于流过灯头的电流不稳定而闪烁。

基于对现有技术和上述问题的理解，有利的是提供一种具有小尺寸且可以增加电子镇流器的功率因子的功率校正电路。还将期望提供一种使得可调光灯能够在低调光水平工作而不闪烁的功率校正电路。

为了更好地解决上述问题的一个或多个，根据本发明的第一方面的一个实施例，提供了一种电子镇流器的功率因子校正电路。该电子镇流器包括用于整流AC输入电压的整流电路、用于使来自整流电路的输出电压平稳的第一电容元件以及逆变器。该功率因子校正电路包括：

单向元件、电感元件和第二电容元件，其中

该单向元件与电感元件串联连接，

第二电容元件与单向元件和电感元件并联连接，

单向元件和第二电容元件的接合点耦合到整流电路的第一输出端子，

电感元件和第二电容元件的接合点耦合到逆变器的输入端子，以及

第一电容元件耦合在整流电路的第二输出端子与单向元件和电感元件的接合点之间。

已经发现根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路可以将电子镇流器的功率因子增加到高的值，比如0.98，同时功率因子校正电路的尺寸足够小以允许它在小尺寸灯中实现。此外，因为功率因子校正电路耦合在整流电路与逆变器之间，所以功率因子校正电路不直接影响流过可调光灯的灯头的电流。以此方式，具有功率因子校正电路的可调光灯仍然可以良好地工作而不闪烁，即使它被调光到低调光水平。

根据本发明的第二方面的一个实施例，提供一种电子镇流器。该电子镇流器包括上述功率因子校正电路。

根据本发明的第三方面的一个实施例，提供一种灯。该灯包括上述电子镇流器。

本发明的这些和其他方面将根据下文所述的实施例而清楚明白并且参照这些实施例而被阐明。

附图说明

本发明的上述和其他目的和特征将根据结合附图考虑的下文的详细描述而变得清楚，在附图中：

图1描绘了根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路的示意图；

图2（a）和图2（b）描绘了根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路的操作的示意图；

图3（a）描绘了流过电感器的电流的示意图，且图3（b）描绘了跨电感器的电压的示意图；

图4描绘了流过电容器的电流的示意图；

图5描绘了在整流电路中流过二极管的电流的示意图；

图6描绘了根据本发明的另一个实施例的功率因子校正电路的示意图；

图7（a）和图7（b）描绘了根据本发明的另一个实施例的功率因子校正电路的操作的示意图；

图8描绘了根据本发明的另外一个的实施例的功率因子校正电路的示意图；

图9描绘了根据本发明的又一个实施例的功率因子校正电路的示意图；以及

图10描绘了根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路的示意图。

贯穿附图，相同的附图标记用于表示相似的部分。

具体实施方式

根据本发明的第一方面的一个实施例，提供一种电子镇流器的功率因子校正电路。

该电子镇流器包括用于整流AC输入电压的整流电路、用于使来自整流电路的输出电压平稳的第一电容元件以及逆变器。

该电子镇流器可以是许多种电子镇流器之一，比如荧光灯电子镇流器、LED灯电子镇流器、紧凑型荧光灯电子镇流器、冷阴极荧光灯电子镇流器、可调光灯电子镇流器等。该整流电路可以将来自AC输入电源的AC输入电压转换成DC（直流电）电压，并且该整流电路可以许多方式实现，比如全波整流电路、半波整流电路等。第一电容元件产生来自整流电路的DC输出的稳定的DC，并且第一电容元件可以以许多方式实现，比如电解电容器、串联或并联连接的两个电容器等。该逆变器将DC转换成AC，并且该逆变器可以以许多方式实现，比如半桥逆变器、全桥逆变器、推挽逆变器等。

该功率因子校正电路包括单向元件、电感元件和第二电容元件。该单向元件仅在一个方向上传导电流，并且该单向元件可以以许多方式实现，比如二极管、半导体闸流管（thyristor）等。该电感元件倾向于抵抗电流的变化，并且该电感元件可以以许多方式实现，比如I型电感器、串联或并联连接的两个电感器等。第二电容元件可以保持电荷，并且第二电容元件可以以许多方式实现，比如薄膜电容器、串联或并联连接的两个电容器等。

单向元件与电感元件串联连接，并且第二电容元件与单向元件和电感元件并联连接。

单向元件和第二电容元件的接合点耦合到整流电路的第一输出端子。整流电路的第一输出端子是整流电路通过其输出DC电压的端子之一。可选地，在整流电路的第一输出端子与单向元件和第二电容元件的接合点之间可以存在其他元件，比如电阻。

电感元件和第二电容元件的接合点耦合到逆变器的输入端子。逆变器的输入端子是DC电压通过其被输入到逆变器的端子之一。可选地，在逆变器的输入端子与电感元件和第二电容元件的接合点之间可以存在其他元件，比如电阻。

第一电容元件耦合在整流电路的第二输出端子与单向元件和电感元件的接合点之间。整流电路的第二输出端子是整流电路通过其输出DC电压的端子之一。可选地，在第一电容元件与单向元件和电感元件的接合点之间可以存在其他元件，比如电阻。

图1描绘了根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路的示意图。

参照图1，提供电子镇流器的功率因子校正电路110。该电子镇流器包括全波整流电路120、用于使来自全波整流电路120的输出电压平稳的电解电容器C1以及半桥逆变器130。该电子镇流器进一步包括用于防止从电力系统到电子镇流器的EMI（电磁干扰）的输入EMI滤波电路140和用于向灯头B1提供电子电力（electronic power）的输出电路150。

功率因子校正电路110包括二极管D1、电感器Lf和电容器Cf。二极管D1与电感器Lf串联连接，并且电容器Cf与二极管D1和电感器Lf并联连接。

二极管D1和电容器Cf的接合点N1耦合到全波整流电路120的正极输出端子O1。二极管D1的阳极耦合到全波整流电路120的正极输出端子O1。全波整流电路120的正极输出端子O1的电势高于全波整流电路120的负极输出端子O2的电势。

电感器Lf和电容器Cf的接合点N2耦合到半桥逆变器130的正极输入端子I1。半桥逆变器130的正极输入端子I1的电势高于半桥逆变器130的负极输入端子I2的电势。

电解电容器C1耦合在全波整流电路120的负极输出端子O2与二极管D1和电感器Lf的接合点N3之间。

图2（a）和图2（b）描绘了图1中所示的功率因子校正电路110的操作的示意图。

为了简化起见，MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）T1和T2被简化为两个理想开关T1和T2；并且灯头B1和电容器C5被组合成负载B2。本领域技术人员已知开关T1和开关T2的开关频率（例如40kHz）比输入AC电压的交变频率（例如50Hz）高得多。此外，如果没有功率校正电路110，则电子镇流器的低的功率因子的一个原因是全波整流电路120的二极管DB1至DB4的操作角小，因为跨电解电容器C1的电压有时高于输入AC电压。为了说明功率因子校正电路110的优点，假设在这里跨电解电容器C1的电压总是高于输入电压V1。

参照图2（a），在从t0到t1的第一时段中，开关T1接通而开关T2切断。电解电容器C1对电感器Lf充电并且经由下面所示的环路向负载B2提供电力，并且电感器Lf的左端子的电势高于电感器Lf的右端子的电势：

Figure 2010800615608100002DEST_PATH_IMAGE001

跨电感器Lf的电压使得输入电压V1能够对电容器Cf充电并且经由下述环路向负载B2提供电力：

参照图2（b），在第一时段之后，在从t1到t2的第二时段中，开关T1切断而开关T2接通。流过电感器Lf的电流倾向于保持不变，并且于是电感器Lf的左端子的电势低于电感器Lf的右端子的电势。电感器Lf和电容器Cf分别经由下述环路放电：

且对于负载B2，对应的电流环路为：

为了更好地解释功率因子校正电路110的操作，对应于对功率因子校正电路110的操作的以上描述，电子镇流器中的一些组件的电流和电压被如下文所示地描绘。图3（a）描绘了流过电感器Lf的电流的示意图，而图3（b）描绘了跨电感器Lf的电压的示意图。图4描绘了流过电容器Cf的电流的示意图。图5描绘了在全波整流电路120中流过二极管DB1的电流的示意图。

从t0到t1，开关T1接通，开关T2切断；且从t1到t2，开关T1切断，开关T2接通。如图3（b）所示，在第一时段，跨电感器Lf的电压使得输入电压V1能够经由电容器Cf向负载B2提供电力。如图5中所示，由于功率因子校正电路110的实现，存在流过二极管DB1的电流，即使跨电解电容器C1的电压高于输入电压V1。

以此方式，在交变输入AC电压的时段，整流二极管DB1和DB2以与开关T1和T2的开关频率相同的频率被接通。因此，全波整流电路120的二极管DB1和DB2的操作角得以增加，并且电子镇流器的功率因子通过功率因子校正电路110而增加。

上文的描述是关于在二极管DB1和DB2接通时功率因子校正电路110的操作；在二极管DB3和DB4接通时功率因子校正电路110的操作是类似的且在这里未被详细阐述。

可以通过调节电容器Cf的电容和电感器Lf的电感来将电子镇流器的功率因子从0.7调节到0.98。在一个实施例中，灯是20W，电感器Lf的电感为220uH，电容器的电容为100nf，且电子镇流器的功率因子为0.7。在另一个实施例中，灯是20W，电感器Lf的电感为2.2mH，电容器的电容为220nf，且电子镇流器的功率因子为0.98。因此，电子镇流器的高功率因子可以通过使用低电容电容器和低电感电感器（即具有小尺寸的电容器和电感器）来实现。

图6描绘了根据本发明的另一个实施例的功率因子校正电路610的示意图。

参照图6，提供一种电子镇流器的功率因子校正电路610。该电子镇流器包括全波整流电路120、用于使来自全波整流电路120的输出电压平稳的电解电容器C1以及半桥逆变器130。

功率因子校正电路610包括二极管D1、电感器Lf和电容器Cf。二极管D1与电感器Lf串联连接，且电容器Cf与二极管D1和电感器Lf并联连接。

二极管D1和电容器Cf的接合点N1耦合到全波整流电路120的负极输出端子O2。二极管D1的阴极耦合到全波整流电路120的负极输出端子O2。

电感器Lf和电容器Cf的接合点N2耦合到半桥逆变器130的负极输入端子I2。

电解电容器C1耦合在全波整流电路120的正极输出端子O1和二极管D1与电感器Lf之间的接合点N3之间。

图7（a）和图7（b）描绘了图6中所示的功率因子校正电路610的操作的示意图。

为了简化起见，MOSFET T1和T2被简化为两个理想开关T1和T2，并且灯头B1和电容器C5被组合成负载B2。此外，假设在这里跨电解电容器C1的电压总是高于输入电压V1。

参照图7（a），在第一时段中，开关T1切断而开关T2接通。电解电容器C1对电感器Lf充电并且经由下面所示的环路向负载B2提供电力，并且电感器Lf的左端子的电势低于电感器Lf的右端子的电势：

参照图7（b），在第一时段之后的第二时段中，开关T1接通而开关T2切断。流过电感器Lf的电流倾向于保持不变，并且于是电感器Lf的左端子的电势高于电感器Lf的右端子的电势。电感器Lf和电容器Cf分别经由下述环路放电：

且对于负载B2，对应的电流环路为：

上文的描述是关于在二极管DB1和DB2接通时功率因子校正电路610的操作；在二极管DB3和DB4接通时功率因子校正电路610的操作是类似的且在这里未被详细阐述。

图8描绘了根据本发明的另外一个实施例的功率因子校正电路810的示意图。

参照图8，功率因子校正电路810进一步包括耦合在电子镇流器的接地与电感元件Lf和第二电容元件Cf的接合点N2之间的第三电容元件C4。第三电容元件可以使从功率因子校正电路流到逆变器的电流平稳，并且第三电容元件可以以许多方式实现，比如电容器C4、串联或并联连接的两个电容器等。

图9描绘了根据本发明的另外一个实施例的功率因子校正电路910的示意图。

参照图9，功率因子校正电路910进一步包括与第二电容元件Cf串联连接的电阻元件Rf。该电阻元件可以减小流经第二电容元件的冲击电流，以便帮助抑制EMI。该电阻元件可以以许多方式实现，例如电阻器Rf，串联或并联连接的两个电阻器等。

图10描绘了根据本发明的一个实施例的功率因子校正电路110的示意图。

参照图10，电子镇流器是可调光灯电子镇流器，并且该可调光灯电子镇流器包括调光器1010和可调光灯电子镇流器驱动芯片1020，比如L6574。用户可以调节调光器1010并且然后调光器1010可以控制驱动芯片1020来对灯调光。可调光灯电子镇流器对本领域技术人员而言是已知的，且在这里未被详细阐述。如图10中所示，功率因子校正电路110耦合在整流电路120与逆变器130之间；功率因子校正电路110不直接影响流过灯头B1的电流。以此方式，可调光灯仍然可以良好地工作而不闪烁，即使它被调光到低调光水平。

根据本发明的第二方面的一个实施例，提供一种电子镇流器。该电子镇流器包括上述任意功率因子校正电路。该电子镇流器可以是许多种电子镇流器之一，例如荧光灯电子镇流器、LED灯电子镇流器、紧凑型荧光灯电子镇流器、冷阴极荧光灯电子镇流器、可调光灯电子镇流器等。

根据本发明第三方面的一个实施例，提供一种灯。该灯包括上述任意电子镇流器。该灯可以是许多种灯之一，例如荧光灯、LED灯、紧凑型荧光灯、冷阴极荧光灯、可调光灯等。该电子镇流器可以与灯的其他组件集成或者与灯的其他组件分离。

应当注意，上述实施例说明而非限制本发明并且本领域技术人员将能够设计可替代实施例而不脱离所附权利要求的范围。在权利要求中，置于括号之间的任何附图标记不应当被解释为限制权利要求。词语“包括”不排除权利要求中或说明书中未列出的元件或步骤的存在。元件之前的词语“一”或“一个”不排除多个这样的元件的存在。在列举了若干单元的装置权利要求中，这些单元中的若干个可以由同一项硬件或软件来实施。词语第一、第二和第三等的使用并不指示任何排序。这些词语应当被解释为名称。

Claims

1.一种电子镇流器的功率因子校正电路，该电子镇流器包括用于整流AC输入电压的整流电路（120）、用于使来自整流电路（120）的输出电压平稳的第一电容元件（C1）以及逆变器（130），该功率因子校正电路包括：

单向元件（D1）、电感元件（Lf）和第二电容元件（Cf），其中

该单向元件（D1）与电感元件（Lf）串联连接，

第二电容元件（Cf）与单向元件（D1）和电感元件（Lf）并联连接，

单向元件（D1）和第二电容元件（Cf）的接合点（N1）耦合到整流电路（120）的第一输出端子（O1，O2），

电感元件（Lf）和第二电容元件（Cf）的接合点（N2）耦合到逆变器（130）的输入端子（I1，I2），以及

第一电容元件（C1）耦合在整流电路（120）的第二输出端子（O1，O2）与单向元件（D1）和电感元件（Lf）的接合点（N3）之间。

2.如权利要求1所述的功率因子校正电路，进一步包括耦合在电子镇流器的接地与电感元件（Lf）和第二电容元件（Cf）的接合点（N2）之间的第三电容元件（C4）。

3.如权利要求1所述的功率因子校正电路，进一步包括与第二电容元件（Cf）串联连接的电阻元件（Rf）。

4.如权利要求1所述的功率因子校正电路，其中

单向元件（D1）是具有耦合到整流电路（120）的第一输出端子（O1）的阳极的二极管（D1），

整流电路（120）的第一输出端子（O1）是整流电路（120）的正极输出端子（O1），以及

逆变器（130）的输入端子（I1）是逆变器（130）的正极输入端子（I1）。

5.如权利要求1所述的功率因子校正电路，其中

单向元件（D1）是具有耦合到整流电路（120）的第一输出端子（O2）的阴极的二极管（D1），

整流电路（120）的第一输出端子（O2）是整流电路（120）的负极输出端子（O2），以及

逆变器（130）的输入端子（I2）是逆变器（130）的负极输入端子（I2）。

6.一种电子镇流器，包括如权利要求1-5中任一项所述的功率因子校正电路。

7.一种包括如权利要求6所述的电子镇流器的灯。