CN103155699A

CN103155699A - 磁控管电源

Info

Publication number: CN103155699A
Application number: CN2011800345213A
Authority: CN
Inventors: L·可吉尔
Original assignee: Ceravision Ltd
Current assignee: Ceravision Ltd
Priority date: 2010-07-13
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2031-07-12
Also published as: KR20130125355A; GB201011789D0; CN103155699B; JP6101626B2; ES2504978T3; DK2594110T3; RU2572086C2; RU2013104610A; BR112013000764A2; JP2013533724A; PL2594110T3; EP2594110B1; US9390879B2; EP2594110A1; AU2011278080A1; WO2012007713A1; HK1186335A1; US20130134872A1; CA2805151A1; AU2011278080B2

Abstract

一种用于磁控管的电源（1）具有PFC DC电压源（2）和HV（高压）转换器（3）。电压源被输电干线驱动，并且在线（5）上向HV转换器供应由电容器（4）平滑的、超过输电干线电压的DC电压。HV转换器向变压器（6）供应切换的交流电流。变压器（6）向整流器（7）供应较高的电压交流电流，继而在线（8）上向磁控管供应高的、给磁控管供电的正极电压。DC电压源具有PFC电感器（22），PFC电感器（22）在集成电路（24）的控制下被晶体管开关（23）切换。电感器使得电压源能够提供可变的DC电压。输入整流器（25）被提供来对输电干线电压进行整流。电压源的输出电压被分压器（26）监控并反馈到集成电路。反馈电压根据需要被控制电路（27）改变以控制要向HV转换器施加的所需电压。该控制电路包括晶体管（31），晶体管（31）在线（32）上向其基极馈送参考电压。其集电极连接至分压器（26）的公共点，这是反馈点。发射极经由电阻器（33）连接到运算放大器的输出端。

Description

磁控管电源

技术领域

本发明涉及一种用于磁控管的电源，特别地但是不排它地涉及用于磁控管供电的灯的电源。

背景技术

已知的磁控管电源包括转换器电路，所述转换器电路包括：

·转换器，适于被DC电压源驱动，并且产生交流电流输出，所述转换器具有：

·谐振电路，其包括呈现谐振频率的电感器和电容器（“LC电路”），以及

·开关电路，适于切换电感器和电容器，以产生切换的交流电流，该切换的交流电流具有比LC电路的谐振频率大的频率；

·输出变压器，用于增大输出交流电流的电压，以及

·整流器和平滑电路，它们连接到输出变压器的次级电路，以向磁控管供应增大的电压。

在此，我们将这样的电路描述为“磁控管开关转换器电源电路”或MSCPC。

在已知的磁控管电源中，用于转换器的DC电压源通常包括（因为监管的原因）功率因数校正器（PFC），用于使得DC电压源能够在连接到交流电输电干线时呈现大致欧姆特性。

PFC电压源和转换器为PFC级和变频级，通常是高频开关装置，即，它们包含以相对于输电干线频率更高的频率进行切换的电子开关。两个级都具有以下效率特性：在一些操作条件下，它们的效率降低。

PFC级的效率当它被操作来产生越来越高的DC电压时降低。变频级的效率当它以远高于其部件的谐振的切换频率操作时并且当产生比其最大电流小的电流时降低。

在较低电压下的最大PFC效率和最大转换器效率的分歧相对于整体的电源效率而缓和。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效率的电源。

根据本发明，提供了一种用于磁控管的电源，所述电源包括：

·磁控管开关转换器电源电路，即所述MSCPC，具有控制输入端，并且适于当向所述控制输入端施加正常的控制电压或在一个方向上偏离所述正常控制电压的控制电压时以向其施加的DC电压的某个倍数来产生增大的电压，并且在另一个方向上偏离所述正常控制电压的控制电压时以降低的倍数来产生增大的电压，其中，所述一个方向对于所述倍数无效，并且，所述另一个方向对于所述倍数有效，即降低的所述倍数；

·DC电压源，其被布置来向所述MSCPC供应所述DC电压或增大的DC电压；

·用于测量通过所述MSCPC以驱动所述磁控管的来自所述DC电压源的功率或电流的部件；

·转换器控制部件，用于根据在期望的磁控管功率和所述测量得到的功率或电流之间的差的函数来向所述MSCPC施加控制电压；以及

·DC电压控制部件，用于向所述DC电压源传送在对于倍数无效的方向上的所述控制电压的偏离，以使得DC电压源向所述MSCPC供应所述增大的DC电压；

所述布置使得在使用中：

·当所述转换器控制部件向所述MSCPC施加正常电压时，所述MSCPC被供应所述DC电压，并且向所述磁控管施加正常功率，以在正常功率下操作所述磁控管，

·当所述转换器控制部件施加在倍数有效方向上偏离的正常电压时，所述MSCPC被供应所述DC电压，并且向所述磁控管施加较小的功率以在小于正常功率的功率下操作所述磁控管，以及

·当所述转换器控制部件施加在倍数无效方向上偏离的正常电压时，所述MSCPC被供应增大的DC电压，并且向所述磁控管施加较高的功率以在大于正常功率的功率下操作所述磁控管。

可以设想，用于传送所述控制电压的偏离的所述DC电压控制部件可以是被编程来以所给出的方式控制电源的微处理器。然而，在优选实施例中，用于传送控制电压的偏离的DC电压控制部件（DCVCM）是硬件电路，用于从用于所述转换器的控制电压得出用于电压源的控制电压。具体地说，DCVCM是在所述转换器控制部件的输出端和所述DC电压源的控制输入端之间设置的硬件电路，所述电路适于并被布置为：

·当所需的磁控管输出正常或更小时，将所述DC电压源控制输入端与所述转换器控制部件的输出端隔离，并且

·向所述DC电压源控制输入端传送在所述无效方向上偏离的控制电压或与其相对应的信号。

在优选实施例中，所述转换器控制部件是：

·微处理器，其被编程来产生用于指示所述磁控管的期望的输出功率的控制电压，以及

·集成电路，其被布置在反馈回路中，并且适于根据来自所述测量部件的电压与来自所述微处理器的电压的比较来向所述MSCPC施加控制信号，以将所述磁控管的功率控制为期望的功率。

优选的是，所述测量部件是被所述MSCPC电流通过并且产生比较电压的电阻器。

所述优选的硬件电路是连接到用于控制所述电压源的分压器的公共点的晶体管电路，所述晶体管电路仅当需要超过正常功率时将所述分压器电压偏置。

附图说明

为了有助于理解本发明，现在通过示例并且参考附图描述其具体实施例，在附图中：

图1是根据本发明的电源的电路图。

具体实施方式

参见图1，用于磁控管的电源1具有PFC DC电压源2和HV（高压）转换器3。电压源被输电干线驱动，并且在线5上向HV转换器供应由电容器4平滑的、大于输电干线电压的DC电压。HV转换器向变压器6供应切换的交流电流。变压器6向整流器7供应较高电压的交流电流，继而在线8上向磁控管供应高的、给磁控管供电的正极电压。电压源和转换器具有95%或更高的效率。尽管如此，期望在下述条件下操作整个电源：在该条件下，该部件实际上的效率如整体效率那样。在由磁控管供电的灯的情况下尤其是这样。磁控管在启动期间需要比正常功率更高的功率，并且需要保持其输出直到其使用期限结束。本发明涉及提供这一点并且同时在正常操作期间提供效率。后者是通过在正常操作期间以其最高效率的条件运行DC电压源和HV转换器而实现的。

因为HV转换器本身是高效率的，所以在向磁控管供应的功率接近向HV转换器供应并且通过HV转换器的功率的合理预期下，可以通过测量通过HV转换器的电流来控制它。因此，通过转换器的电流可以通过低值电阻器，并且电阻器两端的电压可以作为向磁控管供应的电流和实际上向磁控管供应的功率的指示符被馈送到微处理器——假定向磁控管供应的电压保持不变，就像在大多数操作条件期间那样，如下更详细描述。

然而，在该实施例中，与描述了HV转换器的控制上的改进的、我们的2011年6月17日的共同待决的国际专利申请No.PCT/GB2011/000920的优选实施例一样，低值电阻器9两端的电压被馈送到以运算放大器实现的积分、误差放大器10的一个输入端。微处理器12向运算放大器的另一个输入供应信号，该信号用于指示用于所需功率的所需电流。运算放大器具有积分反馈电容器14，并且经由输入部件15₁、15₂、15₃向用于HV转换器的频率控制电路15传送用于指示所需电流的电压。微处理器在线16上接收用于指示电压源电压的输入，并且根据当前所需的功率来计算所需的电流。转换器，也被称为磁控管开关转换器电源电路，具有开关17和LC部件18，LC部件18包括变压器6的初级。变压器的次级20馈送整流器21，以向磁控管施加DC正极电压。变压器的匝数比例是这样的，以向磁控管提供最佳的正极电压。通常，对于正常磁控管操作，10:1的比率提供3.5kV。

对于HV转换器的在线16上的输入的响应如下：

·当正常的控制电压，即，适合于磁控管正常的全功率操作的电压被施加到转换器以例如将通过转换器和测量电阻器的电流控制为最大，转换器向磁控管施加正常的高压和功率以用于磁控管在正常高功率下的操作。该高压是DC电压源乘以变压器的匝数比；

·当向转换器施加大于正常控制电压的电压以使得转换器频率升高并且其电流降低时，转换器向磁控管施加小于正常功率的功率。标称电压不改变，正常的DC电压被施加到转换器，但是转换器的电感部件阻碍和减小电流，从而降低至磁控管的功率。以小于正常功率的功率来操作转换器不涉及脱离其最有效率的状态来运行它；

·当小于正常控制电压的电压被施加到转换器时，转换器不能通过超过其正常最大电流的电流。然而，如下所述，大于正常控制电压的电压使得DC电压源增大其电压，由此，转换器向磁控管施加大于正常电压和功率的电压和功率。在大于正常电压的电压下操作DC电压源不涉及脱离其最有效率的状态来运行它。

DC电压源具有PFC电感器22，PFC电感器22在集成电路24的控制下被晶体管开关23切换。电感器能够使得电压源提供可变的DC电压。输入整流器25被提供来用于对输电干线电压进行整流。电压源的输出电压被分压器26监控并反馈到集成电路。

根据本发明，控制电路27根据需要改变该反馈电压以控制要向HV转换器施加的所需电压。

HV转换器当在大于并接近LC谐振频率的频率下操作时最有效率。通常，LC谐振频率是50kHz，并且转换器在52kHz和55kHz之间操作。对于正常的磁控管操作和功率，HV转换器在这个范围的低端操作。关于由磁控管驱动的灯的调光，降低转换器电流和磁控管功率可能需要在低端频率上操作，这涉及在效率上的降低。对于这样的操作，控制电路（用于控制电压源的电压）是不运行的，以不改变由电压源产生的电压。这仅涉及在效率上的降低，并且避免同时造成HV转换器效率的降低和PFC电压源效率的降低。

在起动期间（特别是当在寒冷的室外条件下起动时），磁控管需要高的电压和功率。而且，当接近磁控管的使用期限的结束可能需要较高电压时，或者当磁控管由于变差的冷却而运行得发热时，需要向磁控管提供较高功率。这是通过下述方式提供的：将HV转换器保持在其最大电流和效率，并且暂时增大电压。针对这个操作，运行控制电路以改变来自分压器26的反馈电压。

控制电路（用于控制电压源的电压）利用来自用于电流控制运算放大器的电压。当这个电压在与正常电流和磁控管功率相对应的电平或事实上大于这个电平——与较高的HV转换器频率和至磁控管的较低电流对应的较高电压——时，控制电路不运行。当微处理器在要求超过正常值的HV转换器电流时，运算放大器输出降低。HV转换器处于最低操作频率——最大电流——并且不能作出反应。降低的电压被传送到电压源，电压源可以通过增大由电压源产生的电压来作出反应并且如此进行。这具有以增大的正极电压的形式来增大至磁控管的功率的效果，该增大的正极电压增大了正极电流（与HV转换器电流不同）。

控制电路包括晶体管31，晶体管31在线32上向其基极馈送参考电压。其集电极连接到分压器26的公共点，其是反馈点。发射极经由电阻器33连接到运算放大器的输出端。

针对该实施例的特定的部件的值如下：

·串联电流测量电阻器 100mΩ，即0.1Ω

·反馈电阻器R5 470Ω

·电压控制电阻器33 100kΩ

·分压电阻器26₁ 2MΩ

·分压电阻器26₂ 13kΩ

·输入电阻器15₁ 18kΩ

·输入电容器15₂、15₃ 470pF

·积分电容器14 470nF

通过基极电压确定发射极电压，发射极电压较低。当在基极线32上的参考电压被设置使得发射极电压等于运算放大器的输出电压时，没有电流通过电阻器33，以例如干扰那个分压器。因此，集电极电压完全被分压器确定，分压器继而使得PFC电压源产生其正常DC电压，正常DC电压以正常方式增强至大于输电干线电压。这是正常的情况。换句话说，基极电压被设置以使得发射极电压等于与正常（并且，事实上最大）的HV转换器电流和正常的磁控管功率相对应的运算放大器电压。

如果来自运算放大器的输出增大，则响应于通过增大转换器频率（这降低了正极电流）而降低磁控管功率的外部控制信号，将增大的电压与用于电压源的分压器隔离，晶体管的基极/发射极结被反向偏置。

如果降低了来自运算放大器的输出，要求比HV转换器可以在正常电压下提供的功率更大的磁控管功率，在一个方向上电阻器33两端存在电势差，从而使得电流可以流动并且确实流动。在分压器26的结处的电压降低，并且电压源中的集成电路作出反应以提高在线5上产生的电压，这具有向上恢复分压器结电压的效果。该电路稳定地向磁控管供应增大的功率。如果这是用于起动灯所需的，则在一个时间段之后恢复正常功率。如果因为磁控管达到其使用期限的尽头而需要它，则保持增大的功率。如果磁控管已经变差到看起来需要额外的功率的程度，则微处理器将通过未示出的部件来将电源关断。

可以理解，微处理器控制PFC电压源，尽管是经由中间的控制电路。

本发明不意欲限于上述实施例的细节。例如，微处理器可以被编程来保持恒定或至少保持为分压器值，即对于电压源集成电路的控制电压；并且，仅当起动时或需要其他异常高的功率时降低控制电压（以提高线电压5）。

而且，在2011年6月17日的我们的共同待决的国际专利申请No PCT/GB2011/000920中，描述了第二实施例，其中，通过伴随地调整HV转换器电流来补偿来自DC电压源的电压上的波动，以允许磁控管功率在整个波动周期被保持恒定。这通过在运算放大器的测量输入端和DC电压线之间连接电阻器来实现。在本发明中也可以进行该改进。

Claims

1.一种用于磁控管的电源，所述电源包括：

·磁控管开关转换器电源电路MSCPC，所述MSCPC具有控制输入端，并且适于在向所述控制输入端施加正常的控制电压或在一个方向上偏离所述正常控制电压的控制电压时以向其施加的DC电压的某个倍数来产生增大的电压，并且在另一个方向上偏离所述正常控制电压的控制电压时以降低的倍数来产生增大的电压，其中，所述一个方向对于所述倍数无效，并且，所述另一个方向对于所述倍数有效，即降低的所述倍数；

·DC电压源，其被布置来向所述MSCPC供应所述DC电压或增大的所述DC电压；

·转换器控制部件，用于根据在期望的磁控管功率和测量得到的功率或电流之间的差的函数来向所述MSCPC施加控制电压；以及

·DC电压控制部件，用于向所述DC电压源传送在对于所述倍数无效的方向上的所述控制电压的偏离，以使得所述DC电压源向所述MSCPC供应所述增大的DC电压；

所述布置使得在使用中：

2.根据权利要求1所述的磁控管电源，其中，用于传送所述控制电压的偏离的所述DC电压控制部件是微处理器，所述微处理器被编程来对所述MSCPC产生指示所述磁控管的期望的输出功率的控制电压，以控制所述磁控管的功率。

3.根据权利要求2所述的磁控管电源，其中，所述功率或电流测量部件是与所述MSCPC串联的电阻器，所述电阻器的一端接地，并且另一端连接到所述MSCPC和所述微处理器。

4.根据权利要求2或3所述的磁控管电源，其中，所述转换器控制部件是被编程来以所给出的方式控制所述电压源的所述微处理器的适配部件。

5.根据权利要求1所述的磁控管电源，其中，所述转换器控制部件是：

·集成电路，其被布置在反馈回路中，并且适于根据来自所述测量部件的电压与来自所述微处理器的所述电压的比较来向所述MSCPC施加控制信号，以将所述磁控管的功率控制为所述期望的功率。

6.根据权利要求5所述的磁控管电源，其中，所述功率或电流测量部件是与所述MSCPC串联的电阻器，所述电阻器的一端接地，并且另一端优选地经由反馈电阻器连接到所述MSCPC和所述集成电路的输入端。

7.根据权利要求5或6所述的磁控管电源，其中，所述集成电路是作为误差信号放大器连接的运算放大器，所述误差信号是在用于指示所述转换器电流的测量的信号和所述磁控管的所述期望的输出功率的信号之间的差。

8.根据权利要求6或7所述的磁控管电源，其中，在连接了串联电阻器的所述集成电路的输入端和DC电压源线之间包含波动平滑电阻器。

9.根据权利要求5、6、7或8所述的电源，其中，所述集成电路被布置为具有反馈电容器的积分器，由此，其输出电压适于控制电压-频率电路以控制所述转换器。

10.根据权利要求5至9中任一项所述的磁控管电源，其中，用于传送所述控制电压的偏离的所述DC电压控制部件是在所述集成电路的输出端和所述DC电压源的控制输入端之间设置的硬件电路，所述电路适于并被布置为：

·当所需的磁控管输出正常或更小时，将所述DC电压源控制输入端与所述集成电路输出端隔离，以及

·向所述DC电压源控制输入端传送在所述无效方向上偏离的控制电压或与该控制电压相对应的信号。

11.根据权利要求10所述的磁控管电源，其中，所述硬件电路是射极跟随器晶体管电路，所述射极跟随器晶体管电路连接以偏置用于控制所述DC电压源的分压器的公共点，所述晶体管电路仅当需要超过正常功率的功率时将所述分压器电压偏置。