CN105792492A

CN105792492A - 灯管电流平衡系统及方法

Info

Publication number: CN105792492A
Application number: CN201410829678.0A
Authority: CN
Inventors: 毛竹
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2014-12-23
Filing date: 2014-12-23
Publication date: 2016-07-20
Anticipated expiration: 2034-12-23
Also published as: CN105792492B

Abstract

本发明涉及灯管电流平衡系统及方法，其中提供的一种灯管电流平衡系统包括用于驱动灯负载的镇流器及电流平衡电路。灯负载包括并联连接于镇流器的第一输出端及第二输出端之间的第一灯管及第二灯管。电流平衡电路用于利用至少二个平衡变压器来平衡流过第一灯管及第二灯管的电流。至少二个平衡变压器分别电耦合于第一灯管及第二灯管，该至少二个平衡变压器中的每一者包括初级线圈及与初级线圈磁性耦合的次级线圈。本发明还提供一种灯管电流平衡方法。

Description

灯管电流平衡系统及方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种灯管电流平衡系统及方法。

背景技术

现有的整流器的输出电路由变压器组成，该变压器用于将初级交流电压转换成次级交流电压，该次级交流电压被提供给灯负载(例如荧光灯)以点亮该灯负载。

整流器对灯负载进行调光是通过调节流过灯负载的电流的频率或者占空比来实现的。例如，在一种现有的灯管调光技术中，流过灯负载的电流的频率被控制在20KHz到100KHz的范围之内。

为了避免其它系统的干扰，例如频率大致为20KHz的射频遥控系统的干扰，上述流过灯负载的电流的频率通常被控制在40KHz到120KHz的范围之内。在此等高频率下，电流会由于电容效应通过空气导向接，上述寄生电容的存在会导致流过灯负载的电流存在损耗。

在上述整流器电路中，变压器的绕组分布电容及绕组间分布电容以及灯管与地之间的寄生电容会随着流过灯负载的电流的频率增大而增大；因此随着流过灯负载的电流频率的增大，会导致灯负载的电流损耗增大。

在一个实际的案例中，上述灯负载包括两个串联连接的灯管。当灯负载的发光亮度为灯负载的总发光亮度的100％时，即便上述寄生电容的存在会导致流过灯负载的电流存在损耗，此时两个串联连接的灯管的发光基本均匀。

当通过增大流过灯负载的电流的频率的方式使得灯负载的发光亮度被调节至灯负载的总发光亮度的10％时，假设流过灯负载的总电流为50mA，由于上述寄生电容的存在，使得一个灯管的电流损耗大约为4mA，另一个灯管的电流损耗大约为2mA，也即实际流过灯负载的电流为44mA。在这种情况下，两个灯管的发光亮度明显不同，也即两个灯管的发光不均匀。

当通过进一步增大流过灯负载的电流的频率的方式使得灯负载的发光亮度被调节至低于灯负载的总发光亮度的10％时，例如灯负载的发光亮度被调节至灯负载的总发光亮度的1％，假设流过灯负载的总电流为5mA，由于上述寄生电容的存在，使得一个灯管的电流损耗超过4mA，另一个灯管的电流损耗超过2mA。在这种情况下，两个灯管的电流损耗大于流过灯负载的总电流，导致两个灯管不能发光，因此不能实现两个灯管的调光。

因此，有必要提供一种新的灯管电流平衡系统及方法以解决上述问题。

发明内容

现在归纳本发明的一个或多个方面以便于本发明的基本理解，其中该归纳并不是本发明的扩展性纵览，且并非旨在标识本发明的某些要素，也并非旨在划出其范围。相反，该归纳的主要目的是在下文呈现更详细的描述之前用简化形式呈现本发明的一些概念。

本发明的一个方面，在于提供一种灯管电流平衡系统，其包括：

用于驱动灯负载的镇流器，该灯负载包括并联连接于镇流器的第一输出端及第二输出端之间的第一灯管及第二灯管；

及电流平衡电路，用于利用至少二个平衡变压器来平衡流过第一灯管及第二灯管的电流；

其中，该至少二个平衡变压器分别电耦合于第一灯管及第二灯管，该至少二个平衡变压器中的每一者包括初级线圈及与初级线圈磁性耦合的次级线圈。

本发明的另一个方面，在于提供一种灯管电流平衡方法，其利用镇流器来驱动灯负载；该灯负载包括并联连接于镇流器的第一输出端及第二输出端之间的第一灯管及第二灯管；该灯管电流平衡方法包括：

利用至少二个平衡变压器来平衡流过第一灯管及第二灯管的电流；

本发明的另一个方面，在于提供一种灯管电流平衡系统，其包括：

用于驱动灯负载的镇流器，该灯负载包括并联连接于镇流器的第一输出端及第二输出端之间的第一灯管、至少一个中间级灯管及第二灯管；

及电流平衡电路，用于利用与第一灯管电耦合的第一变压器、与至少一个中间级灯管电耦合的至少二个中间级变压器及与第二灯管电耦合的第二变压器来平衡流过第一灯管、至少一个中间级灯管及第二灯管的电流。

本发明提供的灯管电流平衡系统及方法，其中，电流平衡电路利用至少二个平衡变压器来平衡流过第一灯管及第二灯管的电流，使得流过第一灯管及第二灯管的发光基本均匀。

附图说明

通过结合附图对于本发明的实施方式进行描述，可以更好地理解本发明，在附图中：

图1为第一种实施方式的灯管电流平衡系统的电路图。

图2为第二种实施方式的灯管电流平衡系统的电路图。

图3为第三种实施方式的灯管电流平衡系统的电路图。

图4为第四种实施方式的灯管电流平衡系统的电路图。

具体实施方式

以下将描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。应当可以理解的是，在任意一种实施方式的实际实施过程中，正如在任意一个工程项目或者设计项目的过程中，为了实现开发者的具体目标，为了满足系统相关的或者商业相关的限制，常常会做出各种各样的具体决策，而这也会从一种实施方式到另一种实施方式之间发生改变。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本发明公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本公开揭露的技术内容的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本公开的内容不充分。

除非另作定义，权利要求书和说明书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“一个”或者“一”等类似词语并不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同元件，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。

图1所示为第一种实施方式的灯管电流平衡系统100的示意图。灯管电流平衡系统100用于对流过包括第一灯管902和第二灯管904的灯负载900的电流进行平衡，使得第一灯管902和第二灯管904的发光基本均匀。灯管电流平衡系统100包括镇流器10及电流平衡电路20。镇流器10具有第一输出端102及第二输出端104。在一种实施例中，第一灯管902和第二灯管904均为荧光灯管。

电流平衡电路20与镇流器10的第一输出端102电耦合。

第一灯管902和第二灯管904并联连接(可以理解为间接连接)于电流平衡电路20与镇流器10的第二输出端104之间。

电流平衡电路20用于利用二个平衡变压器T1、T2来平衡流过第一灯管902及第二灯管904的电流。

具体地，二个平衡变压器T1、T2分别电耦合于第一灯管902及第二灯管904。二个平衡变压器T1、T2中的每一者包括初级线圈及与初级线圈磁性耦合的次级线圈。

平衡变压器T1的初级线圈电耦合于第一灯管902与第一输出端102之间，平衡变压器T2的次级线圈电耦合于第二灯管904与第一输出端102之间。平衡变压器T1的次级线圈和平衡变压器T2的初级线圈并联连接于第一电力线302与第二电力线304之间。

在非限定的实施例中，平衡变压器T1的初级线圈与次级线圈的匝数相等，平衡变压器T2的初级线圈与次级线圈的匝数相等。

在非限定的实施例中，当镇流器10通过调节流过灯负载900的电流的频率来实现灯负载900的调光时，如前所描述的，在现有/公知技术中，由于灯负载900与地之间的寄生电容Cp1、Cp2会随着流过灯负载900的电流的频率增大而增大；随着流过灯负载900的电流频率的增大，灯负载900的电流损耗也会增大，最终会导致第一灯管902与第二灯管904的发光不均匀。

在本发明之图1中，当镇流器10对灯负载900进行调光，导致第一灯管902与第二灯管904的发光不均匀时，由于平衡变压器T1、T2中的每一者的初级线圈的匝数与次级线圈的匝数相等，因此平衡变压器T1的初级线圈的两端电压与次级线圈的两端电压相等，平衡变压器T2的初级线圈的两端电压与次级线圈的两端电压也相等；又由于平衡变压器T1的次级线圈的两端电压与平衡变压器T2的初级线圈的两端电压相等，平衡变压器T1的初级线圈的两端电压与平衡变压器T2的次级线圈的两端电压相等，因此第一灯管902的两端电压与第二灯管904的两端电压相等，最终第一灯管902的发光亮度与第二灯管904的发光亮度相同，从而实现了第一灯管902与第二灯管904的发光均匀。

可以理解的是，在其他的实施例中，镇流器10也可以通过调节流过灯负载900的电流的占空比来实现灯负载900的调光。

具体地，镇流器10包括逆变器12、控制单元14及谐振电路16。

逆变器12与电源单元200电连接。在非限定的实施例中，逆变器14为半桥逆变器。

控制单元14通过控制逆变器12中的两个串联连接的电子开关Q1、Q2的导通或关断，从而使得逆变器14将电源单元200输出的直流电压转换为交流电压。

谐振电路16用于响应逆变器14输出的交流电压提供点火电压至第一灯管902和第二灯管904，以点亮第一灯管902和第二灯管904。

具体地，谐振电路16包括谐振电感Lr、谐振电容Cr及第一电容C1。谐振电容Cr与第一电容C1串联连接于镇流器10的第一输出端102与第二输出端104之间。谐振电感Lr电耦合于逆变器14与谐振电容Cr和第一电容C1之间的连接点之间。

控制单元12还用于根据调光指令控制逆变器14对流过谐振电感Lr的电流进行调节，进行实现对流过第一灯管902和第二灯管904的电流的调节，从而实现对第一灯管902和第二灯管904的调光。

进一步地，灯管电流平衡系统100还包括电流感测电路30，电流感测电路30用于侦测流过灯负载900的电流。控制单元14还用于根据侦测电流与预定电流之间的差异控制逆变器12对流过谐振电感Lr的电流进行调节，从而最终实现对流过灯负载900的电流的调节。

具体地，当电流损耗发生在灯负载900与接地平面之间，例如电流通过寄生电容Cp1从第一灯管902导向地以及通过寄生电容Cp2从第二灯管904导向地，导致流过第一灯管902的电流减少以及导致流过第二灯管904的电流减少，电流感测电路30会侦测到第一灯管902以及第二灯管904中电流的减少并产生电流纠正信号给控制单元14，从而控制单元14可以实现对流过灯负载900的电流的调节，使得流过第一灯管902的电流与流过第二灯管904的电流平衡，最终使得第一灯管902与第二灯管904的发光基本均匀。

本发明实施例之电流平衡系统100可以在对灯负载90进行调光的情况下，对流过灯负载900中的第一灯管902与第二灯管904的电流进行平衡，最终使得第一灯管902与第二灯管904的发光基本均匀。在非限定的示例中，电流平衡系统100可以在将灯负载90的发光亮度调节至灯负载90的总发光亮度的10％的情况下，使得第一灯管902与第二灯管904的发光基本均匀。

特别地，电流平衡系统100可以适用于将灯负载90的发光亮度调节至灯负载90的总发光亮度的1％的情况下，使得第一灯管902与第二灯管904的发光基本均匀。其原因在于：现有技术中第一灯管902与第二灯管904串联连接，流过第一灯管902与第二灯管904中的每一者的电流较大，相对应地，第一灯管902与第二灯管904的电流损耗也会较大，因而存在两个灯管的电流损耗大于流过灯负载的总电流，导致两个灯管不能发光的情况。

在本发明之实施方式中，第一灯管902与第二灯管904并联连接，流过第一灯管902与第二灯管904中的每一者的电流较小，相对应地，第一灯管902与第二灯管904的电流损耗也会较小，因此当灯负载90的发光亮度被调节至灯负载90的总发光亮度的1％时，第一灯管902与第二灯管904仍然可以发光。

请一并参阅图2，其为第二种实施方式的灯管电流平衡系统120的示意图。图2所示灯管电流平衡系统120与图1所示灯管电流平衡系统100的区别在于：电流平衡电路20包括三个平衡变压器T1、T2、T3。

平衡变压器T1的初级线圈电耦合于第一灯管902与第一输出端102之间，平衡变压器T3的次级线圈电耦合于第二灯管904与第一输出端102之间。平衡变压器T1的次级线圈和平衡变压器T2的初级线圈并联连接于第一电力线302与第二电力线304之间。平衡变压器T2的次级线圈和平衡变压器T3的初级线圈并联连接于第三电力线312与第四电力线314之间。

在非限定的实施例中，平衡变压器T1的初级线圈与次级线圈的匝数相等，平衡变压器T2的初级线圈与次级线圈的匝数相等，平衡变压器T3的初级线圈与次级线圈的匝数相等。

与图1所示灯管电流平衡系统100的原理类似，图2所示灯管电流平衡系统120也可以使得流过第一灯管902的电流与流过第二灯管904的电流平衡。

可以理解的是，相类似地，在其他的实施例中，电流平衡电路20可以包括三个以上的平衡变压器T1、T2、T3。

请一并参阅图3，其为第三种实施方式的灯管电流平衡系统140的示意图。图3所示灯管电流平衡系统140与图1所示灯管电流平衡系统100的区别在于：灯管902的一端与镇流器10的第一输出端102电耦合，灯管904的一端与镇流器10的第一输出端102电耦合；平衡变压器T1的初级线圈电耦合于第一灯管902的另一端与第二输出端104之间，平衡变压器T2的次级线圈电耦合于第二灯管904的另一端与第二输出端104之间；平衡变压器T1的次级线圈和平衡变压器T2的初级线圈并联连接于第一电力线302与第二电力线304之间。

请参阅图4，其为第四种实施方式的灯管电流平衡系统160的示意图。图4所示灯管电流平衡系统160与图1所示灯管电流平衡系统100的区别在于：电流平衡电路20包括第一变压器T1、至少二个中间级变压器T2、T3以及第二变压器T，相对应地，灯负载900包括并联连接的第一灯管1、至少一个中间级灯管2及第二灯管n。

第一变压器T1的初级线圈电耦合于第一灯管1与第一输出端102之间，第一变压器T1的次级线圈和至少二个中间级变压器T2、T3中的一者的初级线圈电耦合于第一电力线302与第二电力线304之间。

至少二个中间级变压器T2、T3中的一者的次级线圈与至少二个中间级变压器T2、T3中的另一者的初级线圈串联连接于至少一个中间级灯管2与第一输出端102之间；

至少二个中间级变压器T2、T3中的另一者的次级线圈与第二变压器T的初级线圈并联连接于第三电力线312与第四电力线314之间，第二变压器T的次级线圈电耦合于第二灯管n与第一输出端102之间。

在非限定的实施例中，第一变压器T1、至少二个中间级变压器T2、T3及第二变压器T中的每一者的初级线圈与次级线圈的匝数相等。

与图1所示灯管电流平衡系统100的原理类似，图4所示灯管电流平衡系统160也可以使得流过第一灯管1、至少一个中间级灯管2及第二灯管n的电流平衡。

虽然结合特定的实施方式对本发明进行了说明，但本领域的技术人员可以理解，对本发明可以作出许多修改和变型。因此，要认识到，权利要求书的意图在于覆盖在本发明真正构思和范围内的所有这些修改和变型。

Claims

1.一种灯管电流平衡系统，其包括：

2.如权利要求1所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该至少二个平衡变压器中的一者的初级线圈电耦合于第一灯管与第一输出端之间，该至少二个平衡变压器中的另一者的次级线圈电耦合于第二灯管与第一输出端之间；

该至少二个平衡变压器中的一者的次级线圈和该至少二个平衡变压器中的另一者的初级线圈并联连接于第一电力线与第二电力线之间。

3.如权利要求1所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该初级线圈的匝数与次级线圈的匝数相等。

4.如权利要求1所述的灯管电流平衡系统，其特征在于，该镇流器包括：

逆变器，用于将直流电压转换为交流电压；

谐振电路，包括与第一灯管及第二灯管串联连接的谐振电感，该谐振电路用于响应该交流电压提供点火电压至第一灯管及第二灯管；

及控制单元，用于根据调光指令控制逆变器对流过谐振电感的电流进行调节。

5.如权利要求4所述的灯管电流平衡系统，其特征在于，该灯管电流平衡系统还包括：

电流感测电路，用于侦测流过灯负载的电流；

其中，该控制单元还用于根据侦测电流与预定电流之间的差异控制逆变器对流过谐振电感的电流进行调节。

6.如权利要求4所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该谐振电路还包括串联连接于第一输出端与第二输出端之间的谐振电容及第一电容，该谐振电感电耦合于逆变器与谐振电容和第一电容之间的连接点之间。

7.如权利要求4所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该控制单元根据调光指令控制逆变器对流过谐振电感的电流进行调节，使得灯负载的发光亮度被调节至灯负载的总发光亮度的1％。

8.一种灯管电流平衡方法，其利用镇流器来驱动灯负载；该灯负载包括并联连接于镇流器的第一输出端及第二输出端之间的第一灯管及第二灯管；该灯管电流平衡方法包括：

9.如权利要求8所述的灯管电流平衡方法，其特征在于：该至少二个平衡变压器中的一者的初级线圈电耦合于第一灯管与第一输出端之间，该至少二个平衡变压器中的另一者的次级线圈电耦合于第二灯管与第一输出端之间；

10.一种灯管电流平衡系统，其包括：

11.如权利要求10所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该第一变压器的初级线圈电耦合于第一灯管与第一输出端之间，该第一变压器的次级线圈和至少二个中间级变压器中的一者的初级线圈电耦合于第一电力线与第二电力线之间；

至少二个中间级变压器中的一者的次级线圈与至少二个中间级变压器中的另一者的初级线圈串联连接于至少一个中间级灯管与第一输出端之间；

至少二个中间级变压器中的另一者的次级线圈与第二变压器的初级线圈并联连接于第三电力线与第四电力线之间，第二变压器的次级线圈电耦合于第二灯管与第一输出端之间。

12.如权利要求10所述的灯管电流平衡系统，其特征在于：该初级线圈的匝数与次级线圈的匝数相等。