CN1064955A - 电源 - Google Patents

Abstract

电压提升电源，用于荧光灯镇流器(100)中，具 有：在交流供电电压输入(108，110)和输出(134， 136)之间耦连的电感(170)，用于控制电感中电流的 开关(128)，以及用于产生脉宽调制控制信号以控制 开关的电流型控制集成电路(144)，以便能控制电感 中的电流并由此控制跨过电感的电压。电流型控制 集成电路与输入相连，按照交流供电电压来调制控制 信号的频率，当交流供电电压为最大值时，控制信号 频率也达到最大值。这样，电源谐波失真减少而功率 因数增大。

Description

本发明涉及电源，特别是，但不是唯一的，用于激励气体放电灯如荧光灯的提升电压的电源。

气体放电灯是非线性的负阻抗负载，因此需要镇流电路来驱动。这种镇流电路典型地是有一电源，其本身由一低频电源供电（如60H₂电网）。

这种镇流电路应当完美地显示高功率因数（输出功率与输入功率之比，也就是送入灯的功率与来自电源的功率之比），而且谐波失真小（引入电源的频率与电源频率不同）。

已知的这种镇流电路中使用了，如，在电灯开启时提升供电电压的电源，方式是用一个升压电感器（如场效应晶体管），升压电感器的电流由开关来控制，而开关又由脉宽调制（PWM）信号来控制。当在PWM脉冲的末端点时开关关闭，升压电感器的感应电流使电压升高。PWM信号典型地由电流型控制集成电路（IC）产生。这种电流型控制集成电路（IC）的技术已经都很熟悉了。

已经知道在这电源中检测输出电压、电感器电流和线路电流，由此产生控制信号来控制（例如：通过一个放大电路）PWM信号，以提高电路的功率因数。但是，这种已知的设计需要特殊的集成电路（IC），以达到这附加控制的功能。

按照本发明的第一种方式，电源的构成为：

一个接收交流供电电压的输入;

由供电电压而产生电压的输出;

耦合于输入输出之间以传送电流并产生电压的电压产生装置;

用于控制电压产生装置传送的电流的开关装置;

控制信号发生装置，用以产生脉冲控制信号来控制开关装置，以便能控制电压产生装置输出的电流并由此控制所产生的电压;

改进之处包括调制装置，它耦合于输入与控制信号发生器之间，以根据交流电源电压来调制控制信号的频率，从而，当交流电源电压值为最大时，控制信号的频率也达到最大值，使电压产生装置的电流波形与交流电源电压的波形近似。

以这种方法使电压产生装置的电流随交流供电电压的变化而变化将是非常理想的，这种方法使电压产生装置成为一个负载，此负载随交流供电电压变化，电源只产生很小的谐波失真，并且功率因数高。

按照本发明的第二种方式，提供一种将交流电压转换为直流电压的电源，此电源包括：

一个与所述交流电压耦合的全波整流器，

脉宽调制信号发生装置，该装置具有一个控制输入端，以及用于产生直流电压的由所述信号控制的装置。

改进之处包括将所述控制输入端与全波整流器耦合的装置，使脉宽调制信号的频率随所述直流电压值变化，当直流电压为最大值时，脉宽调制信号的频率也达到最大值，由此得到高功率因数和低谐波失真。

下面只是作为例子，结合附图按照本发明来描述激励荧光灯的电路及其电源，图中：

图1所示为荧光灯激励电路的含部分框图的电路图;

图2所示为加在电路上的电源线路电压的波形;

图3所示为该电路接收的电源线路电流波形;

图4所示为未采用本发明的改进电路接收的线路电源电流波形;

现在参照图1，电路100启动三个荧光灯102，104，106，该电路有二个输入端108，110，用于跨接60H₂频率的约为277V电压的交流电源电压。全波桥式整流电路112有二个输入节点114，116，分别连接输入端108，110，并且有二个输出节点118，120。桥式整流电路112的输出节点118连接在接地线122上。

铁芯电感器124（电感约4.5mH）的一端与桥112的输出节点120相连接，另一端与节点126相连接。场效应晶体管（FET）128（型号BU290）的漏极接126节点，场效应晶体管128的源极通过电阻130（阻抗1.6Ω）接地122。二极管132（型号MUR160）的阳极连接点126，阴极接输出端134。接地线122与输出端136相连。积分电容137被接在输出端134和136之间。

电阻（阳抗2MΩ）接在桥122的输出节点120和节点140之间。电容142（容抗0.0039μF）接在节点140和地线122之间。电流型控制集成电路（IC）144（型号AS3845，可从ASTEC，SEMICONDUCTOR获得）的RT/CT输入（脚4）连接节点140。电流控制集成块IC144的V_REG输出（脚8）通过电阻146（阻抗10KΩ）连接节点140，并通过电容148（容抗0.22μF）接地。IC144的控制信号输出（脚6）通过电阻150（阻抗20Ω）连接FET128的栅极。栅极同时通过电阻152（阻抗约22KΩ）接地122。

两个电阻154，156（阻抗约为974KΩ和5.36KΩ）通过中间节点158串接在输出端134和地线122之间。电流控制集成块IC144的V_FB输入（脚2）通过电阻160（阻抗约47KΩ）连到节点158。电流控制IC144的COMP输出（脚1）通过串接的电阻162（阻抗约为100KΩ）和电容164（容抗约为0.1μF）与V_FB输入（脚2）相连接。电流型控制IC144的电流检测输入端（脚3）通过电容166（容抗约为470PF）接地，并通过电阻168（阻抗约为1KΩ）与FET128的源极相接。

电流控制IC144的V_CC输入（脚7）通过电阻170（阻抗约为240KΩ）与桥式整流输出节点120相接，并通过电容172（容抗约为100μF）接地122。IC144的GND输入（脚5）接地122。

电源输出端134和136与半波桥式整流反相器174相接，反相器174的输出与串联谐振电路176相接，谐振电路的输出通过变压器178与三个荧光灯连接，三个荧光灯是串联的。镇流部件174，176，178的构成及工作原理在本领域都已很熟悉，故此不再叙述，这些部件在美国专利申请第07/636，833中已分别有详细的描述，该专利已转让给本专利申请的同一受让人，并已在此公开。

图1电路在工作中，从输入端108和110间加入227V、60H₂的电压，桥112在节点120和地线122之间产生单向全波整流直流电压，其频率为120H₂。当FET128导通时，此单向直流电压几乎全部通过电感器124并产生流过电感器的电流，当FET128截止时，感应电流使通过电感器的电压增加，增加的电压通过二极管132加在输出端134，134和136两端间增加的电压使电容137充电供给反相器174、串联谐振电路176及变压器178从而启动三个串接的荧光灯102，104，106。

通过电流型控制集成块IC144的控制信号（从脚6输出）控制FET128的导通-截止的转换。IC的控制信号输出是脉宽调制信号输出，在信号的传号（mark）期其内FET打开启动感应电流的导通，及在信号空号（space）期内FET关断，截止电流的导通。IC的脉宽调制控制信号在脚6有额定的传号/空号比例，产生额定50%的占空因数。IC的脉宽调制控制信号的频率和在节点120的电压确定从电源线获取的电流。

在电路100中，IC144脚6产生的PWM控制信号额定频率是由电阻146阻值和电容142的容抗值的乘积来确定的，其频率约23KH₂。

但是，从桥式整流器112输出的120H₂单向波形通过电阻138加到电流控制IC144的输入脚4上，在IC的脚6产生的脉宽调制控制信号频率被调制得随加在输入端108和110之间的AC线路电压的变化而变。（其波形见图2）

由于单向桥式整流输出电压瞬时值增加，加在IC144脚4上的电流也增加，使IC144脚6的PCOM控制信号输出的频率增加。这样，当桥式输出电压最小时，IC144的脚6的PCOM控制信号输出的频率也最小，额定值约23KH₂，当桥式输出电压达到峰值时，IC144脚6的PCOM控制信号输出的频率达到最大值，约43KH₂。在桥式输出电压的中间值，IC的PWM控制信号频率也相应按比例减小。

IC144脚6上产生的脉宽调制控制信号频率确定了从桥式整流器112出来进而是从AC电源线路获取的电流。用这种方法强制线路电流的变化与线路电压的变化相一致（见图3波形）。迫使线路电流成为正弦波。使电路100的功率因数接近1，而且谐波失真小。

如上所述，用这种方法使通过节点120和140之间的连接电阻138改变线电流，这引起从桥式整流112输出的一个调制信号加在确定IC144脚4的输入R_T/C_T的频率上。如果去掉电阻138，IC144脚6上产生的PCOM输出信号频率将维持在约23KH₂不变。其电路获取的线路电流如图4所示。

从图3，图4的波形比较可以看到，图4的正弦波曲线已明显地不如图3，特别是在标号180的零交点附近的那段波形。图4波形中脱离正弦曲线形状的地方将显现出THD增加及功率因数减小，而这两者在电路100中已完全避免，此电路线电流波形如图3所示。

计算与测量表明，与图4波形相应的功率因数及THD数大约分别为0.95和15%，而电路100的功率因数和THD数分别为0.99和5%。

值得提出的是可以通过改变电阻138的值及在节点140和接地线之间额外或更换插入一个与电容142并联的电阻（未示出），而使IC144的PWM输出信号所提供的调制程度发生变化。当需要时，这种变化可用于为图4所示非正弦波曲线区180提供较大的或较小的补偿。

还将值得提出的是：虽然上面已描述了本发明关于使用了一升压电感器和含有一镇流电路，用以激励荧光灯的电源，但本发明还可以很好地应用在那些THD和功率因数显得很重要的其它类型的电源中。

还应提出的是，对本领域专业技术人员来说，显然可对上述实施例做各种其他的改动或变型，而不违背本发明的关于根据所加的供电压提供调制的思想和关于用一控制信号确定从电源上获取线电流的思想，从而减小谐波失真及增大功率因数。

Claims (10)

1、一种电源包括：

用于接收交流供电源电压的输入端(108，110)；

用于根据供电源电压产生一个电压的输出端(134，136)；

耦合于输入与输出之间的电压发生装置(170)，用于传输电流并由此产生电压；

用于控制由电压产生装置传送的电流的开关装置(128)；

用于产生脉冲控制信号以控制开关装置的控制信号发生装置(144)，以便控制由电压发生装置传送的电流，从而控制所产生的电压，

其特征在于：

耦合于输入与控制信号发生装置间的调制装置(138)，该装置用于按交流供电源电压来调制信号的频率，因此当交流供电电压为最大值时，控制信号频率也达到最大值，以使得电压发生装置中电流的波形与交流供电电压的波形相似。

2、权利要求1中电源的进一步特征在于，电压发生装置包括电感（170）。

3、权利要求1或2中电源的进一步特征在于，开关装置包括场效应晶体管（128）。

4、权利要求1，2或3中电源的进一步特征在于，控制信号为脉宽调制信号。

5、以上任意权利要求中电源进一步特征在于，控制信号发生装置包括电流型控制集成电路（144）。

6、以上任意权利要求中电源的进一步特征在于，调制装置包括耦合于输入与控制信号发生装置间的电阻（138）。

7、用于将AC电压转换成DC电压的电源，所述电源有一与所述AC电压耦连的全波整流器（112）、用于产生脉宽调制信号的装置（144），所述装置有一控制输入、以及由所述信号控制以产生DC电压的装置（128，124，132）。

其特征在于：

将所述控制输入与全波整流器相耦连的装置（138），以使得所述脉宽调制信号的频率按所述AC电压值而变化，因此，当所述AC电压值为最大时，脉宽调制信号的频率也达到最大值，由此而得到高功率因数和低谐波失真。

8、权利要求7所述电源的进一步特征在于，所述用于产生脉宽调制信号的装置（144）以所述的全波整流器为电源。

9、权利要求7或权利要求8中电源的进一步特征在于，所述用于产生所述DC信号的装置包括一电压提升电路（128，124，132）。

10、用于启动气体放电灯的镇流器以及其特征在于，根据以上权利要求的电源。

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