CN1080081C - 变换装置 - Google Patents

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Abstract

一种变换装置包括输入功率因数改善电路，通过构成至少是两个振荡系统的一部分的阻抗元件，该输入功率因数改善电路使变换器电路的部分高频输出反馈到整流器整流输出端上，形成基本上覆盖交流电源电压整个范围的馈送到整流器的高频电流源，以及控制装置以固定频率控制变换器电路，用于实现两个振荡系统加到负载上的输出基本上相等。从而能够显著地减小波纹分量对负载的不良影响。

Description

变换装置
本发明涉及变换装置，在该变换装置中使变换器电路的部分高频输出反馈到整流器，并且形成能够基本上覆盖交流(AC)电源电压整个范围的馈送到整流器的高频电流源，以便改善输入功率因数。
对于提出改善输入功率因数和效率的公知变换装置，已经在例如序号为4-193066、发明人为M.Maehara的日本专利申请公开说明书中记载了一种变换装置，该变换装置被用作放电灯点亮装置。更具体地说，该放电灯点亮装置包括：作为AC电源电压整流器的二极管桥路，用于对二极管桥路输出进行滤波的滤波电容器，含有振荡系统的变换器电路，该变换器电路把滤波电容器两端的电压变换成高频电压作为输出，以及输入功率因数改善电路，该输入功率因数改善电路通过至少另一个作为阻抗元件的电容器，使变换器电路的部分高频输出反馈到二极管桥路的直流(DC)输出端，实现基本上覆盖AC电源电压整个范围的馈送到二极管桥路的高频电流源。
在该变换装置的变换器电路中，一对开关元件以串联的方式连接到滤波电容器的两端，通过直流分量切除电容器和接在其中的电感器，把放电灯连接到上述那对开关元件中的一个开关元件两端，并且把用于放电灯灯丝的预热电容器连接到灯丝无源侧的两端。在这种情况下，预热电容器与电容器一起构成包含在变换器电路中的振荡系统。
在上述变换器电路中，为了对放电灯进行高频点亮，通过那对开关元件高频变换地翻转成导通(ON)和关断(OFF)的状态，把滤波电容器两端的电压变换成高频电压。也就是说，对放电灯进行这样一种高频点亮，以便当那对开关元件中的第一开关元件翻转成ON状态时，通过滤波电容器、第一开关元件、电感器和直流分量切除电容器，把高频电压加到放电灯上；并且当开关元件中的第二开关元件翻转成ON状态时，在上述供电期间直流分量切除电容器上积累的电荷就形成电源，通过直流分量切除电容器、电感器和第二开关元件，以与第一开关元件翻转成ON状态时相反的方向，把该电源加到放电灯上。
在上述放电灯点亮装置的输入功率因数改善电路中，该电路包括作为阻抗元件连接在直流分量切除电容器与放电灯的接点和二极管桥路正极侧输出端之间的电容器，以及连接在二极管桥路正极侧输出端和滤波电容器之间的二极管。在包含上述输入功率因数改善电路的放电灯装置中，当那对开关元件中的第二开关元件翻转成ON状态时，导致电流流过由二极管桥路、作为阻抗元件的电容器、直流分量切除电容器、电感器和第二开关元件构成的路径，接着由于包含作为阻抗元件的电容器和电感器的振荡系统的动作，在那对开关元件中的第一开关元件翻转成ON状态期间，导致反相电流大部分流过由作为阻抗元件的电容器、功率因数改善二极管、那对开关元件中的第一开关元件、电感器和直流分量切除电容器构成的路径。
这样就可以借助于覆盖AC电源电压的整个范围通过用于阻抗的电容器向二极管桥路提供高频电流，改善输入功率因数，因此采用添加用作阻抗的电容器和二极管这样简单的措施，就能够实现输入功率因数的改善。
然而在上述公知的用作放电灯点亮装置的变换装置中会产生如下问题，即由于以那对开关元件的开关频率进行振荡，导致波纹分量变得相当显著，对放电灯这样的负载的工作产生不良的影响，在这种情况下放电灯的光输出中可能会产生闪烁或类似的问题。
因此本发明的目的是提供一种变换装置，该变换装置能够克服公知的技术中存在的上述问题，具体地说，该变换装置能够显著地减小对装置负载施加不良影响的波纹分量，并且通过使部分高频输出反馈到AC电源电压的整流器，设法改善该变换装置的输入功率因数，得到基本上覆盖AC电源电压整个范围的馈送到整流器的高频电流源。
根据本发明，上述目的能够通过如下变换装置实现，在该变换装置中通过整流器对AC电源电压进行整流，整流器的整流输出通过滤波电容器进行滤波，通过变换器电路把电容器两端的电压变换成高频电压，变换器电路包括第一振荡系统，输入功率因数改善电路使变换器电路的部分高频输出通过阻抗元件反馈到整流器的整流输出端，并导致实现基本上覆盖AC电源电压整个范围的馈送到整流器的高频电流源，在变换器电路中并连接到整流器的整流输出端的阻抗元件构成至少是第一振荡系统和第二振荡系统的一部分，其中通过第一和第二振荡系统中的控制装置对变换器电路进行控制，使加到负载上的供电输出基本上保持恒等。
下面的说明涉及附图中所示的优选实施例，通过下面对本发明的详细说明，将会更清楚地看出本发明的其它目的和优点。
图1以电路图的形式示出了根据本发明的变换装置的一个实施例。
图2以波形图的形式示出了图1中所示电路的工作状态。
图3和4是图1中实施例的相互不同工作方式的示意电路图。
图5是关于根据不同工作方式在图1所示电路中出现的两个振荡系统的特性图。
图6和7是用于说明在图1所示电路中出现的两个振荡系统的电路图。
图8是包含在图1所示装置的变换器电路的相对于电源电压的输出特性图。
图9是用于得到图8的输出特性图的示意波形图。
图10以电路图的形式示出了根据本发明的变换装置的另一个实施例。
图11和12是相对于图10电路中的整流输出的不同输出特性图。
图13至36以电路图的形式示出了根据本发明的变换装置的其它实施例。
在这里应该能够理解，虽然应该结合附图中所示的各个实施例对本发明进行说明，但是并不是试图把本发明仅仅限制在这些实施例的范围，面是要包括与说明书一起提交的权利要求保护范围内各种可能的替换、改进和等效方案。
现在参见图1，其中以电路图的形式示出了根据本发明的变换装置的一个实施例，下面首先将说明根据本发明要减小的波纹分量的产生情况，以便促进对本发明更好的理解。该装置包括变换器电路11，当通过由电容器C4、直流分量切除电容器C3、电感器L1和一对开关元件Q1和Q2中的第二开关元件Q2构成的路径，电流以与上述公知装置相似的方式从二极管桥路DB流出时，连接到变换器电路11作为阻抗元件的电容器C4就沿图1中箭头所示的方向进行充电。另一方面，大部分电流流过由电容器C4、二极管D3、那对开关元件中的第一开关元件Q1、电感器L1和电容器C3构成的路径，电容器C4进行放电，在放电时导致电容器C4两端的电压下降。
电容器C4的充电和放电并不在与那对关元件Q1和Q2翻转成ON和OFF状态相同的时间里进行，而是由相对于电容器C4两端的电压Vc4、电源电压Vin、电感器L1两端的电压VL1和电容器C3两端的电压Vc3的电压值关系来确定电容器C4的充电和放电。也就是说，随着图3和4中所示那些工作方式之间的变换而产生的工作状态，相对于如图2波形(a)所示那样的电源电压Vin，使得该装置的输出以图2波形(b)至(d)用虚线所示的输出包络波形变化。具体地说，在图2波形(b)和(d)所示的那种状态下，包络波形的最大值和最小值之差，换句话说即波纹分量就变得相当显著。现在考虑第二开关元件Q2处于ON状态的情况，存在着两种工作方式，其中一种是如图3中虚线所示的第一振荡系统的工作方式，电流流过由电容器C3、谐振电感器L1、第二开关元件Q2、谐振电容器C2和如放电灯这种负载La构成的路径，而另一种工作方式是如图4中虚线所示的第二振荡系统的工作方式，对于该工作方式是由再加上二极管桥路DB、电容器C4、电容器C3、电感器L1和第二开关元件Q2构成的路径，在那对开关元件的每个翻转周期中，电路的工作在上述两种方式之间变换，而根据AC周期中电源电压Vin的值，变换的时间分配也在变化。图4中所示的第二振荡系统是通过二极管桥路DB连接到电源上的，因此随著电源电压Vin变大，每个周期中第二开关元件Q2变换成上述第二振荡系统的期间也就延长了，从而导致整个电路结构受到第二振荡系统更强大的影响。
另一方面如图5中所示，相对于第一和第二振荡系统单独地得到负载电流ila的特性。上述第一和第二振荡系统的负载电流特性分别由图5中的曲线1和2示出。在这里如图6中所示，单独地示出了第一振荡系统，而图7中则示出了第二振荡系统。参见图5可以得出结论，在两个振荡系统的特性基本上相等的状态下的频率f时，图2波形(C)所示的负载电流ila的波纹分量最小。这就意味着在f＝f2的状态下，第一振荡系统中的ila大于第二振荡系统中的ila，当电源电压Vin变大时，负载电流ila就受到第二振荡系统极大的影响，因此当电流电压Vin变大时，由图2中(d)所示的负载电流ila的波形就变小。当f＝f1时，第一振荡系统中的ila小于第二振荡系统中的ila，与上述情况相反当电源电压Vin变大时，由图2中波形(b)所示的负载电流ila就变大。因此可以认为在f＝f。的状态下，第一振荡系统中的ila基本上等于第二振荡系统中的ila，在这种情况下负载电流ila的波纹分量变得最小。
既然在这种情况下，直接对产生波纹分量起作用的就是电源电压Vin，因此如图8中所示，得到电源电压Vin与变换装置的输出特性(在实际情况中，因为电源电压是通过二极管桥路加到下述各种状态的电路上的，所以电源电压Vin是指电源电压Vin的绝对值Vin)，其中输出(例如负载两端的电压)取自纵坐标，而电源电压的绝对值取自横坐标。在该图中，相应的绝对值都是瞬时值，并且电源电压的最大值Vp也在图中示出。更具体地说，图1的变换装置中电源电压的绝对值|Vin|和输出电压Vout分别是图9中所示的那种情况，在|Vin|＝0时，可以从t＝t1之前和之后极短的时间Δt里的值得到输出Vout，在|Vin|＝Vp时，也可以在t＝t3之前和之后极短的时间Δt里得到Vout，同样在任意的|Vin|时，可以从达到|Vin|时(例如t＝t2)之前和之后极短的时间Δt里的值得到输出Vout。在这里极短的时间Δi最好应设置为比用于变换器电路的开关元件频率大若干倍，以便使|Vin|中的任何变化变成可以忽略的程度。
从图8中可以明显看出，当变换器电路11的振荡频率达到f＝f。时，形成基本上恒定的输出，波纹分量就可以减小。在根据本发明的图1的实施例中，具有一个控制装置11a以便控制变换器电路11的频率f。工作，在频率为f。时两个振荡系统的输出彼此基本上相等，因此能够实现图6和7中所示的那种电路变换工作状态，以便把输出的波动减小到最小限度，从而可以减小波纹分量。因此当把根据本发明的变换装置用于例如放电灯点亮装置时，就能够抑制放电作为负载La产生的特别是闪烁这种问题。当然还能以与公知技术中能够采用的电路相似的方式，保留其改善输入功率因数的优点。
在上述变换电路11以其它振荡频率而不是以f＝f。的频率工作时的情况下，本发明采用了用于减小波纹分量的电路配置，而在不采用任何措施的情况下，图2的波形图(b)或(d)中的波纹分量将会变大。参见图10，根据本发明的控制装置包括：用于检测电源电压Vin的供电电压检测器12，用于根据检测器12的检测输出控制变换器电路11的振荡频率的频率控制器13，和用于接收频率控制器13的输出，并可控制地驱动开关元件Q1和Q2的驱动装置14。因此根据图10所示的方案，根据与波纹分量的产生相关的电源电压Vin的变化，能够改变变换器电路11的振荡频率，从而能有效地减小波纹分量。
在该实施例中负载La通过变换器T连接到谐振电容器C2上，并且与电源侧绝缘，但是该电路的工作状态与负载直接和电容器C2并联的情况并无不同。这种方案也可以用于电容器C2和负载La都连接到变压器T的无源侧，即次极侧的情况。
更具体地说，相对于其频率f而不是能够减少波纹分量的f0，已径得出电源电压Vin与变换器电路输出之间的关系，其结果曲线在图11中示出。从图中可以明显地看出，图中所示的那种特性曲线表示当电源电压Vin变大时，而变换器电路11的振荡频率f＜f0的情况下，输出Vout也会变大，并且当振荡频率f离开f0越远时(即f11＜f12＜f13＜f14＜f0)，输出Vout的增加也就越大。这里假设例如在电源电压Vin为0，在频率f11的情况下输出Vout为V1，从图11中可以清楚地看出，通过响应电源电压Vin改变变换器电路11的振荡频率，就能够使输出Vout恒定为V1。进一步假定电源电压为Vin1，变换器电路11的振荡频率f为f12，使输出Vout为V1，或者当电源电压为Vin2，并且变换器电路11的振荡频率f为f13时，也使输出Vout为V1。
在图10所示实施例的情况下，通过频率控制器13根据电源电压Vin的变化，平稳地改变变换器电路11的振荡频率f。这也就是容易理解，在电源电压Vin上升的期间，变换器电路11的振荡频率f保持较低，而相反当电源电压Vin下降时，变换器电路11的振荡频率就升高。
虽然上述对控制输出Vout使其恒定的说明都是在振荡频率f低于频率f0的情况下，把波纹分量减小到最小限度，但是能够采用相同的电路配置，在如图12中所示频率f高于频率f0的情况下(f21-f24，在这里f0＜f21＜f22＜f23＜f24)，控制输出Vout使其恒定，把波纹分量减小到最小限度。
虽然优选的方案是根据电源电压Vin，从图11和12的特性曲线得到的一个频率选作变换器电路11的振荡频率f，但是与不对频率进行控制的情况相比，即使采用基本上与电源电压Vin成比例地改变频率的措施，也能够显著地减小波纹分量。此外在输出Vout上还存在着差别，从图8中可以清楚地看出使振荡频率f为f0的情况，但是在上面参见图11和12说明的频率f可变的情况下，变换器电路11的输出Vout却保持恒定为V1和V2。因此通过采用如图13中所示的控制装置，在该控制装置中把上述图8的方案与参见图11和12所述的另一个方案结合起来，就能够得到足以减小波纹分量的变换器电路的输出Vout。
在图14所示的另一个实施例中，电路的配置与上述实施例的不同之处在于振荡系统，不同之处包括变换器电路11的负载La连接到第一开关元件Q1这一例，电容器C4与二极管D3的接点以及二极管D3的方向也都根据上述振荡系统的连接进行了改变，并且在二极管桥路DB的输出端检测电源电压Vin，但是变换器电路11的工作和减小波纹分量的功能都与上述实施例基本上相同。
在图15所示的另一个实施例中，与上述实施例的不同之处在于直流分量切除电容器C3的接入位置，以及如果需要与用作阻抗的电容器C4附加连接的串联电感器L2(电感器在图中用圆括号示出)，但是变换器电路11的工作和减小波纹分量的功能与上述实施例中的工作和功能基本上相同。在本实施例装置的变换器电路11的振荡系统中附加地装有电感器或电容器还是有其作用的。
另一方面，还需要考虑点亮的放电灯负载使其微亮的情况。在不具有包含电容器C4和二极管D3的输入功率因数改善电路的那类变换器放电灯点亮装置中，通过使频率偏离包含电感器L1和电容器C2的第一振荡系统的谐振频率，造成加到放电灯上的电能变小，实现微亮点亮。关于这一点在上述图1的变换装置中，上面已经说明了只要变换器电路的振荡频率变化就会导致波纹分量多少有些增大，以致在放电灯用作负载La的情况下产生闪烁，在这种情况下振荡系统的阻抗和变换器电路的频率两者都变化，以便使加到作为负载La的放电灯上的输出和波纹分量都变小，并在该新的电路阻抗情况下达到f＝f0的状态，因此即使在微亮的情况时也能够把稳定的电流加到放电灯上，从而能消除闪烁或类似的问题。在这种情况下这里列举出两种措施，其中一种措施是根据变换器电路11振荡频率的变化，改变振荡系统的阻抗，而另一种措施是根据振荡系统阻抗的变化，改变变换器电路11的频率。
在图16所示另一个实施例中，与上述图的实施例中的电路配置相比，采用可饱和电抗器LC代替了电感器L1。可饱和电抗器LC包括输出绕驵NL和控制绕组Nc，通过电抗器控制电路15改变流过控制绕组Nc的电流，从而使输出绕组NL的电感可变。通过用于控制开关元件Q1和Q2的控制电路13，对装有的电抗器控制电路15进行控制，驱动电路14根据控制电路13的输出可控制地驱动开关元件Q1和Q2。
在图16所示变换装置用作放电灯点亮装置时的情况下，对于完全点亮作为负载La的放电灯，使变换器电路11的振荡频率为f0，这样进行电路配置是为了使由可饱和电抗器LC的输出绕组NL1与两个电容器C2和C4构成的两个振荡系统，以频率f0进行振荡时提供基本上相同的输出。在实现微亮点亮时，通过控制电路13导致经电抗器控制电路15流到可饱和电抗器LC的控制绕组Nc的电流变化，从而使输出绕组NL的电感量变化，与此同时通过控制电路13使变换电路11的振荡频率可变，以便使两个振荡系统的输出变得恒定，从而实现具有较小波纹分量的电源，能够以稳定的状态对作为负载La的放电灯进行微亮点亮。在这种情况下，也可以通过输入功率因数改善电路保持对输入功率因数的改善作用，而不会使输入功率数恶化。
此外在实现微亮点亮时，还可以这样进行电路配置，通过控制电路13进行控制，使变换器电路11的振荡频率可变，通过控制电路13经电抗器控制电路15把电流加到可饱和电抗器LC的控制绕组Nc上，以便在可变频率的情况下使两个振荡系统的输出基本上相等，并使输出绕组NL的电感量变化，从而在波纹分量减小并处于稳定状态的情况下使作为负载La的放电灯微亮点亮。因为如图8中所示随着电源电压Vin的变化，变换器电路11的输出也变化，所以在这个实施例中也能如图17中所示配置该装置，使其具有用于检测电源电压Vin的装置，从而导致被控的控制电路13通过电抗器控制电路15根据电源电压Vin的变化，使输出绕组NL的电感量变化。
在图18所示的另一个实施例中，提出了对可饱和电抗器LC和电抗器控制电路15的更实用的配置，在该实施例中可饱和电抗器LC由两个电抗器Lc1和Lc2构成，这两个电抗器的控制绕组Nc1和Nc2极性相反，并被连接到电抗器控制电路15上，图中通过串联连接的电阻器Rc和能够随意改变所施加电压的控制电源Vc，以等效方式示出了电抗器控制电路15。根据这种电路配置，可以使输出绕组NL1和NL2的饱和状态平缓，从而使控制变得更容易。
在图19所示的本发明另一个实施例中，可饱和电抗器Lc由电感L1和变压器T1的初级绕组N的串联连接代替。而变压器的次级绕组N2并联连接到可变阻抗Z和开关元件S1上。在这个实施例中通过连接到次级绕驵N2两端的开关元件S1翻转成ON状态，使变压器T1的次级绕组N2短路，这样初级绕组N1就不会显现出电感分量，但是当次级绕组N2开路时，就会显现出电感分量L2，并且通过控制可变阻抗元件Z的阻抗值，就可以使电感量在0至L2的范围内变化。也就是说，当振荡系统和电感器L1的电感量分别为L和L1时，它们能够在L1＜L＜L1＋L2的范围内适当地变化。
在图20所示的本发明另一个实施例中，可以把电感器L2通过并联的开关元件S2连接到电感器L1上。在这个实施例中可以通过例如用于图16的那种控制电路13对开关元件S2进行控制，使其受到ON/OFF状态控制。因此在开关元件S2处于OFF状态的情况下，振荡系统的电感仅是电感器L1的电感，而在开关元件S2翻转成ON状态的情况下，振荡系统的电感将是电感器L1和L2电感的合成电感。
虽然上述的说明都是涉及改变振荡系统的电感，使振荡系统的阻抗可变的情况，但是改变电容器C4或C2的电容也是有效的。
在图21所示的本发明另一个实施例中，电容器C5和开关元件S3并联连接到用作阻抗元件的电容器C4上，优选地通过用于图16中的那种控制电路13进行控制，使开关元件S3翻转成ON和OFF状态，随着开关元件S3翻转成ON和OFF状态就能够使阻抗变换。
在图22所示的本发明另一个实施例中，电容器C6和开关元件S4的串联电路并联连接到电容器C2上，优选地通过用于图16中的控制电路13进行控制，使开关元件S4翻转成ON和OFF状态，从而能够使阻抗变换。
一般说来，如上所述情况并不是电容器C4的充电时间与开关元件Q1和Q2翻转成ON和OFF状态同步，该时间是由电容器C4两端的电压Vc4、电源电压Vin、电感器L1两端的电压VL1和电容器C3两端的电压Vc3的关系决定的，并且两个振荡系统之间的变换对波纹分量的产生施加影响。相反地说，可以通过控制电容器C4的充电和放电时间改变输出特性，但是改变电容器C4的阻抗似乎更容易。
在图23所示的另一个实施例中，通过控制电容器C4的充电和放电时间，采取措施使两个振荡系统的输出基本上相等。在这个实施例中，开关元件S5串联连接到二极管D3上，而二极管D3和开关元件S5可以由一个单向开关元件代替。在图23所示的实施例中，当开关元件Q1翻转成ON状态，并且控制开关元件S5时，使电容器C4能够通过开关元件Q1放电，从而使电容器C4上积累电能的放电率降低，然后又使可充电量变小，这样就能够缩短充电和放电两个期间。因此能够改变电容器C4表面上的电容量，从而通过进行控制可以得到含有较小波纹分量的输出，以便以与图21中实施例相同的方式使两个振荡系统的输出基本上相等。
在图24所示的本发明另一个实施例中，两个开关元件S01和S02分别连接到构成二极管桥路DB的每个二极管D03和D04上，以便当开关元件Q2翻转成ON状态时，通过开关元件S01和S02根据上述各电压的关系，控制电容器C4的充电和放电。在这个实施例中，根据电源电压的极性变换流过开关元件S01和S02的电流，但是因为二极管桥路DB的工作状态决定电流流过开关元件S01和S02中的哪一个开关元件，所以即使两个开关元件S01和S02同时翻转成ON和OFF状态时，也不会产生问题。在这时通过减小对电容器C4的充电量，就能导致电容器C4的下一次放电时间延迟，从而使充电和放电两个期间缩短，最终改变了电容器C4表面上的电容量，以便能以与上述实施例相同的方式得到具有较小波纹分量的输出。
在图25所示的本发明另一个实施例中，与图24所示实施例相比其区别在于开关元件S01串联连接到二极管桥路DB中的另一个二极管D02上，并且这种电路配置也能以与图24所示相同的方式工作。此外，因为图23至25所示实施例中的相应开关元件S5、S01和S02翻转成ON状态都与AC电源VS的零交叉点同步，所以它们都能够防止任何冲击电流通过接线流向电源。
图26中示出了本发明的另一个实施例，在这个实施例中接入开关元件S6与电容器C4串联，用于使电容器C4的充电和放电能被一般地控制。另外如图27中所示，即使把开关元件S7接在AC电源VS和电路中的二极管桥路DB之间，也能得到相同的控制。
本发明的具有特征的电路配置也可以用于上述实施例电路之外的其它电路中。在图28所示的另一个实施例中，电路配置使电容器C3与电容器C2和C4串联，并一起连接到二极管桥路DB的输出端。另外如图29中的另一个实施例所示，在这个实施例中电路配置是在容器C4和C2之间设有电感器L3。虽然在图28和29所示的这些实施例中，可以优选地采用用于图16实施例中的减小波纹分量的电路配置，但是也可以采用参见图18至26说明的那种用于减小波纹分量的电路配置。在变换器电路11的振荡系统中还可能包含另外的电感器或电容器。
在图30中示出了本发明的另一个实施例，在这个实施例中采取一个附加措施，用于防止冲击电流通过接线流向电源，而所有其它的部分与用于图1实施例的电路配置基本上相同。该实施例的特征就在于附加了防止冲击电流的措施。当大电容量的电容器(优选地为电解电容器)瞬时充电时，导致通过与电源的接线流过冲击电流，该电流值可以是稳定输入电流的几十倍至一百多倍，因此容易产生如断路器断路、电源开关触点熔化搭接等类似的问题。因此在这个实施例中，把二极管D5与大电容量电容器C1串联连接，连接的方向是不会通过电源接线对电容器充电，从而通过二极管D5能够防止冲击电流经电源接线流入电容器C1。另外为了在开关元件Q1和Q2翻转成ON状态期间能对电容器C1充电，在电容器C1与二极管D5的接点和负载La与电感器L1的接点之间连接二极管D4，其负极侧连接电容器C1与二极管D5的接点。
在这个实施例中，当开关元件Q2为ON状态时，电容器C1上的电能流经由二极管桥路DB、二极管D3、电容器C1、二极管D4、电感器L1和开关元件Q2构成的路径。当开关元件Q2又翻转成OFF状态时，在电感器L1上积累的电能使电流流经由电感器L1、二极管D1、电容器C1和二极管D4构成的路径，实现对电容器C1的充电。也就是说，由电容器C1、二极管D4、电感器L1、开关元件Q2和二极管D1构成压降斩波电路，通过对逐渐扩大开关元件Q2的导通工作状态进行控制，就能够有效地消除通过电源接线的冲击电流问题。
在图31所示的本发明另一个实施例中，与图30中所示实施例的不同之处在于在二极管D3与电容器C1的接点和作为负载La的放电灯与电容器C3的接点之间连接电容器C5，而其它电路配置都与图30所示相同。电容器C5的功能与电容器C3相似，用于切除直流分量。在这个实施例中，在上述半桥式变换器电路的情况下即使缺少图31中所示的电容器C3和C5中的一个电容器，其工作状态也不会改变。另一方面，当通过接入二极管D3和D5，采取措施防止冲击电流时，根据本发明包含在放电灯亮装置中变换器电路的再生电流环路中的一个再生电流环路就不存在了。也就是说，在图30所示实施例的情况下，当开关元件Q2翻转成OFF状态时，在由电感器L1和电容器C2构成的振荡系统中，应该有振荡电流经二极管D1反馈到电容器C1上，但是由于有二极管D5，该再生电流就不能流过了。因此由电感器L1上积累的电能使电流通过由电感器L1、二极管D1、电容器C1和二极管D4构成的路径流动，并且不会产生电感器L1和电容器C2的振荡作用，从而减弱了整个变换器电路的振荡作用，降低了在放电灯La两端产生的电压，以致特别在启辉放电灯时不能对放电灯La提供足够高的启辉电压，这样就产生了放电灯La不能以稳定启辉电压，这样就产生了放电灯La不能以稳定的方式运行的问题。
在这个实施例中，设置电容器C5是有效的，在开关元件Q2翻转成OFF状态的情况下，构成再生电流的路径，使其流过电感器L1、二极管D1、电容器C5、放电灯La和电容器C2、从而能够防止变换器电路振荡的减弱。采用这种电路配置就能够对放电灯La提供足够的启辉电压。
在图32所示的另一个实施例中，电容器C6连接到电容器C1和二极管D1串联电路的两端，在这种情况下当开关元件Q2翻转成OFF状态时，使再生电流流过由电感器L1、二极管D1、电容器C6、电容器C3、放电灯La和电容器C2构成的路径。在图33至36所示的其它实施例中，采取了用于防止冲击电流的措施，但是基本的电路配置与上述实施例相同。虽然在图30至36的实施例中没有示出控制电路，但是应该能够理解，在这些实施例中可以适当地设置如上述参见图10和其它附图说明的那种用于减小波纹分量的控制电路。

Claims (21)

1.输出到有降低的波纹分量的负载的高功率系数变换装置，装置包括一个对AC电源电压整流的整流器(DB)；一个通过正向二极管(D3)连接到所述整流器两个输出端的滤波电容器(C1)；一个变换器电路(11)，用于输出一个高频电压(Vout)，并包括并联在滤波电容器上的第一和第二开关部件(Q1，Q2)的串联电路，串联谐振电路包括一个谐振电容器(C2)，一个谐振电感部件(L1；Lc；LC1，LC2；L1，L2)和一个DC分量切除电容器(C3)，其一端被连接在开关部件之间的接点(g)；一个和谐振电容器(C2)并联连接的负载(La)，用于接收变换器电路的输出(Vout)；一个阻抗部件(Z1)包括至少一个被插在整流器和所述正向二极管的接点间的输入功率系数改善电容器(C4)；一个控制单元(11a，12-15)，用于控制第一和第二开关部件(Q1，Q2)的至少ON/OFF操作，使得所述变换电路以一个包括负载(La)并连接在第一和第二开关部件(Q1，Q2)之一上的串联谐振电路的闭合电路操作，作为第一振荡系统，并以一个包括至少整流器(DB)，阻抗部件(Z1)，谐振电感(L1)和处于导通状态的开关部件的电路操作，作为第二振荡系统，其特征在于，当变换器电路将提供一个预定电压输出(Vout)时，控制单元(11a；12-15)使变换器电路(11)在至少一个第一和第二振荡系统的相应输出基本彼此相等的频率(f0)操作，并且当变换器电路将提供一个至少低于预定电压(Vout)的电压输出时，执行第一操作和第二操作之一，在第一操作中，第一和第二振荡系统的振荡频率(f)根据变化的输入电压(Vin)的瞬时值而变化，在第二操作中，电路特性通过变换电路的阻抗，感抗和电容之一而变化，以降低变换电路输出中的纹波分量。
2.根据权利要求1的变换装置，其特征在于，控制单元(11a)使得变换器电路(11)获得预定的输出电压(Vout)，通过第一和第二开关部件(Q1，Q2)的开/关操作控制，使得在第一和第二振荡系统之间进行变换器电路操作的切换时，负载电流基本相等。
3.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，控制单元包括一个用于检测到变换器电路(11)的输入电压(Vin)的电路(12)，一个频率控制电路(13)，用于通过响应由检测电路(12)检测的输入电压的开关部件(Q1，Q2)，产生用于改变变换器电路(11)的振荡频率(f)的信号，以及驱动电路(14)，用于根据来自电路(13)的信号驱动第一和第二开关部件(Q1，Q2)，以响应于输入电压的变化改变变换器电路的振荡频率。
4.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，阻抗部件(Z1)包括串联在电容(C4)和谐振电容(C3)之间的电感(L2)；并且控制单元包括用于检测到变换器电路(11)的输入电压(Vin)的电路(12)，一个频率控制电路(13)，产生用于根据输入电压的变化改变电感(L2)的阻抗，和通过开关部件(Q1，Q2)改变变换器电路的振荡频率的信号，以及一个驱动电路(14)，用于响应来自控制电路(13)的信号驱动开关部件，以使变换器电路以变化的阻抗操作。
5.根据权利要求1变换装置，其特征在于，阻抗部件(Z1)包括一个电容(C5)和开关部件(S1)的串联电路，并和电容器(C4)并联；控制单元包括用于检测到变换器电路(11)的输入电压的电路(12)，一个频率控制电路(13)，用于产生通过开关部件(S3)改变阻抗部件(Z1)的阻抗，和通过开关部件(Q1，Q2)响应于由电路(12)检测的输入电压改变变换器电路(11)的振荡频率的信号，和一个驱动电路(14)，用于响应来自电路(13)的相应信号来驱动相应的开关部件(Q1，Q2，Q3)，以使变换器电路以变化的阻抗操作。
6.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，电容器(C6)和开关部件(S4)的串联电路和与负载(La)并联的谐振电容(C2)并联；控制单元包括用于检测到变换器电路(11)的输入电压(Vin)的电路(12)，一个频率控制电路(13)，用于产生通过开关部件(S4)改变谐振电路的阻抗，和通过开关部件(Q1，Q2)，响应于由电路(12)检测的输入电压来改变谐振电路的阻抗的信号，以及一个驱动电路(14)，用于响应来自电路(13)的相应信号驱动相应的开关部件(Q1，Q2，S4)，使变换器电路以变换的阻抗操作。
7.根据权利要求1的变换装置，其特征在于，变换器电路(11)中的谐振电感部件包括有一个控制线圈(NC)和输出线圈(NL)的饱和电抗器(Lc)；控制单元包括一个用于给开关部件(Q1，Q2)提供控制信号，以改变变换器电路(11)的振荡频率的控制电路(13)，一个驱动电路(14)，用于响应来自电路(13)的控制信号来驱动开关部件(Q1，Q2)，一个电抗器控制电路(15)，用于控制到饱和电抗器(Lc)的控制线圈(NC)的电流，以改变输出线圈(NL)的电感。
8.根据权利要求7的变换装置，其特征在于，控制电路(13)检测输入电压(Vin)，以响应输入电压中的任何变化来改变输出线圈(NL)的电感。
9.根据权利要求7的变换器装置，其特征在于，饱和电抗器包括一对串联的，每个分别具有控制线圈(NC1，NC2)的电抗器(LC1，LC2)，并且电抗器控制电路(15)包括一个电阻(Rc)和控制可变电压源(Vc)的串联连接，并且极性相反地连接在控制线圈(NC1，NC2)上。
10.根据权利要求7的变换器装置，其特征在于，输入功率系数改善电容(C4)和谐振电容(C3，C2)串联在整流器(DB)的输出端之间。
11.根据权利要求7的变换器装置，其特征在于，电感(L3)被插在输入功率系数改善电容器(C4)和谐振电容(C2)之间。
12.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，变换器电路(11)中的谐振电感部件包括一个第一电感(L1)和一个由变换器的主线圈形成的第二电感(L2)，两个电感(L1，L2)串联在开关部件(Q1，Q2)和DC分量切除电容(C3)的接点(g)之间；控制单元包括一个控制电路(13)，产生用于控制第一和第二开关部件(Q1，Q2)改变变换电路(11)的振荡频率(f)的信号，一个响应来自控制电路(13)的控制信号，以驱动开关部件(Q1，Q2)的电路(14)，一个电感控制电路(15)包括和变换器(T1)的次级线圈(N2)并联的可变阻抗(Z)，以及一个和可变阻抗(Z)并联的第三开关部件(S1)，并根据来自控制电路的控制信号进行开/关。
13.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，变换器电路(11)中的谐振电感部件包括连接在第一和第二开关部件(Q1，Q2)的接点(g)间的第一电感(L1)，并且DC分量切除电容(C3)和第二电感(L2)经过一第三开关部件(S2)和第一电感(L1)并联，控制单元包括一个提供控制信号给第一，第二和第三开关部件(Q1，Q2，S2)，以改变变换器电路(11)的振荡频率的控制电路(13)，控制信号有效地驱动第一和第二开关部件(Q1，Q2)，并控制第三开关部件(S2)的开/关操作，以改变包括电感(L1，L2)的变换器电路的第一振荡系统的电感。
14.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，变换器电路(11)中的阻抗部件(Z1)包括一个电容(C5)和一个开关部件(S3)的串联电路，并且和输入功率系数改善电容(C4)并联，以及控制单元包括提供控制信号给第一，第二和第三开关部件(Q1，Q2，Q3)以改变变换器电路的振荡频率(f)的控制电路(13)，控制信号有效地驱动第一和第二开关部件(Q1，Q2)并控制第三开关部件(S3)的开/关操作，以改变包括阻抗部件(Z1)的第二振荡系统的阻抗。
15.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，变换器电路(11)进一步包括电容(C6)和第三开关部件(S4)的串联电路，并且和与负载(La)并联的谐振电容(C2)并联，控制单元包括一个控制电路(13)，提供控制信号给第一，第二和第三开关部件(Q1，Q2，S4)，以改变变换器电路(11)的振荡频率，控制信号有效地驱动第一和第二开关部件(Q1，Q2)，并控制第三开关部件(S4)的开/关操作，以改变包括负载和谐振电路的第一振荡系统的阻抗。
16.根据权利要求1的变换器装置，其特征在于，作为阻抗部件的输入功率系数改善电容(C4)被提供了部件(S5；S01，S02；S6；S7；Lc)，以控制电容器(C4)的放电和充电时间，控制单元(13；13-15)驱动放电和充电时间控制部件，以改变电容器(C4)的表面容抗，从而均衡变换器电路的第一和第二振荡系统的输出。
17.根据权利要求16的变换器装置，其特征在于，放电和充电时间控制部件包括一个和在二极管(D3)和其到整流器(DB)的接点(a)之间的正向二极管(D3)串联的开关部件(S5)，控制单元(13)和第一和二开关部件(Q1，Q2)的控制一起，控制开关部件(S5)的开/关操作，以缩短电容(C4)的充放电时间。
18.根据权利要求16的变换器装置，其特征在于，整流器(DB)包括两对串联的二极管(DO1，DO3；DO2，DO4)的桥连接，充电和放电时间控制部件包括开关部件(SO1，SO2)，其中每一个和每对中的一个二极管(DO3，DO4)串联，控制单元(13)和第一第二开关部件(Q1，Q2)的控制一起控制开关部件(SO1，SO2)的开/关操作，以缩短电容(C4)的充放电时间。
19.根据权利要求16的变换器装置，其特征在于，整流器(DB)包括两对串联连接的二极管(DO1，DO3；DO2，DO4)的桥连接，充电和放电时间控制部件包括开关部件(SO1，SO2)，开关部件中的每一个都和二极管对之一中的每个二极管(DO2，DO4)串联连接，以及控制单元(13)和第一和第二开关部件(Q1，Q2)一起，控制开关部件(SO1，SO2)的开/关操作，以缩短电容(C4)的充放电时间。
20.根据权利要求16的变换器装置，其特征在于，充电和放电时间控制部件包括和输入功率系数改善电容(C4)串联连接的开关部件(S6)，控制单元(13)和第一和第二开关部件(Q1，Q2)的控制一起，控制开关部件(S6)的开/关操作，以缩短电容(C4)的充电和放电时间。
21.根据权利要求16的变换器装置，其特征在于，充电和放电时间控制部件包括一个插在AC电源电压(Vs)和整流器(DB)之间的开关部件(S7)，控制单元(13)和第一和第二开关部件(Q1，Q2)的控制一起控制开关部件(S7)的开关操作，以缩短电容(C4)的充电和放电时间。
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