CN1082331C - 电子镇流器电路 - Google Patents

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Abstract

一种AC或DC电子镇流器电路，包括：一个滤波器，用于输入AC市电频率的电压并对输入的AC市电频率电压执行线性滤波；一个变换装置，用于把线性滤波的电压转换成单向波动电压的装置；一个降压器，按照预定的控制对波动电压执行脉宽调制，以产生与负载装置相匹配的降低的DC电压，并将所产生的电压传送到负载位置；一个触发脉冲发生器，用于按照预定的控制产生高压触发脉冲，使引发负载装置起始放电；一个功率控制器和一个触发脉冲驱动器。

Description

电子镇流器电路
本发明涉及一种电子镇流器电路，在其电源电路中具有降压器(reducingtransformer)，并且特别涉及到一种AC或DC电子镇流器电路，它可以使出现在电源输入端口上的市电频率的谐波电流分量尽量减少。本申请的基础是韩国申请号为40647/1995的专利申请，该申请在此引入作为参考。
具有降压器的电子镇流器电路有许多种。一个有代表性的例子是驱动灯的电路。为了驱动灯，需要提供预定的功率，供电是利用多种途径来控制的。灯被用在各种场所，有一种灯用于发出液晶显示(以下称为LCD)器件所需的光，该器件例如可被用于投影电视。
图1是现有技术中的AC灯驱动镇流器的电源电路结构的示意图，以下说明其结构和工作原理。
参见图1，当AC输入功率VI通过由熔断器F1和线圈L1构成的滤波器11传送到全波整流器(full wave rectifier)12时，就产生第一DC电压VDC1。此处的全波整流是针对220V的条件进行的，但在110V的条件下可以用一个倍压电路把DC电压变换成较高的电平。全波整流器12包括桥式连接的二极管D11至D14和一个电容C11。由场效应晶体管(以下称为FET)Q1、二极管D1线圈L2和电容C1构成的一个降压器13用于调制全波整流过的DC电压的脉冲宽度，然后将其变换成第二DC电压VDC2。灯驱动器14是由FET Q2到FET Q5构成的，并且按照预定的方式控制两对场效应管FET Q2和Q5以及Q3和Q4，以使它们彼此间互补地工作。换句话说，如果前者导通，后者就关断，反之亦然。灯驱动器14按照预定的方式受到控制，并且识别出产生高电压触发脉冲的时间和识别出正常的状态，从而接通/关断FET Q2至Q5，以使驱动灯LP。具体地说，在高压触发脉冲产生时间期间，FET Q2和Q5被导通，而FET Q3和Q4被关断，以使把第二DC电压VDC2提供给灯LP。在正常状态期间，FET Q2和Q5以及Q3和Q4反复地被接通/关断，从而可以向灯LP提供AC电压。功率控制器15包括脉宽调制控制器27，反馈放大器28(运算放大器)，电阻R34和R35，以及一个参考电压Vref。灯电流检测电压Vise和第三DC电压VDC3被反馈放大(feedback-amplified)，并且有一个开/关脉冲，即一个脉宽调制信号从输出端口VDOUT上输出。该脉宽调制信号控制降压器13的FET Q1的开/关占空比，从而使电子镇流器电路的总功率保持不变。电阻Rise被作为检测电阻，以便把降压器13的平均电流转换成电压。高压触发脉冲发生器16包括两个升压变压器T2和T3；二极管D4；电容C2以及放电管S.G，它引起灯LP的起始放电。由电阻R4，电容C4和FET Q6构成的触发脉冲驱动器17控制高压触发脉冲发生器16的工作。换句话说，第二DC脉冲VDC2按照电阻R4和电容C4的时间常数对电容C4充电。当FETQ6被导通时，按上述过程充电的电荷量被瞬时放电。高压触发脉冲发生器16使电容C4的放电电压通过变压器T3和二极管D4，对电容C2充电。通过这样的反复操作，电容C2被充电达到具有高电位的电荷量。如果能使电容C2充电到足够高的电位，从而在充电期间使电容C2的两个端子之间产生恒定的电位差，在放电管S.G上就会流过瞬时的短暂瞬态放电(spark)电流。然后，充入电容C2的电荷就会通过升压变压器T2的原边(primal)线圈在短时间内放电。这样，在升压变压器T2的副边(second)线圈中就会感应出瞬时的高压脉冲。这一高压触发脉冲在灯LP的两个端子上产生高电压。最后，由高压触发脉冲在灯LP中形成的起始放电就能使灯LP开始导通。
在灯LP出现放电现象之前，第一和第二DC电压VDC1和VDC2是彼此相同的。然而，如果通过高压触发脉冲使灯LP起动放电，第二DC电压VDC2就会低于第一DC电压VDC1。此时，功率控制器15利用降压器13提供低于第一DC电压VDC1的第二DC电压VDC2，从而使灯LP中流过的电流保持恒定。
这种电子镇流器电路利用全波整流器(full wave rectifier)把AC输入功率转换成DC电压。由于全波整流器使用了二极管，在输入电流中会包含大量市电频率的三次和四次谐波电流。这种谐波电流应该被减小。另外，由于降压器输出的电压VDC2在触发脉冲期间的一定时间内被保持在高的DC电压，使设在降压器内的电容C1必须具有高的内部电压的电容量因此存在着不协调的因素。此外，驱动AC灯的镇流器不能被用于驱动DC灯，并且它需要更多的元件。因此，制造的成本很高，并且安装尺寸不够理想。
本发明的目的是提供一种AC或DC电子镇流器电路，它可以避免产生由使用二极管整流系统所产生的谐波电流。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种连接到一个预定的负载装置上的电子镇流器电路，该电子镇流器包括：一个滤波器，用于输入AC市电频率的电压并且对输入的AC市电频率电压进行线性滤波；一个变换装置，用于把线性滤波的电压变换成单向波动电压；一个降压变压器，用于通过预定的控制对波动电压执行脉宽调制，从而产生与负载装置匹配的降低了的DC电压，并且将所产生的电压输送到负载装置；一个触发脉冲发生器，用于通过预定的控制产生高压触发脉冲，以便使负载装置感应出一起始放电；功率控制器，用于产生执行降压变换(reducing transformation)的脉宽调制信号，对所述降低电压的检测电压和由负载装置提供的电流检测电压执行反馈放大，并且用放大的电压控制脉宽调制信号的产生；以及一个触发脉冲驱动器，用于以线性滤波的电压充电并且通过预定的控制瞬时地放电，从而驱动触发脉冲发生器。
按照本发明的另一个方面，提供了一种连接到预定负载装置的电子镇流器电路，该电子镇流器电路包括：一个滤波器，用于输入AC市电频率的电压并对所述输入的AC市电频率电压执行线性滤波；一个整流器，用于对所述线性滤波的电源执行全波整流并把所述整流的电源转换成DC电压；一个降压器，通过预定的控制对所述DC电压执行脉宽调制，产生与所述负载装置匹配的降低的DC电压，并将产生的所述电压输送到负载装置；一个触发脉冲产生器，用于通过预定的控制产生高压触发脉冲，用于对所述负载装置引发起始放电；一个功率控制器，用于产生执行降压变换的脉宽调制信号，对所述降低电压的检测电压和由所述负载装置提供的电流检测电压执行反馈放大，并用所述放大的电压控制所述脉宽调制信号的产生；以及一个触发脉冲驱动器，用所述线性滤波电压充电，并通过预定的控制瞬时地放电，从而驱动所述触发脉冲发生器。
通过以下参照附图的详细说明可以更好地理解本发明的目的、特征及其许多连带的优点，
图1是现有技术中的AC灯驱动镇流器(driving ballast)的电源电路结构示意图；
图2是按照本发明一个实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图；
图3是本发明一个实施例的工作波形图；
图4表示本发明另一实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图；以及
图5表示本发明又一实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图。
附图中相同的标号表示相同或相似的部件。
以下参照附图详细说明本发明的最佳实施例。首先注意到相同的元件是用相同的标号表示的。另外，为了更好地理解本发明，通过下面的说明，解释了诸如具体电路构成等各种特定的元件。然而，本领域的普通技术人员显然可以在使用不同于这些特定元件的条件下实现本发明。另外，为了对本发明的要点进行清楚的说明，省略了对有关公知的功能和结构细节的详细描述。
图2表示了本发明一个实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图。
图3是本发明一个实施例的工作波形图，其中的A表示输入电源电压V的波形图，B是表示第一波动电压Vac的波形图，图3C表示取决于第一波动电压Vac的电流波形，D是表示第二DC电压VDC2的波形图，E是表示一个触发脉冲产生周期期间的波形图，而F则表示灯电流检测电压Vise的波形图。
参见图3，在以下的说明中将要描述按照本发明一个实施例的用于防止产生谐波电流的抑制谐波电流的电子镇流器电路的结构和工作原理。
输入的市电AC电压V经过滤波器11传送到波动变压器(rippletransformer)22的桥式二极管D11至D14，随后被转换成第一波动电压Vac。具体地说，作为惯用的输入滤波器的滤波器11是由熔断器F1和线圈L1构成的。而市电AC电压V如图3中的A所示是双向的，从桥式二极管D11至D14输出的第一波动电压Vac如图3中的B所示是单向的。
由场效应晶体管FET Q1；二极管D1；线圈L2和电容C1构成的降压器13调制第一波动电压Vac的脉冲宽度，将其转换成降低的电压，也就是第二DC电压VDC2。这样，转换的电压，即第二DC电压VDC2就被提供给包括降压FET Q1、降压变换二极管D1、降压线圈L2和降压电容C1的降压器13。若通过输出端口VDOUT将来自功率控制器15的脉冲经由栅极驱动变压器T1施加到降压器13的FET Q1的栅极，在栅极和源极间的电位差达到逻辑高电平状态时，FET Q1就导通，而当栅极和源极间的电位差处于逻辑低电平状态时，FET Q1就关断。这样，第一波动电压Vac就作为脉冲电压被提供给线圈L2。此时，线圈L2向电容C1提供充电电流，以获得一个恒定电压。如果FET Q1关断，线圈L2就产生反向电动势使二极管D1导通，从而使线圈L2的激励功率可被传送到电容C1，使其获得恒定的DC电压。这是一种公知的降压变换方式。然而，如果第一波动电压Vac低于第二DC电压VDC2，就不能执行上述的操作，也没有电流流动。因此，参见图3，在t2和t3周期期间没有电流流动。为了在这一周期中消除第二DC电压VDC2中的微小波动(riffle)，电容C1需要有足够大的电容量。
灯驱动器14是由FET Q2到FET Q5构成的，它按照预定的控制来识别高压触发脉冲产生时间和识别正常的状态，从而导通/关断FET Q2至FETQ5，由此来驱动灯LP。也就是说，在产生高压触发脉冲时间期间，FET Q2和Q5被导通，而FET Q3和Q4被关断，由此向灯LP提供第二DC电压VDC2。在正常状态期间，FET Q2和Q5与FET Q3和Q4交替地被导通/关断，从而向灯LP提供AC电压。此时，升压变压器T2的副边绕组线圈L2-2对放电灯的电流检测电压Vise的影响极小。
功率控制器15是由脉宽调制(以下称为PWM)控制器27；反馈放大器28；电阻R31至R33及一个参考电压Vref构成的。该功率控制器15接收灯LP的电流检测电压Vise和第三VDC3，后者作为第二DC电压VDC2的检测电压，并且通过输出端口VDOUT产生开/关脉冲。这一脉冲控制着FET Q1的开/关占空比，从而可控制灯LP的功率。换句话说，提供给第一变压器T1原边线圈的开/关脉冲被感应到副边线圈上，以使FET Q1导通/关断。此时，连接在第一变压器T1的副边线圈两个端子之间，即FET Q1的栅极与源极之间的一个齐纳二极管D2被用于恒定电压。
连接在降压器13和功率控制器15之间的稳压器20可以防止第二DC电压VDC2出现异常的增加。换句话说，稳压器20通过一定的稳定度(constantdegree)来检查第二DC电压VDC2是否变成了较高的电压。如果检测到电压异常，就将该检测通知功率控制器15以便停止工作。该稳压器20由齐纳二极管D3和电阻R3构成。
高压触发脉冲发生器16产生高触发脉冲电压，以便在灯LP正常放电之前引发起始放电。高压触发脉冲发生器16包括两个变压器T2和T3；二极管D4；电容器C2和放电管S.G。
一触发脉冲驱动器25由电阻R4；电容C3及C4；FET Q6和二极管D5构成。按照电阻R4和电容C4的时间常数充入电容C4的电荷量在FET Q6被导通时的时刻瞬时放电。电容C3和二极管D5对通过滤波器11输出的电压整流。
最初，即使向放电灯LP提供第二DC电压VDC2，该放电也不会被起动。为了起动放电，要执行以下的操作。换句话说，在电容C4中放电的电压是经变压器T3通过二极管D4后被充电给电容C2的。通过重复这种操作，电容C2中就会有被充到高电位的电荷量。如果电容C2的两端被具有恒定幅值的电位充电，在放电管S.G中就会流过短暂状态的瞬时放电电流。这样，充入电容C2中的电荷量在通过升压变压器T2原边线圈之后于短时间内放电。然后，高压脉冲被瞬时感应到升压变压器T2的副边线圈中。该高压触发脉冲在灯LP的两端产生高电压。最后，由高压触发脉冲在灯LP中形成起始放电，随后起动其发光。
图4是表示本发明另一实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图，它与图2的区别是不包括图2中的灯驱动器14。参见图4，在降压器13中产生的第二DC电压VDC2被直接提供给灯LP的两端。
图5是表示本发明又一实施例的AC灯驱动电子镇流器电路的结构示意图。如果AC输入功率VI经由包括熔断器F1和线圈L1的滤波器11传送到全波整流器12，就产生第一DC电压VDC1。然而这是在220V条件下执行的全波整流，若在110V的条件下，采用一个倍压整流器把DC电压变换成逻辑高电平。全波整流器12包括桥式二极管D11至D14和电容C11。由场效应晶体管(FET)Q1；二极管D1；线圈L2和电容C1构成的主降压器13调制经过全波整流的DC电压的脉冲宽度，从而产生第二DC电压VDC2，它被直接提供给灯LP的两端。
该功率控制器15是由脉宽调制(以下称为PWM)控制器27；反馈放大器28；电阻R31至R33和一参考电压Vref构成的。该功率控制器15接收灯LP的电流检测电压Vise，和作为第二DC电压VDC2的检测电压的第三DC电压VDC3并且通过输出端口VDOUT产生开/关脉冲。这一脉冲控制FET Q1的开/关占空比，从而控制灯LP的功率。换句话说，提供给第一变压器的原边线圈的开/关脉冲被感应到副边线圈，使FET Q1导通/关断。此时，连接在第一变压器T1副边线圈两端之间，即FET Q1的栅极和源极之间的齐纳二极管D2被用于稳压。
高压触发脉冲发生器16产生高触发脉冲电压，以便在灯LP正常放电之前引发起始放电。高压触发脉冲发生器16包括两个变压器T2和T3；二极管D4；电容器C2和放电管S.G。
一触发脉冲驱动器17由电阻R4，电容C4和FET Q6构成。按照电阻R4和电容C4的时间常数充入电容C4的电荷量在FET Q6被导通时瞬时放电。放电电压在经由变压器T3通过二极管D4之后被充入电容C2。通过重复这种操作，在电容C2中充入高电位的电量。如果用恒定幅值的电位对电容C2的两个端子充电，在放电管S.G中就会流过短暂状态的瞬时放电电流。这样，充入电容C2的电量在通过升压变压器T2原边线圈之后就会在短时间内放电。然后，高压脉冲被瞬时感应到升压变压器T2的副边线圈中。高压触发脉冲在灯LP的两端产生高电压。最后，由高压触发脉冲在灯LP中形成起始放电，随后起动其发光。
如上所述，第一和第二DC电压VDC1和VDC2在灯LP放电之前是彼此相同的。然而，如果灯LP在高压触发脉冲作用下起动放电，第二DC电压VDC2就会低于第一DC电压VDC1。在这一瞬间，功率控制器15通过降压器13提供低于第一DC电压VDC1的第二DC电压VDC2，从而维持灯LP中流过的电流恒定不变。
在对本发明的详细说明中已经解释了实施例的细节。然而，在不脱离本发明范围的条件下还可以实现各种变更。换句话说，在本实施例中，灯驱动电子镇流器电路是通过抑制谐波电流来体现的。然而，使用惯用的降压器例如电机驱动器的电路也可以用于所有的电源电路。
包含许多谐波电流的二极管式全波整流器的视在(superficial)功率和有效功率之比最高时只有0.5-0.65。然而，按照本发明的谐波电流抑制电路，如果将外部功率与有效功率之比提高到0.85以上，就能消除电压畸变，减少电流中的噪声，并且降低总的功率损失。另外，若把降压方式改成功率因数的方式，而不用独立的电路来改善功率因数，还可以降低成本。此外，尽管二极管式的全波整流器需要高电压和大容量的电容，本发明能采用在输出端口安装低电压和大容量的电容，从而降低成本并缩小电路尺寸。还有，若把电子镇流器用DC形式来实现，就可以减少所需元件的数量。从而降低制造成本和缩小安装尺寸。
本发明并不仅限于以上作为实现本发明的最佳实施方案而公开的特定实施例，本发明的保护范围由本发明的权利要求限定，而不受说明书中公开的具体实施例的限制。

Claims (8)

1、一种连接到预定负载装置上的电子镇流器电路包括：
一个滤波器，用于输入AC市电频率的电压并对所述输入的AC市电频率电压执行线性滤波；
一个变换装置，用于把所述线性滤波的电压变换成单向波动电压；
一个降压器，用于通过预定的控制对所述波动电压执行脉宽调制，以产生与所述负载装置匹配的降低了的DC电压，并将所产生的所述电压传送到负载装置；
一个触发脉冲发生器，用于通过预定的控制产生高压触发脉冲，使所述负载装置感应出起始放电；
一个功率控制器，用于产生执行降压变换的脉宽调制信号，对所述降低电压的检测电压、和由所述负载装置提供的电流检测电压执行反馈放大，并利用所述放大的电压控制所述脉宽调制信号的产生；以及
一个触发脉冲驱动器，用所述线性滤波的电压进行充电并且通过预定的控制瞬时地放电，从而驱动所述触发脉冲发生器。
2、按照权利要求1的电子镇流器电路，其中由所述降压器输出的降压电压中含有微小的波动。
3、按照权利要求1或2的电子镇流器电路，其中所述负载装置是灯。
4、按照权利要求1或2的电子镇流器电路，其中进一步包括：
一个驱动器，它被设置在所述降压器和所述灯之间，根据所述高压触发脉冲和正常状态，通过预定的控制使该驱动器具有的两个通路彼此互补地操作，用于驱动所述负载装置，以使所述两个通路能把所述降压器产生的DC电压双向地提供给所述负载装置。
5、按照权利要求1或2的电子镇流器电路，其中还包括：
一个稳压器，它连接在所述降压器和所述功率控制器之间，用于防止在所述降压器中产生的DC电压异常地升高。
6、一种连接到预定负载装置的电子镇流器电路，包括：
一个滤波器，用于输入AC市电频率的电压并对所述输入的AC市电频率电压执行线性滤波；
一个整流器，用于对所述线性滤波的电源执行全波整流并把所述整流的电源转换成DC电压；
一个降压器，通过预定的控制对所述DC电压执行脉宽调制，产生与所述负载装置匹配的降低的DC电压，并将产生的所述电压输送到负载装置；
一个触发脉冲产生器，用于通过预定的控制产生高压触发脉冲，用于对所述负载装置引发起始放电；
一个功率控制器，用于产生执行降压变换的脉宽调制信号，对所述降低电压的检测电压和由所述负载装置提供的电流检测电压执行反馈放大，并用所述放大的电压控制所述脉宽调制信号的产生；以及
一个触发脉冲驱动器，用所述线性滤波电压充电，并通过预定的控制瞬时地放电，从而驱动所述触发脉冲发生器。
7、按照权利要求6的电子镇流器电路，其中，所述负载装置是灯。
8、按照权利要求7的电子镇流器电路，其中，所述触发脉冲发生器有一个放电管。
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