CN1154641A - 点火电路中不同阶段的定时 - Google Patents

Abstract

为给一个驱动如荧光灯的外接负载的桥或半桥级(stage)电路的起动过程的不同阶段定时，采用一个定时计数器来为驱动振荡器产生的振荡计数，并利用一个数－模转换器控制驱动振荡器的振荡频率；这样就不需要在驱动振荡器外补充一个第二本地振荡器。

Description

点火电路中不同阶段的定时

本发明涉及一个桥或半桥级的驱动电路，它含有为不同运行阶段定时的装置。更确切地说，这个发明涉及一个用于桥或半桥负载预处理(预热)阶段的定时装置。这个发明特别适用于驱动荧光灯。

通常，荧光灯最佳点燃过程需要预热灯丝一段时间，这段时间可能在数百毫秒到几秒之间变化。如原理图1所示，灯的驱动利用一个适当的LC谐振电路来实现。驱动电路在预热阶段提供的振荡频率高于LC电路的谐振频率(这属于桥的负载)。一旦预热阶段完成，为了增加在电容器上的电压，桥或半桥级的驱动频率降低，使电容C上的电压上升，因此灯两端电压上升直至达到弧光放电电压，使灯点燃。

预热时间可以有多种方法预先设定。

如图示的荧光灯这一类谐振负载的专门情况，有可能采用模拟器件，例如PTC型(正温度系数)或其它形式，它可以利用接到器件管脚的外部电容器的充电与放电，该器件不会干扰功率桥级驱动电路的振荡频率。

图2示出装有一个PTC器件的荧光灯谐振负载电路的一个例子。起初，电流流过PTC器件，因焦耳效应加热灯的电极，这样激励热离子发射。随着电流增加，PTC器件电阻增加，桥的负载逐渐变得接近于LC电路，LC电路的阻抗迅速减少，灯上的电压增加，直到灯终于点燃。用PTC器件定时预热阶段不是很精确的，因为它极依赖系统运行时的环境温度(例如，它可能依赖灯什么时刻打开、此前打开了多长时间以及系统的热消耗特性)。

当预热点火程序要求较高定时精度时，通常的解决办法是采用一个定时计数器(定时器)，它能够对自激振荡电路(振荡器)的振荡计数，并能够产生一个输出信号，用以改变驱动电路的本地振荡器的振荡频率。预热时间长度的调整靠改变一个外部电容器(CT)的值来获得，该电容器调整一个专用于此辅助定时功能的第二振荡器的振荡频率。这种替换的调节预热时间的方法比图2所示系统的调节方法更精确，因为它不直接依赖于温度。然而，它需要集成一个第二振荡器及一个为此目的的专用的管脚(特别地具备一种相应的防静电放电(ESD)保护措施)，另外还有一个外部电容器CT。

在驱动非荧光灯的其它负载时，也会出现类似的需求。由于这个原因，上述讨论的问题和相关的解决办法是本发明必须考虑的目标：以一个更通用的方式解决上述问题，而不仅限于一个荧光灯构成负载的特例。

本发明的电路方案可以控制不同的预处理或预热阶段的时间、起动或点火的定时、获得桥或半桥级谐振负载稳态运行状态的定时，既不需要集成第二振荡电路，也不需要使用器件管脚来连接调节该第二或辅助振荡器振荡频率的电容器。

本发明的系统基于利用一个n位的数字计数器，该计数器可由控制系统的逻辑电路产生的命令起动，并且能够对桥或半桥级驱动电路的同一个振荡器产生的振荡计数。预热阶段的时间可以在设计阶段预先设定，也可以用适当的存储器(可编程只读存储器PROM，可编程可擦除只读存储器EPROM，或电可编程可擦除只读存储器EEPROM)或其它类似器件等方法设计成可编程的。

根据本发明电路的一个重要方面，定时数字计数器的n位输出驱动一个数-模转换器DAC，DAC的输出电流用于调节驱动电路的电流控制振荡器(CCO)。

通过增加定时计数器的位数和相应的数-模转换器的电流产生器的位数，就可以增加对驱动电路振荡频率进行调整的步进数，这样就可防止振荡频率过于大量且突然的变化。

用编程的方法，通过修改适当的译码电路，可以相应于不同的起动阶段给定不同的持续间隔，例如，预热的时间、振荡频率减少的时间(最终决定弧光放电)和频率增长到一个稳态运行的合适值的时间。

当然，编程设计可以由工厂掩膜规定或在成品中用电气方法实现。

通过下面一些重要实施例的描述并参照所附的图表，该发明的各个方面和相应的优点会变得更明显。其中：

图1所示的是先前叙述的一个典型的荧光灯驱动的原理图。

图2所示的是先前叙述的包含一个调节预热时间的模拟器件组成的荧光灯驱动原理图。

图3，3a和3b示出，正如先前叙述的，一个采用第二振荡器和控制预热时间的定时计数器的方框图和电路的相应的运行图。

图4，4a和4b示出，原理上实现本发明的电路的方框图和相应的运行图。

图5是本发明实施例的更详细的图。

图6和图7表示图5的电路的运行图。

图8所示是一种替代的实施例的电路图。

本发明的系统用图解显示在图4，4a和4b中。如可以观察到的，一定的预热时间后驱动电路振荡器振荡频率的降低以及随后频率最终增加到一个稳态值，都是由定时计数器(定时器)对驱动电路的同一个本地振荡器产生的振荡计数实现的，不需要仅仅专用于定时功能的第二振荡器。

正如图4a和4b阐明的运行特性所示，定时器的数字输出可以很便利地用于把最初为预热时间间隔保持的振荡频率逐步降到一个典型的较低的工作频率。

通过采用一个标准的数-模转换器(DAC)电路，可以产生一个信号，其电平随着计数器对振荡器的计数以恒量增加。

按本发明最佳实施例，电路可以根据如图5中所示的功能方案实现。定时计数器(定时器)由控制系统逻辑电路产生的起动信号复位。

在设计阶段预先设计好的或可编程(根据上面已提到的方法)的专用编码-译码电路CODIF.-DECOD.决定所关心的几个时间间隔(预热时间Tpreheat，下扫时间Tsweep-down，上扫时间Tsweep-up)。这个总体上以PROM示出的方框，可以用多种方法实现，对一个技术人员而言它们在功能上显然是互相等效的。CODIE方框可以被指定为一组可编程连接器，而译码器DECOD.方框可以看作一组与非门。

输出信号(Tpreheat，Tsweep-down，Tsweep-up)可以由双稳态电路(触发器)存储，双稳态电路进入定时器的工作并且通过一系列与门(A1，A2……)使能DAC。

计数器(Q1，Q2……Qn)的n位输出驱动一个数-模转换器电路(DAC)电路，DAC电路由MOS晶体管MO，M1，……Mn，M30，M31，M(30+n)构成并有一个电流输出。组成电流控制振荡器(CCO)的控制信号的Iosc变换器的最大输出电流值由下述方程式给出：当计数器输出Q1，Q2，Qn都是低电平(也就是逻辑电平“0”)时 $I\max =I\min +I^{*}\frac{2^n-1}{2^n}$

当所有与DAC相接口的计数器输出都设置成高逻辑电平(“1”)时，最小的Iosc值与第一个发生器MO产生的电流Imin相当，。

强调这个事实是重要的，即定时器输出的位数n与DAC输入的位数是完全独立的，这样，可能有利于不同的情况。只是为了简化叙述，才把它们示成相等的(等于n)。

正如例中所示，定时器可以用一个可逆计数器来实现。它由起动信号复位。

从CCO振荡器开始振荡时起到Tpreheat信号达到逻辑状态“1”时刻之内，Tpreheat信号为“1”，使触发器FF1输出切换，电流Iosc保持恒定，其值由Imax值给定。这样，振荡频率保持恒定。

这个阶段确定灯(或一个等效负载)的预热或预处理时间。

搁置译码电路(DECOD.)的编程不讲，当Tpreheat变到高逻辑状态时，数-模转换器DAC通过逻辑门A1，A2，……An被使能。适当储存过的这同一Tpreheat信号使计数器复位到零(复位阶段)。

从这个瞬间往后，每次振荡频率减小，定时器的输出数字数据变化。

CCO振荡器以恒定频率振荡的时间间隔长短变为依靠振荡频率本身(换句话说，随着频率下降，时间间隔增长)，在图6和图7显示的运行特性中由不均匀的步进持续时间可以明显看出这一关系。

当Tsweep-down信号变为高电平时第二阶段运行结束。

在这一时刻，前面提到的由双稳态电路FF2适当储存的信号命令改变计数器的运行模式，计数器从增计数(Up-Counter)模式变换到减计数(Down-Counter)模式。

实际上，DAC反向进行它以前的过程。这意味着，振荡器电流又开始增加，系统的振荡频率总是随之以步进方式改变。

当Tsweep-up信号切换时，相应的双稳态电路FF3随之改变，使后一阶段结束。

一般地说，在这一时刻，这种控制通常可以由另一个能在正常稳态情况下调节系统功能的信号来实现。

在图中用反馈信号这个通用名字来强调这样一个稳态控制信号。

理论上，Tsweep-up信号和第三个双稳态电路FF3不是严格需要，因为反馈信号能够依靠触发器FF2的输出来被使能，让系统自己确定随后是哪一种控制模式(也就是由上扫信号强制，或是由反馈信号管理)。

根据在图8中所示的这种替代实施例，该系统按频率增长曲线上升到由反馈信号所确定的水平。在这一时刻电路自身从上扫控制下释放，继续在反馈信号控制下的功能；该反馈信号作用到可逆计数器，跟着也作用到DAC，调节振荡频率，按外部条件使之增长或降低。

在图5和图8的实施例中显示使用JK型触发器，采用一个反相的时钟信号，它由一个适当的反相器INVC提供，在相位上与定时器的时钟信号反相。这种技术的优点是，确保输入信号稳定时双稳态电路才切换，从而避免了定时器的伪切换(毛刺)所造成的影响。自然，这一点对本发明电路的功能不是严格需要的，因为双稳态电路(触发器)还可以是不同的类型，不需要反相的时钟信号。

Claims (7)

1、一种在给定频率下驱动半桥或桥级的电路，它包括一个本地振荡器和一个装置，该装置能够在可编程的时间间隔内修改预处理、点火、稳态运行等各种不同阶段的振荡频率；还涉及由该级驱动的负载，其特征在于所说的装置包含一个能够给所说的本地振荡器产生的振荡计数的定时计数器和一个能够产生本地振荡器的振荡频率的控制信号的数-模转换器。

2、根据权利要求1的电路，特征在于：所说的计数器是一个n位可逆计数器(Up-Down)，它的n位输出能够驱动一个有电流输出的数-模转换器，这个电流输出控制一个电流控制的本地振荡器。

3、根据权利要求2的电路，其特征在于它包含一个可编程只读存储器，该存储器为非易失型，能够依靠编程确定所说的不同阶段的持续时间。

4、根据权利要求3的电路，特征在于：存储器包括一个编码电路，它能够产生至少一个第一和一个第二定时信号；存储器还包括一个译码电路，它能够接收作为输入的、由所说计数器的n位输出的结构所代表的数字数据；

至少第一和第二双稳电路，都把所说的本地振荡器的受控频率的信号作为时钟信号使用，并且能够各自接收作为输入的所述第一和所述第二定时逻辑信号；

所说的双稳电路分别能够用一个可编程的值对所说的计数器进行预置，对计数器的所说的n位输出使能，以驱动所说的数-模转换器的各级；还能够把所说的计数器的控制转换成为一个稳态控制信号。

5、根据权利要求4的电路，其特征在于所说的译码电路产生一个第三定时信号，该电路包括一个由所说的第三定时信号控制的第三双稳态电路，它能够在控制转换到所说的控制信号之前，确定一个从起始阶段末达到的最小值到一稳态值的频率增长阶段。

6、前述权利要求中任何一项的电路，其特征在于所说的双稳态电路是JK型触发器，它采用一个反相的时钟信号作为用于所说的计数器的时钟信号的参照。

7、一个集成的负载驱动系统，采用至少一个桥输出级，特征在于包含一个前述权利要求中规定的运行于不同阶段的定时电路。

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