CN1173106A - 用于气体放电灯的无二极管起动电路 - Google Patents

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Abstract

气体放电灯的一种镇流电路,包括:一个与气体放电灯结合的谐振负载电路,该谐振负载电路包括第一和第二谐振阻抗;d.c.－a.c.转换电路,连接到该谐振负载电路,包括第一和第二开关,以上述顺序串联在处于直流总线电压的总线导体与地之间,所述交流电流通过开关公共节点;一桥路电容,其一端接地;第一和第二反馈电路,根据所述谐振负载电路中的交流电流,对所述第一和第二开关分别进行正反馈控制;起动电路,用于启动所述第一和第二反馈电路的操作。

Description

用于气体放电灯的无二极管起动电路
本发明涉及气体放电灯的镇流电路，这种气体放电灯包括一个带有一对串联开关的交流到直流(d.c./a.c.)转换器，开关的操作由自谐振反馈电路控制。更具体地说，本发明涉及镇流电路的自谐振操作起动电路。这种镇流电路不需要p-n二极管，这是为了在稳态镇流操作时避免产生起动脉冲的电压转折开关的打火而设置的。
现有技术提供了一种气体放电灯的镇流电路，这种气体放电灯包括带有一对串联开关的d.c./a.c.转换器，该对开关的操作由自谐振反馈电路控制。其中包括一起动电路，以启动该镇流电路的自谐振振荡。这是通过电压转折(VB)开关，比如二端交流开关，产生一电流脉冲来完成的，通过对该VB开关加偏压到它的打火(即变为导通)阈值来产生该电流脉冲。在该起动电路的稳态操作中，必须保持跨越VB开关的电压比它的点火阈值低，实现这一点的种典型的电路包括一个p-n二极管，它的阴极连接到所述一对开关的公共节点。例如，在美国专利US4353010中公开了在起动电路中包含这种p-n二极管。
在现有起动电路中所用的p-n二极管的费用相对于电阻等其它的电路元件要高，因此，希望提供一种镇流电路，它所包含的起动电路不需要有用于避免在稳态镇流操作中VB开关点火的p-n二极管。
因此，本发明的目的是提供一种气体放电灯的镇流电路，这种气体放电灯包括一个带有一对串联开关的d.c./a.c.转换器，开关的操作由自谐振反馈电路控制，这种镇流电路包括一个起动电路，该起动电路不需要在稳态镇流操作中用于避免电压转折开关点火的p-n二极管。
本发明的另一个目的提供上述种类的镇流电路，可采用容易得到的电路元件。
以一种气体放电灯镇流电路达到了上述的目的，它包括：一谐振负载电路，与气体放电灯结合，并含有第一和第二谐振阻抗，它们的值确定了该谐振负载电路的工作频率；一个d.c./a.c.转换电路，连接到该谐振负载电路，以便在该谐振负载电路中感应出交流(a.c.)电流，包括第一和第二开关，以上述顺序串联在位于d.c.总线电压的总线导体与地之间，交流电流通过公共开关节点；一桥路电容器，其一端连接到地；第一和第二反馈电路，根据谐振负载电路中的交流(a.c.)电流，正反馈地分别控制第一和第二开关；一起动电路，启动第一和第二反馈电路的操作，与包括带有一公共阻抗节点的第一和第二串联阻抗的电压驱动器网络结合，连接到公共开关节点与地之间。这种电路包括一个连接在公共阻抗节点与地之间的起动电容器，和一个连接在跨接电容器的非地端与该起动电容器之间的电压转折开关。包括在该起动电路中的还有一串连到电压转折开关的变压器绕组，当电压转折开关打火时用以产生电流脉冲，并将该绕组连接到第一和第二反馈电路，以便当电压转折开关打火时在该电路中产生电流起动脉冲。
从下面结合附图的描述将使本发明的上述和其它目的和优点变得更加清楚，其中：
图1是简图，包括用于控制半桥转换器的一对开关导通状态的反馈电路的电源电路，部分地以框的形式。
图2是可用在图1的电源电路中的缓冲和栅极加速电路的电路图。
在图中，相同的标号或字符表示相同部分，图1表示谐振负载电路12的电源电路10。谐振负载电路12可包括气体放电灯13，比如荧光灯。谐振负载电路12的电源是由加在d.c.总线导体14与基准，或地导体16(不必在地)之间的总线电压VB供给的。由总线电压产生器18供给总线电压VB，通过常包括一个常规的全波整流器，用于对来自a.c.源或线路电压(未示出)的a.c.电压进行整流。按常规，总线电压产生器18可选择地包括一个功率因子校正电路。
电源电路10横跨谐振负载电路12施加一双向的谐振负载电压VR，从左示节点20到右示节点22，感应出通过谐振负载电路12的双向电流。
为了从d.c.总线14上的直流总线电压VB产生谐振负载电压VR，电源电路10通常包括一串联半桥转换器，包括串联的MOSFETs(金属氧化物半导体场效应晶体管)或其它开关Q1和Q2。MOSFET Q1的漏极直接连到直流总线14，它的源极在开关Q1和Q2的公共节点20连接到MOSFET Q2的漏极。MOSFET Q2的源极连接到地16。MOSFETQ1和Q2上的导电状态是由MOSFETs的自的栅极G1和G2上的各自控制电压确定的。简而言之，通过将公共节点20交替地经MOSFET Q1连接到其上总线电压为VB的d.c总线14，然后经MOSFET Q2连接到地，来产生双向谐振负载电压VR。串联桥路电容器24和26连接在d.c.总线14与地16之间，保持谐振负载电路12的右示节点22上的电压近似为d.c.总线电压VB的1/2。
在按照通常实践的另一电路中，可将桥路电容器24省略，代之以连接在总线14和地16之间的一电容器，和保持在所示位置的桥路电容器。
通过各自的反馈电路30和32将控制信号加给MOSFETs Q1和Q2的栅极G1和G2。反馈电路30和32响应来自谐振负载电路12的部分的电流，该电流是由变压器绕组T1c检测到的，将其耦合到反馈电路的绕组T1A和T1B。在反馈电路30和32中各自包括有背靠背(即阴极对阴极)连接的齐纳二极管34和36。这些齐纳二极管对将它们的各个栅极G1和G2上的电压，相对于它们的相连开关Q1和Q2的下端节点上的电压，箝位在一个正或负电平，其定时由在各个绕组T1A和T1B中的反馈电流(未示出)的极性和幅度来确定。栅极Q1和Q2的各自固有电容(未示出)也影响反馈电路30和32的特性。
设有起动电路38用以启动谐振电压VR的振荡。这是通过与反馈电路30和32的绕组T1A和T1B耦合的绕组T1D提供的电流脉冲来完成的。当包括电压转折(VB)开关(比如二端交流开关)的开关40打火(即导电)时产生通过绕组T1D的电流脉冲，横跨开关40的电压是由桥路电容26与起动电容Cs之间的电压差确定的。在起动电容Cs上的电压是由电压驱动网络42确定的，网络42包括两个串联的阻抗，比如R1和R2，连接在节点20和地16之间，它们的公共节点连接到起动电容Cs的非地端。
在电阻R1值的选择中使用两个条件。第一个条件可用下面公式表示：
(R1 *R2/(R1+R2))*CS≈100×稳态转换频率，其中“*”表示乘，“≈”共意是近似。第二个条件是使电阻R1中的功率损耗最小。以这样大的电阻R1，可选择电阻R2的值以保证在电容Cs上有足够的电压，从而避免当总线电压VB在最大值时VB开关40打火，使跨接在VB开关40上的电压为最小值。
现在考虑在初始总线激励阶段、起动阶段、稳态阶段和振荡中断阶段中，起动电路38的操作细节。
初始的总线激励阶段
当总线电压产生器18首先激励时，开关Q1和Q2的自再生转换尚未开始。桥路电容26充电到总线电压VB的大约1/2。在一般的灯工作频率(比如从几千周到150千周)，用如上选择的R1和R2，在桥路电容器26上的电压上升得比起动电容Cs上的电压快。为了使开关40再打火，起动电容Cs通过电阻R2很快地放电，或者设一电阻46(如下面将描述的)。则通过电阻R2与串联电阻R1和46的并联组合放电。为此，对于电容Cs和上述可用电阻值之一的电阻-电容时间常数应是比较短，比如10毫秒。
以按上述标准选择的R1，R2和Cs的值，在镇流电路已开始振荡之后开关40可再打火几次(比如5-10次)。如果使用早先的脉冲或使用由于电路不稳定而产生的脉冲，或者使用者，在企图开灯时，偶然地瞬时关断了电源，为此使电路振荡没有达到时，这就提供了另外的起动脉冲。
起动阶段
在起动阶段，在桥路电容26上的电压很快地达到大约1/2总线电压VB，而在起动电容Cs上的电压保持足够低，使跨接开关40的电压超过它的电压转折阈值。这使比起动电容Cs位于较高电压的桥路电容26通过绕组T1D快速地将电容供给起动电容Cs。于是通过起动电容Cs的升压，使跨接开关40的电压减小得足以使开关40关断。
稳态阶段
在工作的稳态阶段，沸点20对起动电容Cs表现为大约1/2总线电压VB，因为这个电容与电阻R1形成一个低通滤波器。在这个阶段，起动电容Cs经电阻R1充电，以避免开关40的再打火。
振荡中断阶段
当镇流电路的振荡中断时，由于电路的不稳定性或瞬时地降低功率，通过起动电容Cs快速放电可达到灯的快速再起动。这使当起动电容Cs上的电压降落时增加的跨接开关40的电压上升到该开关的电压转折阈值，引起开关再打火。
如果开关40具有相当大的漏泄电流，则桥路电容26有一个通过包括绕组T1D、开关40和电阻R2的直流通路到地的放电倾向。因此，可将连接在总线14和桥路电容26之间的电阻44(以虚线表示)用来供给具有漏泄电流的开关40的电流通路，从而保持桥路电容26上的电荷近似为常数。通常电阻44的大小使其对VB开关40提供足够的电流，以阻止桥路电容26的不需要的放电，这里假设总线电压VB为其工作的最小值。
如果流过电压驱动网络的开关Q1的漏泄电流在节点20上造成不需要的高压，使得起动电容Cs不能放电到VB开关40能打火的点，则可将电阻46(以虚线示)并接在开关Q2上以消除这种漏泄电流的一部分。这将减少电阻R1和R2的值选择中的限制。
将起动电路38与缓冲器和图2所示的栅极加速电路50结合是有益的，将其连接在图1的节点48与49之间。电路50包括：串联的电容52和电阻54，将电路50串联到图1所示的变压器绕阻T1D。电阻54用于减少在电容52与耦合到它上面的任何其它电抗之间的寄生作用。
电容52首先工作在所谓的缓冲模式，在MOSFETs Q1和Q2之一截止而另一个还来导通的期间它存储来自谐振负载电路12的能量。因此在电容52中存储的能量是从MOSFETs Q1和Q2转移来的，在无缓冲电容52时，在导通与非导通状态之间的转换期间这种能量以热的形式耗散掉。在U.S.专利5341068中更详细地描述了电容52的缓冲作用，该专利于1994年8月23日颁发给了Loui R.Nerone，转让给了本受让人，题目是：“小巧荧光灯的电子镇流装置”。
第二，电容52的作用是增加MOSFETs Q1和Q2的转换速度。在此角色中，当在绕组TD中感应的在该电容中的上升电流产生时，电容52产生一加速脉冲。从图1的电流控制绕组T1c中的上升电流在绕组T1D中感应出上升电流。在上述的Louis R.Nerone的专利中更详细地描述了这种电容的栅极加速作用。
参看图1，除非另加标注，典型的元件值是：荧光灯13的功率为20瓦，标定线路电压为交流120V；由Intertional Rectiffer Corporation ofEI Sequndo，Carffornia，生产的IRFR214型号的MOFETS Q1和Q2，商标是HEXFET；上和下齐纳二极管对34和36的额定值分别为7.5瓦和10瓦，耦合变压器绕组T1A，T1B，T1C和T1D的各自匝数为40，40，4和4；谐振电感LR为630微弯；谐振电容CR为2.7毫微法；桥路电容24和26，每个是0.22微法；电阻R1，R2，44和46的各个值分别为100千欧，560千欧，560千欧和560千欧；起动电容Cs的值是0.01微法；电压转折开关40，是由Teccor Electronics，Inc.，ofIming，Texas出售的商业型号为HT-32的一种二端交流开关；电容52(图2)是220微微法拉；图中的电阻54是100Ω。
从上所述，可以知道，本发明提供一种气体放电灯的镇流电路，该放电灯包括一个带有一对串联开关的直流-交流转换器，开关对的操作自由谐振反馈电路控制，这种镇流电路包的知一个起动电路，该起动电路不需要具有在稳定镇流操作中用于避免电压转折开关打火的p-n二极管。在上述的这种镇流电路中可利用易于得到的电路元件。
尽管，对于由附图表示的具体实施例描述了本发明，但对于本领域的技术人员来说可进行许多修改和变化。因此，应理解，本发明的权利要求书正是为了覆盖在本发明的精神和范围内的所有这些修改和变化。

Claims (11)

1.一种气体放电灯的镇流电路，包括：
(a)与气体放电灯结合的一种谐振负载电路，包括第一和第二谐振阻抗，它们的值确定了所述谐振负载电路的工作频率；
(b)一个直流-交流转换器，连接到所述的谐振负载电路以便在其中感应出交流电流，包括第一和第二开关，以上述顺序串联在处于直流总线电压的总线导体与地之间，所述的交流电流通过开关的公共转换节点；
(c)一个桥路电容，其中一端接地；
(d)第一和第二反馈电路，根据在所述谐振负载电路中的交流电流，对所述第一和第二开关分别进行正反馈控制；
(e)起动电路，用于启动所述第一和第二反馈电路的操作，包括：
(I)分压器网络，包括带有一公共阻抗节点的第一和第二串联阻抗，连接在所述公共节点与所述地之间；
(ii)起动电容，连接在所述公共阻抗节点与所述地之间；
(iii)电压转折开关，连接在所述桥路电容的非接地端与所述起动电容之间；
(iv)串联到所述电压转折开关的变压器绕组，当所述电压转折开关打火时产生电流脉冲；所述的绕组连接到所述第一和第二反馈电路，以便当所述电压转折开关打火时在所述电路中产生电流的起动脉冲。
2.根据权利要求1的镇流电路，其特征在于，所述分压器网络的所述第一和第二串联阻抗包括多个电阻器。
3.根据权利要求1的镇流电路，其特征在于，还包括连接在所述总线导体与所述桥路电容之间的阻抗，以便在所述桥路电容器上保持需要的电压，否则由于通过所述电压转折开关的漏泄电流会使它下降。
4.根据权利要求1的镇流电路，其特征在于，还包括一与所述第二开关并联的阻抗，以便形成自所述第一开关到所述地的漏泄电流的通路。
5.根据权利要求1的镇流电路，其中所述的气体放电灯包括荧光灯。
6.一种气体放电灯的镇流电路，其特征在于，包括：
(a)与气体放电灯结合的一种谐振负载电路，包括第一和第二谐振阻抗，它们的值确定了所述谐振负载电路的工作频率；
(b)一个直流一交流转换器，连接到所述的谐振负载电路以便在其中感应出交流电流，包括第一和第二开关，以上述顺序串联在处于直流总线电压的总线导体与地之间，所述的交流电流通过开关的公共转换节点；
(c)一个桥路电容，其中一端接地；
(d)第一和第二反馈电路，根据在所述谐振负载电路中的交流电流，对所述第一和第二开关分别进行正反馈控制；
(e)起动电路，用于启动所述第一和第二反馈电路的操作，包括：
(I)分压器网络，包括带有一公共阻抗节点的第一和第二串联阻抗，连接在所述公共节点与所述地之间；
(ii)起动电容，连接在所述公共阻抗节点与所述地之间；
(iii)电压转折开关，连接在所述桥路电容的非接地端与所述起动电容之间；
(iv)串联到所述电压转折开关的变压器绕组，当所述电压转折开关打火时产生电流脉冲；所述的绕组连接到所述第一和第二反馈电路，以便当所述电压转折开关打火时在所述电路中产生电流的起动脉冲。
(f)连接在所述公共转换节点和所述变压器绕组之间的串联电容和电阻，使得可将所述的变压器绕组既用于增加第一和第二开关的转换速度，又用于在所述第一和第二反馈电路中产生电流起动脉冲。
7.根据权利要求6的镇流电路，其特征在于，所述分压器网络的所述第一和第二串联阻抗包括电阻。
8.根据权利要求6的镇流电路，其特征在于，还包括连接在所述总线导体与所述桥路电容之间的阻抗，以便在所述桥路电容上保持需要的电压，否则由于通过所述电压转折开关的漏泄电流会使电压下降。
9.根据权利要求6的镇流电路，还包括连接在所述总线导体与所述桥路电容之间的阻抗，以便在所述桥路电容上保持需要的电压，否则由于通过所述电压转折开关的漏泄电流会使电压下降。
10.根据权利要求6的镇流电路，还包括一与所述第二开关并联的阻抗，以便形成自所述第一开关到所述地的漏泄电流的通路。
11.根据权利要求9的镇流电路，其特征在于，所述的放电灯包括荧光灯。
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