CN1291416A

CN1291416A - 电子镇流器

Info

Publication number: CN1291416A
Application number: CN99802965A
Authority: CN
Inventors: 钱金荣
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-12-18
Filing date: 1999-12-01
Publication date: 2001-04-11
Also published as: US6107753A; EP1057373A1; JP2002533883A; WO2000038479A1

Abstract

一个电子镇流器具有一个RF谐振逆变器和来自提供功率因数校正的逆变器的RF反馈。反馈是由耦合在谐振逆变器的RF谐振振荡回路和镇流器中的低频点之间的一个电容器提供的。这样的反馈集成功率因数校正级与RF谐振逆变器级,并且消除了开关及其控制器。工作在RF频率的电子镇流器要求高速转换隔离二极管。使用的隔离二极管的具有非常短的恢复时间的超级快速硅二极管对于环境温度是敏感的,并且劣化镇流器的功率因数和总的线路电流谐波失真。或者使用GaAs二极管或者使用碳化硅隔离二极管代替硅二极管给镇流器提供一个高功率因数和低的总谐波失真。

Description

电子镇流器

本发明涉及用于感应耦合气体放电灯的功率因数校正的射频(“RF”)电子镇流器，特别地涉及用于这样的电灯的一种电子镇流器，它集成功率因数校正功能与镇流器的逆变器。

一个感应电灯(无电极荧光灯)可以工作在射频，例如2．65MHz。如在图1中所示，从交流电线路供电的感应电灯12的常规的电子镇流器10可以包括一个桥式整流器14，一个直流滤波电容器Cb和耦合到输出线圈La的一个RF谐振逆变器16。输出线圈La是由来自逆变器16的RF能量激励的，它感应地耦合到电灯12。当期望功率因数校正时，一个功率因数校正级18耦合到整流器14的输出，而且连同滤波电容器C_B提供一个功率因数校正的直流电压给逆变器16。这个方法使用两个级，功率因数校正级18提供一个直流输出电压而逆变器级16提供RF能量给输出线圈La。

镇流器10包括常规的快速反向恢复、硅隔离二极管D1和D2、一个输入或者提升电感线圈Li(例如PC40 EF25／11)以及形成一个低通输入滤波器的一个电感线圈Lf和一个电容器Cf。逆变器16也是常规的，它包括连接作为半个电桥谐振逆变器的两个开关S1与S2，和一个振荡回路20，它包括电感线圈Lr和电容器Cs以及Cp。功率因数校正级18是常规的，它包括一个开关S3。未表示的一个常规的控制电路控制逆变器开关S1和S2，以及未表示的另一个常规的控制电路控制功率因数校正开关S3。

在镇流器10中能量必须处理两次，一次由功率因数校正级18处理和一次由逆交器16处理。因此，电源变换效率可能是低的。另外，用于分开的功率因数校正级和RF能量产生级要求的部件的数量是高的，这增加了费用。

美国专利No．5，446，350公开了用于包括在谐振振荡回路中具有一个附加电容器的一个振荡回路的无电极感应电灯的一种RF电子镇流器，该专利说明了降低提供给该镇流器的相位角，因而降低了该镇流器对部件和电灯变化的灵敏度。

下列文件公开了在电子镇流器中使用反馈，它直接或者变压器耦合到该电灯(和不是无电极)：美国专利No．5，404，082，欧洲专利公开EP 395，776和EP726，696。在上面引用的文件在用于无电极感应电灯的RF电子镇流器中没有使用反馈来获得功率因数校正。

本发明的一个目是在用于无电极感应电灯的RF电子镇流器中提供功率因数校正，而不用分开的功率因数校正级。

本发明通过提供具有一个RF谐振逆变器和从提供功率因数校正的该逆变器的RF反馈的一个电子镇流器达到这个目的。这个方法集成功率因数校正级与该RF谐振逆变器级。RF反馈通过反馈环路从在该逆变器中的RF点提供给该镇流器中的一个低频点，例如该逆变器的直流输入端或者该镇流器的低频(例如线路频率)输入端。在优选的实施例中，RF逆变器包括一个RF谐振振荡回路，它是RF反馈的信源。相信RF反馈动态地增加该线路整流器的AC至DC变换器的导通角，从而提供功率因数校正。

在一个优选的实施例中，反馈是从该逆变器的RF谐振振荡回路由一个电容器提供的。反馈电容器可以耦合到到该逆变器的直流输入端，或者耦合到到AC至DC变换器例如一个整流器的交流输入端。选择这个反馈电容器的值以便提供RF反馈来获得功率因数校正，如上所述，这个反馈电容器的值取决于由RF谐振振荡回路传送到该电灯的RF功率。输出功率越高，反馈电容器的值越大，以便提供足够的RF能量来改变该整流器的导通角。

其它目的是提供具有RF谐振逆变器的一种RF电子镇流器，它对温度较不敏感以及具有低的总的谐波失真(“THD”)。

工作在RF频率(例如2．65MHz)的镇流器要求快速转换隔离二极管，隔离二极管具有非常短的反向恢复时间和非常小的结电容，并且能够进行硬转换操作。超级快速硅二极管通常具有20ns的非常短的反向恢复时间。但是这个反向恢复时间对环境温度敏感。温度越高，反向恢复时间越长并且开关损耗越高，这可能引起热击穿。而且，该隔离二极管的寄生电容将使该功率因数和总的线路电流谐波失真劣化。本发明通过提供GaAs或者碳化硅隔离二极管获得了对温度较不敏感和低THD的目的，这些二极管具有比硅二极管短的反向恢复时间和小的寄生电容，即使在高结温度时，也比硅二极管对高温度更不敏感。

与在图1表示的常规的镇流器比较，本发明减少了要求的部件的数量，并且本发明的镇流器要求比图1的镇流器小的提升电感器。另外，本发明的镇流器在宽的线路周期范围内以连续的线路电流工作，它允许使用一个较小的输入线路滤波器和一个较小的电磁干扰滤波器。比外，本发明的镇流器可以以固定频率工作，具有低的峰值系数和零电压转换。

因此本发明提供增加的性能和具有简单控制的高功率密度，同时显著地降低费用。

本发明在附图的各图中示出，这是示例的和非限定的，其中在不同的图中的相同数字是指相同的或者相应的部分，和其中：

图1是用于无电极RF感应电灯的一个常规的电子镇流器的原理电路图，包括分开的功率因数校正级和RF谐振逆变器级；和

图2和3是用于无电极的RF感应电灯的电子镇流器的原理电路图，其中根据本发明通过来自该谐振逆变器级的RF振荡回路的反馈集成该功率因数校正级和RF谐振逆变器级。

表示在图2的本发明的镇流器10a类似于表示在图1的镇流器10，除了该提升电感线圈Li耦合到该整流器14的AC输入端，隔离二极管D1，D2分别耦合到整流器14的正的和负的直流输出端，且在图1中的功率因数校正级18由从谐振振荡回路20耦合到该整流器14的AC输入的一个反馈电容器Cin替换之外。具体地说，电容器Cin是从振荡回路30中的电容器Cp与Cs和电感线圈Lr的连接点耦合到该提升电感线圈Li与整流器14的AC输入的连接点。输入电感线圈Li和低通输入滤波器(电容器Cf和电感线圈Lf)滤波该反馈和阻止任何RF输入AC线路。

在图3表示的本发明的镇流器10b类似于在图1表示的镇流器，除了图1中的功率因数校正级18由从RF谐振振荡回路20耦合到逆变器16的直流输入端，即耦合到该提升电感线圈Li的反馈电容器Cin代替之外。具体地说，电容器Cin是从振荡回路20中的电容器Cp和Cs与电感线圈Lr的连接点耦合到该提升电感线圈Li与在逆变器16的输入端的快速恢复二极管D2的连接点。

在图2和图3的实施例中，电容器Cin集成功率因数校正级与谐振逆变器16，并且耦合成从振荡回路20反馈RF信号来实现功率因数校正。提升电感线圈Li使得该输入电流在宽范围的线路周期连续。因此，电容器Cin的值可以比它没有提升电感线圈Li时小的多，并且电容器Cin对谐振逆变器18的调制影响将减到最小。

如上所述，反馈电容器Cin以一个电平提供一个RF信号，相信RF信号导致整流器14增加该导通角，这增加了功率因数。电容器Cin的值取决于传递给电灯的功率。例如，对于85W电灯和工作在2．65MHz的RF谐振逆变器，Cin的值是180pf。

该镇流器中的功率设备的寄生现象对高频工作的电路性能起着重要的作用。正如在上面讨论的，在图2和3中的隔离二极管D1和D2是GaAs二极管或者碳化硅二极管，这些二极管由于高能带间隙甚至在高温时也具有比硅二极管小得多的寄生电容和较短的反向恢复时间。

在图3表示的以GaAs二极管和以碳化硅二极管以及以具有给定低的值部件的镇流器12b的测试得到具有大约0．98功率因数的约15％THD，相比较对于硅二极管得到具有约0．93功率因数的约38％THD。

Li RM5 PC40(15圈54／44利兹线)

Lr EP25 3F4

Cin 180pf

Cp 390pf

Cs 1．5nf

Cb 47nf，450v

S1，S2 IRF820

本发明的RF镇流器的主要优点是：

1．仅仅使用两个电源开关和一个控制器，而常规的方案使用三个电源开关和两个控制器。

2．提升电感线圈的大小和体积显著地减少了，例如仅仅是常规方法的20％。因此，减少了磁性部件的成本。

3．线路输入在线路周期的宽的范围内是连续的。所以，线路输入滤波器和EMI滤波器可以比常规的方案更小。

4．本发明的RF镇流器可以固定频率工作，具有低的波峰因数和零电压转换。

5．本发明的RF镇流器具有低的THD和对温度较不敏感。因此，本发明的RF电子镇流器提供显著的费用减少和具有简单控制的高功率密度。这些特性是非常吸引人的。

虽然本发明结合优选的实施例进行了描述和表示，但是在没有偏离本发明的精神和范围下可以进行许多变化和修改，这对于本领域的技术人员将是明显的。例如，该RF谐振逆变器的结构可以不同于RF谐振逆变器16，和可以在射频范围内工作，并且RF反馈可以以不同于图2和3所示的方式来实现。因此正如在所附的权利要求书中提出的本发明不限制为在上面提出的结构的精确的细节，象这样的变化和修改旨在包括在限定的权利要求书提出的本发明的精神和范围内。

Claims

1．一种用于无电极电灯(12)的镇流器(10a，10b)，包括：

交流-直流变换器(14)，具有适合于耦合到低频交流电源的一个输入和一个输出；

一个RF谐振逆变器(16)，具有耦合到该交流-直流变换器的输出以便接收直流电源的一个输入，和一个线圈，它以由该逆变器产生的RF功率激励并且适合于电感地耦合到该电灯(12)；和

一个RF反馈环路(Cin)，它从该RF逆变器以一个电平耦合RF功率给在该镇流器的低频点以便获得功率因数校正。

2．根据权利要求1所述的镇流器(10a，10b)，其特征在于该低频点是该逆变器的输入。

3．根据权利要求1所述的镇流器(10a，10b)，其特征在于该低频点是到该交流-直流变换器的输入。

4．根据权利要求1所述的镇流器(10a，10b)，其中该逆变器包括一个RF谐振振荡回路(Lr，Cs，Cp)，以及该反馈环路包括耦合到该RF谐振振荡回路和该镇流器的低频点的一个电容器(Cin)。

5．根据权利要求1所述的镇流器(10a)，其特征在于包括具有适合于耦合到该交流线路的一个输入和一个输出的一个输入电感线圈(LI)，该交流-直流变换器(14)具有耦合到该电感线圈的输出的一个输入，以及其中该逆变器包括一个RF谐振振荡回路(Lr，Cs，Cp)，而该反馈环路包括耦合到该RF谐振振荡回路和该交流-直流变换器的该输入端的一个电容器(Cin)，其中选择该电容器的值以便提供功率因数校正。

6．根据权利要求1所述的镇流器(10b)，其特征在于包括耦合到该交流一直流变换器的输出端和该逆变器的输入端的一个输入电感线圈(Li)，以及其中该逆变器包括一个RF谐振振荡回路(Lr，Cs，Cp)，而该反馈环路包括耦合到该RF谐振振荡回路和该逆变器的输入端的一个电容器(Cin)，其中选择该电容器的值以便提供功率因数校正。

7．根据权利要求1所述的镇流器，其特征在于包括耦合在交流-直流变换器的正的直流输出端和该逆变器之间的第一高速转换隔离二极管(D1)。

8．根据权利要求7所述的镇流器，其特征在于包括耦合在该整流器的负直流输出端和该逆变器之间的第二高速转换隔离二极管(D2)。

9．根据权利要求7所述的镇流器，其特征在于包括耦合在该第一高速转换隔离二极管(D1)的一个输出和该逆变器之间的第二高速转换隔离二极管(D2)。

10．根据权利要求7，8或者9所述的镇流器，其特征在于一个或者多个高速转换隔离二极管是从由GaAs二极管和碳化硅二极管形成的一组中选出的二极管。