CN1293786C - 放电灯点灯装置 - Google Patents

Abstract

提供一种小型、廉价、并且在改善输入功率因数及输入电流畸变的同时提高波形因素的放电灯点灯装置。放电灯点灯装置具有对交流电源(E)的电压进行整流的整流电路(11)；对该整流电路(11)的输出电压进行部分平滑的部分平滑电路(12)；把该部分平滑电路(12)的输出转换为高频波并用其点亮放电灯(FL1)的转换电路(13)；用于检测部分平滑电路(12)的低频电压输出的AC电压检测电路(24)及根据由该AC电压检测电路(24)检测出的电压控制转换电路(13)的输出的控制电路(15)。理想的是，只有在由AC电压检测电路(24)检测出的电压超过基准电压的区间内，对转换电路(13)的振荡频率进行调制，以此控制转换电路(13)的输出。

Description

放电灯点灯装置

技术领域

本发明涉及改善输入电流的畸变，同时提高放电灯的发光效率的放电灯点灯装置。

背景技术

图8是以往的放电灯点灯装置(特开平7-45374号)的电路图。把由二极管桥形(diode bridge)电路构成的整流电路11与商用交流电源E连接，在该整流电路11的输出端连接部分平滑电路12。该部分平滑电路12具有连接在整流电路11的输出端子之间的电容(capacitor)C1，与该电容C1并联连接电容C2与二极管(diode)D2的串联电路及二极管D1与电容C3的串联电路。另外，在电容C2与二极管D2的接点和二极管D1与电容C3的接点之间连接二极管D3。

在部分平滑电路12的输出侧连接高频转换用的转换电路(inverter)13。该转换电路13具有串联连接的开关元件(switching)Q1、Q2，开关电路(switching)Q1、Q2的串联电路与部分平滑电路12呈并联连接。而且，转换电路13的开关元件Q1、Q2的接点通过电容C4连接到由扼流圈(choke coil)L2和电容C5构成的谐振电路，与电容C5并联连接荧光管(lamp)FL1。另外，在扼流圈L2与电容C4的接点连接检测高频电压用的高频电压检测电路14。高频电压检测电路14具有分压用的电阻R1、R2串联电路，电阻R2的两端连接二极管D4及电容C6的串联电路。在该高频电压检测电路14的输出侧连接控制电路15。在该控制电路15中，高频电压检测电路14的输出通过电阻R3输入到运算放大器(operational amplifier)16的倒相输入端，该运算放大器16的非倒相输入端与基准电压源E1连接。另外，在运算放大器16的倒相输入端与输出端之间连接电阻R4与电容C7的并联电路。运算放大器16的输出端与把电压转换为频率的OSC控制器(controller)17连接。OSC控制器17的振荡输出通过驱动电路18连接到开关元件Q1、Q2的控制端子。驱动开关元件Q1及Q2进行交替地导通(on)。

下面，参照图9所示的波形对图8所示的电路的动作进行说明。首先，在整流电路11对商用交流电源E的交流电压进行全波整流，然后由部分平滑电路12进行部分平滑。在部分平滑电路12中，商用交流电源E的波形顶部(峰值附近)通过二极管D3对电容C2、C3进行串联充电，在商用交流电源E的波形底部(过零点(zero-cross)附近)通过二极管D1、D2电容C3、C2进行并联放电。电容C1的容量小于平滑用的电容C2、C3的容量，转换电路13的输入电压Vin为全波整流的输出的底部得到填充的被部分平滑后的电压。图9中的(a)表示转换电路13的输入电压Vin的波形。

通过使转换电路13的开关元件Q1及Q2交替地导通而形成高频振荡波。然后，通过在转换电路13输出侧的扼流圈L2、电容C5的谐振而点亮荧光灯FL1。另外，高频电压检测电路14检测图9(b)所示的电压V2的峰值(peek)。然后，把由高频电压检测电路14检测出的电压V2的峰值输入运算放大器16的倒相输入端，通过运算放大器16与基准电压源E1的电压值进行比较，输出电压，然后通过OSC控制器(controller)17进行电压-频率转换，由驱动电路18改变开关元件Q1及Q2的振荡频率，通过改变转换电路13的振荡频率，把荧光灯FL1的电流IL如图9(c)所示地维持在大致一定的值。从而根据图8所示的电路，通过高频电压检测电路14可改善波形因素(crest factor)(波形峰值与有效值之比)，从而可改善发光效率。

在如台灯(table lamp)那样的可移动型照明灯具中，由于用于收容放电灯点灯装置的部位受到局限，并且在要求低成本(cost)的用途中，虽然最适合使用部分平滑电路来改善输入电路畸变，但必然导致波形因素(crest factor)的恶化。作为一种解决手段，在以往的放电灯点灯装置中，为了检测到转换器输出的高频电压的变化，对于用于高频电压整流的二极管D4必须使用高速二极管，因此，存在着元件成本高的问题。另外，必须通过对转换器的输出电压进行分压来得到检测电压，为此，虽然可由电阻R1、R2进行分压，但在高频的情况下，由于电阻的感抗(inductance)成分使阻抗(impedance)发生变化，所以增加了导致检测电压离散的因素。因此，存在着元件数量多，并且由于必须使用高频元件而增加了成本的问题。

发明内容

本发明的目的是，解决上述的问题，提供一种小型、廉价的，改善输入功率因数及输入电流畸变并且可提高波形因素的放电灯点灯装置。

本发明的放电灯点灯装置的特征是：包括对交流电源的电压进行整流的整流电路；对该整流电路的输出电压进行部分平滑的部分平滑电路；把该部分平滑电路的输出转换为高频波并用其点亮放电灯的转换电路；用于检测部分平滑电路的低频电压输出的AC电压检测电路及根据由该AC电压检测电路检测出的电压控制转换电路的输出的控制电路；控制电路通过根据由AC电压检测电路检测出的电压对转换电路的振荡频率进行调制，控制转换电路的输出。

根据上述的构成，由于AC电压检测电路是检测部分平滑电路的低频输出，所以能够用最少的元件构成，而且，由于是低频波，所以可减少造成被测电压发生离散的因素，可实现小型化及低成本化，并可提高输入电流的畸变及波形因素，而且在AC电压发生变化时也可以获得稳定的特性。由于控制电路也可以通过根据由AC电压检测电路检测出的电压对转换电路的振荡频率进行调制，控制转换电路的输出，这样可最有效地提高波形因素。

另外，在上述的放电灯点灯装置中，控制电路也可以只在由AC电压检测电路检测出的电压超过基准电压的区间内，对转换电路的振荡频率进行调制，以此控制转换电路的输出。这样，可抑制振荡频率的调制幅度，从而可实现高波形因素并且杂音小的放电灯点灯装置。

另外，在上述的放电灯点灯装置中，控制电路也可以当由AC电压检测电路检测出的电压升高时，也让转换电路的振荡频率向增高方向调制，并控制转换电路的输出，使其在振荡频率被调制的区间内的转换电路的输出电流峰值小于在振荡频率未被调制的区间内的转换电路的输出电流峰值。这样，即使在AC电压发生变化时也可以获得稳定的特性。特别是在这种情况下，最好是控制转换电路的输出，使其在部分平滑电路的输出波谷的转换电路输出电流与在部分平滑电路的输出波峰的转换电路输出电流的有效值大致相等。这样，使输出电流全体的有效值与部分平滑电路的输出波谷部的转换电路的输出电流相等，从而可简化设计。

另外，在上述的放电灯点灯装置中，也可以设定转换电路被调制的振荡频率的最大值(fmax)和最小值(fmin)满足关系式：3×fmax＜5×fmin。这样，可进一步减小杂音。

另外，在上述的放电灯点灯装置中，控制电路也可以具有检测放电灯两端电压峰值的峰值检测电路和检测放电灯两端电压有效值的有效值检测电路，并进行在所述峰值检测电路检测出峰值时使转换电路进行间歇振荡动作，在由所述有效值检测电路检测出放电灯两端电压的有效值超过规定值时停止转换电路的振荡的控制。这样，可实现可靠的启动性，并且，可有效地降低对元件的负荷。并且理想的是峰值检测电路及有效值检测电路的低压侧基准线连接在不通过转换电路的低压侧基准线的部位。这样可实现误动作少的放电灯点灯装置。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的放电灯点灯装置的电路图。

图2是实施例1的放电灯点灯装置的动作波形图。

图3是表示本发明实施例2的放电灯点灯装置的主电路的构成的电路图。

图4是表示本发明实施例2的放电灯点灯装置的控制电路的构成的电路图。

图5是实施例2的放电灯点灯装置的动作波形图。

图6是实施例2的放电灯点灯装置的动作波形图。

图7是表示实施例2的放电灯点灯装置的印刷电路板的布线的俯视图。

图8是以往的放电灯点灯装置的电路图。

图9是以往例的放电灯点灯装置的动作波形图。

具体实施方式

(实施例1)

图1是表示本发明实施例1的放电点灯装置的电路图。把由二极管桥形(diode bridge)电路构成的整流电路11与商用交流电源E连接，在该整流电路11的输出端连接部分平滑电路12。该部分平滑电路12具有连接在整流电路11的输出端子之间的电容(capacitor)C1，与该电容C1并联连接电容C2与二极管(diode)D2的串联电路及二极管D1与电容C3的串联电路。在电容C2与二极管D2的连接点和二极管D1与电容C3的接点之间连接二极管D3。在部分平滑电路12的输出侧连接高频转换用的转换电路(inverter)13。该转换电路13具有串联连接，并与部分平滑电路12并联的开关元件(switching)Q1、Q2。而且，转换电路13内的开关元件Q1、Q2的接点通过电容C4连接到由扼流圈(choke coil)L2和电容C5构成的谐振电路。与电容C5并联连接荧光管(lamp)FL1。

另外，在部分平滑电路12的高压侧连接检测低频电压用的AC电压检测电路24。AC电压检测电路24具有分压用的电阻R1、R2的串联电路。在该AC电压检测电路24的输出侧连接控制电路15。该控制电路15中，AC电压检测电路24的输出通过电阻R3连接到运算放大器16的倒相输入端，该运算放大器16的非倒相输入端与基准电压源E1连接。另外，在运算放大器16的倒相输入端与输出端之间连接电阻R4与电容C7的并联电路。运算放大器16的输出端与把电压转换为频率的OSC控制器(controller)17连接。OSC控制器17的振荡输出通过驱动电路18连接到开关元件Q1、Q2的控制端子，驱动开关元件Q1及Q2进行交替地导通(on)。另外，开关元件Q1及Q2的动作频率被控制在比由扼流圈L2和电容C5构成的共振电路的无负荷共振频率高的区域(所谓的滞相模式(mode))，使其在频率增高时减少灯管电流IL。

下面，参照图2所示的波形对图1所示的电路的动作进行说明。在图2中，(a)是表示转换电路13的输入电压Vin，(b)是表示AC电压检测电路24的输出V2，(c)是表示转换电路13的振荡频率f，(d)是表示灯管电流IL的波形图。首先，在整流电路11对商用交流电源E的交流电压进行全波整流，然后由部分平滑电路12进行部分平滑，通过使转换电路13内的开关元件Q1及Q2交替地导通而形成高频振荡波。然后，通过使在转换电路13输出侧的扼流圈L2、电容C5发生谐振而点亮荧光灯FL1。当转换电路13的输入电压Vin发生如图2(a)那样的变化时，由AC电压检测电路24检测出的电压V2形成如图2(b)所示的变化。然后，把由AC电压检测电路24检测出的电压V2输入到运算放大器16的倒相输入端，通过运算放大器16与基准电压源E1的电压值进行比较，输出比较电压，再通过OSC控制器17进行电压-频率转换，如图2(c)所示，由电压V2改变了开关元件Q1及Q2的振荡频率的变化程度。即，当电压V2高时，使振荡频率上升，当电压V2低时，使振荡频率下降，通过用由AC电压检测电路24检测出的电压V2对转换电路13的振荡频率实施频率调制，如图2(d)所示，可把荧光灯FL1的电流IL控制在大致一定的值。

根据图1所示的电路，可改善AC电压检测电路24中的表示发光效率的波形因素(crest factor)。并且，当商用交流电源E发生变化时，由于由AC电压检测电路24检测出的电压V2也发生变化，所以通过用该值对振荡频率进行调制，可控制荧光灯FL1的电流基本稳定，并且即使在电源电压发生变化时也可以获得稳定的特性。即，当电源电压上升时，如图2(a)～(c)中的黑色箭头所示，转换电路13的输入电压Vin、AC电压检测电路24的检测电压V2、转换电路13的振荡频率f全都上升，相反，当电源电压下降时，如图2(a)～(c)中的白色箭头所示，转换电路13的输入电压Vin、AC电压检测电路24的检测电压V2、转换电路13的振荡频率f全都下降，因此，不管电源电压是否变化，都可保持荧光灯FL1的电流IL稳定。

(实施例2)

图3是表示本发明实施例2的放电点灯装置的主电路的构成的电路图。由于本电路的构成与实施例1基本相同，所以仅对不同之处进行说明。在本实施例中，整流电路11通过由保险丝(fuse)F、滤波器(filter)用的线圈(choke)LF及用于消除杂音的电容C、浪涌电流(surge)保护用的浪涌电流吸收器(surge absorber)ZNR构成的电源电路10与商用交流电源E连接。

图4是表示本发明实施例的控制转换电路13的控制电路15`的构成的电路图。图中的端子a～e与图3中的端子a～e连接。在本实施例中，通过控制用IC23进行转换电路13的控制。该控制用IC23例如像ST Micro公司制的L6574那样的内部设置有驱动开关元件Q1、Q2的驱动器(driver)，可通过设置在外部的电容C8和电阻R6设定其振荡频率。Vcc是控制用IC23的电源。

AC电压检测电路24检测对转换电路13的输入电压Vin进行分压后的电压V2。然后，把由该AC电压检测电路24检测出的电压V2输入到运算放大器16的倒相输入端，通过运算放大器16与基准电压源E1的电压进行比较，并输出电压。运算放大器16的输出通过二极管D5、电阻R5连接到控制用IC23的频率设定用电阻R6。在本实施例中，虽然使用外置的运算放大器16，但由于L6574也内置有运算放大器，所以也可以使用内置于IC内部的运算放大器。

下面，参照图5所示的波形图对图3、图4所示的电路的动作进行说明。在图5中，(a)是表示转换电路13的输入电压Vin、(b)是表示AC电压检测电路24的输出V2、(c)是表示转换电路13的振荡频率f、(d)～(f)是表示灯管电流IL的波形图。

对应向转换电路13输入的输入电压Vin(图5(a))，由AC电压检测电路24检测出的电压V2发生如图5(b)所示的变化。由于当该电压V2超过基准电压E1时运算放大器16的输出下降，所以流过二极管D5、电阻R5的电流量增加，使振荡频率f上升。该变化程度如图5(c)所示，由于被AC电压检测电路24的输出V2的值连续地进行调制，所以，在AC电压检测电路24的输出V2超过基准电压E1的期间能够使荧光灯FL1的电流值IL改变。即，只有在由AC电压检测电路24检测出的电压V2超过基准电压E1的区间内振荡频率可被调制，而在未超过的区域内振荡频率为固定。通过这样的构成可抑制振荡频率的调制幅度，从而能够降低噪音。

荧光灯FL1的电流值IL根据振荡频率的调制程度，可形成图5(d)～(f)所示的3种情况。

图5(d)是表示把振荡频率调制区域内的荧光灯的电流峰值下降到低于在未调制区域内的荧光灯的电流峰值的情况。

图5(e)是表示使振荡频率调制区域内的荧光灯的电流峰值基本等于在未调制区域内的荧光灯的电流峰值的情况。在这种情况下，可容易地获得高输出。

图5(f)是表示把振荡频率调制区域内的荧光灯的电流峰值提高到高于在未调制区域内的荧光灯的电流峰值的情况。在这种情况下，可进一步减小振荡频率的调制幅度，可进一步抑制杂音。

在图5的(d)～(f)的任意情况都可以改善波形因素。另外，作为其他的效果，如在图5(d)的情况下，例如图6(g)所示，通过使转换输入电压Vin的波峰区间A与波谷区间B的灯管电流IL的有效值基本相等，可以把区间B的有效值作为灯管电流IL的有效值，从而可简化设计。

另外，当在图5(d)～(f)的任意情况下，如果设定振荡频率的最大值为fmax、最小值为fmin，并且使振荡频率的调制幅度为3×fmax＜5×fmin，则由于噪音(noize)的3倍频区域与5倍频区域不相重叠，所以能够降低杂音。

在返回图4，控制电路15`具有检测荧光灯FL1两端电压的峰值的峰值检测电路21和检测荧光灯FL1两端电压有效值的有效值检测电路22。峰值检测电路21及有效值检测电路22的检测输出分别与控制用IC23的间歇振荡功能脚和振荡停止功能脚连接。峰值检测电路21由电阻R8、R9、R10、电容C11、C12、二极管D6、D7构成。在峰值检测电路21中，当荧光灯FL1两端电压升高到高于控制用IC23内部的基准电压值时，检测出此时的荧光灯FL1两端电压的峰值。当峰值检测电路21检测出荧光灯FL1两端电压的峰值时，使转换电路13进行间歇振荡动作。另外，作为间歇振荡动作是指以一定的周期(通常为数秒左右)周期性地反复执行转换电路13的预热、开始动作及点灯的动作。通过该间歇振荡来通知使用者转换电路的异常。

有效值检测电路22由电阻R11、R12、R123、R14、电容C13、C14、C15、二极管D8、D9及齐纳二极管(zener diode)ZD构成。有效值检测电路22即使在荧光灯FL1未点灯的情况下，也在峰值检测电路21的根据检测输出而进行了数次的间歇振荡动作后，当有效值检测电路22的检测输出(有效值)高于规定值(齐纳二极管ZD的稳压值)时，进行使转换电路13停止振荡的动作。这样，可实现荧光灯FL1的切实可靠的启动性，而且还可减轻部件的负荷。

图7是表示1例把图3所示的主电路和图4所示的控制电路15`安装在印刷电路板上的状态图。如该图所示，峰值检测电路21与有效值检测电路22的低压侧基准线(line)不是通过转换电路13的低压侧基准线，而是通过控制用IC23的低压侧基准线获得。这样，即使在使用内置于控制用IC23内部的间歇振荡及振荡停止功能的情况下，也可以防止由于装卸荧光灯FL1等的噪音(noise)而形成的误动作。

以上，对本发明特定的实施例进行了说明，但对于本行业的技术人员来说，很明显还可以形成其他各种的变形例及修改以及其他目的的利用。因此，本发明不限于以上的特定的公开，只受附加的权利要求书所述保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种放电灯点灯装置，其特征在于：包括

对交流电源的电压进行整流的整流电路；

对该整流电路的输出电压进行部分平滑的部分平滑电路；

把该部分平滑电路的输出转换为高频波并用其点亮放电灯的转换电路；

用于检测部分平滑电路的低频电压输出的AC电压检测电路；及

根据由该AC电压检测电路检测出的电压控制转换电路的输出的控制电路；

所述控制电路通过根据由AC电压检测电路检测出的电压对转换电路的振荡频率进行调制，控制转换电路的输出。

2.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于：所述控制电路只在由AC电压检测电路检测出的电压超过基准电压的区间内，对转换电路的振荡频率进行调制，以此控制转换电路的输出。

3.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于：所述控制电路当由AC电压检测电路检测出的电压升高时，也让转换电路的振荡频率向增高方向调制，并控制转换电路的输出，使其在振荡频率被调制的区间内的转换电路的输出电流峰值小于在振荡频率未被调制的区间内的转换电路的输出电流峰值。

4.根据权利要求3所述的放电灯点灯装置，其特征在于：所述控制电路控制转换电路的输出，使其在部分平滑电路的输出波谷的转换电路输出电流与在部分平滑电路的输出波峰的转换电路输出电流的有效值相等。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的放电灯点灯装置，其特征在于：设定转换电路被调制的振荡频率的最大值fmax和最小值fmin满足关系式：3×fmax＜5×fmin。

6.根据权利要求1所述的放电灯点灯装置，其特征在于：所述控制电路具有检测放电灯两端电压峰值的峰值检测电路和检测放电灯两端电压有效值的有效值检测电路，并进行在所述峰值检测电路检测出峰值时使转换电路进行间歇振荡动作，在由所述有效值检测电路检测出放电灯两端电压的有效值超过规定值时停止转换电路的振荡的控制。

7.根据权利要求6所述的放电灯点灯装置，其特征在于：所述峰值检测电路及有效值检测电路的低压侧基准线与转换电路的低压侧基准线分别另外设置。

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