CN1340285A - 数字电灯镇流器 - Google Patents

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Abstract

发明的数字电灯信号处理器实时检测电灯电流和电灯电压。这两个信号足以获取信息,象有效电灯功率计算结果,对镇流操作和故障检测是必要的。本发明对电灯电流和电压的相位、峰值电流和电压进行测量,并对平均电灯电流和电压进行计算。发明的数字电灯信号处理器消除了电力布线中寄生电容的影响,并免除了一个信号状态电路。它可以检测和控制硬切换,并提供过压和过流保护。本发明直接对AC信号进行处理,以能够简单并容易地进行集成的单独芯片设计。

Description

数字电灯镇流器
本发明涉及荧光灯镇流器且特别是可以实时获取有效电灯功率计算结果的数字控制电路。
模拟镇流器可以实现低成本和低功率损耗。然而，模拟镇流器的性能由于寄生成份和噪声灵敏度对精确度的影响而受到限制。更进一步，模拟镇流器的功能性、灵活性以及可编程性也都受到限制，因为模拟镇流器使用了多个电阻和电容，这使得难以实现使用标准的集成电路(IC)处理技术。另外，模拟镇流器复杂且笨重。
大多数可调光高频(HF)电子镇流器使用模拟IC来控制荧光灯的各种操作。这些控制操作可包括预热、点亮、燃烧支持、功率调节以及减低亮度。一些电子镇流器可使用标准的CPU或者微控制器来对荧光灯的操作进行控制。对这些镇流器来说，功能性、灵活性以及可编程性被大为提高。然而，由于受到速度的限制，一个标准的CPU无法实时处理交流(AC)电灯信号来获取所需要的信息，例如电压或电流的相位，峰值电压或电流，有功功率等等。这些信息对可调光镇流控制来说是非常重要的。因此，这些类型的数字镇流器必须对更多的信号进行取样，并且需要很难集成的复杂的信号状态电路。
更进一步，市场上的具有片内模一数(A/D)转换器的标准微控制器使用很慢的片内A/D转换器，并且实在太慢而无法处理高速A/D转换器的输出。具有了慢速片内A/D转换器，模拟输出信号是在外部被滤波的，这需要附加的外部元件。另外，滤波从输出的模拟信号中移除了有用的信息，由此限制了可以被调整的成分，例如有效电灯功率不能被调整。
需要有一种能够使用快速A/D转换器的电灯信号处理器，它可以实时获取有效电灯功率的计算结果。
为了获得实时的电灯信号处理，本发明提出了一种特殊的数字镇流控制IC，它被设计并与模拟数字镇流器联合起来使用。
发明的数字电灯信号处理器实时检测电灯电压和电灯电流。这两个信号对获取信息，例如有效电灯功率的计算结果来说是足够的，并且对控制镇流操作和故障监测来说是必要的。本发明测量电灯电流和电压的相位，并计算平均电灯电流和电压。
发明的数字电灯信号处理器消除了电力布线中寄生电容的影响并免除了信号状态电路。它可以检测和控制硬切换，并提供过流和过压保护。本发明直接处理AC信号以进行简单和容易的集成单片设计。
对本领域技术人员来说，本发明的前述目的和优点将通过接下来结合附图对优选实施例的详细描述而被更为容易的理解，附图中相似的元件通过贯穿几幅视图的识别参考数字而被标明，其中：
图1是使用发明的数字电灯信号处理器的电子镇流器的系统结构图。
图2是发明的数字电灯信号处理器的结构图。
发明的数字镇流电路1使用数字电灯信号处理(DLSP)技术以实时处理AC电灯电流2和电灯电压3。尽管除了电灯电流之外的电流，例如电感器电流，或者同时电流的组合，例如，电灯和电容器电流，是通过DLSP来处理的，但为了简化，术语电灯电流将被用于描述所有的情况。镇流电路1仅仅需要检测电灯电流i12和电灯电压v13信号以获取对镇流操作进行控制和故障检测所需要的信息。
当发明的DLSP被与对i12和v13的取样结合起来使用时，可以实现对峰值电灯电流和电压、有效电灯功率以及已整流的平均电灯电压和电流的控制。DLSP也可以对点火故障，电容模式和电灯存在，以及电灯寿命中止时的正、负电灯电流进行检测。
更进一步，由于镇流器可以直接对AC信号进行处理，因此信号状态电路可以非常简单，并且很容易被集成到一块单独芯片上。因此，发明的镇流器的成本、尺寸以及元件计数可以显著被减少。
图1显示了被用于镇流电路1的发明的低压数字电灯信号处理器电路20，该电路中包括一个快速A/D转换器23，用于重复取样，例如32X重复取样。模拟输出信号，例如电灯电压3、电灯电流2以及半桥电源开关电流4，可以从一个功率级5中获取。A/D转换器23的数字输出信号被发送到DLSP电路20，该电路在一个预周期的基础上，通过将两路输出模拟信号2，3相乘并将其平均来计算功率；并计算每个输入信号的平均值。DLSP电路20更进一步整流从A/D转换器23接收到的输入信号，之后对整流过的输入信号的平均值及其峰值进行计算，并检测两个输入信号的相位。
脉宽调制(PWM)电路31产生输出信号6。PWM信号的频率和工作周期取决于DLSP电路20中所进行操作的输出。通过改变PWM信号的频率/工作周期，电灯功率或电灯电流可以被调整到一个被选的电平。
由PWM电路31所产生的信号G1、G2、GE1、GE26是通过一个低压为3.3V或是更低的低压集成电路而被创建的，并被参考作为接地电压。电平移动器8可以被用于在信号6被提供给电源开关门电路T1、T2、TE1、TE27之前对其进行电平移动，以便控制这些开关的开/关状态。
调整器9为电压为3.3V或更低的低压集成电路10产生电源电压，并且从预调节器功率因数校正(PFC)电路12的输出电压中，提供高压为12V或更高的电源电压给集成电路11。加电复位(POR)电路13产生一个复位脉冲，它可以在集成电路10、11都被加电时提供给低压集成电路10的一个复位管脚。
微控制单元(MCU)14可以被用于设置以下功能和参数：
1.镇流器操作的顺序，例如电极加热、点火、电灯输出调整；
2.操作模式，例如对称PWM或非对称PWM、频率偏移或PWM控制；
3.电极预热周期；
4.慢速信号处理，例如用于反馈环路补偿的滤波；以及
5.慢速保护，例如对电灯寿命终止的检测。
图2显示了本发明DLSP电路20，包括一个数字减法电路，用于接收来自高速A/D转换器(ADC)电路20的数据取样电流2和电压3信号，并移除由模拟数据取样所造成的偏移。改变偏移值使得DLSP电路20能够对有符号和无符号的数据进行处理。数字减法器21也可用于提取电灯电流2和电压3的峰值，它们被用于过压保护，较大和较小的电压和电流操作模式的开关控制等等。
32×8比特先入先出(FIFO)缓冲器22可以被用于存储取样电流和电压数据。使用FIFO缓冲器22消除了对不止一个ADC电路23的需要，这是本发明的镇流电路中最昂贵和最复杂的电路部分。FIFO缓冲器22可用DRAM、SRAM或者触发器晶体管来实现。一个数字乘法器电路24可以被连到FIFO缓冲器22上，并被用于将存储在那里的电灯电压和电流值相乘，以获取用于镇流控制的动态电灯功率。
一个数字平均电路25用于计算平均电灯功率，以及将结果发送到功率寄存器26中。DLSP也可被控制来计算平均电流和电压信息，这些信息对数字镇流操作来说是非常重要的。一个控制逻辑电路27被用于产生控制信号，例如大/小信号转换(LS S)28，ADC时钟(ADCLK)29以及电流/电压转换(IV S)30。
尽管参考示范性和优选的实施例对本发明进行了描述和展示，对本领域技术人员来说，可以理解的是不脱离本发明的实质和范围，而在细节和形式上对本发明所作的前述变化和其他变化，应该被限制在附加权利要求的范围中。

Claims (10)

1.一种用于镇流器操作控制和故障检测的数字电灯信号处理器，所述处理器包括：
一个用于接收取样电流信号(2)和取样电压信号(3)的数字减法电路(21)；
至少一个用于存储所述取样电流信号(2)和所述取样电压信号(3)的缓冲器(22)；
一个连接到每个所述缓冲器(22)的数字乘法器电路(24)，用于将所述取样电流信号(2)和所述取样电压信号(3)相乘以获取一个动态电灯功率；
多个寄存器(26)；
一个平均电路(25)，用于计算平均电灯功率，并将所述算出的平均电灯功率存储在所述寄存器中；以及
一个用于产生控制信号(28，30)的控制逻辑电路(27)。
2.如权利要求1的处理器，进一步包括一个高速A/D转换器电路(23)，用于提供所述取样电流信号(2)和所述取样电压信号(3)。
3.如权利要求2的处理器，其中所述数字减法电路(21)移除为使所述处理器(20)能处理有符号和无符号数据而对模拟数据取样所产生的偏移。
4.如权利要求3的处理器，其中所述数字减法电路(21)被用于提取所述电流信号(2)和所述电压信号(3)的峰值。
5.如权利要求4的处理器，其中所述峰值被用于过压保护、大和小电流及电压操作模式切换控制。
6.如权利要求5的处理器，其中所述控制逻辑电路(27)进一步产生大到小切换信号(28)以及电流和电压切换信号(30)。
7.如权利要求6的处理器，其中处理器(20)完成对峰值电灯电流(2)和电压(3)、有效电灯功率以及已整流过的平均电流和电压的控制。
8.用于操作包含权利要求1或2中所述处理器的电灯进行的镇流电路。
9.如权利要求8的镇流电路，其中所述信号处理器(20)通过对所述模拟输入电灯电流信号(2)和电灯电压信号(3)相乘并平均，基于一个预周期计算电灯功率，且计算每个输入信号的平均值。
10.如权利要求9的镇流电路，其中电灯功率和电灯电流是在一个被选电平，通过变化所述脉宽调制(31)输出信号的频率/工作周期而被调整的。
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