CN1471347A - 特别用于放电灯的供电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个用于负载的供电电路并且也特别涉及一个具有如此供电电路、用于灯的电子镇流器。为了控制供电电路的开关晶体管T1应用一个强制控制电路ZS，由供电电路给该强制控制电路供电。在运行开始时振荡电路OS的振荡用于控制，该振荡电路在持续运行中主要用作强制控制电路ZS的放大器。

Description

特别用于放电灯的供电电路
                          技术领域
本发明涉及一个供电电路并涉及一个用于灯的电子镇流器。对该供电电路在此理解为一个电路，其为消费者提供一个电子供电功率使用。对此其可以以适合于消费者的方式处理电子供电功率，也就是例如从交流供电电压转变为直流电压或反变换、改变为频率、变换为电压等等。供电电路的概念也特别包含直流供电电路、振荡器供电电路和电源变换器、也就是一般意义上用于供电目的的变换器。
                          背景技术
在如此的电源驱动电路中常常出现重要的开关晶体管，必须以适当的方式控制其控制输入端，以便保证供电电路的功能适当的运行。对此本发明涉及这种情况，即由一个强制控制电路控制开关晶体管的控制输入端。换句话说本发明不涉及这样的电路，其持续运行基于自激机理。
                          发明内容
本发明基于这个技术问题，即给出具有开关晶体管和强制控制电路的改善的供电电路。
对此本发明预先规定一个与开关晶体管的控制输入端连接的振荡电路，其被设计用于，在供电电路运行开始时首先实施独立于强制控制电路的振荡并且在这种情况下控制开关晶体管的控制输入端，其中供电电路被设计用于，由于通过振荡电路对控制输入端的控制通过由供电电路建立的供电功率给强制控制电路供电并且接下来强制控制电路承担开关晶体管控制输入端的控制。
此外本发明也涉及灯的电子镇流器，在该镇流器中使用如此的供电电路。
在从属权利要求中给出本发明的优选实施例。
本发明基于这种认识，在描述的供电电路中强制控制电路的功率供给是一个特别的问题。一方面强制控制电路对于基于开关晶体管的开关运行的供电电路的功能是必需。因此不能立刻以一个由供电电路本身提供使用的供电功率驱动强制控制电路本身。更确切说习惯上从供电电路的输入功率中通过一个分压器电路为强制控制电路预留供电功率。其一这有这样的缺点，相应的电阻导致附加的功率消耗。其二供电电路也许可能对于强制控制电路的供电产生更适合的供电功率，可是在供电电路运行开始时不能提供这样的供电功率，因为对此强制控制电路由于缺乏开关晶体管的控制还不能工作。
现在可以考虑，在运行开始通过分压器电路预先规定强制控制电路的供电并且在供电电路的功能开始之后转换到从供电电路为强制控制电路供电。对此分压器电路的电阻当然兼有持久的并且在持续运行期间非必要的功率消耗。如果通过分压器电路的开关性解决该问题，则必需一个相应的固定高电压开关，这明显提高了技术费用。
本发明以此为出发点，在供电电路运行开始时预先规定通过振荡电路控制开关晶体管的控制输入端。对此可能涉及具有较低功率消耗的十分简单的电路，例如涉及一个简单的自激模拟振荡器。至少可以以相对低的功率驱动该振荡电路，该振荡电路例如通过电阻或分压器电路分接在供电电路的电源输入端上。与此相对在持续运行中由于供电电路对开关晶体管的控制要求强制控制电路可以有一个复杂的结构并因此有一个较大的功率需求。
如果通过用振荡电路控制开关晶体管，供电电路的功能在一定程度上作为紧急状态运行，则该供电电路可以承担强制控制电路的供电，接下来该强制控制电路以这种为连续运行设计并且相应最佳的方式承担控制。在一方面在运行开始时通过具有尽可能降低的功率消耗的振荡电路控制开关晶体管和另一方面在供电电路的功能开始之后通过一个为此特别预先规定的强制控制电路持久控制开光晶体管之间区分本发明。
主要如此扩展本发明，即振荡电路同时是放大器电路，该放大器电路由于反馈可以用作振荡器。该放大器电路当然布置在强制控制电路和开关晶体管的控制输入端之间并且在强制控制电路承担晶体管的控制时用作其控制信号的放大器。对此必须考虑，如果在强制控制电路中例如涉及数字电路，通常控制开关晶体管的放大器电路是必需的。一个如此的放大器电路在数字电路中常常也称作驱动电路，其中在下面在放大器和驱动电路之间没有特别区别。放大器电路包含放大器晶体管，如此通过嵌入一个反馈以较低成本可以实现根据本发明的振荡电路。当然必需找到一个适当的可能性，在作为振荡电路和作为放大器电路的二个工作状态之间转换。对此在下面还要详细探讨。
根据本发明的供电电路是或主要包含一个所谓的功率因数校正电路(或用于功率因数校正的PFC电路)。特别是在从交流电压产生一个直流电压供电功率的情况下使用如此电路，以便降低从交流电压功率供电中提取的电流的谐波分量。例如对此可能涉及一个所谓的高置位调节器(Hochsetzsteller)或一个SEPIC变换器。特别优选SEPIC变换器。功率因数校正器用于，保证例如来自交流电压网的尽可能正弦波的电流消耗并且对此存储电容器作为后面电路部分的供电电压充电到尽可能恒定的直流电压。对此线圈和电容器的充电和放电过程共同起作用，其中已经多次提到的开关晶体管的开关运行是特别重要的。专业人员已知该功率因数校正电路的工作原理并且在此不必详细描述。当然在实施例的描述中简短概述SEPIC变换器的工作原理。
强制控制电路主要是一个数字电路并且特别优选是一个可编程的数字控制电路或者所谓的微控制器。数字控制电路或者微控制器此外也可以用于另外的电路部分的控制，特别也主管控制由功率因数校正电路供给直流电压的电路。
在作为振荡电路和作为放大器电路的二个运行状态之间主要依赖于振荡电路输入端的电状态进行转换或者区分。因此可以实现，仅仅通过强制控制电路的运行状态已经预先确定振荡电路的正确运行状态。在振荡电路的数字输入端的情况下例如可以在定义逻辑输入电平的情况下得出放大器功能或驱动功能，并且在不确定的中间状态的情况下(在强制控制电路的所谓三态输出的情况下)运行状态预先确定为振荡电路。在模拟电路的情况下输入端对参考电位、比如地或供电电位、的阻抗值是起绝对作用的。
可是本发明不局限于该解决方案。例如也可以考虑时间准则用于区分二个运行状态，通过RC常量或另外可以实现时间准则。除了时间确定外可以考虑结合提到的反馈、例如打开开关晶体管、或数字解决方案、比如相位偏差的倒置或类似方法。
可是优选通过振荡电路输入端的电状态进行区分。如果在振荡电路的情况下涉及一个具有通过输入端强制控制可能性的模拟自激振荡器，则以特别简单的方式得出通过输入端阻抗进行区分。
本发明此外考虑了用于灯的电子镇流器，在该灯中包括根据本发明的供电电路。在灯中例如可能涉及一个卤灯。在卤灯中为了产生所希望的工作电压常常使用电子变换器，在本发明的意义上是供电电路并且可以作为具有开关晶体管的外来控制的振荡器描述。在此通常没有预先规定功率因数校正电路。尽管如此本发明是有益的。
可是优选在放电灯、特别是低压放电灯的电子镇流器中的应用。在此使用高频振荡器，其由直流电压供电。该直流供电电压除了桥式整流器外包含一个功率因数校正电路，其具有一个对于本发明重要的开关晶体管。如果涉及放电灯的电子镇流器，在这种情况下没有预先规定功率因数校正电路，如此鉴于高频振荡器、例如半桥式振荡器的开关晶体管也可以使用本发明。
此外提到的数字强制控制电路或者微控制器主要也主管如此高频振荡器的开关晶体管的控制。在微控制器的情况下、其包括确定的灯运行状态或错误识别功能的相应程序在内被设计用于半桥式振荡器的强制控制、一个非微不足道的功率供给是必须的。对此根据本发明的振荡电路通过提到的分压器电路或另外的供电导致电流消耗的显著降低，如此在持续运行期间可以避免过大的能量消耗。
                          附图说明
下面根据实施例详细阐述本发明的各个观点。对此公开的单个特征在另外的组合中也是本发明的本质特征。预先考虑，鉴于运行方法同样理解前面和后面的描述。
图1指出了根据本发明的供电电路的图解方框图和
图2指出了图1的振荡电路的电路结构。
                          具体实施方式
在图1中描述了根据本发明的供电电路作为实施例。在左边清楚看到，供电交流电压、例如通常的家庭网络电压、经过二极管整流桥整流。因此在图中在上面水平分布的线路分支上存在一个已整流的正电位并且下面存在已整流的负电位，其通常置接地。已整流的交流电压形成SEPIC变换器的输入端，其具有线圈(电感)L1和L2、电容C1、整流二极管D1和开关晶体管T1并且由强制控制电路ZS调节。在右边画的SEPIC变换器的输出端上、也就是平行于存储电容C2、连接一个负载，其被供给由电容器C2提供使用的直流电压。在负载中涉及一个通常的半桥式振荡器，其具有二个开关晶体管用于产生高频交流电压，以该电压可以驱动低压气体放电灯。由于如此的电路是这种技术状况并且一般是已知的，在此没有描述负载。
电容C2用作存储电容并且必须由SEPIC变换器从已整流的交流电压充电到尽可能恒定的直流电压。对此来自网络的电流消耗尽可能无干扰地跟踪网络电压的正弦形曲线。
通过开关晶体管T1的交替开关运行线圈L1在接通状态从已整流的网络电压充电到一个确定的电流并且在开关晶体管L1的断开状态中向电容器C1放电。同样线圈L2在开关晶体管的接通时间内充电并且在断开时间内向存储电容C2放电。(注意二极管D1的极性)。如果开关晶体管T1的断开时间足够长，因此在整流二极管D1中的电流下降为零，则对此得出所谓的断续运行。对此电容器C1平均主要充电到目前整流的供电电压值不变。通过相应的占空系数、也就是在接通时间和断开时间之间的比、并且在考虑负载的情况下因此基本上能够调整在电容器C2上的任意直流电压。
由已经提到的强制控制电路ZS预先确定开关晶体管T1的接通时间和断开时间。在强制控制电路ZS中涉及一部分也用于控制半桥式振荡电路的微控制器，在该微控制器中存储全部对于电子镇流器的运行所必需的程序。通过所画的用强制控制电路ZS对电容C2上电压的量取该强制控制控制电路使电容C2上的电压保持恒定。强制控制电路ZS必须以驱动电压VCC供电，正如图1指出的，从在线圈L2上的抽头借助于整流二极管D2、、二个齐纳二极管Z1、Z2、电容Cx和电阻Rx形成该驱动电压。在该抽头上此外形成第二供电电压VDD，稍候还要探讨该电压。因此二个齐纳二极管预先规定用于稳压，其中二个供电电压抽头通过电阻彼此分离。如果开始进行了通过开关晶体管T1的开关运行引起的线圈L2的充电和放电过程，则首先产生供电电压VCC。没有晶体管T1的控制也就不提供供电电压VCC使用。
在图1中画的二个线圈L1和L2的耦合对于本发明没有显著意义并且属于在SEPIC变换器最佳化情况下的通常措施。该耦合特别用于排除无线干扰并且在此没有阐述其细节。
微处理器的供电电压VCC的典型数量级是3.3V或5V。与此相应强制控制电路ZS的、在图1中所画的控制输出端A1、正如在图1中表明的，仅仅产生在0和供电电压VCC之间的信号电平。为了控制开关振荡器T1因此使用一个在此用作放大器或者驱动器的振荡器层OS，强制控制电路的控制输出端A1置于其输入端E上。振荡电路OS在其输出段A2上为开关晶体管T1的控制输入端产生一个相应的控制信号。该控制信号可以采用在0和已经提到的供电电压VDD之间的电平，该电压给振荡电路OS供电。同样可以在线圈L2的抽头上获得该供电电压VDD，正如在图1中画的。然而该供电电压VDD此外经过电阻R1分接于在SEPIC变换器输入端和整流桥输出端上的正分支，其中对地连接的电容C3用于能量存储。在网络交流电压施加于整流桥之后供电电压VDD提供短时间(50-100ms)使用，不取决于晶体管T1的开关运行。
对此重要的是，振荡电路OS的功率需求显著低于强制控制电路ZS或者微控制器的功率需求。因此电阻R1可以是比较大的，如此在持续运行中通过R1仅仅消耗较低的功率。对此经过R1和C3的功率供给仅仅对于振荡电路OS足够。电容C3通过开始提到的经过R1的充电存储如此多的能量，以至可以足够长的时间、例如大约10ms给振荡电路OS供电。在这段时间内来自线圈L2的真正供电必须是稳定的，还要详细对此探讨。在另外运行中电容C3经过R1的充电由于相对低的电流没有妨碍作用。
电压VDD的典型值处于10-15V，其中涉及由开关晶体管T1的控制输入端预先确定的电压电平。因此振荡电路OS也用于强制控制电路ZS输出端A1的信号的电压放大。可是振荡电路OS同时也有电流放大功能，因为同样必须“驱动”开关晶体管的控制输入端的容性再充电过程。
正如图2详细说明的，通过一个内部反馈如此建立该振荡电路OS，即其在输入端E的高阻状态并且以电压VDD供电的情况下开始振荡。因此可以通过振荡控制开关晶体管T1开始SEPIC变换器的功能，如此开始线圈L1和L2与电容C1的充电和放电过程。从某一时刻起在线圈L2上截取的并且以在图1中概述方式整流并稳压的供电电压VCC上升到强制控制电路ZS或者微控制器的足够电平，如此开始其启动程序。强制控制电路ZS在其输出端A1上一产生控制信号，输入端E就低阻地与各自参考电位0和VCC连接。因此强制控制电路ZS承担振荡电路OS的强制控制，该振荡电路在下面作为放大器或者驱动器工作并且为开关晶体管T1产生一个放大的控制信号。
特别在微控制器启动时与供电电压VCC有关的电流是相当大的，通常显著大于500μA。如果强制控制电路ZS或者微控制器经过与具有电阻R1和电容C3的电路可比较的电路供电，则必需如此小地选择相应的电阻，即其损耗功率在持续运行中是非常不利的。此外可以设计用于输入交流电压(整流器输入端)的另外范围的在本实施例中描述的电子镇流器，其中始终为微控制器产生适当的供电电压VCC。
只要还没有达到放大器电路的供电电压，因为电容C3还没有充电，振荡电路OS就保持不起作用并且仅仅接受较低的电流。
图2在虚线范围内指出了振荡电路OS。左上部画了经过电阻R1的供电VDD。虚线范围中间向上引出的端子与来自线圈L2上抽头的电源VDD耦合，正如在图1中表明的。在此预先规定一个去耦二极管D74。右边可以清楚看到输出端A2，其在图1中画在左边，左边是输入端E，其在图1中画在右边。晶体管Q71和Q72与电阻R71、R72、R73、R74和电容C71一起以通过C71的反馈形成一个模拟的自激振荡器，主要通过C71和R76的电阻值和电容值得出其频率。可是只要自激振荡是可能的，则在输入端E上就存在高阻抗。如果E低阻与参考电位连接，则因此强制控制晶体管Q71的控制输入端(基极)并因此也强制控制晶体管Q72的控制输入端。
从晶体管Q72的集电极经过二极管D73到晶体管Q71基极的反馈线用于，在振荡器启动和通过振荡电路OS的功率消耗引起的电压降之后在电容器C3上为晶体管Q71的基极提供一个辅助电流使用。因此在一定程度上滞后地依赖于在电容C3上的供电电压。
晶体管Q73和Q74用于电流放大并直接驱动输出端A2。
以R75对R76的分压比可以选择振荡电路的启动阈值电压，在下降的供电功率的情况下以R74选择低的断开阈值。以C71和R75/R76能够选择频率，以R71/R72能够选择脉宽，其中这二个电阻也确定直流电压放大。

Claims (10)

1.供电电路，具有
一个开关晶体管(T1)
和一个强制控制电路(ZS)，用于控制开关晶体管(T1)的控制输入端，
其特征在于，预先规定一个与控制输入端连接的振荡电路(OS)，其被设计用于，在供电电路运行开始时首先实施独立于强制控制电路(ZS)的振荡，并且在这种情况下控制开关晶体管(T1)的控制输入端，
供电电路被设计用于，由于通过振荡电路(OS)控制控制输入端，通过一个由供电电路建立的供电功率给强制控制电路供电，并且接下来承担开关晶体管(T1)的控制输入端的控制。
2.按照权利要求1的供电电路，在该电路中振荡电路(OS)是一个具有反馈(C71)的放大电路，其具有一个与强制控制电路(ZS)的输出端(A1)连接的输入端(E)和一个与开关晶体管(T1)的控制输入端连接的输出端(A2)，并且在通过强制控制电路(ZS)控制开关晶体管(T1)的控制输入端的情况下，用作强制控制电路(ZS)的输出端(A1)的放大器。
3.按照权利要求1或2的供电电路，其是一个功率因数校正电路(L1、L2、C1、D1、T1)，用于谐波限制地引用来自交流电网的直流电压功率。
4.按照权利要求3的供电电路，其是一个SEPIC变换器(L1、L2、C1、D1、T1)。
5.按照上述权利要求之一的供电电路，在该电路中强制控制电路(ZS)是一个微控制器。
6.按照权利要求2至5之一的供电电路，在该电路中振荡电路(OS)的运行功能依赖于振荡电路输入端(E)的电路状态一方面作为振荡电路实施，另一方面作为放大电路实施。
7.按照权利要求6的供电电路，在该电路中振荡电路具有一个与强制控制电路输出端连接的数字输入端，并且在逻辑0或逻辑1的输入电平的情况下作为驱动电路工作，并且在不确定的中间范围的输入电平的情况下作为振荡电路工作。
8.按照权利要求6的供电电路，在该电路中振荡电路(OS)在输入端(E)对参考电位低阻抗的情况下作为放大电路工作，并且在输入端(E)对参考电位高阻抗的情况下作为振荡电路工作。
9.具有按照上述权利要求之一的供电电路、用于灯的电子镇流器。
10.按照权利要求9的电子镇流器，其被设计用于给放电灯供电。
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