CN1518202A - 具有增强型分离的输出变压器电路的整流电路 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有增强型分离的输出变压器电路的整流电路，其包括一分离的输出变压器，该变压器设有一个一次绕组以及耦合到整流灯管对向端子的第一及第二二次端子，以便将一次绕组上的电势和第一及第二二次绕组的电势用相加方式施加到整个灯管，并限制接地故障电压。该电路可包括一条从某一负载到一回馈整流器的闭环回馈路径，以供促进一输入整流器的线性作业。

Description

具有增强型分离的输出变压器电路的整流电路

技术领域

本发明是有关于电路，尤其是指一种具有增强型分离的输出变压器电路的整流电路。

背景技术

对负载供以电力的电路有许多种。其中一种就是谐振反相电路，这种电路是从，例如，一整流器接收直流(DC)信号，再输出一个交流(AC)信号。谐振反相电路可用于各式各样的装置中，例如灯管镇流器。AC输出可被耦合到一负载，例如一支萤光灯管，或耦合到一整流器，以便形成一AC/DC换流器。

谐振反相电路可有各式各样的组态。举例来说，半桥接反相电路包括以半桥接组态耦合的第一及第二交换元件，例如晶体管。全桥接电路则包括四个以全桥接组态耦合的交换元件。全桥接及半桥接反目电路通常是以包括谐振电感元件在内的种种不同电路元件的阻抗值所决定的一个谐振特性频率来驱动。

现有的整流电路大致上包括一个电感耦合到谐振电感元件的输出变压器，以便让灯管与共振转换电路隔离。这输出变压器的组态属于一种众所周知且符合适用UL(美国保险业者实验所)灯管镇流器接地故障标准。一般说来，来自整流灯管端子的电流在接地方面会被限制到一预定位准。利用这种限制电流的方式，人们若是接触到灯管端子以致经由人体形成一条通往接地的路径时，就不会触电死亡。

图1所示是一典型的现有整流电路10，其设有一个现有的分离的输出变压器12。整流器/滤波器14是于第一及第二输入端子16a、b接收一个AC输入信号，另提供正和负电压轨18、20。在正和负电压轨18、20上分别可设电感耦合的电感器L1-A、L1-B。第一及第二交换元件22、24是以众所周知的半桥接组态跨越电压轨耦合。分离的输出变压器中有个一次绕组26，例如1.5mH 50匝圈，与一谐振电容28结合而形成一个并联共振转换电路。该变压器中另有个二次绕组30，例如100匝圈，可供激励第一及第二灯管LP1、LP2，各该灯管则分别与对应的灯管电容器CL1、CL2并联耦合。在这种令人熟知的组态中，变压器的二次绕组30使灯管端子与谐电路隔离，以致限制了接地故障电流。如有技术人员不慎误触到灯管端子，因而提供一条通往接地的电流路径时，通过这技术人员身体的电流会被限制到一安全位准，以防受伤。UL定有可接受镇流器接地故障电路位准的标准。

这种分离的输出变压器虽可提供安全，但尺寸却较庞大，以致需在整流电路板上占用相当大的空间。此外，这种变压器所耗用的电量也较高。再者，该变压器在某些应用上还会因为电晕效应以致性能受到不良影响。举例来说，在所谓的瞬间起动镇流器中，因为是将较高的电压，例如500VRMS施加到灯管端子而促使电流流过灯管，所以该变压器必须提供这电压，以便触发灯管。然而，这种电压经过一段后会使变压器的工作特性减损。

因此，宜提供一种具有增强型输出隔离组态的整流电路。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有增强型分离的输出变压器电路的整流电路，其包括一种设有较有效及可靠的输出隔离变压电路的谐振反相器。大体上，输出隔离变压包括至少一个与一次绕组结合的二次绕组，以便提供所需的灯管触发电压，同时对来自灯管端子的接地故障电流予以限制。采用这种配置，所需的电压即能在不牺牲安全，例如，在符合适用镇流器安全标准的情况下被有效地施加到灯管而起动电流。虽然本发明主要是配合整流电路予以显示及说明，但本发明亦适用于宜隔隔负载和限制接地故障电流的其它电路，例如电源供应器及电马达。

本发明的一方面是提供一种共振转换电路，其包括一个分离的输出变压器，该变压器则设有一个耦合到灯管端子其中一个的第一二次绕组。变压器的一次绕组提供一条与该第一二次绕组串联的电路路径，致使AC(交流)接地的一个节点位在第一二次绕组与一次绕组之间。另外，分离的输出变压器的一次绕组亦提供一电感器，据以形成该共振转换电路的一部份。若需要时，还可增设二次绕组。

在一实施例中，有个第二二次绕组耦合在一次绕组与灯管之间。越过整个第一二次绕组的电压是被施加到灯管的一端，而越过整个第二二次绕组与一次绕组的电压则被施加到灯管的另一端。来自第一灯管端子的接地故障电压相当于第一二次绕组的电压，而来自第二灯管端子的电压则相当于第二二次绕组与一次绕组的结合电压。

本发明的另一方面是提供一电路，该电路包括一条从灯管附近一点开始的回馈路径，以供降低谐波失真和增加整体效能。在一实施例中，该电路包括一条从设有一变压器绕组的闭路电流环圈到一高频整流器的回馈路径，以供促进一低频输入整流器的线性作业。

附图说明

为进一步说明本发明的技术内容，以下结合实施例及附图详细说明于后，其中：

图1是一现有整流电路的示意方块图；

图2是依本发明所构成，具有一分离的输出变压器以供限制接地故障电流的共振转换电路实施例的电路图；

图3是依本发明所构成，具有一分离的输出变压器以供限制接地故障电流的共振转换电路另一实施例的电路图；

图4是依本发明所构成，具有一负载回馈路径的共振转换电路的电路图；

图5所示是由图4的电路提供整流器二极管作业的图形说明。

具体实施方式

图2所示是一具有依本发明构成的增强输出式隔离变压器102组态的灯管镇流器100电路实施例。大体上，分离的输出变压器102提供高效及弹性的运作，同时把接地故障电流限制到安全位准。尤其，分离的输出变压器的第一二次绕组L2-B，以及一次绕组L2-A是被耦合到灯管端子处，据以提供意欲的触发电压，同时限制灯管的接地电压位准，其详情容后再予说明。

镇流器100包括一整流器104，所示的整流器具有桥接二极管DR1-4提供的全桥接组态。第一及第二输入端子106a，b用以接收一个AC(交流)输入信号，例如一个标准的110 VRMS，60Hz信号。现有的滤波器108包括电感耦合的第一及第二电感元件L1-A、L1-B，一滤波电容器C0，和如图所示般耦合的第一及第二桥接电容器CB1、CB2。如果发生交互传导，亦即交换元件Q1、Q2同时传导时，第一及第二电感元件L1-A、L1-B便运作而限制电流。

所示者属于晶体管的第一及第二交换元件Q1、Q2，是以现有的半桥接组态跨越反相器的正和负电压轨110、112予以耦合。第一及第二交换元件Q1、Q2的传导状态分别由第一及第二控制电路114、116加以控制。在一实施例中，第一控制元件114包括一个被电感耦合到谐振分离的输出变压器102的一次绕组的L2-A的电感元件L2-D。这电感元件L2-D与一电容器CQ1及一电阻器RQ1共同运作，定期使第一交换元件Q1偏转至传导状态，以便达到共振转换电路作业。第二控制电路116的组态可跟第一控制电路114相同。娴熟本技艺者均深切了解这种控制电路的配置。此外，娴熟本技艺者也显然了解另有其它各种替代控制电路。谐振反相器的作业亦为娴熟本技艺者所深切了解。

分离的输出变压器102的一次绕组L2-A是与一谐振电容器C1并联耦合，以形成一个并联谐振反相电路组态。分离的输出变压器102的第一二次绕组L2-B具有一个耦合到一次绕组L2-A的第一端子120，和一个耦合到一串联灯管端子LTA1-N的第二端子122。该等灯管端子LTA1-N，连同设在这些灯管LP1-N的对向端的灯管端子LTB1-N，可用以对插入该等灯管端子中的灯管提供电连接。

操作时，第一二次绕组L2-B及一次绕组L2-A联合提供一个足以使灯管作业立即起动的电压，例如500 VRMS，同时又将一个灯管端子到接地的电压予以限制。尤其，对所有各灯管LP1-N施加的触发电压可在一次绕组L2-A与第一二次绕组L2-B之间编制预算，例如约略地平均分裂。娴熟本技艺者均知，约略一半的触发电压不足以触发灯管的电离作用。因此，若对灯管施加那电压，灯管的电流便被限制到安全值。将变压器的电压分裂时，从某个灯管端子到AC接地的节点A的电势就与那个灯管端子与节点A之间所连接的绕组上的电势相当。这配置限制了灯管端子的接地故障电流，同时能安全地的产生相当高的触发电压以供起动灯管。

在图3所示的实施例中，电路包括一个能将可用电压预算进一步分配的第二二次绕组L2-C。在一实施例中，变压器的第二二次绕组L2-C具有一个耦合到变压器一次绕组L2-A的另一端的第一端子124，和一个耦合到各灯管电容器CL1-N的第二端子126，该等电容器则与各灯管LP1-N串联耦合。

第一节点A是从变压器一次绕组L2-A的一边提供AC接地。从第一灯管端子LTA1到第一节点A(AC接地)的电势相当于施加给整个第一二次绕组L2-B的电压。同样地，从第二灯管端子LTB1到AC接地(节点A)的电势则相当于施加给整个第二二次绕组L2-C及一次绕组L2-A的电压。

在一实施例中(未显示)，可让该第二二次绕组L2-C的极性反转，以便降低从一次绕组L2-A施加给各灯管的电压。

娴熟本技艺者显然可知，能在整个电路上设置其它一些具有意欲极性的二次绕组，以求符合特定应用的需求。此外，娴熟本技艺者亦知可将一次绕组分成二个以上的绕组，从而可供种种不同的二次绕组与其耦合。

大体上，由于绕组电压是以相加方式施加到各灯管，所以第一与第二二次绕组L2-A、L2-B以及一次绕组L2-A的匝圈比可经选择而视需要编制灯管触发电压的预算。是以，本发明的分离的输出变压器电路提供了能对绕组产生的电压予以控制的弹性。举例来说，一次和二次绕组上共可产生能触发一支八尺长灯管的750VRMS电势。在一次和二次绕组之间以AC接地分开电压，就可安全地产生750VRMS。据了解，触发电压可视需要而在各绕组的中分配。此外，相较于图1所示的现有电路，此变压器可在电晕放电效应极低的情况下提供750VRMS。

表1所载列者是图3所示各种电路组件的电路特性的范例。据了解，娴熟本技艺者均可在本发明精神的情况下轻易改变该等电路特性，以求符合特定应用的需求。

组件        阻抗          匝圈

C1          1nF             -

L2-A        1.5mH         50圈

L2-B        1.8mH5         5圈

L2-C        0.015mH        5圈

CL1-N       1nF             -

L2-C，L2-D                 1圈

CQ1，CQ2        0.1mF        -

RQ1，RQ2        47W          -

L1-A，L1B       1mH          100圈

C0              100mF        -

CB1，CB2        1.0mF        -

CR              1.0nF        -

据了解，娴熟本技艺者均知可在不违本发明精神的情况下另增其它附加的二次绕组而连接到各灯管和/或其它附加的一次绕组，以符合特定应用的需求。此外，本发明亦可适用于各式各样想要提供有效及具弹性的输出隔离的电路与装置。可供作为范例的电路及装置包括灯管镇流器，电马达，及电源供应器。

就本发明的另一方面而言，共振转换电路包括一条从负载到一多桥接整流器的回馈路径，据以增强该电路的功率因数(PF)及总谐波失真(THD)性能。大体上，从变压器绕组与负载到多桥接整流器某一点的闭环电路路径可促进输入整流器二极管的线性作业。

图4所示是依本发明构成的一种具有功率回馈的共振转换电路200的范例。多桥接整流器201包括若干对(DF11，DF12)，(DF21，DF22)，…(DFN1，DFN2)端对端耦合的整流二极管。这个多桥接整流器200的顶部202被耦合到一个低频输入整流器204的底部202，其底部206则被耦合到反相器的负轨208。输入整流器210的顶部是被耦合到反相器的正轨212。

在一实施例中，所提供的共振转换电路200是作为一种具有与图3所示类似的拓扑的谐振反相电路，其中相同的元件均赋与相同的参照号码。这电路另包括一条从第一二次绕组端子122延伸至第二二次绕组端子126的第一串联负载路径。第一串联负载路径又包括以直流阻塞(DC-blocking)配置耦合的第一与第二回馈电容器CF11，CF12和若干端子，以供激励第一负载，例如第一灯管LP1。电路200可包括若干分别具有成对回馈电容器(CF21，CF22)，…(CFN1，CFN2)的类似负载路径，以供激励其它的灯管LP2，…LPN。

第一回馈路径FP1是从第一与第二回馈电容器CF11、CF12之间的一个点250a延伸到多桥接整流器201的第一对二极管DF11，DF12之间的一个点252a。同样地，其它的回馈电路FP2，…FPN均可从成对回馈电容器之间的对应点250b-N延伸到多桥接整流器201的成对二极管之间的对应点252b-N。

操作时，整个第一二次绕组L2B及第一回馈电容器于AC接地的A点的总压降是被施加给多桥接整流器201的第一对二极管DF11、DF12之间的点252a。第一回馈路径上较高的频率常数的振幅信号会定期使第一对二极管(DF11、DF12)偏转至传导状态，该对二极管又转而使一对输入整流器二极管，例如DR1、DR3偏转至传导状态。

如图5所示，经由多桥接整流器201，第一回馈路径FP1上的高频信号会在较低频输入信号IS的正半周期PHC期间定期使输入整流器204的第一对二极管DR1，DR3偏转至传导状态。同样地，在输入信号IS的负半周期NHC期间，输入整流器204的第二对二极管DR2，DR4亦会定期传导。

采用这种配置，就能在输入信号IS的正半周期PHC期间有效地激励第一储存电容器C01，和在输入信号IS的负半周期NHC期间激励第二储存电容器C02。是以，若与未具有线性二极管作业的电路相比，这输入整流器二极管的线性作业提供一种更有效的电路。

此外，取决于是否存有作用中的灯管而定，各回馈路径FP1-N提供独立的功率回馈。也就是说，如存有第一个灯管LP1并运作时，第一回馈路径FP1就提供实质的回馈能。若是未存有第一个灯管或未起作用，那  第一回馈信号大体上是与变压器的第一二次绕组L2B的能相当。然而，据了解大量的回馈能是来自运作中的灯管。是以，此电路提供自动最佳化信号，使这回馈能以是否存有对应的负载为基础。

在具有回馈路径以供促进线性二极管作业的现有电路中，不论是否存有负载，回馈信号通常都会存在。若在无负载的情况下把回馈能注入电路内，可能会使电路承受应力和减损性能。

虽然已配合特定的电路拓扑显示及说明本发明的回馈电路，但据了解这回馈配置可适用于各式各样具有从一次绕组变压器开始的闭路电流路径的共振转换电路。也就是说，若是，例如，采用如图1所示的现有分离的输出变压器时，负载与共振转换电路并未隔离。

此外，独立的回馈电路配置使电路能激励各式各样具有不同操作特性的负载。例如，电路200可激励具有不同长度的灯管。各回馈路径提供了增进功率因数(PF)及总谐波失真(THD)性能的“适量”回馈能。

虽然所示的双极晶体管是用作本文所载的实施例的交换元件，但据了解可在不违本发明精神的情况下采用各式各样的交换元件和交换控制电路。例举的交换元件包括诸如双极接面晶体管和场效晶体管的类的晶体管，以及硅控整流器(SCRs)等。

另据了解，取决于特定应用的要求而定，可采用种种不同的反相器组态。举例来说，半桥接，全桥接，单交换元件，以及娴熟本技艺者所知的其它反相器组态。

以上所举实施例仅用以说明本发明而已，非用以限制本发明的范围。举凡不违本发明精神所从事的种种修改或变化，俱属本发明申请专利范围。

Claims (47)

1.一种共振转换电路，其特征在于，其包括：

一设有一个一次绕组及一个第一二次绕组的变压器，其中第一二次绕组是以位在第一二次绕组与一次绕组之间的AC接地的一个节点而被电连接到一次绕组，致使一次绕组上的电势及第一二次绕组上的电势联合，以供激励

一负载。

2.如权利要求1所述的共振转换电路，其特征在于，其中另包括一个第二二次绕组，其中一次绕组与第一及第二二次绕组提供一条串联电路路径。

3.如权利要求1所述的共振转换电路，其特征在于，其中是由越过整个第一二次绕组的电势提供第一负载端子的第一接地故障电势。

4.如权利要求2所述的共振转换电路，其特征在于，其中是由越过整个第二二次绕组及一次绕组的电势提供第二负载端子的第二接地故障电势。

5.如权利要求1所述的共振转换电路，其特征在于，其中该电路包括一谐振反相电路。

6.如权利要求5所述的共振转换电路，其特征在于，其中变压器的一次绕组相当于谐振反相器的一个谐振电感元件。

7.如权利要求5所述的共振转换电路，其特征在于，其中反相电路具有一种半桥接组态。

8.如权利要求5所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一及第二二次绕组可供激励一灯管。

9.如权利要求1所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一二次绕组具有一个耦合到AC接地的节点的第一端和一个可供耦合到一负载的第一端的第二端。

10.如权利要求9所述的共振转换电路，其特征在于，另包括一个第二二次绕组，其中该第二二次绕组具有一个耦合到一次绕组的第一端和一个可供耦合到负载的第二端的第二端。

11.如权利要求10所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一接地故障路径包括一条从第一二次绕组到AC接地的节点的路径。

12.如权利要求11所述的共振转换电路，其特征在于，其中第二接地故障路径包括一条越过第二二次绕组及一次绕组而到AC接地的节点的路径。

13.如权利要求1所述的共振转换电路，其特征在于，另包括一个用以接收一AC输入信号的输入整流器，一个耦合到该输入整流器的回馈整流器，和一条从负载对回馈整流器和输入整流器供应能，以促进输入整流器中的二极管的线性作业。

14.如权利要求13所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一回馈路径另包括第一二次绕组供应的能。

15.如权利要求14所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一回馈路径另包括经由负载而由电流激励的电容器所供应的能。

16.如权利要求13所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一回馈路径是从回馈整流器中端对端耦合的一对二极管之间的一个点延伸到位置与负载串联的一个点。

17.如权利要求13所述的共振转换电路，其特征在于，另包括从其它负载延伸到回馈整流器中其它成对二极管之间各点的回馈路径。

18.如权利要求17所述的共振转换电路，其特征在于，其中第一回馈路径及其它回馈路径各为独立者。

19.一种在AC电路中提供接地故障保护的方法，其特征在于，其包括：

在一次绕组与第一二次绕组之间设一AC接地而将一负载电压于该一次绕组及二次绕组之间分开。

20.如权利要求19所述的在AC电路中提供接地故障保护的方法，其特征在于，另包括使负载对向两端的二次绕组与一次绕组耦合。

21.如权利要求20所述的在AC电路中提供接地故障保护的方法，其特征在于，另包括电路中适于分配可用电压预算的其它二次绕组。

22.如权利要求19所述的在AC电路中提供接地故障保护的方法，其特征在于，另包括提供一条从负载到一多桥接整流器的回馈路径，以便促进一输入整流器的线性作业。

23.一种整流电路，其特征在于，其包括：

一谐振反相器；

一设有一个一次绕组及一个第一二次绕组的变压器，其中一次绕组相当于谐振反相器的一个谐振电感元件，第一及第二次绕组是被电耦合到一次绕组的对向两端，致使该一次绕组以及第一与第二二次绕组上的电压可用相加方式施加到一整个灯管。

24.如权利要求23所述的整流电路，其特征在于，其中一次绕组与第一二次绕组之间的一个节点相当于AC接地。

25.如权利要求23所述的整流电路，其特征在于，其中一次绕组与第二二次绕组提供一条串联电路路径。

26.如权利要求23所述的整流电路，其特征在于，其中有条第一接地故障路径是从一个第一灯管端子越过第一二次绕组而延伸至AC接地。

27.如权利要求26所述的整流电路，其特征在于，其中有条第二接地故障路径是从一个第二灯管端子越过第二二次绕组及一次绕组而延伸至AC接地。

28.如权利要求23所述的整流电路，其特征在于，其中镇流器提供瞬间起动作业。

29.一种用于提供镇流接地故障保护的方法，其特征在于，其包括：

提供一谐振反相器，其包括一设有一个一次绕组的变压器；

将该变压器的第一及第二二次绕组电耦合到一次绕组，致使第一与第二二次绕组以及一次绕组上的电压被用相加方式施加到一整个灯管。

30.如权利要求29所述的用于提供镇流接地故障保护的方法，其特征在于，另包括在一次绕组的第一端及第一二次绕组的第一端之间设一AC接地节点。

31.如权利要求30所述的用于提供镇流接地故障保护的方法，其特征在于，另包括经由一次绕组以及第一与第二二次绕组而形成一条串联电路路径。

32.一种电路，其特征在于，其包括：

一第一整流器；

一耦合到第一整流器的共振转换电路，该共振转换电路包括一变压器，该变压器则设有一个电耦合到一个二次绕组的一次绕组；

一耦合到第一整流器及共振转换电路的第二整流器；和

一条从共振转换电路到第二整流器中某一点，用于促进第一整流器的线性作业的回馈路径。

33.如权利要求32所述的电路，其特征在于，其中第一整流器包括端对端耦合的第一及第二对二极管，以便将一个AC输出信号整流。

34.如权利要求32所述的电路，其特征在于，其中第二整流器包括在第一整流器与负电压轨之间端对端耦合的第一对二极管。

35.如权利要求32所述的电路，其特征在于，其中该电路包括其它的回馈路径，以便提供从各个负载到第二整流器的能。

36.如权利要求35所述的电路，其特征在于，其中第二整流器对电路所激励的其它各负载，包括端对端耦合的其它若干对二极管。

37.如权利要求36所述的电路，其特征在于，其中第一回馈路径及其它回馈路径各为独立者。

38.如权利要求37所述的电路，其特征在于，其中第一回馈路径及其它回馈路径是自动最佳化者。

39.如权利要求32所述的电路，其特征在于，另包括一个位在一次绕组与二次绕组之间的AC接地，致使对一负载施加的电压在一次绕组与二次绕组之间分开。

40.如权利要求32所述的电路，其特征在于，其中第一二次绕组具有一个耦合到AC接地的节点的第一端和一个可供耦合到一负载的第一端的第二端。

41.如权利要求40所述的电路，其特征在于，另包括一个第二二次绕组，其中该第二二次绕组具有一个耦合到一次绕组的第一端和一个可供耦合到负载第二端的第二端。

42.如权利要求41所述的电路，其特征在于，其中有条第一接地故障路径包括一条从第一二次绕组到AC接地的节点处的路径。

43.如权利要求42所述的电路，其特征在于，其中有条第二接地故障路径包括一条越过第二二次绕组及一次绕组而到AC接地的节点处的路径。

44.如权利要求32所述的电路，其特征在于，其中回馈路径是从共振转换电路上有负载电流流过的一点延伸到第二整流器中位在端对端耦合的第一及第二二极管之间的一点。

45.如权利要求44所述的电路，其特征在于，其中第二整流器中的第一二极管是被耦合到第一整流器，而第二整流器中的第二二极管则被耦合到反相器的负轨。

46.如权利要求45所述的电路，其特征在于，其中回馈路径提供从第二绕组及负载到第二整流器的能量。

47.如权利要求46所述的电路，其特征在于，其中回馈路径另从一个与负载串联耦合的电容器提供能量。

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