CN1625319A - 用于相位调光放电照明镇流器和灯的通用平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于使用基于IC控制的门驱动电路的类型的气体放电灯(14)的镇流器或者电源电路(1)，其中基于IC控制的门驱动电路用于控制直流－交流逆变器(13)的一对串联开关(Q1－Q2)。更具体地说，本发明涉及一种具有谐振反馈电路(19)的镇流器(1)，其中谐振反馈电路(19)从大范围的源电压吸收连续输入电流以满足相位控制调光器(3)的要求。更具体地说，本发明涉及一种用于使用具有相位调光电路(3)的镇流器(1)和放电灯(14)进行相位调光放电照明的通用平台。

Description

用于相位调光放电照明镇流器和灯的通用平台
技术领域
本发明涉及一种用于使用基于IC控制的门驱动电路的类型的气体放电灯的镇流器或者电源电路，其中基于IC控制的门驱动电路用于控制直流-交流逆变器的一对串联开关。更具体地说，本发明涉及一种具有谐振反馈电路的镇流器，其中谐振反馈电路从大范围的源电压吸收连续输入电流以满足相位控制调光器的要求。更具体地说，本发明涉及一种用于使用具有相位调光电路的镇流器和放电灯进行相位调光放电照明的通用平台。
背景技术
相位控制的可调光镇流器由于其与光电池、运动检测器和标准墙壁调光器一起使用的能力而获得了日益增长的工业普及。
具有D类转换器的荧光灯的调光通过调节灯电流或者调节放电灯的功率来完成。对于冷阴极荧光灯(CCFL)，脉宽调制(PWM)技术常用来扩大调光范围。该技术以全速率灯电流向CCFL提供脉冲，从而通过改变灯以全速率电流工作的时间百分比来调制强度。该系统可与闭环或开环系统一起工作。该技术是简单的、低成本的，并且它是固定频率操作。然而，它不容易适用于热阴极荧光灯。
对于热阴极灯的适当调光，当光强度降低时，需要提高阴极加热。如果存在不足够的加热，则当对灯进行调光时，阴极溅射增多。另外，灯电弧波峰因数对于大部分调光范围应小于1.7，以便保持额定灯寿命。波峰因数更高，则灯寿命将越短。PWM方法不解决这些问题，因此迄今为止局限于CCFL应用。
具有可变频率调光的D类逆变器布局已被照明工业广泛接受为用于灯的预加热、点燃和调光。该布局的优点包括但不限于(I)易于实现延长灯寿命的可编程启动序列；(II)简化灯网络设计；(III)当对灯调光时提高灯阴极加热的低成本；(IV)可获得的低灯电弧波峰因数；(V)易于通过调节灯电流或馈送逆变器的平均电流来调节灯功率；以及(VI)可以通过在高于逆变器谐振频率操作开关频率来保持零电压开关。
在白炽灯调光系统中，调光典型地通过相位调光器来控制，其中相位调光器也称作三端双向可控硅开关元件调光器。常见类型的相位调光器阻止紧邻在电压过零之后的每个正或负一半循环的一部分。限幅波形将功率和调光信号运载到负载。调光器取代与电源线串联安装的墙壁开关。
使用现有相位调光器信号对荧光灯进行调光将是期望的。设计成使用现有三端双向可控硅开关元件相位调光器的系统必须满足三端双向可控硅开关元件的要求，其中之一是维持电流规格。当三端双向可控硅开关元件处于导通状态时，通过三端双向可控硅开关元件的电流必须保持在指定维持电流(holding current)之上，以便三端双向可控硅开关元件不关断并中断电流。
让该系统使用以低成本提供的单级设计来进行调光和与相位调光器接口，其中谐振电路上的电压和电流压力极小，这也将是期望的。另外一个期望方面是具有这样的电路，其将允许可编程启动序列以延长灯寿命，允许低灯电弧波峰因数以及大范围的零电压开关。该系统还应包括具有低元器件数目的小型尺寸，并且容易适用于不同线路输入电压和功率，并且提供足够的异常操作保护。
此外，当前存在的一些解决方案由于使用以两倍峰值输入电压提供总线电压的倍压器而需要使用高电压元器件。由于所需元器件的高成本，这使得难以在使用较高电压电源(200V和以上)的国家提供销售解决方案。实现支持高电压电源系统(200V以上)但无需使用高电压元器件的设计，从而降低成本并且还允许在全球市场上使用该装置，这将是期望的。
此外，一些解决方案敏感于低电压条件和波动电压，这可能由于三端双向可控硅开关元件维持电流的下降和/或因高调光模式下的低电流吸收所造成的装置自身关断而使操作不可信。因此，一种支持不敏感于电压波动和瞬变的改良调光范围的高调光模式的解决方案是期望的。
发明内容
提供了一种电子镇流器，其具有输入整流器电路，用于对输入电压进行整流；电压逆变器电路，用于从输入整流器电路接收经过整流的输入电压，并且提供电压/电流给放电灯以提供可调光的光；控制器，用于控制电压逆变器电路的操作；以及保持活性(keep-alive)反馈电路，用于将能量从放电灯反馈给电压逆变器电路以允许高调光操作。
还提供了一种电子镇流器，其具有输入整流器电路，用于对输入电压进行整流；电压逆变器电路，用于从输入整流器电路接收经过整流的输入电压，并且提供电压/电流给放电灯以提供可调光的光；控制器，用于控制电压逆变器电路的操作；以及恒定电压供应电路，用于将基本上恒定的电压供应给控制器。恒定电压供应电路在低输入电流和高输入电流下都提供基本上恒定的电压。
还提供了一种电子镇流器，其包括：输入整流器电路，用于对来自调光电路的输入电压进行整流；电压逆变器电路，具有固态开关，用于从输入整流器电路接收经过整流的输入电压，并且提供电压/电流给放电灯以提供可调光的光；控制器，用于控制电压逆变器电路的操作；保持活性反馈电路，用于将能量从放电灯反馈给电压逆变器电路以允许高调光操作；以及恒定电压供应电路，用于将基本上恒定的电压供应给控制器。
恒定电压供应电路在调光电路的高调光操作期间使用放电灯的电压以产生基本上恒定的电压。此外，恒定电压供应电路在调光电路的低调光电路期间使用逆变器电路的电压/电流以产生基本上恒定的电压。
附图说明
图1是示出该装置的主要功能电路的方框图；
图2是示出该装置的主要电路元器件的电路图；
图3是在该装置在时间上的电流的图。
具体实施方式
用于相位调光放电照明镇流器的新通用平台是以较低成本针对高端性能可调光CFL的全球市场替代较旧“倍压器电路布局”的新平台。该新平台可与荧光或其他放电照明一起使用，以相比于白炽灯节省能量，并且仍然为家庭和办公大楼的电器输送柔和一致的照明。
该平台利用基于单级的布局，其仅使用一个能量存储元件。它的特征在于较低的总线电压，其允许使用低成本高效率开关器件。它具有内置恒定电源，以利用三端双向可控硅开关元件控制向IC控制器提供直流偏压，而不管输入总线上的大电压变化。
图1是用于相位调光放电照明镇流器和灯的统一平台的主要功能电路以及主要外部连接和这些电路之间的主要交互的方框图。装置1连接到外部相位调光器3，其典型地由用户4调节。相位调光器3典型地连接到外部电源2。大范围的消费和/或工业电力系统对于外部电源2是可接受的，包括110/120V交流系统和210/220/240V交流系统等等。因此，装置1可设计成全球使用。
装置1包括熔丝和EMI滤波器11，其连接到外部相位调光器电路。熔丝和EMI滤波器11向通用相位调光器兼容电路12提供滤波功率，并且输入RMS电压检测/最小电压截止电路15监视输入电压。通用相位调光器兼容电路12整流器对输入电压进行整流，因此为装置1中的其他电路提供直流电源，而输入RMS电压检测/最小电压截止电路15监视输入电压，由此监视相位调光器3的调光设置，并且提供结果给调光控制IC 16控制器，其为装置1提供主要控制。
通用相位调光器兼容电路12镇流器兼容于要由用户使用的各种相位调光器，并且该平台可设计成以合理成本使该装置可用于具有不同电压供应的各个国家中。此外，整流器12向电压源逆变器电路13提供直流电流和电压，其中电压源逆变器电路13由调光控制IC 16控制。
电压源逆变器电路13将直流电压从通用相位调光器兼容电路12转换成提供给放电灯14的高频电压/电流脉冲如交变电流(交流)。逆变器电路13的输出脉冲足以触发灯14，从而以期望调光级别产生光和调节灯电流。
恒定电压供应电路17将恒定电压供应提供给调光控制IC 16控制器。此外，恒定电压供应电路17配置成当用户在高调光模式下操作相位调光器3的时候确保控制器16的电压供应不低于保持控制器16工作所需的最小值。没有该配置，当来自相位调光器3的输入电压对于逆变器电路13太低而不能提供足够电压来供电给控制器16并且保持其工作时，控制器16在高调光模式下将关断装置1。因此，处理器16在没有电路17的情况下在高调光操作中将关断装置。采用该配置，装置1能够以较宽调光范围工作。当相位调光器在低调光模式下工作时，这不是问题，因为在该条件下，来自17的附加电流高得足以让调光控制IC 16保持其适当工作。因此，恒定电压供应电路17扩大了可由该装置支持的调光范围。
灯电流或功率检测电路18检测放电灯14的电流、电压或两者(由此是功率)，并且将该信息提供给调光控制IC 16控制器，以支持控制器16的监视和控制操作。此外，输入RMS电压检测/最小电压截止电路向控制器16提供输入电压信息，并且由此提供相位调光器3的调光设置。这些输入帮助控制器16以期望调光级别的适当频率和电压适当控制逆变器电路13，其中期望调光级别是通过相位调光器3设置的。因此，控制器可根据相位调光器3设置将逆变器电路13设置为适当的调光级别。此外，控制器16可以具有可编程启动序列以延长灯寿命，并且如果所检测的RMS是最小设置级别，则禁止(截止)逆变器电路。注意不是所有控制连接都一定在图1中示出。
最后，提供了保持活性反馈电路19以确保装置1从相位调光器3吸收足够的电流以“保持活性”由相位调光器3提供的电流。典型的相位调光器电路利用一个或多个三端双向可控硅开关元件，其需要最小维持电流(即保持活性电流)来保持在导通模式下，因此提供输出电流。在没有保持活性反馈电路19的情况下，在调光(即削顶电压波形)电流)模式下，装置1可能吸收不足够的电流，从而在调光中允许三端双向可控硅开关元件截止，并且关断装置1，从而调光器将再触发并且产生用户观察到的闪烁。通过添加反馈电路19，装置1能够在比没有其的情况下更宽的调光范围内稳定工作。
图2更详细地示出很多装置1电路，其中示出了主要电气连接，但是典型地未示出控制连接。在图2中，相位调光器3插入在电源2的高电位侧(hot side)，并且电源2的输出连接到包括电感器L1以及电容器C1和C2的EMI滤波器。电容器C1和C2也用于通用相位调光器兼容电路12中。不同于传统全整流电桥电路，在本例中，电桥二极管D1、D2、D3和D4在输入线路循环的大部分上以高频率模式而非线路频率正常工作。
通用相位调光器兼容电路12设计成在任何给定时间至少一个二极管导通。这由于电容器C5而发生，其用作保持活性反馈电路，以提供反馈能量从而保持至少一个二极管一直导通。电桥二极管的操作通过来自C5的谐振反馈电流柔和地导通和关断。因此，兼容电路12从相位调光器3吸收基本上连续的输入电流。并且电流12还设计成将每个一半线路循环的电流电平保持于相位调光器3中的三端双向可控硅开关元件的最小维持电流之上(若有的话)。因此，它消除了由于如果保持活性电流降至所需最小值之下则三端双向可控硅开关元件关断然后当电流升高时再触发而造成的放电灯14的不良闪烁。因此，C5的添加增大装置1可支持的期望调光操作的范围，从而使该装置更符合白炽照明。
电容器C3被提供为通用相位调光器兼容电路12的一部分以通过减小有效谐振电容器的变化而改善灯的波峰因数。两个电容器C2和C2用来平衡接口电路操作。然而，该电路可采用仅一个电容器工作。逆变器电路基本上利用典型的串行谐振并行负载电压馈送布局。然而，不同于传统情况，为了上述和下述目的，电容器C5如图所示连接回到C1和C2的中间。
作为可选方案，电容器C3’可如图所示添加到该电路来代替C3。该操作如同上面和下面针对电容器C3所述。典型地仅需要C3和C3’之一。
当逆变器电路开始工作时，通过电容器C5的谐振电流被反馈以采用高频方式对电容器C3充电和放电，因此反馈能量给通用相位调光器兼容电路12。如图3所示，当输入电桥处于D1电流波形的峰值充电部分34时，来自交流电源的输入高于电容器C4两端的总线电压。因此，交流电源通过源电压对电容器C4直接充电。在维持电流部分35、33期间，交流输入源已降至电容器C4上的充电值之下。此时，来自电容器C5的电流正在提供输入电流的主要部分。由电容器C5供应的电流量依赖于电容器相对于电路其他元器件的尺寸。因此，电流31、37和38保持在三端双向可控硅开关元件截止电平之上，并且二极管D1、D2、D3和D4在37、38处于高频开关模式，而在31处于低频开关模式。EMI滤波器确保反馈电流38、37、31的高频分量不耦合回到调光器3或输入电源2。此外，当输入电流降低时，周期32和36太短而不能再触发三端双向可控硅开关元件。因此，调光器3的三端双向可控硅开关元件在调光模式下保持导通而无闪烁。
电压源逆变器电路13产生高频电流源以供电给放电灯14，从而引起灯放电，因此以足够高的频率产生光而不产生对于大多数用户可见的闪烁。逆变器电路13包括由控制器16控制的固态开关Q1和Q2(例如，FET)。电感器L2以及电容器C6和C7形成谐振电路，并且与开关一起工作以转换由整流器12提供的直流电压，从而产生提供给放电灯14的交流电压。
控制器16从输入RMS电压检测/最小电压截止电路15和灯电流或功率检测电路18输入电压和/或电流信息，以监视装置1的状态和相位调光器3的调光设置，从而设置逆变器电路13以提供期望调光级别。RMS电压检测/最小电压截止电路15和灯电流或功率检测电路18的操作和设计从本技术领域内公知的各种解决方案获得。
当相位调光器3三端双向可控硅开关元件接通以对光级别进行调光时，该装置总线电压将随着三端双向可控硅开关元件电压的峰值输出而变化，并且对调光控制IC 16供电的直流偏压可降至控制器16的最小关断设置之下，从而关断控制器16。如果在设计中使用仅一个通过电容器C8的供应电流，则控制器16可在最高调光设置下关断，并且可重新启动/关断序列。
图2所示的电路已被配置成提供给IC的功率来自恒定电压供应电路17，其由包括电容器C8、C9的高频源和包括二极管D5、D6、D7和电容器C9的交流到直流转换电路组成。电容器C9供应与总线电压直接相关因而与来自源的峰值输入电压和工作频率成正比的电流部分。相反，来自C8的电流相关于放电灯14的电压，其也是频率相关的。因此，C8以低源峰值电压电平提供功率。这两个电流源因而彼此互补，因此在如图所示捆绑在一起的情况下，当对灯14调光时，它们提供基本上恒定的电压给控制器16。因此，控制器16电源17基本上不敏感于装置1的输入电压，因此控制器16可在较大范围的调光操作上工作，因此装置1提供宽调光范围支持。
因此，装置1将在各种输入电压下以较宽范围的调光设置根据相位调光器3的调光设置对放电灯14的光输出进行调光。
本发明在上面是使用特定例子来描述的；然而，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以使用各种可选方案，并且可以用等价物替代这里所述的单元或步骤。在不脱离本发明范围的情况下，为了让本发明适用于特定情形或者特定需要，可以进行必要的修改。本发明不旨在局限于这里所述的特定实现，而是旨在权利要求书被给予其最宽范围的解释以涵盖所有直接或等价实施例。

Claims (10)

1.一种电子镇流器，包括：
输入整流器电路(12)，用于对输入电压进行整流；
电压逆变器电路(13)，用于从所述输入整流器电路接收经过整流的输入电压，并且提供电压/电流给放电灯(14)以提供可调光的光；
控制器(16)，用于控制所述电压逆变器电路(13)的操作；以及
保持活性反馈电路(19)，用于将能量从所述放电灯(14)反馈给所述电压逆变器电路(13)以允许高调光操作。
2.如权利要求1所述的镇流器，其中所述保持活性反馈电路(19)利用电容器(C5)以进行所述能量反馈。
3.如权利要求1所述的镇流器，其中
所述输入整流器(12)包括多个二极管，此外其中
所述保持活性反馈电路(19)包括电容器(C5)，其连接到所述整流器电路和所述放电灯(14)以确保所述多个二极管至少之一总是导通。
4.如权利要求1所述的镇流器，还包括：
恒定电压供应电路(17)，连接到所述整流器电路(12)，并且用于将基本上恒定的电压供应给所述控制器，其中
当输入电流由于高调光操作而低时，所述恒定电压供应电路使用所述放电灯(14)的电压以提供所述基本上恒定的电压。
5.如权利要求1所述的镇流器，其中所述输入整流器电路(12)包括：
多个二极管(D1-D4)，以高于输入电压频率的频率操作，其中在任何给定时间，至少一个二极管由于所述保持活性反馈电路而处于导通模式。
6.如权利要求5所述的镇流器，其中所述整流器电路(12)还包括用于减小放电灯(14)的波峰因数的电容器(C3、C3’)。
7.一种可调光放电照明装置，包括：
如权利要求1所述的电子镇流器；以及
所述放电灯(14)，其中
所述装置用于在连接到用于提供输入电压的调光电路时提供可调光的光。
8.一种电子镇流器，包括：
输入整流器电路(12)，用于对来自调光电路(3)的输入电压进行整流；
电压逆变器电路(13)，具有固态开关(Q1-Q2)，用于从所述输入整流器电路(12)接收经过整流的输入电压，并且提供电压/电流给放电灯(14)以提供可调光的光；
控制器，用于控制所述电压逆变器电路(13)的操作；
保持活性反馈电路(19)，用于将能量从所述放电灯(14)反馈给所述电压逆变器电路(13)以允许高调光操作；以及
恒定电压供应电路(17)，用于将基本上恒定的电压供应给所述控制器，其中所述恒定电压供应电路(17)在所述调光电路(3)的高调光操作期间使用所述放电灯(14)的电压以产生所述基本上恒定的电压，此外其中所述恒定电压供应电路(17)在所述调光电路(3)的低调光电路期间使用所述逆变器电路(13)的所述电压/电流以产生所述基本上恒定的电压。
9.如权利要求8所述的镇流器，其中所述输入整流器(12)包括：
多个整流器二极管(D1-D4)，以高于输入电压频率的频率操作，其中在任何给定时间，至少一个二极管由于所述保持活性反馈电路(19)而处于导通模式；以及
电容器(C3、C3’)，用于减小所述放电灯(14)的波峰因数。
10.如权利要求9所述的镇流器，其中所述恒定电压供应电路(17)包括：
第一电容器(C9)，连接到所述逆变器电路(13)，用于根据所述逆变器电路(13)的电压产生第一电流；
第二电容器(C8)，连接到所述放电灯(14)，用于根据所述放电灯(14)的电压产生第二电流，其中
所述恒定电压供应电路(17)相加所述第一电流和所述第二电流以产生所述基本上恒定的电压。
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