CN1845651A

CN1845651A - 正反馈异常保护电路

Info

Publication number: CN1845651A
Application number: CN 200610049950
Authority: CN
Inventors: 曾浩然
Original assignee: HENGDIAN DEBANG ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: Hengdian Group Tospo Lighting Co Ltd
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-21
Also published as: CN1845651B

Abstract

本发明公开了一种用于荧光灯电子镇流器的正反馈异常保护电路，包括输出电感第一副边绕组T_2B，所述的输出电感第一副边绕组T_2B通过限流和整流电路、滤波电路连接到异常保护执行器件Q₃的控制端，所述的异常保护执行器件Q₃在灯管发生异常情况时控制DC/AC变换器停止振荡。本发明能有效解决现有技术中因为采用降低DC/AC变换器下桥臂晶体管基射间电压方式所带来的关断速度较慢和高温状态下可靠性较差等问题，并在基本不增加线路成本和复杂度情况下，不仅通过快速正反馈技术提高了灯管漏气时的保护性能，而且还扩充了其灯管过电压和整流态等异常保护功能及其单双灯自动补偿功能，从而达到提高可靠性及满足能源之星之要求。

Description

正反馈异常保护电路

技术领域

本发明涉及电力电子及照明电子中异常保护技术，特别是荧光灯用电子镇流器的异常保护技术。

背景技术

在现有荧光灯用电子镇流器应用技术中，一般是由整流电路、DC/AC变换器、输出电路和荧光灯管电路组成。为了缩小产品体积、降低产品成本，其DC/AC部分通常采用由双极型晶体构成的自激式半桥振荡电路模式，而在DC/AC变换器和输出电路之间有的还加入异常保护电路以确保当荧光灯管在发生异常时，不会损坏电子镇流器，以提高产品的可靠性(参见图1)。

现有技术中异常保护电路一般为电流采样型电路，当产品因负载异常而在其主回路产生过电流时，电流采样型电路会触发保护执行器件Q₃去停止DC/AC变换器的振荡、从而停止对荧光灯管的输出(参见图2虚框内)。

我们知道，双极型晶体管在半桥振荡DC/AC变换器电路中工作于开关状态，由于在现有技术中，异常保护电路是采用降低DC/AC变换器下桥臂晶体管Q₂基射间电压，而不是施加反向电压来实现停振的，因此无法实现快速可靠的关断动作；另外，现有技术中所采用的异常保护电路一般只限于过流保护(在灯管发生漏气情况时，利用图2中输出变压器T₂副边绕组产生的电压去触发保护执行器件Q₃完成保护；或是通过DC/AC变换器下桥臂晶体管Q₂射极电阻R₈进行电流取样，然后转换成电压去触发保护执行器件完成保护)，而没有考虑到诸如灯管过电压和整流态等异常状态的保护功能，致使其应用受到了一定的限制，而无法满足能源之星标准。

发明内容

本发明要解决的是现有技术存在的上述缺陷，旨在提供一种快速关断DC/AC变换器的振荡电路的正反馈异常保护电路。

本发明还要提供一种具有过电流保护、过电压保护和整流态保护的多功能异常保护电路。

本发明再要提供一种具有负载单双灯检测控制功能的异常保护电路，在负载为单灯或者双灯时，均能可靠地起到异常保护的作用。

本发明的正反馈异常保护电路，应用于荧光灯用电子镇流器中，该电子镇流器包括DC/AC变换器、输出电路和荧光灯管电路，其中DC/AC变换器采用由双极型晶体管构成的自激式半桥串联谐振电路模式。

本发明的正反馈异常保护电路，包括输出电感第一副边绕组T_2B，其特征在于所述的输出电感第一副边绕组T_2B通过限流和整流电路、滤波电路连接到异常保护执行器件Q₃的控制端，所述的异常保护执行器件Q₃在灯管发生异常情况时控制DC/AC变换器停止振荡。

该保护电路还包括供电电阻R₁、嵌位二极管D₁和嵌位二极管D₄，所述的限流和整流电路包括限流电阻R₉、整流二极管D₆和储能电容C₅，所述的滤波电路包括双向触发二极管D₅、限流电阻R₁₀、滤波电阻R₁₁和滤波电容C₄，所述的异常保护执行器件Q₃为单向可控硅，并且：所述的供电电阻R₁的一端接直流电源V_DC，另一端分别与单向可控硅Q₃的阳极、嵌位二极管D₁和嵌位二极管D₄的阴极相连；嵌位二极管D₁的阳极接至DC/AC变换器的第一控制点A；输出电感第一副边绕组T_2B的一端与储能电容C₅的负极相连后接至DC/AC变换器的第二控制点B，另一端接限流电阻R₉的一端，限流电阻R₉的另一端接整流二极管D₆的阳极；整流二极管D₆的阴极分别与嵌位二极管D₄的阳极、储能电容C₅的正极及双向触发二极管D₅的一端相连；双向触发二极管D₅的另一端与限流电阻R₁₀串联后接滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的一端及单向可控硅Q₃的控制端；滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的另一端及单向可控硅Q₃的阴极共同接地。

所述的双向触发二极管D₅可以用稳压二极管替代，并且，所述的稳压二极管的阳极接限流电阻R₁₀。

所述的第一控制点A为DC/AC变换器的整流二极管D₂的阳极，所述的第二控制点B为DC/AC变换器的下桥臂晶体管Q₂的基极。

所述的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间还设有偏置电阻R₇。

所述的偏置电阻R₇与DC/AC变换器的上桥臂晶体管Q₁的基极偏置电阻R₃等值。

所述的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间的偏置电阻R7以及与之等值的上桥臂晶体管Q1的基极偏置电阻R3可由两个偏置二极管替代，并且，所述的两个偏置二极管的阴极分别接DC/AC变换器中的下桥臂晶体管Q2和上桥臂晶体管Q1的基极。

所述的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间的偏置电阻R₇以及与之等值的上桥臂晶体管Q₁的基极偏置电阻R₃还可由两个偏置电容替代，并且所述两个偏置电容的接线与所述的偏置电阻R₇和R₃相同。

所述的储能电容C₅两端还跨接有由补偿电阻R₁₂和补偿电阻R₁₃串联的补偿电路。

作为本发明的进一步改进，本发明的正反馈异常保护电路还设有负载单双灯检测控制电路，所述的负载单双灯检测控制电路包括输出电感第二副边绕组T_2C、灯丝限流电容C₇、电流互感器的原边绕组T_3A和副边绕组T_3B、整流二极管D₇和整流二极管D₈、控制三极管Q₄、滤波电阻R₁₄和滤波电容C₈，其特征在于所述的输出电感第二副边绕组T_2C的一端串接灯丝限流电容C₇后至两相串联的灯丝引出端6脚，另一端串接电流互感器的原边绕组T_3A后至两相串联的灯丝引出端5脚；电流互感器的副边绕组T_3B与整流二极管D₇并联后其对应整流二极管D₇阳极的一端接滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈和控制三极管Q₄的发射极后接至DC/AC变换器的第二控制点B；滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈的另一端和控制三极管Q₄的基极相连后接至整流二极管D₈的阴极，整流二极管D₈的阳极与整流二极管D₇的阴极相接；控制三极管Q₄的集电极与补偿电阻R₁₂和R₁₃的公共端相连。

所述的两相串联的灯丝引出端5脚和6脚为两灯管公共端之两相串联灯丝的引出端，并且在负载只接一根荧光灯管时将被悬空。

本发明的技术方案能有效解决现有技术中因为采用降低DC/AC变换器下桥臂晶体管基射间电压方式所带来的关断速度较慢和高温状态下可靠性较差等问题，并在基本不增加线路成本和复杂度情况下，不仅通过快速正反馈技术提高了灯管漏气时的保护性能，而且还扩充了其灯管过电压和整流态等异常保护功能及其单双灯自动补偿功能，从而达到提高可靠性及满足能源之星之要求。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为含有保护电路的一般荧光灯电子镇流器方框图；

图2为现有技术保护电路的电原理图；

图3为本发明保护电路的电原理图；

图4为本发明灯管正常状态时保护信号C点电压波形图；

图5为本发明灯管漏气状态时保护信号C点电压波形图；

图6为本发明灯管过压状态时保护信号C点电压波形图；

图7为本发明灯管整流态时保护信号C点电压波形图；

图8为本发明灯管正常状态时输出电感第一副边绕组T_2B的电压波形图；

图9为本发明灯管漏气状态时输出电感第一副边绕组T_2B的电压波形图；

图10为本发明灯管过压状态时输出电感第一副边绕组T_2B的电压波形图；

图11为本发明灯管整流态时输出电感第一副边绕组T_2B的电压波形图；

图12为本发明部分原理分析图。

具体实施方式

参照图1、2，一般的荧光灯电子镇流器包括整流电路、DC/AC变换器、输出电路和荧光灯管电路，而异常保护电路连接在DC/AC变换器和输出电路之间。现有的异常保护电路其缺陷前面已经描述过了，在此不再赘述。

参见图3，虚框上方为典型的DC/AC变换器电路，右侧为灯管输出电路，虚框内为本发明的正反馈异常保护电路，其中：虚框1内为基本保护电路，虚框2内为负载单双灯检测控制电路。

1、基本保护电路部分

供电电阻R₁的一端接直流电源V_DC，另一端分别与单向可控硅Q₃的阳极、嵌位二极管D₁和嵌位二极管D₄的阴极相连；嵌位二极管D₁的阳极接至DC/AC变换器的A点；输出电感第一副边绕组T_2B的一端分别与偏置电阻R₇的一端、储能电容C₅的负极相连后接至DC/AC变换器的B点，偏置电阻R₇的另一端接地；输出电感第一副边绕组T_2B的另一端接限流电阻R₉的一端，限流电阻R₉的另一端接整流二极管D₆的阳极；整流二极管D₆的阴极分别与嵌位二极管D₄的阳极、储能电容C₅的正极及双向触发二极管D₅的一端相连后共同作为保护信号电压C点；补偿电阻R₁₂与补偿电阻R₁₃串联后与储能电容C₅相并联；双向触发二极管D₅的另一端与限流电阻R₁₀串联后接滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的一端及Q₃的控制端；滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的另一端及单向可控硅Q₃的阴极共同接地。

2，负载单双灯检测控制电路部分

输出电感第二副边绕组T_2C的一端串接灯丝限流电容C₇后至灯丝引出端6脚，另一端串接电流互感器的绕组T_3A后至灯丝引出端5脚；电流互感器的副边绕组T_3B与整流二极管D₇并联后其对应整流二极管D₇阳极的一端接滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈和控制三极管Q₄的发射极后接至DC/AC变换器的B点；滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈的另一端和控制三极管Q₄的基极相连后接至整流二极管D₈的阴极，整流二极管D₈的阳极与整流二极管D₇的阴极相接；控制三极管Q₄的集电极与补偿电阻R₁₂和补偿电阻R₁₃的公共端相连。当负载在接一灯情况时，除所述的5、6脚悬空外，其它所有接线方式维持不变。

本实施例之第一部分是：将来自于输出电感第一副边绕组T_2B的异常信号经过限流电阻R₉限流、整流二极管D₆和储能电容C₅组成的半波整流后，通过偏置电阻R₇对地建立起保护信号电压V_C，然后经由双向触发二极管D₅、限流电阻R₁₀及限流电阻R₁₁、滤波电容C₄组成的滤波网络施加到异常保护执行器件Q₃的控制端；由供电电阻R₁提供给异常保护执行器件Q₃的阳极于电源；嵌位二极管D₄则在当异常发生且异常保护执行器件Q₃触发导通时，迅速将储能电容C₅正极嵌至零电位，于此同时储能电容C₅对下桥臂晶体管Q₂基射极间施加反向电压致使DC/AC变换器停止振荡，从而完成快速正反馈动作。

本实施例之第二部分是：通过输出电感第二副边绕组T_2C、灯丝限流电容C₇、电流传感器绕组T_3A和L_AMP1与L_AMP2两相串联灯丝5脚6脚所组成的回路，来检测单双灯之接线方式；电流传感器副边绕组T_3B在单灯还是双灯两个不同接线情况下产生两个截然不同的电势，经由整流二极管D₇、整流二极管D₈半波整流及滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈滤波后送到控制三极管Q₄的基射极；通过控制控制三极管Q₄的导通与截止去控制并接在储能电容C₅上的两相串联的补偿电阻R₁₂、R₁₃的阻值来完成对保护信号电压的补偿处理。

下面结合图4至图11作进一步说明。

·在荧光灯正常情况下，本发明的正反馈异常保护电路将会在输出电感第一副边绕组T_2B产生一个正常的稳态电压信号(图8)，经过半波整流后的C点保护信号电压(图4)被设定在双向触发二极管D₅的门限电压内，因此单向可控硅Q₃不被触发，电子镇流器保持在正常工作状态；

·当荧光灯管发生漏气或不能激活时，本发明的正反馈异常保护电路将会在输出电感第一副边绕组T_2B快速产生一个比正常电压高的信号(图9)，经过半波整流后的C点保护信号电压(图5)会快速达到双向触发二极管D₅的门限电压，致使单向可控硅Q₃被触发；此时，一方面通过嵌位二极管D₁使A点电势嵌位于零而停止对DC/AC变换器的振荡触发，同时由于嵌位二极管D₄的嵌位作用使充足电势的储能电容C₅的正极嵌位于零而对下桥臂晶体管Q₂的基射极间建立反向电压，从而快速可靠地停止DC/AC变换器振荡和输出，实施异常保护。

·当荧光灯管电子粉出现对称老化或慢漏气时，本发明的正反馈异常保护电路将会在输出电感第一副边绕组T_2B产生一个比正常电压高的信号(图10)，经过半波整流后的C点保护信号电压(图6)会慢慢达到双向触发二极管D₅的门限电压，致使单向可控硅Q₃被触发；此时，一方面通过嵌位二极管D₁使A点电势嵌位于零而停止对DC/AC变换器的振荡触发，同时由于嵌位二极管D₄的嵌位作用使充足电势的储能电容C₅的正极嵌位于零而对下桥臂晶体管Q₂的基射极间建立反向电压，从而快速可靠地停止DC/AC变换器振荡和输出，实现异常保护。

·当荧光灯管出现整流态时，本发明的正反馈异常保护电路将会随着荧光灯整流态加剧在输出电感第一副边绕组T_2B产生一个由低到高的的电压信号(图11)，经过半波整流后的C点保护信号电压(图7)也会慢慢达到双向触发二极管D₅的门限电压，致使单向可控硅Q₃被触发；此时，一方面通过嵌位二极管D₁使A点电势嵌位于零而停止对DC/AC变换器的振荡触发，同时由于嵌位二极管D₄的嵌位作用使充足电势的储能电容C₅的正极嵌位于零而对下桥臂晶体管Q₂的基射极间建立反向电压，从而快速有效地停止DC/AC变换器振荡和输出，完成异常保护。

·当在荧光灯所接单灯还是双灯情况时，所述的负载单双灯检测控制电路将在电流传感器副边绕组T_3B产生不同的电压信号，经过整流和滤波去控制控制三极管Q₄的导通与截止，进而控制并接在储能电容C₅上的电阻阻值来实现单双灯时保护信号电压V_C的一致性。在负载所接两灯情况下，电流传感器副边绕组T_3B会感应输较高电压信号，此时，本发明的设计使控制三极管Q₄处于导通状态，储能电容C₅上等效于并接一个较小阻值的电阻-----R₁₃；当在负载所接一灯情况下，电流传感器副边绕组T_3B因其组成的检测回路开路而没有电压信号，致使控制三极管Q₄处于截止状态，储能电容C₅上等效于并接一个较大阻值的电阻-----R₁₂串联R₁₃。

现结合图12从理论上进一步说明正反馈原理和单双灯识别原理。

设：V_T2B为输出电感第一副边绕组T_2B的峰值电压

t为对储能电容C₅的充电时间

储能电容C₅的电压为V_C5

DC/AC变换器下桥臂晶体管Q₂基极对地电压为V_R7

保护信号电压为V_C

由图12得

^*在荧光灯正常工作情况下，由于V_C被设计在一个小于双向触发二极管D₅门限的电压范围内，因此单向可控硅Q₃不被触发处于截止态。此时的保护信号电压表达式如下：

V_{C} = V_{T 2 B} (1 - e - \frac{t}{R_{9} \times C 5}) (R 12 + R 13 > > R 9) - - - (1)

^*在荧光灯处于漏气、慢漏和整流态状态时，保护信号电压V_C将分为触发建立和保护执行两个阶段。

在开始的触发建立阶段中，由于荧光灯发生异常，输出电感第一副边绕组T_2B端电压会高于正常时的电压，但在此阶段单向可控硅Q₃未被触发，保护信号电压仍将满足于表达式(1)，所不同的是V_T2B变大了；经由输出电感第一副边绕组T_2B、限流电阻R₉、整流二极管D₆、储能电容C₅组成半波整流电路，保护信号电压V_C将随着充电时间t不断上升，直至触发单向可控硅Q3导通，此阶段终止。

保护执行阶段始于单向可控硅Q₃触发后。当荧光灯发生异常时，且触发单向可控硅Q₃后，由于嵌位二极管D₄的作用，立即将C点电压嵌位于零(近似)，同时通过储能电容C₅对下桥臂晶体管Q₂的基极和地之间施加一个反向电压，去停止DC/AC变换器的振荡、从而停止对荧光灯管的输出，实现正反馈异常保护。此时表达式如下：

V_C＝0 (2)

V_R7＝-V_C5 (3)

^*单双灯识别原理正是利用并联在储能电容C₅上电阻阻值的大小作出对保护信号电压自动补偿的。以上所述表达式(1)、(2)、(3)中是在不考虑储能电容C₅放电回路情况下得出的，主要是为了简化分析；我们通过改变并联在储能电容C₅上电阻的阻值，就能根据需要改变储能电容C₅上的充电电压，也即能改变保护信号电压V_C。

本发明是通过单双灯信号电压去控制控制三极管Q₄的导通和截止的，在所接两灯情况下，控制三极管Q₄处于导通状态，储能电容C₅上等效于并接一个较小阻值的电阻-----R₁₃；当在负载所接一灯情况下，控制三极管Q₄处于截止状态，储能电容C₅上等效于并接一个较大阻值的电阻-----R₁₂串联R₁₃，从而实现了单双灯保护信号电压V_C的自动补偿。

综上所述，由于本发明采用了向由双极型晶体管构成的自激式半桥串联谐振电路施加反向电压的正反馈原理，以及采用了单双灯保护信号电压自动补偿原理，构架了一个较为理想的灯管过电流、过电压和整流态等异常快速保护电路模型，不仅克服了现有技术中灯管漏气保护电路的可靠性问题，而且还扩充了其灯管过电压和整流态等异常状态的保护功能及单双灯保护信号电压的自动补偿功能，从而实现了提高可靠性及满足能源之星之目标。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims

1、正反馈异常保护电路，包括输出电感第一副边绕组T_2B，其特征在于所述的输出电感第一副边绕组T_2B通过限流和整流电路、滤波电路连接到异常保护执行器件Q₃的控制端，所述的异常保护执行器件Q₃在灯管发生异常情况时控制DC/AC变换器停止振荡。

2、如权利要求1所述的正反馈异常保护电路，其特征在于该保护电路还包括供电电阻R₁、嵌位二极管D₁和嵌位二极管D₄，所述的限流和整流电路包括限流电阻R₉、整流二极管D₆和储能电容C₅，所述的滤波电路包括双向触发二极管D₅、限流电阻R₁₀、滤波电阻R₁₁和滤波电容C₄，所述的异常保护执行器件Q₃为单向可控硅，并且：所述的供电电阻R₁的一端接直流电源V_DC，另一端分别与单向可控硅Q₃的阳极、嵌位二极管D₁和嵌位二极管D₄的阴极相连；嵌位二极管D₁的阳极接至DC/AC变换器的第一控制点A；输出电感第一副边绕组T_2B的一端与储能电容C₅的负极相连后接至DC/AC变换器的第二控制点B，另一端接限流电阻R₉的一端，限流电阻R₉的另一端接整流二极管D₆的阳极；整流二极管D₆的阴极分别与嵌位二极管D₄的阳极、储能电容C₅的正极及双向触发二极管D₅的一端相连；双向触发二极管D₅的另一端与限流电阻R₁₀串联后接滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的一端及单向可控硅Q₃的控制端；滤波电阻R₁₁、滤波电容C₄的另一端及单向可控硅Q₃的阴极共同接地。

3、如权利要求2所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的双向触发二极管D₅用稳压二极管替代，并且，所述的稳压二极管的阳极接限流电阻R₁₀。

4、如权利要求2或3所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的第一控制点A为DC/AC变换器的整流二极管D₂的阳极，所述的第二控制点B为DC/AC变换器的下桥臂晶体管Q₂的基极。

5、如权利要求4所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的DC/AC变换器的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间还设有偏置电阻R₇。

6、如权利要求5所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的偏置电阻R₇与DC/AC变换器的上桥臂晶体管Q₁的基极偏置电阻R₃等值。

7、如权利要求4所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间还设有偏置二极管，所述的上桥臂晶体管Q₁的基极和发射极电阻R₄之间也设有偏置二极管，并且，所述的两个偏置二极管的阴极分别接DC/AC变换器中下桥臂晶体管Q₂和上桥臂晶体管Q₁的基极。

8、如权利要求4所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的下桥臂晶体管Q₂的基极与地之间还设有偏置电容，所述的上桥臂晶体管Q₁的基极和发射极电阻R₄之间也设有偏置电容，并且所述的两个偏置电容等值。

9、如权利要求2所述的正反馈异常保护电路，其特征在于所述的储能电容C₅两端还跨接有由补偿电阻R₁₂和补偿电阻R₁₃串联的补偿电路。

10、如权利要求9所述的正反馈异常保护电路，其特征在于还设有负载单双灯检测控制电路，所述的负载单双灯检测控制电路包括输出电感第二副边绕组T_2C、灯丝限流电容C₇、电流互感器的原边绕组T_3A和副边绕组T_3B、整流二极管D₇和整流二极管D₈、控制三极管Q₄、滤波电阻R₁₄和滤波电容C₈，其特征在于所述的输出电感第二副边绕组T_2C的一端串接灯丝限流电容C₇后至两相串联的灯丝引出端6脚，另一端串接电流互感器的原边绕组T_3A后至两相串联的灯丝引出端5脚；电流互感器的副边绕组T_3B与整流二极管D₇并联后其对应整流二极管D₇阳极的一端接滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈和控制三极管Q₄的发射极后接至DC/AC变换器的第二控制点B；滤波电阻R₁₄、滤波电容C₈的另一端和控制三极管Q₄的基极相连后接至整流二极管D₈的阴极，整流二极管D₈的阳极与整流二极管D₇的阴极相接；控制三极管Q₄的集电极与补偿电阻R₁₂和R₁₃的公共端相连。

11、如权利要求10所述两相串联的灯丝引出端5脚和6脚为两灯管公共端之两相串联灯丝的引出端，并且在接一根灯管时被悬空。