CN1910966A - 具有多斜率电流反馈的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

一种电子镇流器，它包括多斜率电流反馈电路，多斜率电流反馈电路包含：响应于灯电流并产生调节后的灯电流信号(150)电流响应电路(138)，和接收调节后的灯电流信号(150)和理想的灯电流信号(146)以产生灯电流误差信号(148)的误差电路(134)。电流响应电路(138)当灯电流位于低灯电流范围内时具有第一响应，而当灯电流在高灯电流范围内时具有第二响应，调节后的灯电流信号(150)在低、高灯电流范围之间连续。电流响应电路(138)可以包含斜率改变电路(242)、半波整流器(244)和平均电路(246)。微处理器可以响应于调节后的灯电流信号(150)，并产生理想的灯电流信号(146)。

Description

具有多斜率电流反馈的电子镇流器

本发明涉及用于气体放电灯的电子镇流器，尤其涉及用于改进调光控制且具有多斜率电流反馈的电子镇流器。

气体放电灯，如荧光灯，需要采用镇流器来限制灯电流。由于电子镇流器具有诸多的优点，电子镇流器已日益普及。电子镇流器在磁性镇流系统中具有更高的效率，高达15％至20％。电子镇流器生热较少，因而减少了建筑物的冷却负荷，并且工作起来可以更安静，而无“嗡嗡声”。另外，电子镇流器提供了更灵活的设计和控制。

电子镇流器必须采用不同的供电电压、不同类型灯和不同数量的灯来工作。世界各地的供电电压各不相同，并且根据电网的不同，某一地方的供电电压也不同。不同类型的灯可以具有相同的物理尺寸，因而不同类型的灯可以用在某一固定装置中，但电气性能却不同。电子镇流器可以为一盏、两盏或更多盏灯工作。在各种条件下，电子镇流器必须可靠并且有效地工作。

一个特定的挑战是在暗光灯所采用的低电流下提供灯电流控制。调光镇流器必须在大范围内(通常为从全暗到全亮的5到280mA)控制灯电流。这一挑战是在整个范围内提供控制的同时在低灯电流范围的低端提供精细控制。因为由于在低亮度级使用者对亮度差的感觉最为敏感，所以低灯电流范围内光输出的不规则性、误差或不连贯性很容易被用户所觉察并困扰用户。

目前，电子镇流器采用变流器来检测灯电流，并提供检测到的电流信号。在一种结构中，微处理器产生所希望的电流信号，将其与检测到的电流信号进行比较，以产生电流误差信号。接着，采用电流误差信号来调节电子镇流器的工作点。这种结构的一个问题是微处理器的输出被限制在供电电压(通常为5伏)。这就限制了设计者的选择。如果设计者利用微处理器的整个电压范围而使电流控制在整个调光范围内，那么在低亮度级分辩率就会很差。如果设计者提高低亮度级的分辩率以提高可见调光性能，则不可能实现全亮输出。

尝试解决这一问题的一种方法是接通或者断开电流检测电阻器，用以调节检测到的电流信号。这一方法有局限性，是因为从一个电流检测电阻器切换到另一个电流检测电阻器时，光输出是不连续的，也就是说，每当电路内接入一个新的电流检测电阻器时，光输出就会发生跳跃或跌落。由于电流检测电阻器的值是离散的，因此需要采用复杂的电路来平滑这种不连续过渡。当前结构或者运行较差，或者需要添加复杂、昂贵的电路。

人们希望有一种能够克服上述缺陷的采用多斜率电流反馈的电子镇流器。

本发明的一个方面是提供一种采用多斜率电流反馈的电子镇流器，以在整个光输出范围内提供光输出控制。

本发明的另一个方面是提供一种采用多斜率电流反馈的电子镇流器，以提供平滑、连续的光输出控制。

本发明的另一个方面是提供一种采用多斜率电流反馈的电子镇流器，它采用一种简单、价廉的电路。

读者在参照附图阅读了本发明优选实施例的详细描述后，将会进一步清楚地了解本发明的上述以及其它特征和优点。详细描述和附图仅是用来解释本发明，而不限制由所附权利要求书及其等同物所限定的本发明的范围。

下面参照附图解释本发明的各种实施例，其中：

图1是根据本发明做出的、具有多斜率电流反馈的电子镇流器的框图；

图2-4是根据本发明做出的、具有多斜率电流反馈的电子镇流器的示意图；

图5是根据本发明做出的、具有多斜率电流反馈的电子镇流器的响应曲线图；以及

图6是根据本发明做出的电子镇流器的多斜率电流反馈的方法的流程图。

图1是根据本发明做出的、采用灯形判断的电子镇流器的框图。电子镇流器100由AC/DC(交流/直流)转换器122、半桥124、谐振电路126、微处理器128、整流脉宽调制器(PWM)130、高压(HV)驱动器132、误差电路134和电流响应电路138组成。AC/DC转换器122接收市电电源电压120，而谐振电路126向灯136提供电力。

市电电源电压120是提供到电子镇流器100的交流线路电压，如120V、127V、220V、230V或277V。在AC/DC转换器122处接收市电电源电压120。AC/DC转换器122将交流市电电源电压120转换成直流电压140，并提供给半桥124。AC/DC转换器122通常包括一个EMI滤波器和一个整流器(未示出)。AC/DC转换器122还可包括一个升压电路，以增大直流电压，如从180V增大到470V。半桥124将直流电压140转换成高频交流电压142。谐振电路126向灯136提供交流电压。高频交流电压通常具有在25到60kHz范围内的频率。

微处理器128控制电子镇流器100的运行。微处理器128存储和操作编程的指令，并从整个电子镇流器100检测参数，以确定理想的工作点。例如，微处理器128根据灯是处于预热、放电还是运行模式或者是没有灯存在而将交流电压设置成不同的频率。微处理器128可以控制AC/DC转换器122的功率转换和输出的电压。微处理器128还可以通过整流PWM130和HV驱动器132控制半桥124的频率和占空比，来控制来自谐振电路126的交流电压的电压和频率。误差电路134将检测到的灯电流144与理想的灯电流146比较，并将灯电流误差信号148提供给整流PWM130，以调节通过整流PWM130和HV驱动器132的灯电流。

如图1所示，当灯电流较小时，电流响应电路138具有第一响应，而当灯电流较大时具有第二响应。电路响应是用于给定电路输入的电路输出。电流响应电路138接收高频(HF)检测灯电流信号144，并产生提供给误差电路134和微处理器128的调节后的灯电流信号150。误差电路134比较调节后的灯电流信号150和来自微处理器128的理想的电流信号146，并将灯电流误差信号148提供给整流PWM130，用于调节通过整流PWM130和HV驱动器132的灯电流。当HF检测灯电流信号处于它的工作范围的较低端时，电流响应电路138作出更多的响应。当电子镇流器工作在低灯电流范围内时，这将提供精细控制。

图2-4是根据本发明做出的、具有多斜率电流反馈的电子镇流器的示意图。图4是电流响应电路的详细示意图。

参照图2，采用AC/DC转换器(未示出)向跨接在高电压线路200和公共线路202上的谐振半桥提供直流电。晶体管Q2和Q3串联连接在高电压线路200和公共线路202之间，形成半桥电路。图3中示出的HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3，以使其交替导通。电感L5和电容器C33形成谐振电路，并使晶体管Q2和Q3之间结点处的输出平滑成正弦波形。为了用于单个灯，灯206的第一灯丝204连接在端子T1和T2之间，而第二灯丝208则连接在端子T5和T6之间。当有两盏灯使用该电子镇流器时，第一盏灯的一个灯丝连接在端子T1和T2之间，而第二盏灯的一个灯丝则连接在端子T5和T6之间。其它的灯丝(每一盏灯一个灯丝)串联或并联连接在端子T3和T4之间。

参见图3，微处理器U2用来从电子镇流器的内、外部接收输入，并控制镇流器操作。微处理器U2确定理想的灯工作频率，并设置驱动HV驱动器U4的整流PWM U3的振荡器频率。HV驱动器U4驱动晶体管Q2和Q3。

在一种实施例中，微处理器U2可以是STMicroelectronics的ST7LITE2，整流PWM U3可以是National Semiconductor的LM3524D，而HV驱动器U4可以是STMicroelectronics的L6387。本领域中的普通技术人员能够理解，可以选择特定的元件和电路而非在此所描述的示例性元件和电路以实现理想的结果。

参照图2，电流响应电路240检测电容器C37处的高频(HF)灯电流。电流响应电路240在线路210上向微处理器U2以及通过电阻器R64向误差电路的误差运算放大器U6B提供调节后的灯电流信号。微处理器U2根据输入和理想的工作条件产生理想的灯电流信号，并沿线路212向误差运算放大器U6B返回理想的灯电流信号。误差运算放大器U6B比较调节后的灯电流信号和理想的灯电流信号，用以在线路214上产生灯电流误差信号，将该灯电流误差信号提供给整流PWMU3。响应该灯电流误差信号，整流PWMU3调节输出脉冲宽度，通过采用HV驱动器U4而使晶体管Q2和Q3循环来调节灯电流。当检测到的灯电流信号等于误差运算放大器U6B处的理想的灯电流信号时，灯电流误差信号将为零输出，电子镇流器将处于稳态模式。

电子镇流器在预热、放电和运行模式下工作。预热模式向灯丝提供预热序列，以引起热辐射，并通过灯提供电路径。放电模式施加高电压，以使灯点燃。运行模式则控制流过点燃后的灯的电流。

参照图4所示，电流响应电路240包含斜率改变电路242、半波整流器244和平均电路246。斜率改变电路242从电容器C37接收高频(HF)灯电流信号，并在电阻器R58处向半波整流器244提供改变后的灯电流信号。半波整流器244向平均电路246提供整流的灯电流信号，平均电路246在线路210上向微处理器U2提供调节后的灯电流信号以及在电阻器R64处向误差电路248的误差运算放大器U6B提供调节后的灯电流信号。误差运算放大器U6B将调节后的灯电流信号与来自微处理器U2在线路212上的理想的灯电流信号进行比较，以在线路214上产生灯电流误差信号。

斜率改变电路242由电阻器R74和二极管D21组成的并联电路和由电阻R69和R57组成的并联电路串联在电容器C37和公共线路202之间组成。二极管D19连接在电容器C37和公共线路202之间。所连接的二极管D19，用以向电阻器R58提供改变后的灯电流信号。在一种实施例中，二极管D19是肖特基(Schottky)二极管。

半波整流器244由电流运算放大器U6A和高感抗超快速双二极管D18组成，由电阻器R60和R58控制增益。平均电路246由电阻器R62和电容器C38组成的并联电路与电阻器R61串联而组成，该平均电路用来对来自半波整流器244的整流灯电流信号进行取平均。

工作时，斜率改变电路242根据灯电流周期部分和灯电流的幅度而提供不同的改变后的灯电流信号。在正电流周期部分，改变后的灯电流信号有效为零。在负电流周期部分，灯斜率改变电路242的响应取决于灯电流的幅度。

斜率改变电路242检测电容器C37处的灯电流。在正电流周期部分，电流从电容器C37通过二极管D19流入公共线路202。由于二极管D19两端的正向电压降较小，正电流周期部分期间进入电阻器R58的改变后的灯电流信号近似为零。二极管D19两端的小正向电压降也使电阻器R74、R69和R57中的功耗为最小。

在负电流周期部分期间，二极管D19断开，电流从公共线路202通过并联电阻R69和R57流出，以在电阻R58处向半波整流器244提供负电压。该负电压是灯电流的函数。当电子镇流器工作在较低的灯电流范围内时，二极管D21在其阈值电压以下工作，并且来自并联电阻R69和R57的电流主要流过电阻R74。这就提供了足够大的改变后的灯电流信号，用以在很低的调光级下调节灯电流。当电子镇流器工作在高灯电流范围内时，二极管D21工作在其阈值电压以上，并且来自并联电阻R69和R57的电流主要流过二极管D21。在一种实施例中，二极管D21的阈值电压出现在灯电流的峰值约为12mA的时候。二极管D21两端的小正向电压降，如0.65V，限制了电阻R74内的功耗。当来自并联电阻R69和R57的电流随着灯电流的增大而在电阻R74和二极管D21之间切换时，斜率改变电路242在低灯电流范围和高灯电流范围之间进行平滑、连续的过渡。

图5是根据本发明做出的采用多斜率电流反馈的电子镇流器的响应曲线图。提供至误差电路的调节后的灯电流信号的曲线是按照灯电流的函数画出的。

连续响应曲线260在低灯电流范围内具有第一响应曲线262，而在高灯电流范围内具有第二响应曲线264。第一响应曲线262的斜率典型地大于第二响应曲线264的斜率，以向低灯电流范围内的小灯电流提供较大的调节后的灯电流信号。斜率表示电路的响应，即，给定输入的输出。第一响应曲线262和第二响应曲线264之间的平滑、连续的过渡出现在点A处。点B典型地对应于100％灯电流处的全灯输出。本领域中的普通技术人员知道，图5中所示的连续响应曲线是示例性的，并且可以采用各种变异来实现特定的结果。在一种实施例中，第一、第二响应曲线可以是一条简单曲线，也可以是复杂曲线，而非线性的。在另一种实施例中，连续响应曲线可以由非第一、第二响应曲线的更多条曲线组成。

图6是根据本发明做出的电子镇流器的多斜率电流反馈方法的流程图。本例中，多斜率连续响应曲线是双斜率曲线。

在270处，从高频(HF)灯电流产生检测到的灯电流信号，在272处沿连续响应曲线从检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号，并将调节后的灯电流信号与理想的灯电流信号比较，以在274处产生灯电流误差信号。该连续响应曲线具有第一响应曲线和第二响应曲线。当检测到的灯电流信号位于低灯电流范围内时，沿第一响应曲线产生调节后的灯电流信号，而当检测到的灯电流信号位于高灯电流范围内时，沿第二响应曲线产生调节后的灯电流信号。

在一种实施例中，沿连续响应曲线从检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号包括：从检测到的灯电流信号产生改变的灯电流信号、对改变后的灯电流信号进行整流以产生整流灯电流信号，以及对整流灯电流信号取平均以产生调节后的灯电流信号。在另一种实施例中，理想的灯电流信号是从调节后的灯电流信号中产生的，如通过向微处理器提供调节后的灯电流信号，以及在微处理器中生成理想的灯电流信号。

尽管本文中对本发明实施例的描述是优选的，但在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以有各种变更和修改。本发明的范围如权利要求书中所述，并且所有的落在等同物含义及其范围内的变更都涵盖在内。

Claims (20)

1.一种用于电子镇流器的多斜率电流反馈的方法，包含：

从高频灯(HF)电流产生检测到的灯电流信号270；

沿连续响应曲线从检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号272，所述连续响应曲线具有第一响应曲线和第二响应曲线，当所述检测到的灯电流信号在第一范围内时沿所述第一响应曲线产生调节后的灯电流信号，而当所述检测到的灯电流信号位于第二范围内时沿所述第二响应曲线产生调节后的灯电流信号；以及

将所述调节后的灯电流信号与理想的灯电流信号比较以产生灯电流误差信号274。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沿连续响应曲线从所述检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号272，包含：

从检测到的灯电流信号产生改变的灯电流信号；

对改变后的灯电流信号进行整流以产生整流灯电流信号；以及

对整流灯电流信号取平均，以产生调节后的灯电流信号。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述检测到的灯电流信号具有正周期部分和负周期部分，而从所述检测到的灯电流信号中产生改变的灯电流信号，包含：

将用于正周期部分的改变的灯电流信号置零；

当所述检测到的灯电流信号低于阈值时，在对所述负周期部分的第一响应处，将所述检测到的灯电流转换成改变的灯电流信号；以及

当所述检测到的灯电流信号高于所述阈值时，在对所述负周期部分的第二响应处，将所述检测到的灯电流转换成改变的灯电流信号。

4.如权利要求1所述的方法，还包含从调节后的灯电流信号产生理想的灯电流信号。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，从所述调节后的灯电流信号产生理想的灯电流信号，包含：向微处理器提供调节后的灯电流信号，以及在所述微处理器中产生理想的灯电流信号。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一响应曲线比所述第二响应曲线具有更大的斜率。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一响应曲线是从由线段、简单曲线和复杂曲线组成的一组曲线中选择出来的。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二响应曲线是从由线段、简单曲线和复杂曲线组成的一组曲线中选择出来的。

9.一种用于电子镇流器的多斜率电流反馈的系统，包含：

从高频(HF)灯电流产生检测到的灯电流信号的装置；

沿一连续响应曲线从检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号的装置，所述连续响应曲线具有第一响应曲线和第二响应曲线，当所述检测到的灯电流信号是在第一范围内时，所述调节后的灯电流信号是沿所述第一响应曲线产生的，而当所述检测到的灯电流信号是在第二范围内时，所述调节后的灯电流信号是沿所述第二响应曲线产生的；以及

将所述调节后的灯电流信号与理想的灯电流信号比较以产生灯电流误差信号的装置。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，沿一连续响应曲线从所述检测到的灯电流信号产生调节后的灯电流信号的装置，包含：

从所述检测到的灯电流信号产生改变后的灯电流信号的装置；

对改变后的灯电流信号进行整流以产生整流灯电流信号的装置；以及

对整流灯电流信号取平均以产生所述调节后的灯电流信号的装置。

11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，所述检测到的灯电流信号有一个正周期部分和一个负周期部分，并且从所述检测到的灯电流信号产生改变的灯电流信号的装置，包含：

将用于所述正周期部分的所述改变的灯电流信号置零的装置；

当所述检测到的灯电流信号低于阈值时在所述负周期部分的第一响应处将所述检测到的灯电流变换成改变后的灯电流信号的装置；以及

当所述检测到的灯电流信号高于所述阈值时在所述负周期部分的第二响应处将所述检测到的灯电流变换成改变后的灯电流信号的装置。

12.如权利要求9所述的系统，还包含从所述调节后的灯电流信号产生所述希望的灯电流信号的装置。

13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一响应曲线比所述第二响应曲线具有更大的斜率。

14.一种用于电子镇流器且在镇流器输出处提供灯电流的多斜率电流反馈电路，所述电路包含：

响应于所述灯电流并产生调节后的灯电流信号150的电流响应电路138；以及

接收所述调节后的灯电流信号150和理想的灯电流信号146的误差电路134，所述误差电路134产生灯电流误差信号148；

其中，当所述灯电流位于第一范围内时所述电流响应电路138具有第一响应，而当所述灯电流位于第二范围内时所述电流响应电路138具有第二响应，所述调节后的灯电流信号150在所述第一范围和所述第二范围内是连续的。

15.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述电流响应电路138包含：

响应于所述灯电流并产生改变后的灯电流信号的斜率改变电路242；

响应于所述改变的灯电流信号并产生整流灯电流信号的半波整流器244；以及

响应于所述整流灯电流信号并产生调节后的灯电流信号的平均电路246。

16.如权利要求15所述的电路，其特征在于，所述斜率改变电路242，包含：

由第一电阻器R74和第一二极管D21构成的并联电路；

由所述并联电路和第二电阻器R69、R57构成的串联电路，其连接在所述镇流器输出和一公共线路202之间；

连接在所述镇流器输出和所述公共线路202之间的第二二极管D19；以及

连接在镇流器输出和所述第二二极管D19之间用于改变后的灯电流信号的输出。

17.如权利要求16所述的电路，其特征在于，所述第二二极管D19是肖特基二极管。

18.如权利要求16所述的电路，其特征在于，所述第一二极管D21在所述第一范围内的阈值电压以下工作。

19.如权利要求14所述的电路，还包含微处理器，其响应于所述调节后的灯电流信号150并产生理想的灯电流信号146。

20.如权利要求14所述的电路，其特征在于，所述第一响应大于所述第二响应。

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