CN204014234U - 驱动灯的镇流器和用于灯镇流器的启动控制电路 - Google Patents

Abstract

一驱动灯的镇流器，其包括：一谐振电路，其包括耦合至至少一个灯的高频总线；一逆变电路，其用于生成谐振电路的波形输入；一控制电路，其输出一控制电压至逆变电路并包括一三极管，该三极管在镇流器的启动初始阶段处于第一状态，控制电路输出第一控制电压以使得高频总线的电压上升至大于稳态电压的一高电压；经过一段时间后三极管过渡到第二状态，控制电路输出第二控制电压使得高频总线的电压下降至稳态电压。该镇流器可以同时驱动多个灯并可确保安装在离镇流器较远的灯有效点亮。

Description

驱动灯的镇流器和用于灯镇流器的启动控制电路

技术领域

本发明涉及一种灯镇流器，尤其涉及用于点亮多个并联的荧光灯、霓虹灯或者高强度放电灯(HID)的电子镇流器。

背景技术

镇流器是被用来提供功率给如荧光灯的负载并且调节提供给该负载的电流的电子设备。镇流器通过为要维持和增长的电弧离子化充足的等离子体(气体)来提供高压以启动灯。一旦电弧被建立，镇流器就通过提供适当的受控电流给灯来允许灯连续操作。

镇流器包括传统的电感镇流器和市场主流的电子镇流器。典型地，电子镇流器将工频交流电源整流成直流电源并适当地调节之后，由逆变器将直流电源转换成交流电源供给至荧光灯。逆变器包括一对串联连接的功率半导体开关(如MOSFET)，其被驱动栅极控制电路控制为“导通”或“截止”。

在驱动并联的多个荧光灯场合，一种方法是逆变器的输出连接至一产生高频总线的谐振电路，各荧光灯分别经镇流电容连接至高频总线。但由于寄生电容的影响，在点亮过程中，距离镇流器较近的荧光灯点亮后，高频总线上的电压便开始下降，会导致在远处的荧光灯无法点亮的情形。

本发明创作旨在提供一种新的镇流器，以其克服了上述问题和其它问题。

发明内容

以下是对本发明创造做简要概述，旨在简要描述本发明创造的一些方面，而非对本发明创造的全面描述，更非用于明确本发明创造的重要特征及限定本发明创造的权利范围。本概述的唯一目的在于简要描述本发明创造的基本概念，详细设计在后续部分进行描述。

根据一实施方式，本发明创造提供一驱动灯的镇流器，其包括：一谐振电路，其包括耦合至至少一个灯的高频总线；一逆变电路，其用于生成谐振电路的波形输入；一控制电路，其输出一控制电压至逆变电路；控制电路包括一三极管，该三极管在镇流器的启动初始阶段处于第一状态，控制电路输出第一控制电压以使得高频总线的电压上升至大于稳态电压的一高电压；经过一段时间后三极管过渡到第二状态，控制电路输出第二控制电压使得高频总线的电压下降至稳态电压。

根据另一实施方式，本发明创造提供一驱动灯的镇流器，其包括：一谐振电路，其包括耦合至至少一个灯的高频总线；一逆变电路，其用于生成谐振电路的波形输入；一控制电路，其包括一功率半导体开关，其漏极与源极两端输出耦合至逆变电路的控制电压；控制电路还包括一开关电路，该开关电路在镇流器的启动初始阶段处于第一状态，控制电路输出第一控制电压以使得高频总线的电压上升至大于稳态电压的一高电压；经过一段时间后开关电路过渡到第二状态，控制电路输出第二控制电压使得高频总线的电压下降至稳态电压。

根据另一实施方式，本发明创造提供一种用于灯镇流器的启动控制电路，其包括：一功率半导体开关，其栅极连接至一灯镇流器的高频总线以获取电压；一钳位电路，其连接至功率半导体开关的漏极与源极；一全桥整流器，并联至钳位电路；一电感器，其连接至全桥整流器的输出端以输出一控制电压；还包括一开关电路，在开关电路处于第一状态时，启动控制电路输出第一控制电压，经过一段时间后开关电路过渡到第二状态，启动控制电路输出第二控制电压。

本发明创造通过三极管或开关电路的状态变化来改变控制电路输出电压，能有效地驱动多个灯，并能确保安装在距镇流器较远的灯点亮。

附图说明

以下结合附图对本发明创造的实施方式进行描述，在附图中：

图1是本发明创造的镇流器的电路图。

图2是图1所示镇流器的控制电路。

具体实施方式

参照图1，镇流器电路100包括逆变器电路1、谐振电路5、第一箝位电路7及控制电路8。直流电压经从正极电压端子104延伸的电压导体102和连接到地或公共端子108的公共导体106供应到逆变器电路1，公共导体106 设有一标记为“-B”的节点。谐振电路5形成一高频总线50，高频总线50连接到标记为“+B”的节点，该节点也连接至控制电路8。第一、第二、...第n个灯60a,60b...60h的一端分别经第一、第二、...、第n个镇流电容器62a,62b...62h并联地耦合到高频总线50，各灯60a,60b...60h的另一端共同藉由一隔直电容器66连接至公共导体106。每个灯60a,60b...60h的两端具有相应的灯连接器64以方便安装及更换。镇流器电路100也包括将工频交流电源变换成直流电的整流器电路，为简洁而未在图中示意。

逆变器电路1包括第一开关电路2与第二开关电路4，第一开关电路2与第二开关电路4形成第一节点1a并协同工作产生方波，以激励连接至该第一节点1a的谐振电路5。

第一开关电路2包括第一功率半导体开关20、第一栅极控制线22、第一门驱动电路26及第一双向电压箝位器24。第一栅极控制线22自第一功率半导体开关20的栅极延伸并包括电阻222。第一门驱动电路26连接至第一功率半导体开关20，其包括串联的第一驱动电感260及第一次级电感262，该第一次级电感262经串联的电容器264连接至第一栅极控制线22。第一双向电压箝位器24并联连接到第一次级电感器262，该双向电压箝位器76包括一对背对背齐纳二极管，其用来将第一功率半导体开关20的栅源电压箝位到由背对背齐纳二极管的额定电压确定的相应的限值。第一栅极控制线22、第一门驱动电路26及第一双向电压箝位器24的一端连接在一起形成第二节点1b，该第二节点1b串联一电阻32后连接至电压导体102，该第二节点1b也串联另一电阻34后连接至公共导体106。

第二开关电路4与第一开关电路2结构类似，其包括第二功率半导体开关40、第二栅极控制线42、第二门驱动电路46及第二双向电压箝位器44。第二栅极控制线42自第二功率半导体开关40的栅极延伸并包括电阻422。第二门驱动电路46连接至第二功率半导体开关40，其包括串联的第二驱动电感460及第二次级电感462，该第二次级电感462经串联的电容器464与电阻466连接至第二栅极控制线42。第二双向电压箝位器44并联连接到第二次级电感器462，该双向电压箝位器44包括一对背对背齐纳二极管，其用来将第二功率半导体开关40的栅源电压箝位到由背对背齐纳二极管的额定电压确定的相应的限值。第二开关电路4还包括与第二功率半导体开关40并联的电阻器36与电容38。

第一功率半导体开关20和第二功率半导体开关40可以为串联连接在电压导体102和公共导体106之间的两个n沟道MOSFET器件(如所示)，也可以是两个p沟道MOSFET器件。

第一门驱动电路26与第二门驱动电路46用于分别控制第一功率半导体开关20与第二功率半导体开关40的操作。更具体的说，门驱动电路26和46在第一个半个周期维持第一功率半导体开关20“导通”，而在第二个半个周期维持第二功率半导体开关40“导通”。方波在节点1a产生，并且被用来激励谐振电路5。

第一驱动电感器260和第二驱动电感器460为相互耦合到谐振电感器52的次级线圈，以在驱动电感器260和460中感应与谐振电路5中的电流的瞬时变化率成比例的电压。

第一和第二双向电压箝位器24、44分别与各自的第一和第二次级电感器262、462协同工作，使得跨接谐振电路5的电压的基频分量和谐振电感器52中的交流电流之间的相位角度在灯的点亮期间接近零。

第一节点1a和公共导体106之间连接的电容38，该电容器38充当缓冲电容器以允许第一功率半导体开关20、第二功率半导体开关40在其漏源极两端电压为零时关闭和打开。

谐振电路5形成一高频总线50，该谐振电路5包括谐振电感器52和等效谐振电容，该等效谐振电容包括第一电容器54、第二电容器56和第三电容器58的等效电容和镇流电容器62a,62b,...62h。该镇流电容器62a,62b,...62h还可以防止直流电流流过灯60a,60b...60h。

串联的电阻32、34与连接在第一节点1a与公共导体106之间的电阻36协同工作，用于启动栅极驱动电路26，46的谐振再生操作。在启动过程中，电容器264经由电阻32、34、36从正极电压端子104充电，电阻466对电容器464进行分流以延缓电容器464充电，从而阻止第一功率半导体开关20及第二功率半导体开关40在最初阶段同时导通。电容器264两端的初始电压为零，并且由于电容器264的充电时间常数较大，在启动过程中，串联的第一驱动电感260与第一次级电感器262基本上充当短路。当电容器264充电到第一功率半导体开关20的栅极到源极电压的阀值电压(例如2-3伏)时，第一功率半导体开关20开启，这导致小的偏流流过第一功率半导体开关20。结果的电流在公共漏极的A类放大器配置中偏置第一功率半导体开关20。这产 生足够增益的放大器，使得谐振电路5和第一门驱动电路26的组合产生再生动作，这使逆变器电路1开始进入在包括电容器264和第一次级电感器262的网络268的谐振频率附近振荡。生成的频率高于谐振电路5的谐振频率，这允许逆变器电路1在高于谐振电路5的谐振频率可操作。这产生了滞后在公共节点1a产生的电压的基波的谐振电流，从而允许在点燃灯之前逆变器电路1在软开关模式中操作。因此逆变器电路1在线性模式中开始操作，并且过渡到开关D类模式中，随后，随着电流通过谐振电路5增加时，高频总线50的电压增加以点亮灯，同时通过点燃来维持软开关模式，并进入灯的电弧模式。

在镇流器电路100的稳态操作期间，公共节点1a处的电压是方波，接近正极电压端子104的电压的一半。曾经施加在电容器264上的偏压降低。工作频率使得包括电容器264和第一次级电感器262的第一网络268和包括电容器464和电感器462的第二网络468等效地呈电感性，亦即工作频率高于第一网络268和第二网络468的相同的谐振频率。这导致门电路产生适当的相移，以使得流过谐振电感器52的电流滞后在公共节点52产生的电压的基本频率。因此，逆变器电路1的软开关在稳态操作期间得以维持。

继续参照图1，第一箝位电路7包括串联连接的箝位二极管72和74，逆变器电路1的输出电压由第一箝位电路7进行箝位，以限制用于启动灯60a,60b...60h的高电压。每个箝位二极管72和74分别跨接相关联的第二电容器56和第三电容器58。在灯点亮之前，因为每个灯60a,60b...60h的阻抗被看作非常高的阻抗，所以灯的电路视为开路。谐振电路5由电容器54、56、58和谐振电感器52组成，并且在谐振频率附近被驱动。随着在公共节点1a的输出电压增加，箝位二极管72、74开始箝位，防止跨接第二和第三电容器56、58的电压改变极性，并且将输出电压限制到不引起逆变器电路1过热的值。当灯点亮时，阻抗快速下降。电容器62a,62b…62h和66成为谐振电路5的附加组件，灯60a,60b...60h的电弧电阻也加载至谐振电路5。在公共节点1a的电压相应下降，亦即高频总线50上的电压降低至稳态电压。箝位二极管72、74停止对第二和第三电容器48、50进行箝位，并且镇流器6进入稳态工作。此时谐振又被电容器62a,62b,...62h、54、56、58和谐振电感器52控制。由于电容器66选择为比其它电容器62a,62b,...62h的电容值高很多器件，电容器66对谐振电路5的贡献较小。

按照如上所述的方式，逆变器电路1在维持开关20和40的软开关条件的同时，在公共节点52提供高频总线50。

参照图1与图2，控制电路8包括第三次级线圈80、一连接电路81、全波整流器82、第二钳位电路84、第三功率半导体开关86与开关电路88。连接电路81包括电容810、二极管812、齐纳二极管814、电阻816及电容818，该连接电路81硬线连接至高频总线50的节点+B以获取电压，其在镇流器电路100启动或稳态操作时将高频总线50上的电压变化反馈给控制电路8。第三次级线圈80连接至全波整流器82的输出端并且耦合至第一次级电感262及第二次级电感462。第二钳位电路84的并联至全波整流器82并包括第一齐纳二极管84a和第二齐纳二极管84b。第三功率半导体开关86的漏极与源极连接至第二钳位电路84，其漏源极两端电压经第二钳位电路84限制后由全波整流器82进行调节，然后藉由由第三次级线圈80输出一控制电压至逆变器电路1。第三功率半导体开关86的漏极与栅极之间连接有一电阻862与电容864串联的支路，第三功率半导体开关86的栅极与源极之间并联有开关电路88。该开关电路88包括并联连接的三极管880、一电阻881与电容882串联的支路、一电阻884与电容885串联的支路及一电阻886支路。三极管880的集电极串联一电阻883后与其他支路并联，三极管880的基极连接至电阻881与电容882间的节点C，三极管880的发射极连接至电阻884与电容885间的节点D。第三功率半导体开关86的源极与开关电路88的一端也连接至节点-B以接地。

通常，在启动镇流器的瞬间，灯初始期间处于辉光阶段，灯两端电极的电压较高，例如，300V。灯中流动的电流一般情况下低于运行电流，例如，40或50mA而不是180mA。电极变热，并且变成热离子的。一旦电极变成热离子的，电极便将电子发射到等离子体中，并且灯点燃。

在本实施方式中，在灯60a,60b...60h的辉光阶段，藉由第三次级线圈80输出的控制电压增加以允许更多的辉光功率。在灯已启动后，电压能折回以允许额定的稳态电流流动。此功能由开关电路88来实现。

具体地，在辉光阶段，电容882两端的初始电压为零，三极管880藉由电阻884、816连接至高频总线50获取电压而处于第一状态即导通状态。三极管880发射极与集电极分别连接的电阻884与电阻883串联后并联至电阻866从而形成一分压电阻，该分压电阻与电阻816串联后连接至高频总线50， 该分压电阻两端的分压为一电压值相对低的第一分压，亦即第三功率半导体开关86的栅源极两端为电压值相对低的第一栅源电压，相应地第三功率半导体开关86的漏源极之间为电压值相对高的第一漏源电压。该第一漏源电压经第二钳位电路84限制和全波整流器82调节后藉由第三次级线圈80耦合至第一次级电感262及第二次级电感462，亦即控制电路8输出一电压值较高的第一控制电压至逆变器电路1。逆变器电路1的第一网络268与第二网络468，谐振电压增加并谐振频率降低，相应地在第一节点1a的输出电压上升且频率降低，从而高频总线50维持在高于其稳态电压的高电压，以允许连接到高频总线50上的灯60a,60b...60h点亮。经过一段启动时间后，电容882两端的充电后的电压升高，从而导致三极管880处于第二状态即关断状态，此时分压电阻由电阻866构成，该分压电阻两端的分压增加即为一电压值相对较高的第二分压，亦即第三功率半导体开关86的栅源极两端电压为一电压值相对较高的第二栅源电压，相应地第三功率半导体开关86的漏源极之间为一电压值相对较低的第二漏源电压，控制电路8输出一电压值较低的第二控制电压至逆变器电路1，逆变器电路1在第一节点1a的输出电压降低且频率上升，从而将高频总线50上的电压降低至并维持在其稳态电压。

在本实施方式中，启动时间可以通过选用特定参数的电阻881、电容882及电阻883、884、885的进行设定，该启动时间可以在多个灯并联的场合确保离镇流器较远的灯点亮。控制电路8的输出电压可以通过选用特定参数的电阻883、884、885来进行设定，从而保证高频总线50的电压足够点亮灯。

另外，由于第三次级线圈80共同耦合至第一次级电感262及第二次级电感462，第二钳位电路84可同时对第一门驱动电路26与第二门驱动电路46进行钳位，因而，在其他实施例中(未图示)可以有选择地省略第一与第二双向电压箝位器24和44。

在本实施方式中，开关电路88的三极管880选用一PNP型号信号三极管，在其他实施方式中，该三极管880也可以为场效应管等功率三极管器件。

以上结合示例的实施方式对本发明创造进行了描述，他人在阅读上述描述后会产生诸多变更设计或者替代设计。然而示例的实施方式所代表的诸多特征旨在包括所有变更设计或者替代设计并且在权利要求限定的范围内。

Claims (15)

1.一驱动灯的镇流器，其特征在于其包括：

一谐振电路，其包括耦合至至少一个灯的高频总线；

一逆变电路，其用于生成所述谐振电路的波形输入；

一控制电路，其输出一控制电压至所述逆变电路，所述控制电路包括一三极管，该三极管在所述镇流器的启动初始阶段处于第一状态，所述控制电路输出第一控制电压以使得高频总线的电压上升至大于稳态电压的一高电压；经过一段时间后所述三极管过渡到第二状态，所述控制电路输出第二控制电压使得所述高频总线的电压下降至稳态电压。

2.如权利要求1所述的镇流器，其特征在于所述控制电路还包括一功率半导体开关，该功率半导体开关的漏极与源极两端输出所述第一控制电压和第二控制电压，该功率半导体开关栅极与源极之间并联一第一电阻，所述三极管的集电极与发射极分别串联第二电阻及第三电阻后并联连接至所述第一电阻。

3.如权利要求2所述的镇流器，其特征在于所述三极管的集电极连接至一电容，当该电容充电至所述三极管的截止电压时，所述三极管过渡到关断的第二状态。

4.如权利要求3所述的镇流器，其特征在于所述功率半导体开关的漏极与栅极之间并联有一电阻与电容串联支路。

5.如权利要求4所述的镇流器，其特征在于所述三极管在第一状态时导通，在第二状态时关断。

6.一驱动灯的镇流器，其特征在于其包括：

一谐振电路，其包括耦合至至少一个灯的高频总线；

一逆变电路，其用于生成所述谐振电路的波形输入；

一控制电路，其包括一功率半导体开关，其漏极与源极两端输出耦合至所述逆变电路的控制电压，所述控制电路还包括一开关电路，该开关电路在所述镇流器的启动初始阶段处于第一状态，所述控制电路输出第一控制电压以使得高频总线的电压上升至大于稳态电压的一高电压；经过一段时间后所述开关电路过渡到第二状态，所述控制电路输出第二控制电压使得所述高频总线的电压下降至稳态电压。

7.如权利要求6所述的镇流器，其特征在于所述开关电路并联至所述功率半导体开关的栅极与源极。

8.如权利要求7所述的镇流器，其特征在于所述开关电路包括一三极管与第一电阻，该三极管的集电极与发射极分别串联第二电阻及第三电阻后并联连接至所述第一电阻。

9.如权利要求8所述的镇流器，其特征在于所述三极管的基极与集电极之间连接有一电容，当该电容充电至所述三极管的截止电压时，所述开关电路处于关断的第二状态。

10.如权利要求9所述的镇流器，其特征在于所述功率半导体开关的漏极与栅极之间并联有一电阻与电容串联支路。

11.一种用于灯镇流器的启动控制电路，其特征在于其包括：

一功率半导体开关，其栅极连接至一灯镇流器的高频总线以获取电压；

一钳位电路，其连接至所述功率半导体开关的漏极与源极；

一全桥整流器，并联至所述钳位电路；

一电感器，其连接至所述全桥整流器的输出端以输出一控制电压；

一开关电路，在开关电路处于第一状态时，所述启动控制电路输出第一控制电压，经过一段时间后所述开关电路过渡到第二状态，所述启动控制电路输出第二控制电压。

12.如权利要求11所述的启动控制电路，其特征在于所述开关电路并联至所述功率半导体开关的栅极与源极。

13.如权利要求12所述的启动控制电路，其特征在于所述开关电路包括一三极管与第一电阻，该三极管的集电极与发射极分别串联第二电阻及第三电阻后并联连接至所述第一电阻。

14.如权利要求13所述的启动控制电路，其特征在于三极管的基极与集电极之间连接有一电容，当该电容充电至所述三极管的截止电压时，所述三极管处于关断的第二状态。

15.如权利要求14所述的启动控制电路，其特征在于所述功率半导体开关的漏极与栅极之间并联有一电阻与电容串联支路。