CN2899385Y

CN2899385Y - 具有互补对管电路结构的电子镇流器

Info

Publication number: CN2899385Y
Application number: CN 200520122301
Authority: CN
Inventors: 李宝昌
Original assignee: Philips China Investment Co Ltd
Current assignee: Philips China Investment Co Ltd
Priority date: 2005-09-05
Filing date: 2005-09-05
Publication date: 2007-05-09
Anticipated expiration: 2015-09-05

Abstract

一种电子镇流器电路包括：整流电路，将第一频率的输入交流电压变换为直流电压；半桥逆变电路，将所述直流电压变换为第二频率的交流电压，该第二频率高于所述第一频率，该半桥逆变电路包括：由串联容性元件组成的无源支路；由串联互补型式的NPN晶体管和PNP晶体管组成的有源支路；谐振组，连接在所述半桥有源支路和半桥无源支路的中点之间，用于与被驱动的负载一起构成谐振支路；以及驱动回路，用于驱动所述PNP晶体管和NPN晶体管交替导通和截止；其特征在于所述电子镇流器电路还包括：一个启动回路，用于触发所述NPN晶体管产生振荡；一个保护回路，连接在所述NPN晶体管的基极和PNP晶体管发射极之间，用于在异常情况下关断所述NPN晶体管及并阻止启动回路实施触发。

Description

具有互补对管电路结构的电子镇流器

技术领域

本实用新型涉及电子镇流器领域，特别涉及一种用于互补对管结构电子镇流器的启动和保护电路。

背景技术

电子镇流器是一种与气体放电灯配套使用的电子器件，在工业和民用照明领域具有极其广泛的应用。

基本的电子镇流器由整流部分和逆变部分组成，首先将工频交流电整流为直流电，再将直流电逆变为更高频率的交流电来驱动灯工作。逆变器的电路形式有很多种，大体上可以分为回扫式逆变器电路、推挽式逆变器电路、以及半桥式逆变器电路。其中，半桥式逆变器电路的应用最为广泛。

附图1示出一种典型的电压馈电半桥式逆变器电路。电容C3和C4构成半桥的无源支路，晶体管Q1和Q2构成半桥的有源支路。在两个支路的中点之间，连接负载支路。其它部分除了整流桥BR和滤波电容C1外，都属于驱动网络。

附图1所示电路的特点是两个晶体管Q1和Q2的型式相同，都是NPN型。这样的电路结构必须要由两个驱动线圈T1a和T1b分别驱动两个晶体管。

为了进一步降低镇流器的生产成本，近年来又发展出一种互补对管结构的逆变器电路。图2所示就是这种互补对管结构的逆变器电路的典型形式。与图1所示电路类似，该互补对管结构的逆变器电路中，也是由电容C4和C5构成半桥的无源支路，功率晶体管Q1和Q2构成半桥的有源支路。在有源支路和无源支路的两个中点之间，连接了由灯、电容C8、镇流器扼流圈T_1-1组成的谐振组。其它部件都属于驱动网络，其中变压器副边线圈T_1-2为晶体管Q1和Q2提供驱动电压，使得两个晶体管交替导通，从而为灯两端提供交变的电压。交变电压的频率主要由谐振网络及驱动回路元件参数决定。

该电路的特点是采用两个互补型式的晶体管Q1和Q2构成半桥的有源支路，即Q1和Q2中，有一个是NPN型管，另一个则为PNP型管。由于采用了互补对管拓扑结构，使得图2所示电路只需要一个线圈T_1-2来驱动两个晶体管Q1和Q2即可实现振荡。

具体地，当两个晶体管之一，例如Q1由截止变为导通时，在电路中建立由DCBUS→Q1→T_1-1→灯丝FL1→C8→灯丝FL2→C5→GND组成的电流路径，同时驱动回路为电容C9充电。由于在Q1由截止变为导通的过程中，流经上述路径的电流(即Q1的集电极电流)快速增大，从而在镇流器扼流圈T_1-1中产生感应电势，该感应电势的作用是试图阻止电流增大，即右端(同名端)为正。同时在副边线圈T_1-2中也产生感应电势，方向为上端(同名端)正。于是晶体管Q1偏置加深，电流进一步增大。这种正反馈使得晶体管Q1迅速达到饱和状态。一段时间后，Q1的集电极电流不再随偏置加深而增大，并且随着电容C9两端电压的升高，加在Q1基极和集电极间的电压降低，负电流开始流过基极，经过存储时间后，Q1截止，完成关断过程。当Q1截止后，Q2反并的二极管续流导通，T_1-2极性翻转，Q2由于BE结正向偏置而导通，续流结束后电路中的电流路径为：DCBUS→C4→灯丝FL2→C8→灯丝FL1→T_1-1→Q2→GND，通过这一路径为电容C10充电。与Q1所经历的过程类似，Q2也经历从截止到饱和再到截止的过程。该过程不断重复，从而在由灯、电容C8、镇流器扼流圈T_1-1组成的谐振组中产生谐振。谐振在电容C8两端产生交流高压，使灯导通，导通后，又通过扼流圈T_1-1维持电流的稳定。

由于电路结构简单，成本低，和驱动效果好，图2所示的互补对管电路结构在许多照明设备，特别是紧凑型节能灯(CFL)中得到了广泛的应用。

但是，迄今为止，该电路结构一直是在没有任何保护功能的情况下使用的。在CFL型应用中，该电路是集成在灯头中的。由于没有保护功能，在扼流圈中产生足以损坏逆变器的高电压时，会使得灯与镇流器一起被损坏。另一方面，在直管型应用的情况下，灯与镇流器是分开的，用户都期望在损坏时，只需要更换灯管，而不会损坏相对较贵重的镇流器。但是由于没有相应的保护，当发生损坏灯的情况(如过载)时，在扼流圈中同样会产生足以损坏镇流器的高电压，将镇流器损坏。此外，在有的应用场合不允许发生保护后重复启动现象。而在图2所示互补对管电路结构中，两个功率晶体管的基极被短路，并且位于半桥的中心。该中心的电压将随着晶体管的切换而变化。由于该点的电压是浮动的，使得难以可靠启动和保护自振荡电路而不再重新启动。

因此，需要设计新的启动和保护电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于气体放电灯的电子镇流器电路，以解决现有技术中存在的在电子镇流器电路中缺少启动和保护电路的问题。

本实用新型提供了一种用于气体放电灯的电子镇流器电路，包括：

一个整流电路，用于将第一频率的输入交流电压变换为直流电压；

一个半桥逆变电路，用于将所述直流电压变换为第二频率的交流电压，该第二频率高于所述第一频率，该半桥逆变电路包括：

一个无源支路，由串联容性元件组成；

一个有源支路，由一个NPN晶体管和一个PNP晶体管组成，该NPN晶体管和PNP晶体管按照串联互补对管型式连接；

一个谐振组，连接所述有源支路和无源支路，用于与被驱动的负载一起构成谐振支路；以及

一个驱动回路，用于驱动所述NPN晶体管和所述PNP晶体管交替导通和截止；

其特征在于所述电子镇流器电路还包括：

一个启动回路，用于触发所述NPN晶体管产生震荡；和，

一个保护回路，连接所述NPN晶体管的基极和发射极，用于在异常情况下关断所述NPN晶体管并阻止所述启动回路实施触发。

根据本发明的一个优选实施例，所述保护回路包括：

一个检测部分，用于检测所述异常情况，并输出相应的控制信号；和，

一个保护执行部分，用于根据来自检测部分的控制信号在异常情况下阻止晶体管导通；

其中该检测部分与保护执行部分之间通过一个双向晶闸管耦合。根据本发明的另一个优选实施例，所述检测部分包括一个电感性元件，用于检测所述谐振支路中的电压；和一个与所述电感性元件并联的电容性元件，用于存储所检测的电压。

根据本发明的另一个优选实施例，所述保护执行部分包括所述保护执行部分包括：

一个振荡控制电路，包括一个晶体管，该晶体管的基极连接所述晶闸管的阴极，发射极及集电极分别连接在被连接的所述NPN晶体管及PNP晶体管两端，该震荡控制部分用于根据所述监测部分的控制信号，在异常情况下控制所述启动回路停止震荡；和，

一个保护锁定电路，包括一个第二晶闸管，及辅助元件，用于控制所述启动回路，避免重复启动。根据本发明的另一个优选实施例，在所述检测部分与所述晶闸管之间还连接一个开关元件，当所述检测的电压达到预定的阈值时，该开关元件导通。

根据本发明的另一个优选实施例，所述晶闸管由分立元件组成的等效电路代替。

根据本发明的另一个优选实施例，所述启动回路由电容性元件和电阻性元件串联构成，并且所述电容性元件上的电压所述NPN晶体管BE结提供启动偏置电压。

根据本发明的另一个优选实施例，所述启动回路进一步包括一个放电回路，用于在触发所述逆变部分振荡之后，释放构成所述启动回路的电容性元件上的电荷。

根据本发明的另一个优选实施例，所述启动回路进一步包括一个双向晶闸管开关元件，为启动设定门限，同时配合保护电路实现防止保护后重新启动的功能。

根据本发明的另一个优选实施例，异常情况包括过电压，过电流，以及灯管漏气。

本发明的另一方面，提供了一种电子镇流器，包含如上所述的电子镇流器电路。

根据本实用新型的电子镇流器电路，实现了对整个镇流器的保护。

附图说明

通过以下结合附图对本实用新型较佳实施方式的描述，可以进一步理解本实用新型的目的、优点和特点，附图中相同或相似的单元以相同的标号表示，其中：

图1示出现有技术中一种典型的电压馈电半桥式逆变器电路。

图2示出一种典型的互补对管拓扑结构的镇流器电路；

图3示出根据本实用新型第一实施例的电子镇流器电路，用于互补对管拓扑结构的启动和保护方案；

图4示出根据本实用新型第二实施例的电子镇流器电路，用于互补对管拓扑结构的启动和保护方案；

图5示出用于本实用新型第一和第二实施例的晶闸管等效电路；

图6示出本实用新型第一和第二实施例中的电路在启动过程中，电容C7上的电压和灯电流的波形图；

图7示出本实用新型第一和第二实施例中的电路在保护过程中，电容C15上的电压和扼流圈T_1-1上电流的波形图。

具体实施方式

以下借助附图描述本实用新型的较佳实施例。

第一实施例

图3示出根据本实用新型第一实施例，用于互补对管拓扑结构的启动和保护方案，即在图2所示互补对管拓扑结构的基本电路的基础上，增加了根据本实用新型第一实施例的启动和保护回路。在该电路中，启动和保护的基点位于半桥的中心，这与普通的半桥电路结构不同。在普通的半桥电路结构中，基点位于接地点GND。

图4所示电路包括基本镇流器部分、启动回路部分和保护回路部分。基本镇流器部分与图2所示电路相同，下面主要介绍启动回路和保护回路。

1.启动回路：

启动电路由R6、D15、D18、C7、R20、R21组成，由直流电源总线DCBUS、R6、C7、R20、灯丝、R21和GND构成电容C7的充电路径。接通电源后，由直流电源总线电压V_DCBUS通过该充电路径对电容C7充电，充电电流由直流总线电压V_DCBUS和该充电路径总的串联电阻决定。当C7上的电压达到双向开关二极管D18的导通阈值时，D18将导通，C7将通过晶体管Q1的BE结放电。于是，Q1导通，建立从DCBUS→Q1→T_1-1→灯丝FL1→C8→灯丝FL2→C5‖R21→GND的电流路径。通过前面所述的正反馈过程，使得Q1迅速从截止变为饱和状态，然后通过前面所述的关断过程，由饱和状态变为截止状态。当Q1截止后，Q2由于EB结正向偏置而导通，建立从DCBUS→C4→灯丝FL2→C8→灯丝FL1→T_1-1→Q2→GND的电流路径。通过前面所述的正反馈过程，使得Q2迅速从截止变为饱和状态，然后同样通过前面所述的关断过程，由饱和状态变为截止状态。上述过程不断重复，于是，振荡开始。

在该启动电路中，当Q1导通后，C7通过D15和Q1释放剩余的能量，以防止重启动。如果没有连接灯，则由于没有灯丝，将无法建立启动路径，从而不会发生上述启动过程。

2.保护回路：保护回路包括过载保护检测电路和保护执行电路。其中：

过载保护检测电路由T_1-3、R18、D16、R17、C15、R16组成。T_1-3是变压器的除扼流圈T_1-1和变压器副边线圈T_1-2之外的第三绕组，用于检测镇流器扼流圈T_1-1上的电压。当发生异常时，绕组T_1-3的感应电压VT_1-3将比正常运行时高。该电压值被电容C15存储。R16和R18限制充电电流。D16防止C15反向放电。在切断电源之后，C15将通过R16和R17放电。

保护执行电路由震荡控制部分和保护锁定部分组成。震荡控制部分由D17、T1、Q3、R19、R6、R20、R21组成。当电容C15上的电压VC15足够大，达到或超过异常保护阈值电压时，D17将导通，其中D17为双向晶闸管。D17导通使得形成由D17、晶闸管T1的栅-阴结、R19、Q3的BE结、以及R16组成的闭合回路，C15将通过该回路放电。足够大的放电电流使得Q3导通。其中Q3为功率晶体管，其饱和CE电压将小于0.5V，因此，Q1的BE结被Q3短路。于是，Q1将无法导通，振荡停止。只有当C15经过充分放电，使得D17截止，进而Q3截止后，才可能重新启动振荡。

DCBUS、R6、T1的阳极-阴极、R19、Q3的BE结、R20、灯丝构成保护执行电路的保护锁定部分。当震荡停止后，在有足够的阳极电流的情况下，T1将维持导通。C7将不会被充电，以防重新启动振荡，因为C7的电压VC7被T1上的电压降VAC和Q3的VBE钳位。这样就防止了反复启动的发生。

在上述保护过程中，应当适当选择各个电阻的阻值，以获得有效的结果。此处，C6仅用来平滑dv/dt，也可以与Q1或Q2并联，其技术效果将是一样的。

第二实施例

图4示出根据本实用新型第二实施例，用于互补对管拓扑结构的启动和保护方案。由于在具有高频填谷功率因数校正电路(PFC)的镇流器中，电容C4和C5的位置与图3所示有所不同，因此，图3所示的电路将改为如图4所示。

在图4所示电路中，在启动和保护路径中加入了二极管D5。其它的功能和工作过程与图3所示电路相同。即在接通电源后，通过由D5、R6、C7、R20、灯丝、R21和GND构成的路径对C7充电，当C7上的电压达到或超过双向开关二极管D18的导通阈值时，D18将导通，C7将通过晶体管Q1的BE结放电。于是，Q1导通，振荡开始。在Q1导通后，C7通过D15和Q1释放剩余的能量，以防止异常反复启动，从而避免了发生频闪。如果没有连接灯，则由于没有灯丝，将无法建立启动路径，从而不会发生启动。

在灯异常的情况下，由T_1-3、R18、D16、R17、C15、R16组成的检测电路将检测到这一情况，并出发由D17、T1、Q3、R19、R6、R20、R21组成的保护执行部分对镇流器实施保护，避免发生反复启动。

以上结合两个基本的实施例描述了本实用新型的镇流器启动和保护电路。通过本实用新型的技术方案，不仅实现了对互补对管结构的半桥式逆变器电路的有效启动和保护，而且仅仅通过对互补对管中的一个晶体管的保护即可实现对整个镇流器的保护。

在实际应用中，晶闸管T1也可以由一些分立元件代替，以降低成本。图5示出用分立元件构成的一种晶闸管T1的等效电路。该电路由两个晶体管TS1和TS2串联连接而成，由晶体管TS2的基极作为T1的触发端，TS2的发射极作为T1的阴极，而TS1的发射极作为T1的阳极。将该电路加入附图3和4，也能获得对应的启动和保护效果。

图6和7分别示出启动和保护过程中的一些波形。其中图6所示为启动过程中电容C7上的电压和灯电流的波形图，图7所示为保护过程中电容C15上的电压和扼流圈T_1-1上电流的波形图。

发明人对上述技术方案进行了仿真和实验验证，结果显示启动功能和过载保护功能都可以获得预期的技术效果。

以上虽然结合实施例描述了本发明，很明显对于本领域的技术人员根据前面所描述的内容作出的多种替代，修改和变化是显而易见的，因此，所有这样的替代，修改和变化都应当作出本发明的权利要求的精神和范围之中。

Claims

1、一种用于气体放电灯的电子镇流器电路，包括：

一个无源支路，由串联容性元件组成；

其特征在于所述电子镇流器电路还包括：

一个启动回路，用于触发所述NPN晶体管产生震荡；和，

一个保护回路，连接所述NPN晶体管的基极和PNP晶体管之一发射极，用于在异常情况下关断所述NPN晶体管并阻止所述启动回路实施触发。

2.如权利要求1所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述保护回路包括：

其中该检测部分与保护执行部分之间通过一个晶闸管耦合。

3.如权利要求2所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述检测部分包括：

一个电感性元件，用于检测所述谐振支路中的电压；和，

一个与所述电感性元件并联的电容性元件，用于存储所检测的电压。

4.如权利要求2或3所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述保护执行部分包括：

一个保护锁定电路，包括一个第二晶闸管，及辅助元件，用于控制所述启动回路，避免重复启动。

5.如权利要求2或3所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中在所述检测部分与所述晶闸管之间还连接有一个开关元件，当所述检测的电压达到预定的阈值时，该开关元件导通。

6.如权利要求2或3所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述晶闸管包括由分立元件组成的等效电路。

7.如权利要求1所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述启动回路由电容性元件和电阻性元件串联构成，并且所述电容性元件上的电压所述NPN晶体管BE结提供启动偏置电压。

8.如权利要求7所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述启动回路进一步包括一个双向晶闸管开关元件，为启动设定门限，同时配合保护电路实现防止保护后重新启动的功能。

9.如权利要求7所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中所述启动回路进一步包括一个放电回路，用于在触发所述逆变部分振荡之后，释放构成所述启动回路的电容性元件上的电荷。

10.如权利要求1所述的用于气体放电灯的电子镇流器电路，其中异常情况包括过电压，过电流，以及灯管漏气。

11.一种电子镇流器，其特征在于，包含如权利要求1-10任一项所述的电子镇流器电路。