專利名稱：帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域是高頻鎮(zhèn)流器系統(tǒng)，具體而言是帶低壓輸出的高頻電子鎮(zhèn)流器。
高強(qiáng)度放電(HID)燈如汞蒸氣燈、金屬鹵化物燈、高壓鈉燈和低壓鈉燈用于各種照明任務(wù)。隨著HID燈變得更加普及，開(kāi)發(fā)了HID燈的電子鎮(zhèn)流器。
HID燈電子鎮(zhèn)流器的一個(gè)挑戰(zhàn)是提供高效、調(diào)節(jié)完善的低壓電源。HID燈的電子鎮(zhèn)流器經(jīng)常提供120伏抽頭用于輔助電源。該抽頭可以用來(lái)為在斷電之后等待HID燈再觸發(fā)時(shí)所需的備用照明供電，供電給外部控制裝置，或者供電給其他裝置。目前，120伏抽頭必須通過(guò)變壓器或者其他外部電路來(lái)連接到被供電裝置。公知的電子抽頭具有受限的電壓調(diào)節(jié)，并且可能由于高電流波峰因數(shù)和高電磁干擾而縮短從輔助電源饋電的裝置的壽命。
從而，需要有一種將克服上述缺點(diǎn)的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的一方面提供了一種帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的另一方面提供了一種具有改良電壓調(diào)節(jié)的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明的另一方面提供了一種提供具有較低電流波峰因數(shù)和較小電磁干擾的功率的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器。
通過(guò)下面結(jié)合附圖閱讀的對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的前述和其他特性和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。該詳細(xì)描述和附圖僅是為了示例說(shuō)明本發(fā)明，而不是限制由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定的本發(fā)明范圍。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的方框圖。
圖2A-2C示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的電源的示意圖。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的燈功率電路的示意圖。
圖4A-4F示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的鎮(zhèn)流器控制電路的電路。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的低壓輸出電路的方框圖。
本發(fā)明提供了一種帶低壓輸出的高頻電子鎮(zhèn)流器，包括高壓電源200，以某一電壓和頻率產(chǎn)生高壓功率234；低壓微控制器214，響應(yīng)高壓功率234的電壓和頻率，并且產(chǎn)生低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240；以及開(kāi)關(guān)216，可操作地連接到高壓電源200，并且響應(yīng)低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240。開(kāi)關(guān)216的低壓輸出可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助低壓負(fù)載200如備用白熾燈116。低壓輸出可以響應(yīng)HID燈功率，從而當(dāng)HID燈不提供照明時(shí)使備用白熾燈116通電。
圖1示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的方框圖。為了說(shuō)明簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，省略了塊間的一些連接。電子鎮(zhèn)流器100包括電源110，由電網(wǎng)電壓(mains voltage)120饋電；燈功率電路130，供電給高強(qiáng)度放電(HID)燈140；以及鎮(zhèn)流器控制電路150。電源110調(diào)節(jié)和修正用于電子鎮(zhèn)流器100的功率，燈功率電路130輸送功率給HID燈140，并且鎮(zhèn)流器控制電路150控制電子鎮(zhèn)流器100的操作。
電源110包括電磁干擾(EMI)濾波器112，位于電源110的輸入側(cè)；120V電源114，用于為備用白熾燈116供電；功率因數(shù)校正(PFC)電路117；以及輔助低壓電源118，用于為鎮(zhèn)流器控制電路150供電。燈功率電路130包括電容器組134、諧振半橋136以及點(diǎn)火電路138。鎮(zhèn)流器控制電路150包括調(diào)光電路152、功率因數(shù)校正(PFC)控制電路154、微控制器電路156、功率調(diào)節(jié)電路158、電流調(diào)節(jié)電路160以及驅(qū)動(dòng)器電路162。
圖2A-2C示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的電源的示意圖。參照?qǐng)D2A，在引接端X1、X2、X3上提供電網(wǎng)電壓。電網(wǎng)電壓的變化范圍可以為約180V到305V，并且典型地為約200V到277V。連接到電網(wǎng)電壓的EMI濾波器112包括變壓器L3；電容器C1、C2、C4、C6；以及橋式整流器BD1。電路保護(hù)可以由浪涌電流限制器RT1和電壓抑制變阻器RV1提供。EMI濾波器112的輸出作為Aux_Line功率延伸至低壓電源。輔線電壓在變壓器L3之后分支，以作為電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains供給120V電源。
參照?qǐng)D2B，120V電源114將200-277伏Aux_Line功率降壓至120伏以供電給備用白熾燈。HID燈在預(yù)熱階段具有低光輸出，其中，預(yù)熱階段發(fā)生于供電之后的大約前一分鐘。另外，HID燈在可以被重新點(diǎn)火之前需要冷卻，典型地約為5到15分鐘。當(dāng)HID燈未點(diǎn)燃或者以低亮度級(jí)點(diǎn)燃時(shí)，備用白熾燈提供照明。備用白熾燈根據(jù)需要可以是鹵素?zé)艋蛘呷魏纹渌?20V燈。只要電子鎮(zhèn)流器通電，120V電源114就通電。來(lái)自鎮(zhèn)流器控制電路的ELON信號(hào)確定何時(shí)120V電源114供電給備用白熾燈。每當(dāng)HID燈功率小于預(yù)定設(shè)置點(diǎn)如一半額定HID燈功率從而表示HID燈不提供充足光時(shí)，ELON信號(hào)導(dǎo)通該燈。
120V電源114包括比較器電路，響應(yīng)Aux_Line電壓信號(hào)，并且提供輔線過(guò)零信號(hào)；120V微控制器，響應(yīng)輔線過(guò)零信號(hào)和輔線電壓幅度信號(hào)，并且提供120V驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及120V驅(qū)動(dòng)器電路，響應(yīng)120V驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且提供120V功率給備用白熾燈。來(lái)自鎮(zhèn)流器控制電路的ELON控制信號(hào)開(kāi)關(guān)比較器電路和120V微控制器以根據(jù)需要導(dǎo)通和關(guān)斷供給備用白熾燈的120V功率。
包括二極管D1、D2、D3和D4的全橋?qū)?40-277伏Aux_Line功率整流。整流信號(hào)在由電壓調(diào)節(jié)器U2調(diào)節(jié)之后提供Aux_Line基準(zhǔn)信號(hào)給比較器U1。整流信號(hào)還在由包括電阻器R1和R2的分壓器按比例調(diào)整之后提供可變Aux_Line電壓信號(hào)給比較器U1。比較器U1比較Aux_Line基準(zhǔn)信號(hào)與Aux_Line電壓信號(hào)，并且提供輔線過(guò)零信號(hào)給120V微控制器U3。輔線過(guò)零信號(hào)用來(lái)確定輔線頻率。
Aux_Line功率由包括電阻器R3和R4的分壓器按比例調(diào)整，并且在采用二極管D5、電容器C10和電阻器R3、R4進(jìn)一步調(diào)節(jié)之后作為輔線電壓幅度信號(hào)提供給120V微控制器U3。
120V微控制器U3使用輔線過(guò)零信號(hào)和輔線電壓幅度信號(hào)以確定用于三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件Q1的120V驅(qū)動(dòng)信號(hào)。120V微控制器U3采用預(yù)編程查詢表來(lái)根據(jù)輔線電壓幅度信號(hào)查詢?nèi)穗p向可控硅開(kāi)關(guān)元件Q1的期望定時(shí)/相位角，并且針對(duì)由輔線過(guò)零信號(hào)表示的輔線頻率來(lái)校正。120V驅(qū)動(dòng)信號(hào)通過(guò)變壓器T1開(kāi)關(guān)三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件Q1以提供調(diào)節(jié)完善的120V功率給備用白熾燈。120V電源114提供調(diào)節(jié)完善的120V功率，這將延長(zhǎng)備用白熾燈的壽命，并且向備用白熾燈提供過(guò)電壓保護(hù)。
來(lái)自鎮(zhèn)流器控制電路的ELON控制信號(hào)開(kāi)關(guān)光隔離器ISO1以根據(jù)需要導(dǎo)通和關(guān)斷供給備用白熾燈的120V功率。為了關(guān)斷120V功率，光隔離器ISO1將比較器U1以及120V微控制器U3上的主清除引腳的基準(zhǔn)電壓接地。
圖2C示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)校正和低壓電源的示意圖。功率因數(shù)校正電路117接收EMI濾波器的輸出電壓，并且對(duì)提供給輔助低壓電源118和燈功率電路的功率升壓。
功率因數(shù)校正電路117提供高功率因數(shù)和低總諧波畸變。功率因數(shù)校正電路117相對(duì)于電網(wǎng)電壓調(diào)整供給燈功率電路的干線電壓，以減小由于與電網(wǎng)電壓無(wú)關(guān)地保持固定基準(zhǔn)電壓而將發(fā)生的功率損耗。功率因數(shù)校正電路117包括變壓器T2、開(kāi)關(guān)Q3和二極管D10。電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains通過(guò)電阻器R10以將電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains提供給鎮(zhèn)流器控制電路中的PFC控制電路。PFC控制電路處理電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains、PFC電流信號(hào)Ipfc以及PFC電壓信號(hào)Vpfc，并且將PFC門信號(hào)Gpfc返回給功率因數(shù)校正電路117。PFC門信號(hào)Gpfc循環(huán)開(kāi)關(guān)Q3，從而滿足輸出電壓要求和輸入電流要求。在一個(gè)實(shí)施例中，干線電壓Vrail可以針對(duì)特定電網(wǎng)電壓設(shè)為離散值。例如，如果電網(wǎng)電壓低于約210-215伏，則干線電壓可以設(shè)為約400伏。同樣地，對(duì)于約210到255伏以及約250伏以上的電網(wǎng)電壓，干線電壓可以分別設(shè)為約450伏和約465-480伏?？梢允褂脺髞?lái)防止干線電壓在電網(wǎng)功率電壓設(shè)置點(diǎn)附近的疏忽開(kāi)關(guān)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以使用不同電網(wǎng)電壓范圍和干線電壓以適于具體應(yīng)用。變壓器T2還將零電流輸入信號(hào)ZCin提供給PFC控制電路，以表示變壓器T2中的電流何時(shí)到達(dá)零。變壓器T2還通過(guò)Vdimm+和Vdimm-提供功率給鎮(zhèn)流器控制電路中的調(diào)光電路。功率因數(shù)校正電路117通過(guò)PFC電壓信號(hào)Vpfc和比例化PFC輸出電壓信號(hào)Vpf提供電壓信號(hào)給鎮(zhèn)流器控制電路。
輔助低壓電源118提供功率給鎮(zhèn)流器控制電路部件。輔助低壓電源118從功率因數(shù)校正電路117的輸出獲得功率，并且使用開(kāi)關(guān)模式電源IC U5產(chǎn)生15伏的低壓功率。電壓調(diào)節(jié)器Q5調(diào)節(jié)來(lái)自開(kāi)關(guān)模式電源IC U5的輸出。電壓調(diào)節(jié)器Q5的輸出通過(guò)Vccpfc線提供功率給PFC控制器，并且通過(guò)+15線提供功率給其他鎮(zhèn)流器控制電路部件。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的燈功率電路的示意圖。燈功率電路130包括電容器組134、諧振半橋136和點(diǎn)火器138。電容器組134充當(dāng)能量緩沖器。諧振半橋136從EMI濾波器接收功率，并且轉(zhuǎn)換功率以驅(qū)動(dòng)HID燈。點(diǎn)火器138在燈啟動(dòng)期間提供高壓給HID燈。
位于功率因數(shù)校正電路輸出側(cè)的電容器組134包括電解電容器C15和C16。諧振半橋136包括開(kāi)關(guān)Q7、Q9，電感器L4和電容器C17。供給HID燈的功率由電感器L4和電容器C17的阻抗以及開(kāi)關(guān)Q7和Q9分別響應(yīng)高門信號(hào)Hgate和低門信號(hào)Lgate而交替開(kāi)關(guān)的頻率來(lái)控制。高門信號(hào)Hgate和低門信號(hào)Lgate以及它們各自的地HSource和Lsource由鎮(zhèn)流器控制電路提供。
來(lái)自諧振半橋136的信號(hào)也提供信息給鎮(zhèn)流器控制電路。燈功率信號(hào)Psense+通過(guò)測(cè)量電阻器R12兩端的電壓來(lái)提供以表示向諧振半橋136的功率輸入。檢測(cè)燈電流信號(hào)Isense+到Isense-通過(guò)測(cè)量流經(jīng)與電感器L4和電容器C17串聯(lián)的變壓器T3的電流來(lái)提供。HID燈的電壓可以通過(guò)將燈功率除以燈電流來(lái)確定。
點(diǎn)火器138包括DC偏置電路139，可操作地連接到電感器L4和電容器C17的接點(diǎn)；箝位電路137，可操作地連接到電感器L4上的次級(jí)繞組、以及電容器C19。結(jié)合由DC偏置電路139施加于電容器C17的DC偏置電壓，通過(guò)電感器L4和電容器C19之間的諧振來(lái)生成HID燈的點(diǎn)火電壓。諧振是第一諧波共振。
DC偏置電路139包括二極管D12、D14、D16，電容器C21、C23、C25，電阻器R14和二極管D18。在生成點(diǎn)火電壓的期間，DC偏置電路139將DC偏置電壓提供給電容器C17，以減小開(kāi)關(guān)Q7和Q9中的電流。DC偏置電壓的幅度是電感器電壓的固定比率。DC偏置電壓由電感器L4上的諧振電壓控制，該諧振電壓由流經(jīng)電感器L4的電流確定。當(dāng)變壓器T3測(cè)量流經(jīng)電感器L4的電流，并且將檢測(cè)燈電流信號(hào)Isense+到Isense-提供給鎮(zhèn)流器控制電路中的鎮(zhèn)流器微控制器時(shí)，提供反饋回路。鎮(zhèn)流器控制電路以供給開(kāi)關(guān)Q7和Q9的Hgate、Lgate、Hsource和Lsource信號(hào)控制頻率掃描。DC偏置電壓根據(jù)具體應(yīng)用可以設(shè)在約1kV與2.5kV之間。
還提供了硬件控制/限制電路以控制電感器L4上的電壓。硬件控制/限制電路包括線圈L6、二極管D21、電容器C27、電阻器R16以及齊納二極管D20。流經(jīng)線圈L6的電流產(chǎn)生由二極管D21整流且由電容器C27濾波的電壓，以產(chǎn)生壓控振蕩器(VCO)反饋信號(hào)VCOfb.VCO反饋信號(hào)作為反饋控制和限制提供給鎮(zhèn)流器控制電路中的壓控振蕩器(VCO)，從而允許鎮(zhèn)流器控制電路控制電感器L4上的電壓。在一個(gè)實(shí)施例中，線圈L6是飽和線圈，以減小二極管D24、D25、D26、D27的開(kāi)關(guān)效應(yīng)。
箝位電路137包括電感器L4的次級(jí)繞組，二極管D24、D25、D26、D27的整流器電橋，電容器C29和二極管D21。如果次級(jí)繞組電壓變得太高，則箝位電路137導(dǎo)通，從而將電感器L4上的電壓限制于電路地之上的干線電壓。電感器L4的次級(jí)繞組的繞組比率可以用來(lái)設(shè)置箝位電路137導(dǎo)通的電壓。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可以與電容器C19串聯(lián)來(lái)提供響應(yīng)來(lái)自鎮(zhèn)流器控制電路的點(diǎn)火信號(hào)的點(diǎn)火開(kāi)關(guān)(未示出)。點(diǎn)火開(kāi)關(guān)可以允許鎮(zhèn)流器控制電路根據(jù)提供給鎮(zhèn)流器控制電路的控制信息對(duì)HID燈的點(diǎn)火進(jìn)行正控制。
圖4A-4F示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的鎮(zhèn)流器控制電路的電路圖。圖4A示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的調(diào)光電路的示意圖。模擬調(diào)光信號(hào)是在插口J2由調(diào)光電路152接收的手工或自動(dòng)可調(diào)整輸入信號(hào)。模擬調(diào)光信號(hào)根據(jù)具體應(yīng)用的要求可以是0-10伏或者其他電壓范圍。鎮(zhèn)流器控制電路150中的調(diào)光電路152由正溫度系數(shù)(PTC)過(guò)電流保護(hù)器RT2和齊納二極管D30保護(hù)以防止插口J2處的高輸入電壓。模擬調(diào)光信號(hào)供給壓控振蕩器U9，壓控振蕩器U9將模擬調(diào)光信號(hào)轉(zhuǎn)換成其頻率與模擬調(diào)光信號(hào)電壓成正比的頻率調(diào)光信號(hào)Dimm。頻率調(diào)光信號(hào)Dimm提供給光耦合器ISO1，這將調(diào)光電路152輸出與微控制器電路相隔離。功率因數(shù)校正電路通過(guò)Vdimm+和Vdimm-提供功率給調(diào)光電路152，其中電壓調(diào)節(jié)器U7提供電壓穩(wěn)定化。
圖4B示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的鎮(zhèn)流器控制電路150中的功率因數(shù)校正(PFC)控制電路154的示意圖。使用功率因數(shù)校正U10，PFC控制電路154處理電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains、PFC電流信號(hào)Ipfc以及來(lái)自功率因數(shù)校正電路的PFC電壓信號(hào)Vpfc，并且將PFC門信號(hào)Gpfc返回給功率因數(shù)校正電路。PFC控制電路154接收零電流輸入信號(hào)ZCin以表示PFC電路中的變壓器的電流何時(shí)達(dá)到零。
特定電網(wǎng)電壓范圍的目標(biāo)干線電壓由電阻器R20、R21、R22和R23的電阻器組設(shè)置。鎮(zhèn)流器微控制器響應(yīng)電網(wǎng)電壓信號(hào)Vmains，并且提供電源功率因數(shù)電壓信號(hào)Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0，它們將電阻器組中的各個(gè)電阻器通過(guò)開(kāi)關(guān)接地。電阻器組提供對(duì)應(yīng)于可能干線電壓的不同電壓，它們偏置供給功率因數(shù)校正U10的PFC電壓信號(hào)Vpfc。
圖4C和4D分別示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的微控制器電路和鎮(zhèn)流器微控制器細(xì)節(jié)的示意圖。鎮(zhèn)流器微控制器U12是電子鎮(zhèn)流器和鎮(zhèn)流器控制電路的主控制部件。微控制器電路156接收有關(guān)整個(gè)電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的各參數(shù)的信息，并且將控制信號(hào)提供給各部件。振蕩器Y1將典型地約為4MHz的振蕩信號(hào)提供給鎮(zhèn)流器微控制器U12。鎮(zhèn)流器微控制器U12從功率調(diào)節(jié)電路接收5V功率，而功率調(diào)節(jié)電路從輔助低壓電源接收15V功率。EEPROM U14存儲(chǔ)提供給鎮(zhèn)流器微控制器U12的信息，以將電子鎮(zhèn)流器調(diào)至適當(dāng)?shù)墓β孰娖健⑵饎?dòng)電流和點(diǎn)火電壓。
來(lái)自調(diào)光電路的調(diào)光信號(hào)Dimm是向微控制器電路156的輸入，它引導(dǎo)鎮(zhèn)流器微控制器U12以通過(guò)調(diào)整供給功率調(diào)節(jié)電路的功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref設(shè)置供給HID燈的功率。
Sweep信號(hào)是從微控制器電路156到驅(qū)動(dòng)器電路的輸出，以在點(diǎn)火期間掃描頻率并且產(chǎn)生所需電壓。Sweep信號(hào)是點(diǎn)火電壓信號(hào)Vign的函數(shù)。Sweep信號(hào)還調(diào)制穩(wěn)定狀態(tài)操作期間的燈電流頻率，以提高弧光穩(wěn)定性。穩(wěn)定狀態(tài)操作在轉(zhuǎn)讓給與本發(fā)明相同的受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/043,586中有描述，在此將其引作參考。
功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref是來(lái)自鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸出，并且向功率調(diào)節(jié)電路提供功率基準(zhǔn)信號(hào)，以將其與經(jīng)過(guò)處理的檢測(cè)功率信號(hào)進(jìn)行比較以調(diào)整HID燈的輸出。功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref控制HID燈功率，并且是測(cè)量干線電壓Vpf和檢測(cè)功率信號(hào)Pwr的函數(shù)。功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref也可以是頻率調(diào)光信號(hào)Dimm和來(lái)自EEPROM U14的校準(zhǔn)常數(shù)的函數(shù)。SCL和SDA信號(hào)將來(lái)自EEPROM U14的存儲(chǔ)信息如功率電平、起動(dòng)電流和點(diǎn)火電壓傳送到鎮(zhèn)流器微控制器U12。
電源功率因數(shù)電壓信號(hào)Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0是來(lái)自鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸出，從而向PFC控制電路中的電阻器組提供接地以設(shè)置目標(biāo)干線電壓。Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0的接地是電網(wǎng)電壓Vmains的函數(shù)。
Tx和Rx信號(hào)使用RS232接口協(xié)議通過(guò)端口J1提供鎮(zhèn)流器微控制器U12與外部于電子鎮(zhèn)流器的裝置之間的通信。
輸入電壓信號(hào)Vmains是從PFC控制電路154到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，并且表示電網(wǎng)電壓電平。輸入電壓信號(hào)Vmains確定鎮(zhèn)流器微控制器U12設(shè)置電源功率因數(shù)電壓信號(hào)Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0的輸出。
比例化PFC輸出電壓信號(hào)Vpf是從功率因數(shù)校正電路117到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，并且表示干線電壓。
處理功率信號(hào)Pwr是從功率調(diào)節(jié)電路到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，并且表示供給HID燈的功率。除以燈電流信號(hào)Isense+之后的處理功率信號(hào)Pwr提供HID燈電壓。處理功率信號(hào)Pwr、比例化PFC輸出電壓信號(hào)Vpf、來(lái)自EEPROM U14的校準(zhǔn)常數(shù)以及調(diào)光信號(hào)Dimm用來(lái)確定控制HID燈功率的功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref。
溫度信號(hào)Ts是從微控制器電路156的過(guò)電流保護(hù)器RT3到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，并且表示電子鎮(zhèn)流器的溫度。溫度信號(hào)Ts可以由鎮(zhèn)流器微控制器U12使用以判定是否應(yīng)切斷電子鎮(zhèn)流器以避免破壞鎮(zhèn)流器微控制器通過(guò)切換切斷信號(hào)SD來(lái)切斷電子鎮(zhèn)流器。
點(diǎn)火電壓信號(hào)Vign是從點(diǎn)火器到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，并且表示提供給HID燈以點(diǎn)火的電壓。點(diǎn)火電壓信號(hào)Vign可以由鎮(zhèn)流器微控制器U12用來(lái)確定掃描信號(hào)Sweep的幅度以啟動(dòng)HID燈。
燈電流信號(hào)Isense+是從電流調(diào)節(jié)電路到鎮(zhèn)流器微控制器U12的輸入，其中電流調(diào)節(jié)電路從諧振半橋接收信號(hào)。燈電流信號(hào)Isense+表示供給HID燈的電流，并且用來(lái)控制起動(dòng)電流限制信號(hào)Iworm。燈電流信號(hào)Isense+還用來(lái)計(jì)算燈電壓，該電壓可以用于諸如確定故障情形的功能。
鎮(zhèn)流器微控制器U12可以通過(guò)將處理功率信號(hào)Pwr除以燈電流信號(hào)Isense+來(lái)確定HID燈的電壓。鎮(zhèn)流器微控制器U12可以使用處理功率信號(hào)aPwr、電流信號(hào)Isense+以及算出的HID燈電壓來(lái)確定功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref的幅度以控制HID燈。功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref也可以是頻率調(diào)光信號(hào)Dimm和來(lái)自EEPROM U14的校準(zhǔn)常數(shù)的函數(shù)。
ELON信號(hào)是從鎮(zhèn)流器微控制器U12到120V電源的輸出，并且確定120V電源何時(shí)供電給備用白熾燈。每當(dāng)由供給鎮(zhèn)流器微控制器U12的Pwr信號(hào)表示的HID燈功率達(dá)到預(yù)定設(shè)置點(diǎn)時(shí)，ELON信號(hào)關(guān)斷備用白熾燈?？梢允褂弥T如約50％額定HID燈功率的預(yù)定設(shè)置點(diǎn)來(lái)表示HID燈提供充足光的點(diǎn)。
起動(dòng)電流限制信號(hào)Iworm是從鎮(zhèn)流器微控制器U12到驅(qū)動(dòng)器電路的壓控振蕩器的輸出。起動(dòng)電流限制信號(hào)Iworm設(shè)置燈電流限制電平，并且在低HID燈電壓下需要它來(lái)限制起動(dòng)電流。起動(dòng)電流限制信號(hào)Iworm是表示供給HID燈的電流的燈電流信號(hào)Isense+的函數(shù)。
反相通電信號(hào)-Pwr_On是用于初始化鎮(zhèn)流器微控制器U12的加電/復(fù)位信號(hào)。
切斷信號(hào)SD是從鎮(zhèn)流器微控制器U12到驅(qū)動(dòng)器電路的高端和低端驅(qū)動(dòng)器的輸出。切斷信號(hào)SD在諸如無(wú)燈點(diǎn)火、燈電壓超出范圍、鎮(zhèn)流器溫度高和電網(wǎng)電壓低的故障狀態(tài)下關(guān)斷HID燈。
圖4E示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的功率調(diào)節(jié)電路158和電流調(diào)節(jié)電路160的示意圖。功率調(diào)節(jié)電路158將檢測(cè)燈功率信號(hào)與功率基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較，以確定傳給電流調(diào)節(jié)電路160的功率誤差信號(hào)。電流調(diào)節(jié)電路160使用功率誤差信號(hào)和檢測(cè)燈電流以確定傳給驅(qū)動(dòng)器電路162的總誤差信號(hào)。
功率調(diào)節(jié)電路158包括運(yùn)算放大器U16和U17。運(yùn)算放大器U16接收表示通過(guò)諧振半橋的開(kāi)關(guān)Q9的功率的燈功率信號(hào)Psense+(參見(jiàn)圖3)。運(yùn)算放大器U16調(diào)節(jié)和限制燈功率信號(hào)以產(chǎn)生處理功率信號(hào)Pwr，該信號(hào)提供給運(yùn)算放大器U17以及微控制器電路。運(yùn)算放大器U17將處理功率信號(hào)Pwr與來(lái)自微控制器電路的功率基準(zhǔn)信號(hào)Pref進(jìn)行比較以產(chǎn)生提供給電流調(diào)節(jié)電路160的功率誤差信號(hào)Perr。功率調(diào)節(jié)電路158還包括電壓調(diào)節(jié)器U21以供電給微控制器電路。
電流調(diào)節(jié)電路160包括運(yùn)算放大器U18和U19。運(yùn)算放大器U18將功率誤差信號(hào)Perr與來(lái)自諧振半橋的檢測(cè)燈電流信號(hào)Isense+進(jìn)行比較以產(chǎn)生提供給運(yùn)算放大器U19的功率/電流誤差信號(hào)PIerr。運(yùn)算放大器U19調(diào)節(jié)和限制功率/電流誤差信號(hào)PIerr，并且產(chǎn)生提供給驅(qū)動(dòng)器電路的總誤差信號(hào)Err。
從微控制器電路到運(yùn)算放大器U19的掃描信號(hào)Sweep在點(diǎn)火期間掃描頻率并且產(chǎn)生所需電壓，并且在穩(wěn)定狀態(tài)操作期間調(diào)制燈電流頻率以提高弧光穩(wěn)定性。穩(wěn)定狀態(tài)操作在轉(zhuǎn)讓給與本發(fā)明相同的受讓人的美國(guó)專利申請(qǐng)No.10/043,586中有描述，在此將其引作參考。
圖4F示出根據(jù)本發(fā)明制作的電子鎮(zhèn)流器的驅(qū)動(dòng)器電路162的示意圖。驅(qū)動(dòng)器電路162從電流調(diào)節(jié)電路接收總誤差信號(hào)Err來(lái)表示要提供給HID燈的期望功率，并且將高門信號(hào)Hgate和低門信號(hào)Lgate提供給諧振半橋以控制供給HID燈的功率。
驅(qū)動(dòng)器電路162包括壓控振蕩器(VCO)U24，驅(qū)動(dòng)器門U26、U27、U28、U29、U30以及高端和低端驅(qū)動(dòng)器U32。VCO U24從電流調(diào)節(jié)電路接收總誤差信號(hào)Err，并且提供與總誤差信號(hào)Err的電壓成正比的時(shí)鐘控制VCO輸出信號(hào)VCOUT。如果需要，來(lái)自微控制器電路的起動(dòng)電流限制信號(hào)1worm或運(yùn)行切斷信號(hào)SD可以切斷VCO U24以關(guān)斷HID燈。
這些驅(qū)動(dòng)器門接收VCO輸出信號(hào)VCOUT，該信號(hào)經(jīng)三個(gè)驅(qū)動(dòng)器門U26、U27、U28產(chǎn)生高輸入信號(hào)Hin，并且經(jīng)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器門U29和U30產(chǎn)生低輸入信號(hào)Lin。采用奇數(shù)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)器門以產(chǎn)生高輸入信號(hào)Hin和采用偶數(shù)個(gè)數(shù)的驅(qū)動(dòng)器門以產(chǎn)生低輸入信號(hào)Lin導(dǎo)致高輸入信號(hào)Hin和低輸入信號(hào)Lin具有相反的極性，其中這兩個(gè)信號(hào)之間存在死區(qū)時(shí)間。
高端和低端驅(qū)動(dòng)器U32調(diào)節(jié)來(lái)自驅(qū)動(dòng)器門的高輸入信號(hào)Hin和低輸入信號(hào)Lin，并且將高門信號(hào)Hgate和低門信號(hào)Lgate提供給諧振半橋。如果需要，來(lái)自微控制器電路的運(yùn)行切斷信號(hào)SD可以切斷VCOU24以關(guān)斷HID燈。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明制作的帶低壓輸出的電子鎮(zhèn)流器的低壓輸出電路的方框圖。來(lái)自高壓電源200的高壓功率降至較低電壓以供電給諸如備用白熾燈的輔助低壓負(fù)載220。如果用來(lái)為備用白熾燈供電，則低壓輸出電路可以響應(yīng)HID燈功率以根據(jù)需要導(dǎo)通和關(guān)斷備用白熾燈。在其他實(shí)施例中，低壓輸出218可以用來(lái)供電給其他部件或電路如絕緣檢測(cè)器。
在本例中，高壓電源200提供等同于電網(wǎng)電壓的約200-277伏。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，高壓電源200可以是電子鎮(zhèn)流器中期望降壓至用于具體應(yīng)用的較低電壓的任何電源，包括電網(wǎng)電壓電源。低壓輸出218的電壓可以通過(guò)對(duì)低壓微控制器214進(jìn)行編程以提供特定輔助低壓負(fù)載220所需的特定電壓例如用于備用白熾燈的約120伏來(lái)確定。
HID燈系統(tǒng)的備用照明經(jīng)常是需要的，因?yàn)镠ID燈在對(duì)HID燈加電之后約一秒內(nèi)發(fā)生的預(yù)熱階段期間具有低光輸出。另外，HID燈在被關(guān)斷之后需要冷卻，典型地在約5到15分鐘內(nèi)不可用。當(dāng)HID燈未點(diǎn)燃或者以低亮度級(jí)點(diǎn)燃時(shí)，備用白熾燈提供照明。備用白熾燈根據(jù)需要可以是鹵素?zé)艋蛉魏纹渌?20V燈。
高壓電源200通過(guò)開(kāi)關(guān)216提供低壓輸出218到低壓負(fù)載220。開(kāi)關(guān)216可以是三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件如圖2B的三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件Q1或者其他開(kāi)關(guān)如高功率開(kāi)關(guān)晶體管或閘流晶體管。示例性三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件是由Phillips Semiconductors制造的BTA216和BT136。參照?qǐng)D5，供給低壓負(fù)載220的低壓輸出218響應(yīng)來(lái)自低壓微控制器214的低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240通過(guò)開(kāi)關(guān)216的開(kāi)關(guān)來(lái)確定。低壓微控制器214使用高壓電源200的電壓和頻率以確定低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240。來(lái)自高壓電源200的高壓(HV)電壓幅度信號(hào)230表示供給低壓微控制器214的高壓電源200的電壓。HV過(guò)零信號(hào)238表示高壓電源200的頻率。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，高壓電源200的電壓和頻率可以采用多個(gè)其他方法來(lái)確定，例如電阻分壓器、電容電路和電容分壓器。
為了產(chǎn)生HV過(guò)零信號(hào)228，高壓電源200提供高壓功率234給整流器206，整流器206將高壓功率234轉(zhuǎn)換成HV電壓信號(hào)236。比較器212將基準(zhǔn)電壓信號(hào)208與HV電壓信號(hào)236進(jìn)行比較以產(chǎn)生代表高壓電源200的頻率的HV過(guò)零信號(hào)238。低壓微控制器214采用預(yù)編程查詢表來(lái)根據(jù)HV電壓幅度信號(hào)230查詢開(kāi)關(guān)216的期望定時(shí)/相位角，并且針對(duì)由HV過(guò)零信號(hào)238表示的高壓電源200的頻率來(lái)校正。查詢表中的值可以通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)來(lái)確定，并且可以解決系統(tǒng)中的非線性。
低壓微控制器214可以響應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)232以導(dǎo)通和關(guān)斷低壓輸出218。鎮(zhèn)流器信號(hào)204可以提供給鎮(zhèn)流器微控制器206以產(chǎn)生開(kāi)關(guān)信號(hào)232。鎮(zhèn)流器信號(hào)204可以根據(jù)低壓輸出電路的具體應(yīng)用表示鎮(zhèn)流器內(nèi)部或外部的多個(gè)參數(shù)。鎮(zhèn)流器微控制器206可以對(duì)照預(yù)定設(shè)置點(diǎn)或電子鎮(zhèn)流器參數(shù)測(cè)量鎮(zhèn)流器信號(hào)204以確定開(kāi)關(guān)信號(hào)232的期望狀態(tài)。低壓微控制器214可以響應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)232以根據(jù)需要導(dǎo)通和關(guān)斷低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以使用多個(gè)采用微控制器的開(kāi)關(guān)電路、晶體管、機(jī)械開(kāi)關(guān)及其組合來(lái)提供開(kāi)關(guān)信號(hào)232。
在一個(gè)本實(shí)施例中，低壓輸出電路用來(lái)供電給作為低壓負(fù)載220的備用白熾燈，其中鎮(zhèn)流器信號(hào)204是HID燈功率信號(hào)而開(kāi)關(guān)信號(hào)232是ELON控制信號(hào)。參見(jiàn)圖2B。低壓輸出電路可以響應(yīng)HID燈功率信號(hào)以根據(jù)需要導(dǎo)通和關(guān)斷備用白熾燈。HID燈功率信號(hào)表示HID燈功率。HID燈功率信號(hào)提供給鎮(zhèn)流器微控制器206，鎮(zhèn)流器微控制器206將HID燈功率信號(hào)與預(yù)定HID燈功率設(shè)置點(diǎn)如約50％額定HID燈功率進(jìn)行比較以判定是否應(yīng)導(dǎo)通或關(guān)斷備用白熾燈。如果HID燈功率高于預(yù)定HID燈功率設(shè)置點(diǎn)，則鎮(zhèn)流器微控制器206設(shè)置ELON控制信號(hào)以便低壓微控制器214關(guān)斷供給開(kāi)關(guān)216的低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240，從而關(guān)斷備用白熾燈。如果HID燈功率低于預(yù)定HID燈功率設(shè)置點(diǎn)，則鎮(zhèn)流器微控制器206設(shè)置ELON控制信號(hào)以便低壓微控制器214導(dǎo)通供給開(kāi)關(guān)216的低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)240，從而導(dǎo)通備用白熾燈。
值得注意的是，圖1-5示出了本發(fā)明的特定應(yīng)用和實(shí)施例，并且不旨在限制本公開(kāi)內(nèi)容或者在其中提供的權(quán)利要求的范圍。當(dāng)閱讀說(shuō)明書和查閱其附圖時(shí)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該立即清楚本發(fā)明的各種其他實(shí)施例是可能的，并且這些實(shí)施例也落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
盡管在此公開(kāi)的本發(fā)明實(shí)施例目前被認(rèn)為是優(yōu)選的，但是在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進(jìn)行各種修改和變更。本發(fā)明的范圍在所附權(quán)利要求中限定，并且在等價(jià)物的含義和范圍內(nèi)的所有變更旨在包括在其中。
權(quán)利要求
1.一種用于電子鎮(zhèn)流器的低壓輸出電路，包括高壓電源(200)，所述高壓電源(200)產(chǎn)生具有一個(gè)電壓和一個(gè)頻率的高壓功率(234)；低壓微控制器(214)，所述低壓微控制器(214)響應(yīng)所述高壓功率(234)的電壓和頻率，并且產(chǎn)生低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)；以及開(kāi)關(guān)(216)，所述開(kāi)關(guān)(216)可操作地連接到所述高壓電源(200)，并且響應(yīng)所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)。
2.如權(quán)利要求1所述的低壓輸出電路，其中，所述高壓電源(200)是電網(wǎng)電壓(120)電源。
3.如權(quán)利要求1所述的低壓輸出電路，其中，所述低壓微控制器(214)響應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)。
4.如權(quán)利要求3所述的低壓輸出電路，還包括鎮(zhèn)流器微控制器(206)，所述鎮(zhèn)流器微控制器(206)響應(yīng)鎮(zhèn)流器信號(hào)(204)并且產(chǎn)生所述開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)。
5.如權(quán)利要求4所述的低壓輸出電路，其中，所述鎮(zhèn)流器信號(hào)(204)是HID燈功率信號(hào)，并且當(dāng)該HID燈功率信號(hào)達(dá)到預(yù)定設(shè)置點(diǎn)時(shí)，所述鎮(zhèn)流器微控制器(206)切換開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)。
6.如權(quán)利要求5所述的低壓輸出電路，其中，所述預(yù)定設(shè)置點(diǎn)為約50％額定HID燈功率。
7.如權(quán)利要求1所述的低壓輸出電路，其中，所述開(kāi)關(guān)(216)提供低壓輸出(218)到白熾燈(116)。
8.如權(quán)利要求1所述的低壓輸出電路，其中，所述開(kāi)關(guān)(216)是三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件。
9.一種產(chǎn)生電子鎮(zhèn)流器的低壓輸出的方法，包括提供高壓電源(200)，所述高壓電源(200)產(chǎn)生高壓功率(234)；確定該高壓功率(234)的電壓；確定該高壓功率(234)的頻率；根據(jù)所述電壓和所述頻率確定低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)；以及響應(yīng)該低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)切換可操作地耦合于所述高壓電源(200)的開(kāi)關(guān)(216)。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，確定所述高壓功率(234)的頻率包括對(duì)所述高壓功率(234)整流以產(chǎn)生高壓(HV)電壓信號(hào)(236)；將該高壓電壓信號(hào)(236)與基準(zhǔn)電壓信號(hào)(208)進(jìn)行比較以產(chǎn)生表示頻率的高壓過(guò)零信號(hào)(238)。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，根據(jù)所述電壓和所述頻率確定低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)還包括提供具有查詢表的低壓微控制器(214)；以及在該查詢表上查詢對(duì)應(yīng)于所述電壓和所述頻率的低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括響應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)切換所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，還包括提供鎮(zhèn)流器微控制器(206)，所述鎮(zhèn)流器微控制器(206)響應(yīng)鎮(zhèn)流器信號(hào)(204)產(chǎn)生所述開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括將低壓輸出(218)從開(kāi)關(guān)(216)提供到白熾燈(116)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括確定供給HID燈的功率；以及當(dāng)供給HID燈的功率超過(guò)預(yù)定功率時(shí)，關(guān)斷白熾燈(116)。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述預(yù)定功率為約50％額定HID燈功率。
17.一種產(chǎn)生電子鎮(zhèn)流器的低壓輸出的系統(tǒng)，包括用于提供高壓功率(234)的裝置；用于確定該高壓功率(234)的電壓的裝置；用于確定該高壓功率(234)的頻率的裝置；用于根據(jù)所述電壓和所述頻率確定低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)的裝置；以及可操作地耦合于所述高壓功率提供裝置的開(kāi)關(guān)裝置，所述開(kāi)關(guān)裝置響應(yīng)所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)。
18.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述頻率確定裝置還包括用于對(duì)所述高壓功率(234)整流以產(chǎn)生高壓電壓信號(hào)(236)的裝置；用于將該高壓電壓信號(hào)(236)與基準(zhǔn)電壓信號(hào)(208)進(jìn)行比較以產(chǎn)生表示所述頻率的高壓過(guò)零信號(hào)(238)的裝置。
19.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中，所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)確定裝置還包括用于存儲(chǔ)查詢表的裝置；以及用于從該查詢表查詢對(duì)應(yīng)于所述電壓和所述頻率的低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)的裝置。
20.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括用于切換所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)裝置，所述低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)切換裝置響應(yīng)開(kāi)關(guān)信號(hào)(232)。
21.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括可操作地連接到所述開(kāi)關(guān)裝置的備用照明裝置。
22.如權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，還包括用于確定供給HID燈的功率的裝置；以及用于當(dāng)供給該HID燈的功率超過(guò)預(yù)定功率時(shí)關(guān)斷所述備用照明裝置的裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種帶低壓輸出的高頻電子鎮(zhèn)流器，包括高壓電源(200)，以某一電壓和頻率產(chǎn)生高壓功率(234)；低壓微控制器(214)，響應(yīng)高壓功率(234)的電壓和頻率，并且產(chǎn)生低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)；以及開(kāi)關(guān)(216)，可操作地連接到高壓電源(200)，并且響應(yīng)低壓驅(qū)動(dòng)信號(hào)(240)。開(kāi)關(guān)(216)的低壓輸出可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)輔助低壓負(fù)載(200)如備用白熾燈(116)。低壓輸出可以響應(yīng)HID燈功率，從而當(dāng)HID燈不提供照明時(shí)使備用白熾燈(116)通電。
文檔編號(hào)H05B41/282GK1606767SQ02825478
公開(kāi)日2005年4月13日 申請(qǐng)日期2002年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月21日
發(fā)明者O·J·德?tīng)柭? J·霍蘭德, D·奧洛夫 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 美特羅照明燈有限公司