專利名稱：節(jié)能燈具用電子鎮(zhèn)流器的雙諧振電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及在普通交流供電線路使用的單級電子能量變換器，其 在輸出端能夠為氣體放電燈之類的負載供電。
背景技術：
電子能量變換器，有時被稱作"開關電源"，需要直接運行在交流 供電線路。針對受用電設備影響的電能質量，電力公司為這些用電設 備中的特定類型制定了技術要求。
作為用電設備之一，該電子鎮(zhèn)流器大量應用于照明燈具。通常對 于電能質量而言，為了滿足工業(yè)技術要求，電子鎮(zhèn)流器必須滿足兩個 基本技術條件(i)從供電線路獲取功率時，功率因數(shù)(PF)至少為 0.9， (ii)從供電線路獲取電流時，總諧波失真(THD)小于20%。
電子鎮(zhèn)流器必須滿足與燈具負載的兼容性相關的其它技術要求。 其所提供的電燈電流的波峰系數(shù)應小于1. 7，這里波峰系數(shù)等于電燈 電流的峰值與有效值(方均根)的比值。這涉及電燈電流的最大容許 調制幅度，調制是導致燈光閃爍與發(fā)光效率低的原因，其中的發(fā)光效 率用消耗每瓦功率所產(chǎn)生的光的流明來表示。理想的是，在供電線路 提供的電壓的整個周期中向電燈負載提供的功率為恒定功率。
為了將低頻的供電線路交流電壓(120V/60Hz或220V/50Hz)轉 換為高頻的(一般從10kHz到100kHz)交流電壓或電流源，人們必 須將來自供電線路的信號整流為直流電壓，隨后該直流電壓由開關晶 體管轉換為高頻電源。
傳統(tǒng)的離線式整流器都在二極管整流器之外設電容性平滑濾波 器。在整流輸出高于濾波電容器電壓期間以及該電容器充電期間，該 濾波電容器會引起電流波形的諧波畸變。如果采用大電容器，充電時 間或導通角非常小，并且所有所需的電荷必須在短時間內加載到電容器中，從而導致來自經(jīng)整流的供電線路源產(chǎn)生大電流輸出。這些電流 尖峰會使電源諧波含量增加，并且當大量鎮(zhèn)流器工作在供電線路上 時，增大的諧波畸變會使供電的功率因數(shù)降低。這種情況，電力供應 部門是不能接受的，還會干擾其它電氣設備。
改善功率因數(shù)的方法包括無源波形整形方法。這些方法之一在授
予B0BEL的第5， 150， 013號美國專利中進行了描述。該方法要求電感 線圈與電容的運行在諧振狀態(tài)，并且當供電線路的頻率是60赫茲時， 諧振頻率大約為180赫茲。這是廉價且可靠的方法。然而該電感線圈 的電感量必須足夠的大。
使用存儲轉換原理眾所周知，其中為了在較寬的導通角內使濾波 電容器充電，要在高頻下對電感線圈進行控制?？墒牵撓到y(tǒng)需要用 于存儲變換器(也稱作"升壓變換器")的控制電路，以調節(jié)存儲電感 中的能量釋放。應用存儲轉換原理需要額外的噪聲過濾，因為開關裝 置會產(chǎn)生大量的噪聲。生產(chǎn)該電路非常復雜、昂貴。此外，為了將直 流電壓電源轉換為高頻交流電壓或電流源，必需使用第二級變換器。 該類型電路在授予Herfurth的第5, 049， 790號美國專利中進行了描 述。
非常需要結構簡單、成本低的單級電子能量變換器。這樣的電路 應當部件少和成本低，應當適合于所有的供電線路電壓和燈具種類， 應該按照行業(yè)質量標準易于大量重復制造，應該滿足電能質量標準并 從供電線路獲取有近似正弦電流波形的功率，而且在供電線路電壓波 形的整個周期中向燈具提供近恒定的功率。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明，提供一種能量轉換裝置，其在直流輸入端具有直流 脈動電壓，并適于為負載提供高頻信號，所述裝置包括
整流器裝置，其從交流電源接收源電壓并在第一直流輸出端提供 第一脈動直流電壓；
升壓整流器裝置，其具有升壓輸入端并在第二直流輸出端提供第
9二脈動電壓，其中適當定位所述的第一和第二直流輸出端，在電路中 連接二者，并將二者連接到直流輸入端，第一和第二直流輸出端提供 等于第一直流脈動電壓和第二直流脈動電壓之和的直流脈動電壓；
電容器裝置，其連接到直流輸入端并接收所述的直流脈動電壓；
半導體開關裝置，其連接到電容器裝置；
諧振振蕩器裝置，其用作從直流輸入端獲取脈動電流并生成第二 直流脈動電壓，所述振蕩器電路包括(i)諧振負載電路，其連接到 直流輸入端和半導體開關裝置，并具有串聯(lián)連接的電感器和第一電容 器，還具有與所述第一電容器有效并聯(lián)連接的負載，(ii)諧振升壓 電路，其具有與第二諧振電容器串聯(lián)的電感器，并連接到升壓輸入端 和半導體開關裝置，及(iii)開關反饋回路，其連接到半導體開關 裝置并響應脈動電流的瞬時值，還用作將開關信號傳送給半導體開關
號。— 、、-、、、。 、n 、 -、目
該裝置還包括以普通橋式電路的形式連接的單向元件組成的整 流器裝置，并具有分別為正極和負極的第一直流輸出端，該整流裝置 的每一個單向元件都執(zhí)行開關動作，所述開關動作由傳導電流時的開
通時間和不傳導電流時的關斷時間表征。
該裝置還包括通過升壓輸入端串聯(lián)連接的兩個單向元件構成的 升壓整流器裝置。
該裝置還包括電容器裝置，其為極化電解電容器。
該裝置還包括半導體開關裝置，其是以半橋結構連接的一對NPN 雙極晶體管，用于交替運行。
該裝置還包括具有開關反饋回路的諧振振蕩器裝置，反饋回路十. 安裝不飽和電流互感器。
該裝置還包括具有開關反饋回路的諧振振蕩器裝置，反饋回路上 安裝飽和電流互感器。
該裝置還包括用環(huán)形鐵氧體鐵心制造的飽和電流互感器，所述鐵 氧體鐵心的起始磁導率為5000或更大，尺寸為直徑6毫米、高度3
10毫米。
該裝置還包括具有飽和電流互感器的諧振振蕩器裝置，所述電流 互感器的初級繞組為一匝、每個次級繞組為幾匝。
該裝置還包括具有開關反饋回路的諧振振蕩器裝置，所述反饋回 路上安裝控制電路。
本發(fā)明的裝置配合諧振振蕩器裝置的振蕩頻率瞬時值運行，與第 二直流脈動電壓的瞬時值的調制成比例地調制諧振振蕩器裝置的振 蕩頻率的瞬時值。
本發(fā)明的裝置具有執(zhí)行瞬時開關占空比的半導體開關裝置，與第 二直流脈動電壓的瞬時值的調制成比例地調制瞬時開關占空比。
在這樣的裝置中，輸入電流的瞬時值與供電線路電壓的瞬時值成
比例，而電流的總諧波畸變低于20%。結果從供電線路獲取的功率的 功率因數(shù)是99%，電燈電流的波峰因數(shù)低于1. 7。
結合附圖，參考各個實施例，本發(fā)明的其他目的及優(yōu)點將在以下 本發(fā)明的詳細說明中變得清楚。


圖1示意性地表示本發(fā)明的主要優(yōu)選實施例；
圖2示意性地表示本發(fā)明的第二實施例；
圖3示意性地表示本發(fā)明的第三實施例；
圖4表示圖1中發(fā)明的可選形式；
圖5表示圖3中發(fā)明的可選形式；
圖6表示圖3中發(fā)明的另一個可選形式；
圖7 (a) - 7 (d)和圖8 (a) - 8 (d)表示與主要優(yōu)選實施例 的運行有關的多個電流和電壓波形。
具體實施例方式
圖1用電路圖的形式示意性地說明本發(fā)明的主要優(yōu)選實施例。 在圖1中，電壓源101表示一個普通120V/60 Hz的市電供電線路并通過RFI/EMI濾波器102連接到全波整流橋103的交流輸入端 Pl和P2。整流橋103由四個整流二極管組成并具有一對直流輸出端 P+、 P-，其中P+端是正極，而P-端是負極。兩個二極管D5、 D6通過 升壓輸入端A串聯(lián)。二極管D5的陰極連接到P-端，而二極管D6的 陽極連接到直流輸入端V-。整流橋103的P+端連接到另一直流輸入 端V+。
二極管104的陽極連接到V+端，陰極連接到結點VDC。存儲電容 器108連接在結點VDC和V-端之間。
半橋開關晶體管逆變器106有雙極晶體管(MJE 13005類型)，其 集電極連接到結點VDC。晶體管105的發(fā)射極連接到結點C。所述逆 變器的另一NPN型晶體管107 (和晶體管105—樣，屬于MJE 13005 類型)的集電極連接到結點C。晶體管107的發(fā)射極連接到V-端。
諧振振蕩電路由兩個集成耦合諧振電路組成。第一諧振振蕩電路 具有隔直電容器BC (電容值為約O.luF)、第一諧振電容器1M (電 容值為約18nF)、諧振電感器110 (電感值為約lmH)和反饋變壓器 109的初級繞組W1，所有元件通過氣體放電燈113的燈絲116、 115 串聯(lián)在V+端和結點C之間。從而氣體放電燈(類型DuluxE26W，鋨 鎢燈絲合金)通過兩對燈具線端子a-b、 c-d有效地跨接在諧振電容 器114的兩端。第二諧振電路有相同的諧振電感器IIO、第二諧振電 容器112和反饋變壓器的初級繞組Wl，所有元件串聯(lián)連接在結點C 和升壓輸入端A之間。反饋變壓器109安裝有兩個次級繞組W2、 W3， 次級繞組W2、 W3分別跨接在開關晶體管105、 107的基極發(fā)射極結兩 端。結點F是裝裝有公共電感器110和兩個諧振電容器114和112的 兩個諧振電路的公共端。該裝置在制造上既可采用飽和鐵芯也可采用 反饋變壓器設計中所用的不飽和鐵芯。所使用的飽和鐵芯由賓西法尼 亞州巴特勒的Magnetics, Inc.生產(chǎn)的型號是0W40603-TC的材料制 造。不飽和鐵芯反饋變壓器在設計上可以選用Magnetics, Inc.生產(chǎn) 的型號為J-42510-EC的鐵芯。
圖2表示了本發(fā)明的第二實施例，其結合了本申請發(fā)明人的第
1208/005, 817號專利申請中所描述和請求保護的發(fā)明。諧振電感器210 的次級繞組N22與整流橋206的一對交流輸入線端F1、 F2相連。該 實施例中也有兩個諧振電路,這兩個諧振電路由兩個諧振電容器214、 212和一個公共諧振電感器210組成。安裝兩個串聯(lián)的氣體放電燈215 和216，其具有三對燈絲端a-b、 c-d和e-f，這些燈絲端連接到諧振 電感器210的相關燈絲繞組上。
圖3表示了本發(fā)明的另一個實施例，其中兩個升壓電容器306和 311通過升壓輸入端A串聯(lián)連接，并連接在直流輸入端V+， V-之間。在
該電路中，如同在圖l中所示的電路，安裝了具有第一、第二諧振電 容器314， 312和一個公共諧振電感器310的兩個諧振電路。第二諧振 電容器312連接到升壓輸入端A。
圖4表示了圖1中所示的本發(fā)明的可選形式。諧振振蕩器安裝了 具有至少有四個接線端的控制電路，這些接線端分別是信號輸入端 SIT、接地端GT、和兩個門極端子G1，G2。
圖5表示了本發(fā)明的一個可選形式，其中諧振振蕩器電路包括兩 個諧振電路。第一諧振電路有與諧振電感器510的第一繞組N15和反 饋變壓器509的第一繞組串聯(lián)的隔直電容器BC，全部元件連接在Vi 端和結點C之間。第一諧振電容器與諧振電感器510的初級繞組N15 并聯(lián)。第二諧振電路串聯(lián)反饋變壓器的連接繞組Wl、同一諧振電感 器510的初級繞組N15和第二諧振電容器512，全部元件連接在結點 C和升壓輸入端A之間。諧振電感器510也安裝次級繞組N25并具有 通過限流電容器517連接到該繞組上的氣體放電負載513。
圖6表示了本發(fā)明的另一個可選形式，其中取消了反饋變壓器， 而通過磁耦合到諧振電感器610的次級繞組W16、 W26向開關晶體管 提供開關反饋信號。
顯然，本領域的技術人員能建立更多的可選形式或不同的組合， 例如圖6中的改進措施和諧振振蕩器可以與圖1中的升壓輸入端A和 二極管D5， D6的組合使用。運行詳情
為了清楚描述圖1中的裝置，第二諧振電容器112將不連接到升壓輸入端A。
圖7 (a) -7 (d)表示了說明圖1中的裝置組的運行的多個電流和電壓波形，其中電容器112沒有被連接到端A。參考圖7 (a) -7(d)中的波形，圖1中的裝置的運行與授予Grunwaldt的第3， 084, 283號美國專利中所描述的裝置很類似。區(qū)別在于通過提供與二極管D5和D6串聯(lián)的整流橋103以及與存儲電容器108串聯(lián)的二極管104實現(xiàn)本發(fā)明的目標。通過使用這些改進措施，發(fā)現(xiàn)了裝置的新性能。根據(jù)圖7 (a)，在直流輸入端V+、 V-兩端產(chǎn)生的直流輸入電壓是由交流電壓源101傳送并由電容器108濾波的公知整流電壓的結果。
該裝置是通過公知的兩端開關電路(未顯示)提供的觸發(fā)開始振蕩。變換器向電燈負載113提供大小恒定的電壓和電流。開關逆變器106的頻率等于串聯(lián)諧振電路的諧振振蕩頻率，該諧振電路包括與諧振電容器112并聯(lián)且與諧振電感器110串聯(lián)的負載113。
該裝置從能量存儲電容器108獲取脈動電流，并通過整流橋103從電源線中獲取脈動電流。脈動電流周期性流經(jīng)二極管D6和D5。每當二極管D5和D6傳導脈動電流時，直流輸入端V-有效連接到整流橋103的P-端。因此，由于脈動電流的流動，二極管產(chǎn)生切換通/斷
的動作。在V+、 v-端之間的直流輸入電壓的峰值等于整流交流電壓
源101的峰值。
整流橋103的P+、 P-端之間的電壓波形見圖7 (b)。 P-、 V-(兩二極管D5、 D6)端之間產(chǎn)生的電壓波形見圖7 (c)。該裝置運行期間的任何時刻，直流輸入電壓的瞬時值(根據(jù)圖7 (a))都等于整流交流電壓源的瞬時值(根據(jù)圖7 (b))與兩二極管D5、 D6兩端產(chǎn)生的電壓瞬時值(根據(jù)圖7 (c))之和。輸入電流的波形見圖7 (d)。
這種串聯(lián)諧振電路的振蕩頻率(/，)可以用下列公式表示
14其中，
L-諧振電感器110的電感量；C-諧振電容器114的電容量；
R-負載電阻。
通過用于變頻器自激振蕩的反饋變壓器109的開關反饋繞組W2、W3得到的反饋信號與在輸出端I、 F所傳遞的輸出電流同相。從而，所得到的頻率總是與V+、 V-端的直流輸入電壓瞬時值的成比例地并根據(jù)跨接在第一諧振電容器114兩端的負載113的變化自動調整。在這些條件下，可以證明如果諧振電感器110和諧振電容器沒有損耗，那么加在負載114上的電流取決于負載的電阻。該電流只取決于V+、V-端的直流輸入電壓和L/C的商。此外，輸出電壓大小是相對固定的，因為這是氣體放電負載的特性。從而，諧振電感線圈兩端的電壓大小相對固定，因為這是該串聯(lián)諧振電路的特性，其中諧振電容器兩端的電壓大小直接與諧振電感器兩端的電壓大小成正比。該串聯(lián)諧振電路屬于高品質因數(shù)類型，能夠在諧振元件110、 114兩端產(chǎn)生遠火于直流輸入電壓的電壓。通過調制負載113、電感器110或者電容器114中任一的瞬時值，可以很容易地調制諧振元件114、 llO兩端的電Jk。通過對諧振元件之一兩端的電壓大小上進行限定和調制，也能得到同樣的結果。
在升壓輸入端A上連接第二諧振電容器112時，圖1中裝置的運行參見圖8 (a) - 8 (d)的波形。
每當在A端連接電容器112時，裝置的輸入和輸出開始相互作用。
這種相互作用的效果是形成升壓諧振電路，該電路能夠存儲并釋放能量。二極管D6擔當升壓電路的開關元件，在晶體管107導通時二極管D6開通，在晶體管105導通時二極管D6關斷。兩個晶體管周期性地交替?zhèn)鲗щ娏?，這是本領域技術人員公知的雙晶體管逆變器。然而二極管D5擔當常見升壓電路的升壓二極管。每當A和V-端之間產(chǎn)生的瞬時電壓高于存儲電容器108、 二極管D5、和整流橋103的二極管及二極管104之間出現(xiàn)的瞬時電壓v (t)時，所有的電流都傳導電
15容器充電電流iCH，直到上述電壓相等為止?？赡芮闆r是，在特定振蕩周期的末期，當兩個晶體管顛倒其狀態(tài)時，電流會從A端繼續(xù)流出，但此時是通過電容器BC流入到負載113。每當晶體管107傳導電流時，第二諧振電路就會存儲能量，該能量會在晶體管105傳導電流時釋放。兩諧振電路通過公共諧振電感器110結合為一體。第一諧振電路是串聯(lián)諧振，其中負載114與諧振電容器并聯(lián)。然而，第二諧振電路是串聯(lián)諧振，其中升壓負載與諧振電容器和諧振電感器二者串聯(lián)。升壓負載是存儲電容器的阻抗表示的復合負載，等效于串聯(lián)電阻、所有有源和無源電路元件的損耗以及負載113，按照圖1電路它們均連接在裝置內。因此，這種隨時動態(tài)變化的復雜可變的負載構造影響對諧振電路增益的調制。所以，整個諧振振蕩器的阻抗特性(或多或少感性)也會正比于上述的變化而變化。開關二極管D6和升壓二極管D5兩端產(chǎn)生的電壓的瞬時值有效轉換成升壓負載的瞬時值，其中升壓負載與第二諧振電路串聯(lián)。然而即使做了這樣調制，由于通過反饋變壓器109諧振振蕩器的開關頻率可瞬時自調節(jié)，流經(jīng)諧振電感器的脈動電流il的大小和負載電流的大小也會保持相對穩(wěn)定，所以與第一串聯(lián)諧振電路關聯(lián)的阻抗有效值也會保持相對穩(wěn)定。P-和V-端之間的電壓大小(根據(jù)圖8 (C))再次等于V+、 V-端之間產(chǎn)生的直流輸入電壓的瞬時值減去P+和P-端之間的整流但未濾波的瞬時值之差，后者由整流交流電壓源提供并表示在圖8 (b)中。
直流輸入電壓的峰值等于或高于整流交流電壓源的峰值。根據(jù)圖8 (a)確定電壓大小的參數(shù)是第一和第二串聯(lián)諧振電路的瞬吋值、有效負載值及品質因數(shù)。上述參數(shù)是保證設備穩(wěn)定和正常運行的最寬要的因素。
應當認識到由于第二諧振電路用作升壓諧振電路，電容器108充電所達到的電壓部分由交流電壓源提供、部分由諧振升壓作用提供。因次，電容器108的充電電流iCH部分由交流電壓源提供、部分由諧振升壓電路提供。因此，來自交流電壓源的輸入電流波形(根據(jù)圖8(d))實質上與交流電壓源的電壓波形成比例。從電源抽獲取的功率
16的功率因數(shù)是99%,從電源傳送給裝置的電流的總諧波失真低于20%。應當認識到根據(jù)本發(fā)明由于使用與驅動負載的諧振電路結為一體的諧振升壓電路，隨電路阻抗特性變化的頻率的調制與電壓瞬時值的調制成比例，電壓瞬時值等于直流輸入電壓瞬時值和整流交流電壓源瞬時值之差。因此，應當認識到由于使用與驅動負載的其它諧振電路結為一體的諧振升壓電路，與電壓瞬時值成比例地調制所述電路形成的諧振振蕩器的振蕩頻率，其中電壓瞬時值等于直流輸入電壓的瞬時值和整流交流電壓的源瞬時值之差。結果從交流電壓源中獲得的電流瞬時值實質上與所述交流電壓源提供的電壓瞬時值成比例，且傳送給負載的電壓和電流幅值相對穩(wěn)定。
關于圖2中的裝置，其是本發(fā)明的又一實施例，結合圖1中裝置的諧振升壓電路提供諧振電感器210的反饋繞組n22。除了耦合到諧振電感器且連接到整流橋206的交流端的反饋繞組，電路的運行類似于圖1中所述的電路，與f+、 f-端的電壓調節(jié)成比例地調節(jié)諧振電感器的有效電感值。實際上，該裝置運行產(chǎn)生的效果與圖1中裝置產(chǎn)生的結果相同。當需要改進反饋能量以提供適當?shù)难b置的輸入和輸出參數(shù)時，其可以作為一種設計選擇。
關于圖3中的裝置，其是本發(fā)明的另一實施例，整流橋303的二極管實現(xiàn)升壓開關和整流功能。升壓電容器306、 311由諧振升壓電路通過電容器312進行周期性充電，并且每當存儲電容器兩端的電壓低于直流輸入端v+、 v-兩端的電壓時，進行周期性放電。當相對于功率等級和尺寸大小要求該裝置驅動各種不同類型的燈具時，采用該實施例。具有公共諧振電感器的兩個集成諧振電路相互作用，其方式是在輸出功率的較大范圍內，輸入輸出參數(shù)保持在所需的技術耍求范圍內。
圖4的裝置是圖1的裝置的可選形式，其中的控制電路實現(xiàn)圖1中裝置的反饋變壓器的功能。該控制電路檢測p-和v-端的電壓瞬時值大小并向晶體管q1、 q2按所述大小成比例地提供開關信號。因而，該振蕩電路的開關頻率的調制與p-和v-之間的電壓幅值的調制成比例。有關該裝置運行的所有其它方面與圖1中裝置的運行一致。
圖5中的裝置是圖4中的裝置的可選形式，該裝置使用并聯(lián)諧振電路作為第一諧振電路和串聯(lián)諧振電路作為諧振升壓電路。該并聯(lián)諧振電路包括電容器514，該電容器在運行上與初級繞組N15的電感并聯(lián)諧振。但是，串聯(lián)諧振電路用作升壓諧振電路，其中同一電感器與電容器512的相互作用。連接與結合這些諧振電路形成了諧振振蕩電路，其中開關信號通過反饋變壓器509提供給晶體管。類似于圖3中所述的實施例，該實施例中，存儲在包含升壓電容506和511的升壓諧振電路中的能量自然釋放，并當作補充電壓提供給整流交流電壓源。
此處所附的圖6表示圖5中的裝置的可選形式。除了采用次級繞組W16、 W26實現(xiàn)切換反饋的情況除外，在此給出的電路在運行l(wèi):與圖5中的電路一致，其中次級繞組W16、 W26的作用是提供與并聯(lián)諧振電路的兩諧振元件614、 N61兩端產(chǎn)生的脈動電壓成比例的開關信號。
應當認識到，盡管a)標稱交流電壓源變化較大、b)應用于非標稱類型負載、c)裝置會置于低溫和高溫下，但在此所述的設各也能夠提供其重要參數(shù)(輸入功率、功率因數(shù)、總諧波失真、負載電流波峰因數(shù))的實質穩(wěn)定性。
應當認識到，在此所述的裝置非常簡單，零件個數(shù)非常少，易適用于所有類型的供電線路電壓和負載，制造過程可重復，并且廉價。
應當認識到，在不背離在此所述的發(fā)明理念的情況下，本領域的技術人員對上述實施例進行多種修改或替代是顯而易見的。
權利要求
1、在直流輸入端具有直流脈動電壓并適于向負載傳送高頻信號的能量轉換裝置，所述裝置包括整流器，其從交流電源接收源電壓并在第一直流輸出端提供第一脈動直流電壓；升壓整流器，其具有升壓輸入端并在第二直流輸出端提供第二脈動電壓，其中適當定位所述的第一和第二直流輸出端，在電路中連接二者，并將二者連接到直流輸入端，第一和第二直流輸出端提供等于第一直流脈動電壓和第二直流脈動電壓之和的直流脈動電壓；電容器，其連接到直流輸入端并接收所述的直流脈動電壓；半導體開關裝置，其連接到電容器裝置；諧振振蕩器，其用于從直流輸入端獲取脈動電流并生成第二直流脈動電壓，所述振蕩器電路包括(i)諧振負載電路，其連接到直流輸入端和半導體開關裝置，并具有串聯(lián)連接的電感器和第一電容器，還具有與所述第一電容器有效并聯(lián)連接的負載，(ii)諧振升壓電路，其具有與第二諧振電容器串聯(lián)的電感器，并連接到升壓輸入端和半導體開關裝置，及(iii)開關反饋回路，其連接到半導體開關裝置并響應脈動電流的瞬時值，還用于將開關信號傳送給半導體開關裝置，與第二直流脈動電壓的瞬時值的調制成比例地調制所述開關信號。
2、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中整流器具有以普通橋式電 路的形式連接的單向元件，并具有分別為正極和負極的第一直流輸出 端，所述整流器使每一個單向元件都執(zhí)行開關動作，所述開關動作Ftl 傳導電流時的開通時間和不傳導電流時的關斷時間表征。
3、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中升壓整流器具有通過升壓 輸入端串聯(lián)連接的兩個單向元件。
4、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中電容器是極化電解電容器。
5、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中半導體開關裝置具有以半 橋結構連接的一對NPN雙極晶體管，用于交替運行。
6、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中諧振振蕩器具有開關反饋回路，反饋回路上裝配不飽和電流互感器。
7、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中諧振振蕩器具有開關反饋 回路，反饋回路上裝配飽和電流互感器。
8、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中飽和電流互感器用環(huán)形鐵 氧體鐵心制造，所述鐵氧體鐵心的起始磁導率為5000或更大，尺寸 為直徑6毫米、高度3毫米。
9、 根據(jù)權利要求7所述的裝置，其中諧振振蕩器具有飽和電流 互感器，所述電流互感器的初級繞組為一匝、每個次級繞組為.一匝以 上的多匝。
10、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中諧振振蕩器裝置具有開關 反饋回路，所述反饋回路上安裝控制電路。
11、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中與第二直流脈動電壓的瞬 時值的調制成比例地調制諧振振蕩器的瞬時振蕩頻率。
12、 根據(jù)權利要求1所述的裝置，其中半導體開關裝置執(zhí)行瞬時 開關占空比，與第二直流脈動電壓的瞬時值的調制成比例地調制瞬時 開關占空比。
13、 在直流輸入端具有直流脈動電壓并適于向負載傳送高頻信號 的能量轉換裝置，所述裝置包括整流器裝置，其從交流電源接收源電壓并在第一直流輸出端提供 第一脈動直流電壓；升壓整流器裝置，其具有升壓輸入端和第二直流輸出端，其屮在 電路中適當定位和連接所述第一和第二直流輸出端，并將二者連接到 直流輸入端，第一和第二直流輸出端提供等于第一直流脈動電壓和第 二直流脈動電壓之和的直流脈動電壓；電容器裝置，其連接到直流輸入端并接收所述直流脈動電壓；半導體開關裝置，其連接到電容器裝置；諧振振蕩器裝置，其用作從直流輸入端獲取脈動電流并生成第二 直流脈動電壓，所述振蕩器電路包括(i)諧振負載電路，其連接到 直流輸入端和半導體開關裝置，并具有串聯(lián)連接的電感器和第--電容器，還具有與所述電容器有效并聯(lián)連接的負載，(ii)諧振升壓電路， 其具有串聯(lián)連接的電感器與第二諧振電容器，并連接到至少一個升壓 輸入端和半導體開關裝置，(iii)能量反饋繞組，其磁耦合到電感器并連接到升壓輸入端，及(iv)開關反饋回路，其連接到半導體開關 裝置并響應脈動電流的瞬時值，還用作將開關信號傳送給半導體開關 號?！?、、-、、、。 、。
、 目
14、 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其中整流器裝置具有以普通 橋式電路的形式連接的單向元件，并具有分別為正極和負極的第一直 流輸出端。
15、 根據(jù)權利要求13所述的裝置，其中升壓整流器裝置具有以 普通橋式電路的形式連接的單向元件，并具有分別為正極和負極的第 二直流輸出端。
16、 適用于從低頻交流電壓源向氣體放電負載供電的電子裝置， 所述裝置具有直流端并包括整流器裝置，其具有單向元件并實現(xiàn)開關動作，所述開關動作由 傳導電流時的開通周期和不傳導電流時的關斷周期表征；升壓電容器裝置，其具有升壓輸入端，用于在直流端之間提供脈 動直流電壓，所述脈動直流電壓的絕對峰值高于交流電壓源的整流電 壓的絕對峰值；能量存儲裝置，其具有輸入端，并在串聯(lián)電路中與二極管裝^相 連，所述串聯(lián)電路連接在直流端之間，所述二極管裝置的陽電極連接 到直流端正極，所述二極管裝置與能量存儲裝置共同用于在輸入端之 間產(chǎn)生從脈動直流電壓中分離出的直流輸入電壓，在關斷周期期間以 及每當脈動直流電壓的瞬時值高于直流輸入電壓的瞬時值時，所述能量存儲裝置從升壓電容器裝置接收能量；半導體開關裝置，其與能量存儲裝置相連，并具有兩個相連的、 交替導通的晶體管以在其間形成公共點；諧振振蕩器裝置，其用于從直流端獲取脈動電流并生成脈動直流電壓，所述振蕩器電路包括(i)諧振負載電路，其連接到直流端的正極和半導體開關裝置的公共點，并具有串聯(lián)連接的電感器和第一電 容器，還具有與所述第一電容器有效并聯(lián)連接的負載，(ii)諧振升壓電路，其具有與第二諧振電容器串聯(lián)連接的電感器，并連接到升壓 輸入端和半導體開關裝置的公共點，及(iii)開關反饋回路，其連 接到半導體開關裝置并響應脈動電流的瞬時值，還用于將開關信號傳 送給半導體開關裝置，與脈動直流電壓的瞬時值的調制成比例地調制 所述開關信號；其中從直流端獲取脈動電流時，會引起單向元件執(zhí)行開關動作， 從而使升壓電容器裝置在開通和關斷周期內存儲和釋放能量，開通和 關斷周期與半周期時間成比例，所述半周期時間與諧振振蕩器裝置的 振蕩頻率相關；每一交替導通的晶體管具有與導通時間相關的占空 比，與脈動直流電壓的調制幅值成比例地自動調制所述占空比；諧振 振蕩器裝置的振蕩頻率遠快于交流電壓電源的半周期頻率；其中，從 交流電壓源獲取的電流瞬時值與交流電壓源的電壓瞬時值成比例。
17、 根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中升壓電容器裝置具有通 過升壓輸入端串聯(lián)連接的兩個電容。
18、 根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中開關反饋回路上裝配飽 和電流互感器，所述飽和電流互感器用環(huán)形鐵氧體鐵心制造，所述鐵 氧體鐵心的起始磁導率為5000或更大，尺寸為直徑6毫米、高度3 毫米。
19、 根據(jù)權利要求16所述的裝置，其中所述諧振振蕩器裝置具 有開關反饋回路，所述開關反饋回路上安裝控制電路。
20、 適用于從低頻交流電壓源向氣體放電負載供電的電子裝置， 所述裝置具有直流端并包括整流器裝置，其具有單向元件并實現(xiàn)開關動作，所述開關動作由 傳導電流時的開通周期和不傳導電流時的關斷周期表征；升壓電容器裝置，其具有升壓輸入端，用于在直流端之間提供脈 動直流電壓，所述脈動直流電壓的絕對峰值高于交流電壓源的整流電壓的絕對峰值；能量存儲裝置，其具有輸入端，并在串聯(lián)電路中與二極管裝置相 連，所述串聯(lián)電路連接在直流端之間，所述二極管裝置的陽電極連接 到直流端正極，所述二極管裝置與能量存儲裝置共同用于在輸入端之 間產(chǎn)生從脈動直流電壓中分離出的直流輸入電壓，在關斷周期期間以 及每當脈動直流電壓的瞬時值高于直流輸入電壓的瞬時值時，所述能 量存儲裝置從升壓電容器裝置接收能量；半導體開關裝置，其與能量存儲裝置相連，并具有兩個相連的、 交替導通的晶體管以在其間形成公共點；諧振振蕩器裝置，其用于從直流端獲取脈動電流并生成脈動直流 電壓，所述振蕩器電路包括(i)并聯(lián)諧振負載電路，其連接到直流 端的正極和半導體開關裝置的公共點，并在并聯(lián)電路中具有電感器和 第一電容器，還具有與所述并聯(lián)電路有效并聯(lián)連接的負載，(i.J)串 聯(lián)諧振升壓電路，其具有與第二諧振電容器串聯(lián)連接的電感器，并連 接到升壓輸入端和半導體開關裝置的公共點，及(iii)開關反饋回 路，其連接到半導體開關裝置并響應脈動電流的瞬時值，還用于將開 關信號傳送給半導體開關裝置，與脈動直流電壓的瞬時值的調制成比 例地調制所述開關信號；其中從直流端獲取脈動電流時，會引起單向元件執(zhí)行開關動作， 從而使升壓電容器裝置在開通和關斷周期內存儲和釋放能量，開通和 關斷周期與半周期時間成比例，所述半周期時間與諧振振蕩器裝置的 振蕩頻率相關；每一交替導通的晶體管具有與導通時間相關的占空 比，與脈動直流電壓的調制幅值成比例地自動調制所述占空比；諧振 振蕩器裝置的振蕩頻率遠快于交流電壓源的半周期頻率；其屮，從交 流電壓源獲取的電流瞬時值與交流電壓源的電壓瞬時值成比例。
21、 根據(jù)權利要求20所述的裝置，其中開關反饋回路上安裝具 有一個初級繞組和兩個次級繞組的不飽和或飽和電流互感器。
22、 根據(jù)權利要求20所述的裝置，其中開關反饋回路上安裝分 別磁耦合到電感器和連接到半導體開關裝置的兩個次級繞組。
23、用于從低頻供電線路源向氣體放電負載供電的電子裝置，所 述裝置與供電線路的電壓成比例的獲取電流，并由包括兩個集成同步 諧振電路的振蕩器電路組成，所述振蕩器電路具有兩個諧振電容器和 一個公共諧振電感器，其中一個電路用于驅動負載，另一個用于提供 增大的脈動直流電壓，所述脈動直流電壓自然地加入供電線路源的整 流電源，并與其相結合。
全文摘要
用于電供電線路的電子變換器，其適合于將幅值相對恒定的高頻信號傳遞給負載(113)，并用于從交流電壓源(101)中獲取實質上為正弦的電流。所述變換器包括其間連接電容器(108)的直流輸入端(V+，V-)、連接到直流輸入端的整流橋(103)和升壓整流器(D5，D6)、連接到直流輸入端和晶體管逆變器(106)的諧振振蕩器電路，所述晶體管逆變器采用兩個集成同步的諧振電路，所述諧振電路具有兩個諧振電容器(114，112)和一個公共諧振電感器(110)，其中一個電路用于驅動負載，另一個用于提供增大的脈動直流電壓，所述脈動直流電壓電壓自然地加入交流電壓源的整流電源，并與其相結合。
文檔編號H05B41/295GK101652013SQ20081013335
公開日2010年2月17日 申請日期2008年8月11日 優(yōu)先權日2008年8月11日
發(fā)明者安德魯·鮑拜爾 申請人:安德魯·鮑拜爾