專利名稱：熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其燈絲在發(fā)光前需要預(yù)熱的熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器，特別涉及包括斬波器和逆變器的組合在內(nèi)用于由直流電源向放電燈產(chǎn)生驅(qū)動電壓的電子鎮(zhèn)流器。
電子鎮(zhèn)流器廣泛地用于驅(qū)動例如熒光燈之類的放電燈。如美國專利US5，144，195，US4，959，591，US5，177，408所揭示的，電子鎮(zhèn)流器通常設(shè)計(jì)為包括從直流電壓源提供一平滑和升高的輸出電壓的斬波器，和一個由斬波器的輸出激勵向放電燈提供一高頻交流電壓使之發(fā)光的逆變器。
美國專利US5，144，195揭示一種鎮(zhèn)流電路，它的斬波器被控制在逆變器起動以后才開始工作，這樣逆變器在鎮(zhèn)流電路通電之后緊接著的初始瞬間即開始工作，而此時斬波器尚不足以實(shí)際提供一穩(wěn)態(tài)的斬波輸出。
美國專利US4，959，591揭示一種鎮(zhèn)流電路，其中斬波器和逆變器在鎮(zhèn)流電路通電之后同時開始工作，這樣逆變器的輸出在一初始瞬變期間之后穩(wěn)定，斬波器也在此期間使其輸出上升到一穩(wěn)定電平。
在上述兩專利的鎮(zhèn)流電路中，逆變器在瞬變期間產(chǎn)生可以用來預(yù)熱熱陰極型放電燈的限幅輸出。但是，逆變器在其工作開始時遭受不穩(wěn)定的輸入電壓，因而很有可能引起不受控制的狀況，導(dǎo)致逆變器輸出的異常振蕩，過多的噪聲或加在逆變器開關(guān)元件上過高的強(qiáng)度，而這一切對于安全可靠的鎮(zhèn)流工作都是應(yīng)避免的。況且，這些鎮(zhèn)流電路不含有控制逆變器以限制其瞬變期間輸出的有效方案，因而逆變器在此期間直接接受來自斬波器的不穩(wěn)定電壓，因而很可能引起預(yù)計(jì)不到和不希望的振蕩。
美國專利US5，177，408揭示一種瞬間起輝電燈(即冷陰極放電燈)的鎮(zhèn)流器。雖然該專利的鎮(zhèn)流器可允許逆變器在斬波器穩(wěn)定之后才開始工作以提供一穩(wěn)態(tài)電壓來解決上述問題，但是該逆變器一經(jīng)起動便產(chǎn)生其滿幅電壓，而不是受控制產(chǎn)生一預(yù)熱熱陰極放電燈所需的限幅電壓。
鑒于上述問題和需要，本發(fā)明成功地提供一種用于熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器。本發(fā)明的鎮(zhèn)流器包括直流電壓源、斬波器和逆變器。斬波器包括一開關(guān)元件，它與電感器一起串聯(lián)跨接在直流電壓上，當(dāng)它被驅(qū)動而通斷時，產(chǎn)生一周期性中斷的電壓，此電壓經(jīng)電容器平滑后產(chǎn)生一平滑的直流電壓作為斬波器的輸出。逆變器至少包括一個與斬波器輸出相連的開關(guān)元件，由此產(chǎn)生一高頻交流電壓作為逆變器輸出加到放電燈的陰極上，點(diǎn)亮此熱陰極放電燈。本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器其特征在于包括逆變器控制器和延時電路。逆變器控制器可控制逆變器有選擇地工作于提供所述逆變器一級電平輸出的正常模式和提供所述逆變器二極電平輸出的限幅模式，此二級電平低于所述一級電平，并確定為給所述陰極以預(yù)熱電流。延時電路的作用，是使逆變器的起動延時于斬波器的起動，以便在斬波器的輸出上升到預(yù)定電平之后才允許逆變器工作。逆變器控制器控制逆變器使之在逆變器起動之后用于預(yù)熱放電燈的規(guī)定時間內(nèi)工作在限幅模式，此后，逆變器控制器允許逆變器工作在點(diǎn)亮放電燈的正常工作模式。按照這樣設(shè)計(jì)的逆變器控制器和延時電路，可以在斬波器觸發(fā)之后和向放電燈施加滿幅的逆變器輸出電壓之前，以受控制的方式預(yù)熱熱陰極型放電燈，以確?？煽康碾娐饭ぷ骱脱娱L燈的壽命，同時避免引起不希望和不知道的振蕩來保護(hù)逆變器。
因而，本發(fā)明的主要目的在于提供一種改進(jìn)的電子鎮(zhèn)流器，它在滿幅的逆變器輸出電壓加到放電燈之前可以有效地預(yù)熱熱陰極型放電燈，以確保驅(qū)動此放電燈的電路更好和有效地工作。
在較佳實(shí)施例中，逆變器包括一諧振電路它提供諧振電壓作為送至放電燈的逆變器輸出。逆變器的開關(guān)電路允許逆變器的輸出頻率在含有諧振電路諧振頻率的一個范圍內(nèi)變化。逆變器控制器在工作模式下，在諧振頻率附近產(chǎn)生第一頻率的逆變器輸出，在限幅模式下產(chǎn)生高于第一頻率的第二頻率的逆變器輸出。
因而本發(fā)明另一目的在于提供一種改進(jìn)的電子鎮(zhèn)流器，其中為了在發(fā)光之前對放電燈進(jìn)行所需的預(yù)熱，逆變器控制器控制調(diào)整逆變器的頻率，以區(qū)分限幅工作模式和正常工作模式間的逆變器輸出。
延時電路最好能提供使限幅工作模式的起動依賴于環(huán)境溫度的起動信號，以便限幅工作模式隨環(huán)境溫度的升高而提前開始。這與燈的特性是一致的，允許在燈的環(huán)境溫度升高時加快放電燈的發(fā)光，因此這是本發(fā)明又一目的。
逆變器控制器最好包括斬波器的電壓檢測器，和當(dāng)電壓檢測器檢測出斬波器輸出上升到一個預(yù)定的電平后按照一預(yù)定的時間進(jìn)行計(jì)時的定時器。在這預(yù)定時間的最后，定時器送出一中止信號來切換逆變器控制器，使逆變器從工作于限幅模式轉(zhuǎn)換至工作于正常模式。
或者，延時電路也可設(shè)計(jì)為包括檢測斬波器輸出的電壓檢測器，當(dāng)斬波器輸出達(dá)到一選定在低于穩(wěn)態(tài)電平的某預(yù)定電平時提供預(yù)熱開始信號，當(dāng)斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平時提供預(yù)熱結(jié)束信號。逆變器控制器響應(yīng)預(yù)熱開始信號使逆變器工作于限幅模式，響應(yīng)預(yù)熱結(jié)束信號而允許逆變器工作于正常模式。
斬波器的電感器可以設(shè)有一次級繞組，它與一電容串聯(lián)連接，由次級繞組感應(yīng)得到的電壓對該電容充電。這一充電的電容向逆變器控制器提供工作電壓，以便在斬波器啟動后啟動逆變器控制器以延時方式工作于限幅模式，這里斬波器是由它的開關(guān)元件啟動的。這種安排構(gòu)成從斬波器的啟動開始以延時方式激勵逆變器控制器的延時電路。
本發(fā)明的鎮(zhèn)流器可以包括與逆變器并聯(lián)在一起接到斬波器輸出上的虛負(fù)載。有了虛負(fù)載，特別是當(dāng)逆變器起動時，總能使斬波器在其輸出端連接著一定負(fù)載的情況下工作，因而很好地防止其產(chǎn)生過電壓以利于鎮(zhèn)流器的安全工作，這是本發(fā)明的又一個目的。
可以設(shè)置一開關(guān)在斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平時就切斷虛負(fù)載與斬波器的連接。而且，該負(fù)載可以用設(shè)置在放電燈周圍的加熱器的方式來提供，用于在逆變器未起動時預(yù)熱燈，藉此相應(yīng)地縮短由逆變器的后續(xù)動作點(diǎn)亮放電燈的時間，因而這是本發(fā)明的又一目的。該開關(guān)可以包括一用于在預(yù)定時間后切斷虛負(fù)載連接的定時器，此時間應(yīng)選為不低于斬波器在啟動后產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)斬波器輸出所需的時間。
對放電燈進(jìn)行預(yù)熱，電感器可以設(shè)有一對次級繞組，它們產(chǎn)生的感應(yīng)電壓分別送給放電燈的陰極。
通過下面結(jié)合附圖對較佳實(shí)施例的說明，將會使本發(fā)明這些和其它目的與優(yōu)點(diǎn)變得清楚。


圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例電子鎮(zhèn)流器的電路圖。
圖2A和圖2B是表示圖1鎮(zhèn)流電路工作的波形圖。
圖3是本發(fā)明第二實(shí)施例電子鎮(zhèn)流器的電路圖。
圖4A和4E是表示圖3鎮(zhèn)流電路工作的波形圖。
圖5是圖3鎮(zhèn)流電路第一修改方案的電路圖。
圖6是表示圖5鎮(zhèn)流電路工作的波形圖。
圖7是圖3鎮(zhèn)流電路第二修改方案的電路圖。
圖8是圖3鎮(zhèn)流電路第三修改方案的電路圖。
圖9和圖10分別是圖8鎮(zhèn)流電路其他修改方案的示意圖。
圖11是圖3鎮(zhèn)流電路又一修改方案的示意圖。
第一實(shí)施例(圖1和圖2)參見圖1，這是示出本發(fā)明第一實(shí)施例的熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器包括斬波器10和逆變器30。斬波器10經(jīng)二極管電橋形式的全波整流器2與交流電網(wǎng)1連接，由此接收整流的脈動直流電壓，提供一升高的直流電壓作為斬波器的輸出送至逆變器30。逆變器30產(chǎn)生一高頻交流電壓來驅(qū)動放電燈3。斬波器10和逆變器30分別由斬波器控制器20和逆變器控制器60控制。
斬波器10包括串聯(lián)連接在全波整流器2上的電感器11和MOS場效應(yīng)管14，以便MOS場效應(yīng)管14周期性地中斷來自全波整流器2的脈動直流電壓，在電感器11上感應(yīng)斷續(xù)的電壓。這樣感應(yīng)出的電壓與整流器2的直流電壓一起經(jīng)隔離二極管16加到平滑電容器15上充電，給逆變器30提供平滑的升高了的直流電壓。
斬波器控制器20由電容21加電，將驅(qū)動脈沖送給MOS場效應(yīng)管的柵極，以較高的頻率使MOS場效應(yīng)管通斷。電容21和電阻22串聯(lián)連接在整流器2上，從鎮(zhèn)流器與交流電網(wǎng)1接通起，經(jīng)過由電容21和電阻22的時間常數(shù)所確定的較短時間t0后，電容21充電到足以起動斬波器控制器20的電平。這個較短時間t0通常設(shè)定為約幾十毫秒，在此期間斬波器輸出如圖2A所示上升到交流電網(wǎng)1的峰幅電壓(2]]>AC)。然后，MOS場效應(yīng)管被起動，開始將斷續(xù)的電壓加到平滑電容15上，藉此如圖2A所示，經(jīng)過一后續(xù)瞬變時間之后使斬波器輸出上升到一穩(wěn)態(tài)電平E0。
逆變器30包括跨接在平滑電容15上的一對串聯(lián)的第一和第二晶體管31和32，它們被交替地通斷，將平滑后的斬波器輸出變成振蕩電壓加到放電燈3上。第一晶體管31和第二晶體管32分別由第一和第二二極管34和33反向并接。逆變器30還包括電容35和36，和具有初級繞組40和三個次級繞組41-43的變壓器T。初級繞組40和電容35同放電燈3串聯(lián)連接，電容36跨接在燈3上，組成一跨接在第二晶體管32上的串聯(lián)諧振電路。第一和第二次級繞組41和42構(gòu)成反饋繞組，分別經(jīng)各自的電阻37和38連接到第一和第二晶體管31和32的基極用于自激，其詳細(xì)內(nèi)容將在以后論述。
電阻51和齊納二極管52的串聯(lián)組合通過與第一晶體管31的基極-發(fā)射極通路串聯(lián)跨接在平滑電容15上，在平滑電容15充電到預(yù)定電平時就由斬波器的輸出向晶體管加一初始偏置。即，鎮(zhèn)流電路觸發(fā)之后斬波器輸出上升到一預(yù)定電平時，齊納二極管便導(dǎo)通將初始偏置加到第一晶體管31上使之導(dǎo)通。如圖2B所示，這一時序選擇在遲于斬波器10開始產(chǎn)生斷續(xù)電壓的時序。在這種意義下，電阻51和齊納二極管52的串聯(lián)組合起到延時電路的作用，使逆變器30較斬波器10延時起動，僅當(dāng)斬波器輸出上升到預(yù)定電平之后才使逆變器30起動。
第一晶體管31還與逆變器控制器60連接，對逆變器30加以控制使之工作于產(chǎn)生點(diǎn)亮放電燈3的驅(qū)動電壓的正常工作模式或產(chǎn)生一基本上為常量的較低電平用于預(yù)熱放電燈3的限幅工作模式。逆變器控制器60包括一晶體管61，它連按在第一晶體管31的基極-發(fā)射極通路間，晶體管61的集電極連接有齊納二極管52。對晶體管61加以控制使之在正常工作模式下保持載止而在限幅工作模式下進(jìn)行通斷。
在論述逆變器控制器60工作之前，現(xiàn)論述在晶體管61保持載止的情況下逆變器的自激運(yùn)行。
(1)當(dāng)?shù)谝痪w管31加上初始偏置并使之導(dǎo)通時，逆變器30開始工作，來自斬波器輸出即電容15的電流經(jīng)電容35、放電燈3的陰極4、電容5、初級繞組40和第一晶體管31向電容35充電。
(2)當(dāng)電流達(dá)到某一幅，在初級繞組40周圍不再感應(yīng)產(chǎn)生進(jìn)一步擴(kuò)展的磁場時，第一反饋繞組41感應(yīng)出的電壓減小，籍此使第一晶體管31載止，此后初級繞組40隨著磁場的減弱繼續(xù)沿相同方向經(jīng)二極管33而不是晶體管31，經(jīng)電容35、放電燈3的陰極4流過電流。
(3)第二反饋繞組42隨著減弱的磁場感應(yīng)出一正向偏置使第二晶體管32導(dǎo)通。繞組40至43的繞線方向由極性點(diǎn)表示在圖1中。一旦這種情形發(fā)生，第二晶體管32導(dǎo)通使相反方向的電流從電容35經(jīng)第二晶體管32、初級繞組40、陰極4回到電容35。
(4)當(dāng)電流達(dá)到某一幅，在初級繞組40周圍不再感應(yīng)產(chǎn)生進(jìn)一步擴(kuò)展的磁場時，使得第二反饋繞組42感應(yīng)出的電壓減小，從而使第二晶體管32載止。緊接著第二晶體管32的載止，初級繞組40還是繼續(xù)通過放電燈3、電容35、平滑電容15，并經(jīng)跨接在晶體管31上的第二二極管34流過電流。
上述步驟按此方式重復(fù)，逆變器的諧振電路就可以提供一雙向流動的振蕩電流，其導(dǎo)通持續(xù)時間由諧振電路的電路常數(shù)確定。逆變器30在正常工作模式產(chǎn)生其頻率在諧振電路的諧振頻率附近的高頻輸出電壓。
現(xiàn)在回到逆變器控制器60，它包括一比較器62，其輸出經(jīng)電阻63與晶體管61的基極連接。比較器62的反相輸入端與跨接在向斬波器控制器20提供工作電壓的電容21上的串聯(lián)電阻64與65之間的接點(diǎn)相連，其同相輸入端與同樣跨接在電容21上的串聯(lián)電阻66與電容67之間的接點(diǎn)相連。電容67在電路中由電容21的電壓充電，并與另一晶體管68并接，電容69接在該晶體管68的基極一發(fā)射極通路上。逆變器控制器60還包括第三反饋繞組，它在第一晶體管31導(dǎo)通時就感應(yīng)極性與第一反饋繞組41的極性相反的電壓。第三反饋繞組43經(jīng)非門70和電阻71與晶體管68的基極相連，這樣第三反饋繞組43感應(yīng)出的電壓在非門70倒相，進(jìn)而下拉正向偏置使晶體管68載止?？缃釉陔娙?1上的還有電阻72和電容73的串聯(lián)組合，該電容73經(jīng)電阻72由電容21的電壓充電，并且將充好的電壓經(jīng)非門74和75與二極管76的串聯(lián)電路加到晶體管68的基極。
現(xiàn)在論述逆變器控制器60的工作。在進(jìn)行敘述以前，應(yīng)該知道晶體管61僅僅在從電路通電起到時刻t2止這一限定的時間間隔內(nèi)被允許導(dǎo)通和載止。其中t2為電容73由電容21的電壓充電至某一臨界電平的時間，該電平足以將一個常量正偏置電壓加到晶體管68上。這一時間間隔可選為從電路通電起大約一秒鐘，在此期間斬波器的輸出將變成穩(wěn)態(tài)電平。一旦電容73充電到臨界電平，晶體管68不管非門70也即第三反饋繞組43的輸出為何而保撤姮通。當(dāng)晶體管31導(dǎo)通開始向放電燈3提供逆變器輸出時，第三反饋繞組43將感應(yīng)出的電壓加到非門70，它進(jìn)而下拉對晶體管68的正偏置使之載止。出現(xiàn)這種情形，連接在電路中的電容67就開始經(jīng)電阻66由電容21的電壓充電。經(jīng)過電阻66和電容67的時間常數(shù)所確定的預(yù)定時間之后，電容67則充電到高于送至比較器62反相輸入端的分壓電平。緊接著比較器62將正向偏置加到晶體管61的基極使之導(dǎo)通，進(jìn)而在反饋繞組41使第一晶體管31載止之前在第一晶體管31的基極-發(fā)射極通路上分流使晶體管31載止。經(jīng)過這樣迫使第一晶體管31載止后，第三反饋繞組43感應(yīng)出反向電壓，同時第三反饋繞組42使第二晶體管32導(dǎo)通。第三反饋繞組43的反向電壓進(jìn)而使晶體管68導(dǎo)通，籍此使電容67放電，從而使晶體管61載止，使第一晶體管31準(zhǔn)備好下一次由加在其基極上的感應(yīng)電壓導(dǎo)通。
就這樣，由逆變器的自激電路組成所確定的第一晶體管31的正常導(dǎo)通時間被縮短了，以便在逆變器30觸發(fā)后的一個短時間t2-t1內(nèi)(示于圖2B中，它定義了逆變器30的限幅工作模式)對逆變器的輸出加以限制。請注意這一縮短的第一晶體管31的導(dǎo)通時間是由電阻66和電容67的時間常數(shù)相對于送到比較器62的反相輸入端的分壓來決定的。因而，在限幅工作模式，晶體管31的導(dǎo)通時間縮短在一個恒定的范圍，使逆變器輸出如圖2B所示基本上限制于一個不變的電平，以便按受控制的方式對放電燈3的陰極4預(yù)熱，避免引起逆變器30所不希望的異常振蕩。而且，導(dǎo)通時間雖然縮短了，但晶體管31的載止時間即晶體管32的導(dǎo)通時間卻由于自激電路的組成基本上保持為常數(shù)。因此也可以說逆變器30在限幅工作模式的頻率超過在正常工作模式時逆變器電路的諧振頻率。而且，注意到電阻72和電容73形成一定時電路，由它確定限幅工作模式的結(jié)束，在此之前斬波器的輸出將上升到穩(wěn)態(tài)電平(此時序在圖2B中由線tx表示)。一旦電容器73充電到臨界電平中止限幅工作模式，逆變器30便進(jìn)入正常工作模式，在此模式晶體管31和32允許按上述自激方式導(dǎo)通和載止，將驅(qū)動電壓加到放電燈3上用于其發(fā)光。
第二實(shí)施例(圖3和圖4)圖3顯示本發(fā)明第二實(shí)施例的電子鎮(zhèn)流器，它包括與第一實(shí)施例相似組成的斬波器110和斬波器控制器120，但包括與第一實(shí)施例不同組成的逆變器130和逆變器控制器160。斬波器110包括按第一實(shí)施例相似方式布置的電感器111、MOS場效應(yīng)管114、平滑電容115、隔離二極管116，通過使經(jīng)濾波器109與交流電網(wǎng)101連接的全波整流器102束的直流電壓周期性地中斷，在電容115上產(chǎn)生一外高了的光滑電壓。斬波器控制器120與MOS場效應(yīng)管114連接，使之交替通斷，斬波器控制器120由與電阻122一起串聯(lián)跨接在整流器102上的電容121的充電電壓供電。這樣，使得交流變換器110從鎮(zhèn)流電路通電起到由電阻122和電容121(同第一實(shí)施例)的時間常數(shù)所確定的初始瞬變時間(示于圖4A)之前以延時方式將斷續(xù)電壓加到平滑電容115。另外，斬波器110中還包括一電阻117至119的電壓分壓網(wǎng)，它向斬波器控制器120提供分壓，以反饋方式對斬波器110加以控制，從而在平滑電容115上提供不變的斬波器輸出。連接在MOS場效應(yīng)管114的源極與整流器102之間的電阻113向斬波器控制器120提供一監(jiān)視電壓，在斬波器控制器120中它用于控制使MOS場效應(yīng)管114導(dǎo)通與載止。
逆變器130包括第一晶體管MOS場效應(yīng)管131和第二晶體管132，它們串聯(lián)跨接在平滑電容115上，并且交替地導(dǎo)通和載止，經(jīng)過具有初級線圈145和次級線圈146的變壓器144將振蕩電壓加到放電燈103上。逆變器130還具有包括初級繞組140和次級繞組142在內(nèi)的變壓器T和電容139。電容139和初級繞組140連接成一串聯(lián)諧振電路。電阻148和149串聯(lián)跨接在電容139上。電阻134和135組成的分壓器跨接在第一晶體管131和電阻136的串聯(lián)組合上。第二晶體管132由二極管133反向并接。次級繞組142作為反饋繞組經(jīng)電阻137與第二晶體管132的基極連接用于自激。第一晶體管的柵極經(jīng)電阻138與逆變器控制器160連接，由此控制該晶體管導(dǎo)通和載止。
具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻153和電容152的串聯(lián)組合跨接在平滑電容115上，在鎮(zhèn)流電路通電以后較短的時間之后由整流器102的電壓將電容152充電至閾幅電平。一旦達(dá)到閾幅電平，電容152就提供一工作電壓來起動逆變器控制器160。由于包含正溫度系數(shù)的熱敏電阻153，因而電容152充電至預(yù)定電平所需的時間取決于環(huán)境溫度。也就是說，環(huán)境溫度越低電容器152充電越快，從而加快逆變器控制器160的起動，或逆變器130的工作進(jìn)程。
逆變器控制器160基本上控制第一晶體管131在由第二晶體管132的載止時刻所限定的時間導(dǎo)通，并以下述方式調(diào)整第一晶體管131的導(dǎo)通持續(xù)時間，此方式即，使逆變器在逆變器起動后的初始時期以提供限幅逆變器輸出的限幅工作模式工作，在初始時期之后以向燈提供驅(qū)動電壓的正常工作模式工作。初始時間或限幅工作模式的結(jié)束應(yīng)確定為遲于某一時刻，在該時刻斬波器的輸出變成穩(wěn)態(tài)電平之后逆變器130才能進(jìn)入正常工作模式，其詳細(xì)內(nèi)容將在此后詳述。
為方便對逆變器動作的理解，首先對正常工作模式進(jìn)行解釋。逆變器控制器160包括一單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器161，它在輸出端OUT產(chǎn)生一輸出脈沖，用于在電容152達(dá)到閾幅電平將電壓加到多諧振蕩器161的Vcc端之后使第一晶體管131導(dǎo)通和載止。
(1)當(dāng)多諧振蕩器161分別在其端口A和C接收低電平信號時，在由跨接在電容152的電阻162和電容163的時間常數(shù)所確定的時間間隔由其輸出端OUT將產(chǎn)生高電平輸出。即，當(dāng)由電容152對電容163充電至某一電平(此后稱為載止電平)，該電平送給多諧振蕩器161的B端，多諧振蕩器161響應(yīng)產(chǎn)生一低電平輸出使第一晶體管131載止。此時，電容163經(jīng)多諧振蕩器161的內(nèi)部電路(未示出)放電，使其電壓下降到載止電平以下以便由電容152下一次對它充電。在晶體管131的導(dǎo)通時間，從平滑電容115流過的電流將流過諧振電路回路，即電容139、變壓器144、初級繞組140、第一晶體管131、再回到平滑電容115，用此電流對電容139充電。
(2)接著第一晶體管131載止，初級繞組140沿相同方向繼續(xù)使電流經(jīng)過二極管133流到電容139，而此時初級繞組140將使其周圍的電磁場減弱，在反饋繞組142感應(yīng)出加到第二晶體管132基極的正偏置用于自激。因而，當(dāng)不再有電流經(jīng)第一二極管133流到電容139之后，第二晶體管132便緊接著導(dǎo)通，電流從電容139經(jīng)第二晶體管132、初級繞組140、變壓器144流過，再回到電容139。
(3)當(dāng)電流達(dá)到某一值，使它在初級繞組140周圍感應(yīng)產(chǎn)生的磁場不再增長時，在反饋繞組142上感應(yīng)產(chǎn)生的電壓趨于減小，使第二晶體管132載止。
(4)第二晶體管132截止后，初級繞組140緊接著仍繼續(xù)經(jīng)變壓器144、、電容139、平滑電容115、和第一晶體管MOS場效應(yīng)管131固有的寄生二極管(未示出)流過電流，此狀態(tài)可由跨接在第一晶體管131上的電阻分壓器134和135檢測。在這種情況下，在多諧振蕩器161的A端所監(jiān)測到的分壓是低電平信號。此時多諧振蕩器161的C端從電阻136接收低電平信號，多諧振蕩器161再一次觸發(fā)第一晶體管131使之導(dǎo)通。
上述步驟按此方式重復(fù)，逆變器的諧振電路可以提供雙向流動的振蕩電流，其導(dǎo)通持續(xù)時間由諧振電路的電路常數(shù)確定，并以約等于逆變器的諧振頻率經(jīng)變壓器144驅(qū)動放電燈103。
現(xiàn)在用逆變器控制器160附加的組成對逆變器的限幅工作模式加以敘述。逆變器控制器160還包括電阻164和二極管165的串聯(lián)電路，該串聯(lián)電路僅在逆變器控制器160起動之后的一段時間內(nèi)與電阻162并聯(lián)連接。在此期間，作為預(yù)熱放電燈的限幅工作模式，使得對電容163的充電加快，以縮短第一晶體管131的導(dǎo)通時間，限制逆變器的輸出。為了這一目的，逆變器控制器160具有一電壓比較器180，它包括比較器181、電阻182和183構(gòu)成的第一分壓器，和電阻184和185構(gòu)成的第二分壓器。電阻182和183的第一分壓器跨接在斬波器110的平滑電容115上成為斬波器輸出的電壓監(jiān)視器，向比較器181的同相輸入端提供一指示斬波器輸出的分壓，而電阻184和185的第二分壓器跨接在電容121上向比較器181的反相輸入端提供基本上不變的電壓作為基準(zhǔn)電壓。比較器181的輸出通過串聯(lián)連接的電阻169和電容170與地連接。當(dāng)斬波器輸出上升到穩(wěn)態(tài)電平時，比較器181就產(chǎn)生響應(yīng)提供一高電平輸出，在由電阻169和電容170的時間常數(shù)所確定的時間中將電容170充電至某一電平。電路中的另一比較器166使其反相輸入端連接接收電容170上得到的電壓，并使其同相輸入端連接接收電容152上經(jīng)電阻167和168分壓得到的電壓作為基準(zhǔn)電平。比較器166的輸出經(jīng)電阻164和二極管165與電容163連接，僅當(dāng)電容器170還未充電到足以超過同相輸入端接收的基準(zhǔn)電平比較器166根據(jù)這一狀況而輸出高電平時，才使電阻164與電阻162并聯(lián)連接。
現(xiàn)參見圖3和圖4A至4E敘述逆變器在限幅工作模式下的動作。當(dāng)斬波器控制器工作一較短時間之后，在圖4A至4E的t0所示的時刻利用從電容121接收到的工作電壓起動斬波器110，電容152經(jīng)熱敏電阻153充電使其電壓V2在圖4C的是刻t1(圖4E的時刻t1′)達(dá)到閾幅電壓VTH，從而起動逆變器控制器160，首先使第一晶體管131導(dǎo)通。逆變器控制器160起動后，一直到斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平(圖4A中的時刻tx)，電容170在時刻t2充電到比較器166的基準(zhǔn)電平之前，比較器166均保持高電平輸出，使電阻164和二極管165與電阻162并聯(lián)連接，籍此加快對電容163的充電。如前面論述的，電容163一旦充電到載止電平并由B端接收，多諧振蕩器161產(chǎn)生響應(yīng)使第一晶體管131載止。這表明，對電容163充電到載止電平的時間將決定第一晶體管131的導(dǎo)通時間。因而，在這種情況下，由于電阻164與電阻162的并聯(lián)連接，對電容163的充電比在正常工作模式下電阻164不與電阻162并聯(lián)連接的場合要快，從而使第一晶體管131的導(dǎo)通時間減小。
第一晶體管131載止之后，逆變器30便動作使第二晶體管132導(dǎo)通載止，然后使第一晶休管131再一次導(dǎo)通。其情況與前面所述正常工作模式類似。因而，在從t1到t2期間，第一晶體管131的導(dǎo)通時間被減小，而第二晶體管132的導(dǎo)通時間基本上不變，逆變器130的切換頻率超過諧振頻率，從而將逆變器輸出限幅到基本上保持不變，且適于對放電燈103的陰極104進(jìn)行預(yù)熱的電平。
當(dāng)電壓檢測器180檢測到斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平時，比較器181產(chǎn)生響應(yīng)，開始對電容170充電。在一固定時間tF之后，電容170充電到超過比較器166的基準(zhǔn)電壓，比較器166就產(chǎn)生響應(yīng)并使電阻164和二極管165的附加充電路徑與電阻162對電容163的充電路徑斷開，從而將對電容163的充電時間減緩到正常充電時間。這樣，逆變器130切換到正常工作模式為點(diǎn)亮放電燈103提供較高的電壓。在這種意義上，電容170和電阻169的電路可以視為確定限幅工作模式結(jié)束的定時器。
在此應(yīng)該注意，由圖4B和4C與圖4D和4E比較可知，當(dāng)環(huán)境溫度升高，正溫度系數(shù)的熱敏電阻153會延遲對電容152充電至閾幅電平VTH的時間，從而逆變器控制器使逆變器130工作在限幅工作模式以相應(yīng)地推遲起動時間。由圖中可知，在較低環(huán)境溫度下逆變器的起動表示為圖4C中的時刻t1，而較高環(huán)境溫度下的起動則為圖4E中的t1′。如前所述，由于限幅工作模式的結(jié)束是由電阻169和電容170構(gòu)成的定時器確定的，并不依賴于逆變器的起動時間，因而放電燈103的點(diǎn)亮?xí)r間不因環(huán)境溫度而改變，僅是預(yù)熱時間不同。這與放電燈的特性是一致的，即陰極104在高的環(huán)境溫度所需的預(yù)熱時間比在低的環(huán)境溫度的要少，并且符合用戶的下述要求，即從接通鎮(zhèn)流器起的恒定時間內(nèi)將燈點(diǎn)亮不隨環(huán)境溫度而改變。而且，上述特征的優(yōu)點(diǎn)還在于當(dāng)鎮(zhèn)流器斷開之后立即接通時可使預(yù)熱時間減少，在環(huán)境溫度改變或在燈關(guān)掉后隨即打開的場合，用戶不會因點(diǎn)亮放電燈的時間長短不一而感到奇怪。
鎮(zhèn)流器還包括與變壓器144的初級繞組145耦合的輔助繞組147、二極管191、電阻192和193、以及電容194所構(gòu)成的輸出監(jiān)視器。這樣組成的監(jiān)視器向多諧振蕩器161的D端提供一相應(yīng)的DC電壓。例如，當(dāng)監(jiān)視的DC電壓由于無法預(yù)計(jì)的異常振蕩而超出安全電平時，多諧振蕩器161立刻產(chǎn)生響應(yīng)，停止向第一晶體管131提供高電平信號，籍此中止逆變器動作，保護(hù)逆變器。而且，輸出監(jiān)視器的DC電壓無論在限幅和正常工作模式下都可以反饋方式將逆變器的輸出保持在恒定的電平。這方面應(yīng)注意到，盡管斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平之前可以起動限幅工作模式，逆變器130將控制工作于基本恒定的頻率，產(chǎn)生基本恒定電平的限幅輸出。因而，逆變器可以較好地避免由于不穩(wěn)定的斬波器輸出引起在其他情況下可能產(chǎn)生的不希望的異常振蕩。而且，甚至在限幅工作模式下逆變器輸出仍保持為常量，因而從輸出監(jiān)視器至多諧振蕩器D端的DC電壓可以被利用在多諧振蕩器內(nèi)部提供一可靠偏置，以便在限幅工作模式下出現(xiàn)異常逆變器動作時保護(hù)逆變器。
圖5示出與第二實(shí)施例相似的第二實(shí)施例修改方案，它采用電阻151代替熱敏電阻153，放電燈103則采用附加的電容146代替變壓器140與逆變器130連接。圖5采用相同標(biāo)號標(biāo)注相同部分以避免重復(fù)說明。在此修改方案中，如圖6所示，與電阻122和電容121的組合產(chǎn)生高于閾幅電平的電壓V1來起動斬波器110相比，電阻151和電容152的組合對電容152充電時選擇為需要更長的時間產(chǎn)生高于閾幅電平的電壓V2來起動逆變器130。即，逆變器130控制為在斬波器110起動之后延時△t再起動。
圖7示出與第二實(shí)施例基本相同的第二實(shí)施例第二修改方案，不同的是有一第二繞組112與斬波器110的電感器111相耦合，以提供對電容152充電的感應(yīng)電壓，由此電容向逆變器控制器160提供工作電壓。采用相同標(biāo)號標(biāo)注相同部分避免重復(fù)說明。在電阻122和電容121的時間常數(shù)所確定的預(yù)定時間之后斬波器110被起動開始使MOS場效應(yīng)管114通斷時，第二繞組112經(jīng)二極管154和電阻151使電容152充電到閾幅電平，從而在斬波器起動之后以延時方式觸發(fā)逆變器控制器160，使逆變器130以第二實(shí)施例敘述的方式先在限幅工作模式再在正常工作模式下工作。
圖8示出與第二實(shí)施相似的第三修改方案，其不同只是有一開關(guān)202與虛負(fù)載201串聯(lián)后跨接在斬波器110的平滑電容115上，使虛負(fù)載201與斬波器輸出相連接。此開關(guān)202由一定時器210控制，它對從斬波器110起動到逆變器將要起動這段時間進(jìn)行計(jì)時。在此期間，定時器210啟動閉合開關(guān)202使虛負(fù)載201與交流變換器輸出臨時連接，藉此防止斬波器110產(chǎn)生過高的輸出，這種情況在逆變器尚未起動斬波器的輸出無負(fù)載消耗的情況下是可能的。雖然圖8中所示的虛負(fù)載201是輔助的白熾燈，但不限于此，它可以為其它合適的負(fù)載，例如圖9中所示的加熱器203。
在圖9中，加熱器203設(shè)置在放電燈103的周圍，除了上述的逆變器限幅工作之外對燈103進(jìn)行附加的預(yù)熱，以確保燈的有效預(yù)熱。
圖10示出與圖9鎮(zhèn)流器相似的進(jìn)一步修改的鎮(zhèn)流器，它采用電壓檢測器220代替定時器210。電壓檢測器220通過接收連接在平滑電容115上的電阻117至119的分壓對斬波器的輸出監(jiān)視，并操縱一個類似的開關(guān)202，當(dāng)斬波器輸出超過預(yù)定電平時使加熱器203與斬波器輸出連接，其他時間則切斷加熱器。這樣，即使斬波器相應(yīng)于無負(fù)載的狀況即逆變器未起動的狀況而產(chǎn)生過高的輸出，此電壓也能被最佳地利用，送給加熱器203來預(yù)熱放電燈103。
圖11示出與圖5鎮(zhèn)流器相似的進(jìn)一步修改的鎮(zhèn)流器，其不同之處在于利用與斬波器110的電感器111交連的一對次級繞組112A和112B對放電燈103進(jìn)行附加的預(yù)熱。有了這種安排，即使斬波器110產(chǎn)生過高的輸出，也可以將各個繞組112A和112B感應(yīng)產(chǎn)生的相應(yīng)升高的電壓用來預(yù)熱放電燈103的陰極104，同時將過多的能量釋放掉，避免在基本上無負(fù)載的狀況下斬波器110產(chǎn)生不希望的高輸出。雖然圖中未表示出來，但可以增加一開關(guān)隨逆變器130的起動使繞組112A和112B與陰極104切斷，這樣陰極104只能在斬波器110起動后和逆變器130起動前接收繞組112A和112B的感應(yīng)電壓。
權(quán)利要求
1.一種驅(qū)動熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器，其功率電路包括直流電壓源；斬波器，它包括與電感器串聯(lián)連接在所述直流電壓上的斬波器開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置被驅(qū)動導(dǎo)通和截止以提供一周期性中斷的電壓，該電壓由電容平滑產(chǎn)生平滑的直流電壓作為斬波器輸出；逆變器，它包括與所述斬波器輸出相連的逆變器開關(guān)裝置，由此產(chǎn)生一高頻交流電壓作為逆變器輸出，加到所述放電燈的陰極用于點(diǎn)亮所述放電燈；其特征在于改進(jìn)部分包括逆變器控制器，它允許所述逆變器有選擇地工作于提供第一電平的所述逆變器輸出的正常模式，和提供基本上恒定的、低于所述第一電平并為所述陰極提供預(yù)熱電流的第二電平的所述逆變器輸出的限幅模式；延時裝置，從斬波器起動起按這樣一種方式使所述逆變器延時起動，使得逆變器僅僅在所述斬波器的輸出達(dá)到某一預(yù)定電平以后工作；所述逆變器的控制器，控制所述逆變器在所述斬波器起動以后的預(yù)定時間內(nèi)工作于所述限幅模式來預(yù)熱所述放電燈，在此之后，所述逆變器控制器允許所述逆變器工作于所述正常工作模式以點(diǎn)亮所述放電燈。
2.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器包括向所述放電燈提供一諧振電壓作為所述逆變器輸出的諧振電路，所述逆變器開關(guān)裝置可以在包含所述諧振電路的諧振頻率的一個頻率范圍內(nèi)改變所述逆變器輸出的頻率，所述逆變器控制器工作于所述正常工作模式產(chǎn)生在所述諧振頻率附近的第一頻率的所述逆變器輸出，所述逆變器控制器工作于所述限幅工作模式產(chǎn)生高于所述第一頻率的第二頻率的所述逆變器輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述延時裝置在一依賴環(huán)境溫度的時刻向所述逆變器控制器提供起動信號以起動所述限幅工作模式，使得限幅工作模式能隨環(huán)境溫度變低而提早起動。
4.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于進(jìn)一步包括當(dāng)所述斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平就開始對預(yù)定的持續(xù)時間計(jì)時的定時器，所述定時器在所述持續(xù)時間結(jié)束時產(chǎn)生一結(jié)束信號，用于將所述逆變器從所述限幅工作模式切換到所述正常工作模式，使所述正常工作模式的起動不受環(huán)境溫度變化的影響。
5.如權(quán)利要求3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述延時裝置包括連接在斬波器輸出端上的正溫度系數(shù)的熱敏電阻和電容，根據(jù)不同的環(huán)境溫度以不同的速率使所述電容充電到閾值電平，一旦充電達(dá)到所述閾值所述電容就向所述逆變器控制器供電，起動所述逆變器使之工作于限幅工作模式。
6.如權(quán)利要求1或3所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述逆變器控制器包括所述斬波器輸出的電壓檢測器，所述逆變器控制器包括一定時器，它在由所述電壓檢測器檢測的所述斬波器輸出上升到預(yù)定電平后對一個預(yù)定的時間計(jì)時，并在所述時間的末尾送出中止信號來切換所述逆變器控制器，使所述逆變器從工作在限幅模式切換到工作在正常模式。
7.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述延時裝置起動所述逆變器控制器使之在所述斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平之前工作于所述限幅模式，僅在所述斬波器輸出達(dá)到所述穩(wěn)定電平之后所述逆變器控制器才控制所述逆變器從所述限幅模式切換到所述正常模式。
8.如權(quán)利要求7所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述延時裝置包括所述斬波器輸出的電壓檢測器，當(dāng)所述斬波輸出達(dá)到選定為低于所述穩(wěn)態(tài)電平的一個預(yù)定電平時就提供一預(yù)熱開始信號，在所述斬波器輸出達(dá)到所述穩(wěn)態(tài)電平之后則提供預(yù)熱結(jié)束信號，所述逆變器控制器響應(yīng)所述預(yù)熱開始信號使所述逆變器工作在所述限幅工作模式，并響應(yīng)所述預(yù)熱結(jié)束信號使所述逆變器工作在所述正常模式。
9.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述延時裝置包括與所述斬波器的所述電感器相連的次級繞組，所述次級繞組經(jīng)電阻器與電容器相連，伴隨所述斬波器的起動由所述次級繞組的感應(yīng)電壓對所述電容器充電，所述電容器向所述逆變器控制器提供工作電壓，從而在所述斬波器起動之后以延時方式起動所述逆變控制器，使所述逆變器工作在所述限幅模式。
10.權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于進(jìn)一步包括與所述逆變器并聯(lián)連接到斬波器輸出端的虛負(fù)載。
11.如權(quán)利要求10所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于進(jìn)一步包括隨著所述斬波器輸出達(dá)到所述穩(wěn)態(tài)電平使所述虛負(fù)載與所述斬波器斷開的開關(guān)裝置。
12.如權(quán)利要求10所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述虛負(fù)載是設(shè)置在所述放電燈周圍用于加熱所述陰極的加熱器。
13.如權(quán)利要求11所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述開關(guān)裝置由定時裝置起動，在預(yù)定時間之后切斷所述虛負(fù)載，此預(yù)定時間選擇為小于在所述斬波器起動之后所述斬波器產(chǎn)生所述斬波器穩(wěn)態(tài)輸出所需的時間。
14.如權(quán)利要求1所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于所述斬波器的所述電感器包括一對次級繞組，它們產(chǎn)生感應(yīng)電壓分別送給所述陰極，用于預(yù)熱所述陰極。
15.如權(quán)利要求14所述的電子鎮(zhèn)流器，其特征在于進(jìn)一步包括隨著斬波器輸出達(dá)到穩(wěn)態(tài)電平切斷所述次級繞組與所述陰極連接的開關(guān)裝置。
全文摘要
本發(fā)明用于熱陰極放電燈的電子鎮(zhèn)流器包括直流電壓源、斬波器和逆變器。該斬波器產(chǎn)生一平滑直流電壓作為斬波器輸出。逆變器產(chǎn)生一高頻交流電壓作為逆變器輸出加到放電燈的陰極用于點(diǎn)亮放電燈。其特征在于包括逆變器控制器和延時電路。逆變器控制器控制逆變器使之有選擇地工作于提供第一電平逆變器輸出用于點(diǎn)亮燈的正常模式和提供比第一電平低的第二電平逆變器輸出用于向陰極提供預(yù)熱電流的限幅模式。該延時電路使逆變器的起動自斬波器的起動延時一段時間。
文檔編號H05B41/295GK1090120SQ9311706
公開日1994年7月27日 申請日期1993年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月14日
發(fā)明者平松明則, 迫浩行, 五島和宏, 三本伸和 申請人:松下電工株式會社