專利名稱：具有兩個晶體管和兩個變壓器的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
對于電子鎮(zhèn)流器電路要求在所有時間上均勻一致(即在燈電流包絡(luò)中具有低的波動)的方式對氣體放電燈提供AC(交流)電源，以使從AC電源線吸取的電流足正弦波并且與線路電壓同相。另外，還希望為達到這目的而使用的元件的費用較低。在電子鎮(zhèn)流器中使用的最昂貴的元件是變壓器或電感器之類的磁性元件。如果該鎮(zhèn)流器工作在比AC線路頻率高的頻率，則通常需要所謂的EMI(電磁干擾)濾波器，以防止電噪聲進入AC電源線。為了迫使正弦電流通過氣體放電燈，還需要另一個磁性元件，與一個諧振電容器諧振并且產(chǎn)生所需的正弦電流波形。雖然先前描述無功率因數(shù)校正的鎮(zhèn)流器只使用這樣的兩個變壓器，但為了減少費用，希望有一個使用兩個變壓器功能的功率因數(shù)校正的鎮(zhèn)流器。


圖1示出使用兩個晶體管和兩個變壓器元件的電子鎮(zhèn)流器電路的示例圖。
本發(fā)明的主題是一種只使用兩個變壓器元件的、功率因數(shù)校正的電子鎮(zhèn)流器電路。這個主題是通過使用功率因數(shù)校正的電荷泵技術(shù)直接由一個諧振電感器驅(qū)動開關(guān)晶體管的柵極來實現(xiàn)的。這允許該鎮(zhèn)流器只使用兩個磁性元件裝配。為此該鎮(zhèn)流器比其它類似的功率因數(shù)校正的鎮(zhèn)流器價廉。
在圖1中，存儲電容器10由整流二極管11、12、13和14從AC電源線端子15和16充電。它為半橋路晶體管20和30保持相當(dāng)恒定的DC(直流)電源。半橋路晶體管20和30交替地導(dǎo)通。開關(guān)晶體管的這種安排稱為半橋路逆變器。半橋路晶體管20和30從它們的中點驅(qū)動一個由諧振電感器40和諧振電容器50構(gòu)成的串聯(lián)諧振電路。對于晶體管20和30的控制電極(在這種情況下為柵極)的驅(qū)動是從繞在電感器40上的附加的繞組60和70得到的。
為了便于理解該電路的操作，考慮到晶體管20處于“導(dǎo)通”的情況，以使電流從電源連線80向下流動通過晶體管20和諧振電感器40，并且進入諧振電容器50。該電流將以諧振電感器40的電感量所控制的速率來增加。柵極驅(qū)動繞組60的極性被設(shè)計得可使這個增加的電流在繞組60上產(chǎn)生一個電壓，用以驅(qū)動晶體管20較硬地導(dǎo)通(on even hard)。最后，因諧振電容器50被充電，故諧振電感器40中的電流停止增加。然后來自繞組60的、正比于通過電感器40的電流的變化率的相應(yīng)電壓變?yōu)榱?，關(guān)斷晶體管20。然后產(chǎn)生反饋狀況，晶體管20的關(guān)斷產(chǎn)生該電流通過諧振電感器40的負(fù)變化率，以使一個負(fù)的柵極電壓加到晶體管20的柵極，使它硬截止(hard off)，而同時正的柵極電壓由繞組70加到晶體管30的柵極，使它硬導(dǎo)通。
按照這種方式，半橋路晶體管20和30的狀態(tài)從晶體管20導(dǎo)通到晶體管30導(dǎo)通并且再反回來交替地轉(zhuǎn)換。每個連續(xù)“導(dǎo)通”周期的持續(xù)期間為諧振電感器40與諧振電容器50相組合的諧振周期的四分之一的數(shù)量級。為此，以保證振蕩發(fā)生在高出這些元件的諧振頻率很多的一個頻率。如果該系統(tǒng)通過在輸出繞組90兩端連接放電燈72和73加載，則該負(fù)載的影響是在每個晶體管“導(dǎo)通”周期期間，通過電感器40的電流停止增加比它已經(jīng)進行的更快。換句話說，該系統(tǒng)通過增加其頻率來響應(yīng)負(fù)載的增加。由于它已經(jīng)高于諧振頻率工作，則頻率增加導(dǎo)致降低在電感器40兩端的AC電壓幅度和相應(yīng)降低加到該負(fù)載的輸出電壓。因負(fù)載電流增加而使該電壓下降，故這個系統(tǒng)驅(qū)動具有相當(dāng)高的輸出阻抗的放電燈要迫使一定程度的恒定電流通過燈管，如穩(wěn)定工作所要求的那樣。
當(dāng)負(fù)載去掉時，在電感器40兩端電壓擺動的幅度隨著工作頻率趨向諧振而大大地增加。這些振蕩的幅度受到箝位二極管100和110存在的限制，它防止在電感器40與電容器50的中心點的電壓不致于分別高于或低于電源線80和120。電源線120稱為“電路公用線”。這個箝位作用的準(zhǔn)確點和數(shù)量可利用在電感器40上的抽頭點或自耦變壓器擴展線來調(diào)節(jié)，而不是簡單地將箝位二極管接到電感器40和電容器50的連接點。
由于在正常工作時電感器40兩端的電壓包括相當(dāng)恒定的AC電壓，這個電壓可用于功率因數(shù)校正的目的，如下所述。功率因數(shù)校正繞組130放置在與諧振電感器40相同的鐵芯上。繞組130用于通過電容器140驅(qū)動高頻整流橋路，該整流橋路由二極管150、160、170和180構(gòu)成。通過電容器140驅(qū)動的這個高頻整流橋路在該電路中起的作用好象它是具有反比于電容器140的值的一個內(nèi)部電阻性阻抗的浮動電壓源。接通功率因數(shù)校正繞組130的次數(shù)被調(diào)節(jié)得以使從該浮動電壓源來的開路電壓等于存儲電容器10上的電壓，它稍小于AC電源線的峰值電壓。為此，當(dāng)交變電壓施加到端子15、16時，由于存儲電容器10的電壓被浮動電壓源的等效串聯(lián)電壓掩蔽，對通過整流二極管11，12，13和14流入的電流的唯一限制是該浮動電壓源的內(nèi)阻抗，它是一個電阻。按照這種方式，從端子15，16流入該電路的電流正比于所加的正弦輸入電壓，因要求以好的功率因數(shù)從AC電源線吸取電流，因此它是正弦的并且與所加的電壓同相。
利用剛才敘述的電路工作，當(dāng)輸入AC線電壓接近其峰值時，最大電流流過電容器50，以使其全值耦合到諧振電感器40，降低轉(zhuǎn)換頻率。這升高了輸出電壓并且驅(qū)動更多的電流通過負(fù)載。相反地，當(dāng)線電壓接近零時，幾乎沒有電流流過電容器140。這樣，電容器140不降低該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換頻率，導(dǎo)致相當(dāng)高的頻率和相應(yīng)地較低的輸出電壓。凈結(jié)果是燈電流顯示出通過線圈(line cycle)的幅度波動，在高的線電壓時具有最大幅度，反之亦然。這個不希望的影響通過與燈270和280串聯(lián)的限流電容器210抵消。由于電容器的阻抗反比于頻率，則當(dāng)燈電流在峰值線電壓是高的時候，伴隨這情況的減少頻率與電容器210一起起作用，以降低燈電流的增加，甚至一起消除它。凈結(jié)果是通過電源線圈(power line cycle)的燈電流保持相當(dāng)恒定，最多在四倍于電源線頻率的頻率上有殘余的波動。
電容器220與變壓器230一起工作，防止由該電路工作引起的高頻信號不致傳播到AC電源線。緩沖電容器減少在晶體管20和30之間的節(jié)點的電壓變化率，結(jié)果導(dǎo)致平滑該燈電流波形。輔助繞組240、250和260用于按常規(guī)方式對氣體放電燈的燈絲加熱而供電。
按照這些原理所構(gòu)成的電路，可顯示功率因數(shù)為0.97，總的諧波失真為17％和燈電流包絡(luò)的總波動幅度為10％。
權(quán)利要求書按照條約第19條的修改1.一種從AC電源對氣體放電燈供電的電路，包括第一整流器，耦合到AC電源；一個半橋路逆變器，它有一對串聯(lián)的晶體管，每個晶體管有一個控制電極，該對晶體管有一個共用端子；串聯(lián)的電感器和諧振電容器，連接在一個電路公共線與該共用端子之間；該電感器有一個繞組，該繞組感性地耦合到一個功率因數(shù)校正繞組，該功率因數(shù)校正繞組提供用于功率因數(shù)校正的信號，該功率因數(shù)校正繞組還耦合到一個高頻整流橋路的輸入，該高頻整流橋路的輸出耦合到第一整流器；兩晶體管的控制電極感性地耦合到該電感器；和一個燈電路，它有該燈和一個串聯(lián)的限流電容器，該燈電路耦合到該電感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，該燈電路感性地耦合到該電感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電路，其特征在于，箝位二極管連接到該電感器，用于防止該電感器上的過大電壓擺動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路，其特征在于，該電感器感性地耦合到一個加熱繞組，氣體放電燈有加熱燈絲，該加熱繞組耦合到該加熱燈絲。
5.一種從AC電源對氣體放電燈供電的電路，其特征在于，包括第一整流器，耦合到AC電源；一個半橋路逆變器，它有一對串聯(lián)的晶體管，每個晶體管有一個控制電極，該對晶體管有一個共用端子；串聯(lián)的電感器和諧振電容器，連接在電路公共線與該共用端子之間；該電感器有一個繞組，該繞組感性地耦合到一個功率因數(shù)校正繞組，該功率因數(shù)校正繞組提供用于功率因數(shù)校正的信號到一個高頻整流橋路的輸入，該高頻整流橋路的輸出連接到第一整流器；兩晶體管的控制電極感性地耦合到該電感器；一個燈電路，它有燈和一個串聯(lián)的限流電容器，該燈電路耦合到該諧振電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其特征在于，箝位二極管耦合到該電感器，用于防止該電感器兩端上的過大電壓擺動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其特征在于，該電感器感性地耦合到一個加熱繞組，氣體放電燈有加熱燈絲，該加熱繞組耦合到該加熱燈絲。
權(quán)利要求
1.一種從AC電源對氣體放電燈供電的電路，該電路具有一個半橋路逆變器，它有一對串聯(lián)的晶體管，每個晶體管有一個控制電極，這對晶體管有一個共用端子，在電路公共線與該共用端子之間連接串聯(lián)的電感器和諧振電容器，和具有一個繞組的電感器，其特征在于該繞組感性地耦合到功率因數(shù)校正繞組，該功率因數(shù)校正繞組提供用于功率因數(shù)校正的信號，和兩晶體管的控制電極感性地耦合到該電感器；一個燈電路，它有一個燈和一個串聯(lián)的限流電容器，該燈電路耦合到該電感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路，其特征在于，該燈電路感性地耦合到該電感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電路，其特征在于，箝位二極管耦合到該電感器，用于防止該電感器兩端上的過分電壓擺動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的電路，其特征在于，該電感器感性地耦合到一個加熱繞組，該氣體放電燈有加熱燈絲，該加熱繞組耦合到該加熱燈絲。
5.一種從AC電源對氣體放電燈供電的電路，該電路具有一個半橋路逆變器，它有一對串聯(lián)的晶體管，每個晶體管有一個控制電極，該對晶體管有一個共用端子，在電路公共線與該共用端子之間連接串聯(lián)的電感器和諧振電容器，和具有一個繞組的電感器，其特征在于該繞組感性地耦合到功率因數(shù)校正繞組，該功率因數(shù)校正繞組提供用于功率因數(shù)校正的信號，和兩晶體管的控制電極感性地耦合到該電感器；一個燈電路，它有一個燈和一個串聯(lián)的限流電容器，該燈電路耦合到該諧振電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其特征在于，箝位二極管耦合到該電感器，用于防止在該電感器兩端上的過分電壓擺動。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的電路，其特征在于，該電感器感性地耦合到加熱繞組，該氣體放電燈有加熱燈絲，該加熱繞組耦合到該加熱燈絲。
全文摘要
一種功率因數(shù)校正的電子鎮(zhèn)流器電路使用兩個變壓器元件。當(dāng)晶體開關(guān)的柵極直接由一個諧振電感器驅(qū)動時，感性地耦合電荷泵技術(shù)被用于功率因數(shù)校正。
文檔編號H05B41/24GK1117782SQ94191122
公開日1996年2月28日 申請日期1994年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月9日
發(fā)明者彼得·W·沙克爾 申請人:摩托羅拉照明公司