專利名稱：具有輸出電壓箝位電路的氣體放電燈鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鎮(zhèn)流器或電源電路，該鎮(zhèn)流器或電源電路用于這種類型的氣體放電燈，即采用門驅(qū)動電路(gate drive circuitry)，以反饋控制一對串聯(lián)連接的直流-交流轉(zhuǎn)換器的互補導(dǎo)電型開關(guān)。本發(fā)明特別涉及使用箝位電路限制輸出電壓。
均受讓給現(xiàn)受讓人且已頒發(fā)給本發(fā)明人的美國專利US 5796214和Louis R.Nerone and David J.Kachmarik在98年8月25日提交的申請?zhí)枮镹o.09/139311的同時待審的專利申請都披露了各種鎮(zhèn)流器電路，該鎮(zhèn)流器電路用于使用門驅(qū)動電路類型，以反饋控制一對串聯(lián)連接的直流-交流轉(zhuǎn)換器的互補導(dǎo)電型開關(guān)的氣體放電燈。上述專利和專利申請的門驅(qū)動電路在某些方面彼此不同，但都包括具有電感器的耦合電路，該電感器用于把反饋信號耦合到開關(guān)的控制節(jié)點上。
人們期望提供用于箝位上述類型鎮(zhèn)流器電路的輸出電壓的電路。這樣可防止一般輸出電路部件的過熱，消除例如在燈損壞時鎮(zhèn)流器外殼變黑或冒煙。還應(yīng)該降低燈啟動期間的峰值電壓。此外，為了實現(xiàn)低成本，在不犧牲可靠性的情況下，應(yīng)該降低各種部件的額定性能。
人們期望提供可以以低成本制造的箝位輸出電壓的電路。
本發(fā)明示例性的實施例提供了一種用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路，該鎮(zhèn)流器電路包括直流-交流轉(zhuǎn)換電路，該電路具有耦合到諧振負載電路的電路，用以感應(yīng)負載中的交流電流。該轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)連接在直流電壓時的總線導(dǎo)線和基準導(dǎo)線之間的一對開關(guān)，各開關(guān)的基準節(jié)點和控制節(jié)點之間的電壓決定有關(guān)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)。所述開關(guān)的各基準節(jié)點在流過所述交流電流的公共節(jié)點上連接在一起，所述開關(guān)的各控制節(jié)點連接在一起。提供反饋控制所述第一和第二開關(guān)的門驅(qū)動裝置。該裝置包括反饋電路，用以提供代表所述負載電路中電流的反饋信號；包括電感器的耦合電路，用以將所述反饋信號耦合到所述控制節(jié)點上；和連接在所述公共節(jié)點與所述控制節(jié)點之間的第一雙向電壓箝位電路。第二雙向電壓箝位電路以這樣的方式耦接在所述電感器兩端，以便限定所述電感器上正負電壓的漂移。
上述鎮(zhèn)流器電路包括限定輸出電壓的第二雙向電壓箝位電路。有利的是，便宜的齊納二極管可以用于這種箝位電路。


圖1是本發(fā)明鎮(zhèn)流器電路的一個實施例的示意圖。
圖2是燈電壓與操作頻率的曲線圖。
圖3是本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路的另一個實施例的示意圖。
圖1表示本發(fā)明的鎮(zhèn)流器電路10。由電源14提供并存在于總線導(dǎo)線16和基準導(dǎo)線18之間的直流總線電壓，在被轉(zhuǎn)換成交流電壓后，施加在例如熒光燈之類的氣體放電燈12上。串聯(lián)連接在導(dǎo)線16和18之間的開關(guān)20和22被用于該轉(zhuǎn)換處理。當這些開關(guān)分別包括n溝道和p溝道增強型MOSFET時，開關(guān)的源極最好在公共節(jié)點或?qū)Ь€24上直接連接在一起。這些開關(guān)可包括具備互補導(dǎo)電模式的其它器件，例如PNP和NPN雙極型結(jié)型晶體管。
示例性的諧振負載電路26包括燈12。諧振電容器28和諧振電感器30決定負載電路的諧振頻率。電路26還包括反饋電容器32和隔直流電容器34。普通的緩沖電容器36使開關(guān)20和22輕緩地開關(guān)。
開關(guān)20和22相互配合，將來自公共節(jié)點24的交流電流提供給負載電路26。開關(guān)的柵極或控制電極20a和22a最好在控制節(jié)點或?qū)Ь€32上直接連接在一起。一般用標號38表示的門驅(qū)動電路連接在節(jié)點24和32之間，用以反饋控制這些開關(guān)。由所示圖中右半邊的反饋電容器32產(chǎn)生的反饋信號最好通過電感器40耦合到控制節(jié)點32上。除了提供反饋信號外，如下所述，在電路啟動期間也可以使用電容器32。
連接在節(jié)點24和32之間的雙向電壓箝位電路42，例如圖示的背對背的齊納二極管促使負載電路26上(例如，從公共節(jié)點24至基準節(jié)點18)電壓的基頻成分和諧振電感器30中的交流電流之間的相位角在燈點火期間達到零。
最好在節(jié)點24和32之間設(shè)置電容器44，以預(yù)先限定這些節(jié)點之間控制電壓的變化率。這有助于保證例如在開關(guān)20和22的開關(guān)期間的空載時間間隔，其中，兩個開關(guān)在各開關(guān)導(dǎo)通時間之間被關(guān)閉。
串聯(lián)連接的電阻46和48與電阻50配合，用以啟動門驅(qū)動電路38的反饋操作。在啟動過程中，電容器32因電源14的激勵通過電阻46、48和50進行充電。電容器32兩端上的電壓最初為零，在啟動過程期間，電感器40提供低阻抗充電路徑。由于電阻46-50的阻值相等，例如，在最初的總線激勵時，節(jié)點24上的電壓大約為總線電壓14的1/3，在電阻46和48之間的節(jié)點32上的電壓為總線電壓14的1/3。以這種方式，如圖示從右向左增加電容器32的充電，直至達到上邊開關(guān)20的柵-源電壓的閾值電壓(例如，2-3伏)。在該點上，上邊的開關(guān)開始導(dǎo)通，然后通過該開關(guān)供給的電流達到負載電路26。接著，在負載電路中產(chǎn)生的電流產(chǎn)生開關(guān)20和22的反饋控制。
一般來說，在鎮(zhèn)流器電路10的穩(wěn)定狀態(tài)操作期間，用隔直流電容器34阻止直流電流流過電容器32。這可防止電容器32建立可使其中一個開關(guān)過早導(dǎo)通的偏置電壓的直流成分。
不使用電阻50，而是將供選擇的另一電阻(未示出)并聯(lián)設(shè)置在開關(guān)20而不開關(guān)22上。產(chǎn)生的電路的操作與上述情況相同。但是，最初假設(shè)公共節(jié)點24的電位高于節(jié)點32，以致電容器32從圖示的左邊向右邊充電。導(dǎo)致節(jié)點32和節(jié)點24之間越來越大的負電壓，該電壓首先使開關(guān)22導(dǎo)通。
在圖1所示的電路中最好使用兩個電阻46和48；但是，該電路實際上有除去電阻48和使用電阻50時的功能。啟動可能較慢并且在較高的線路電壓下。該電路實際上還有除去電阻46和使用上述使開關(guān)20旁路的供選擇的另一電阻(未示出)時的功能。
按照要求保護的本發(fā)明的方案，雙向電壓箝位電路52以這樣的方式耦接在電感器40的兩端，以限定電感器上正負電壓的漂移。該雙向電壓箝位電路最好使電感器旁路。其電壓額定值應(yīng)該充分大于用于在節(jié)點32和24之間進行轉(zhuǎn)換的控制電壓，以便在鎮(zhèn)流器正常操作期間該雙向電壓箝位電路不導(dǎo)通。在各實施例中發(fā)現(xiàn)將其電壓額定值設(shè)定為控制電壓的兩倍就足夠了。
電壓箝位電路52在啟動期間和燈操作期間限定燈的電壓。如果燈例如因其玻璃外殼破裂而失效，那么箝位電路52限定燈電壓，使通常為陶瓷的諧振電容器28不過熱和黑化鎮(zhèn)流器外殼或引起使外殼被加熱至冒煙的條件。有利的是，鎮(zhèn)流器的輸入部分很可能更快地擊穿，例如由于開關(guān)20和22變得過熱和被短路。因此，鎮(zhèn)流器不再將電源提供給燈，燈和鎮(zhèn)流器的組件失效，但例如在諧振電容器中不會出現(xiàn)有害的過熱。
鎮(zhèn)流器的設(shè)計公差可以放寬，以降低部件成本。例如，由于在諧振電容器上幾乎沒有應(yīng)力，所以可以使用其額定值更低的電容器。由于鎮(zhèn)流器的峰值電流被降低，所以可以降低開關(guān)的電流額定值。同樣，諧振電感器也可以按較低的峰值電流設(shè)計。
有利的是，由于包括實現(xiàn)箝位電路42的齊納二極管引起的鎮(zhèn)流器電路成本的增加一般可忽略不計。正如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟悉的那樣，箝位電路42也可以用其它方式來實現(xiàn)。
圖2表示燈電壓作為操作頻率的函數(shù)如何變化的圖。在沒有箝位電路52的情況下，輸出電壓可以位于頻率點56。在有箝位電路52的情況下，由于使電感器40旁路，箝位電路42使電容器44更迅速地充電和放電，所以增加了操作頻率。這使輸出電壓被限制在頻率點58的電壓上。
在熒光燈12的額定功率為11瓦，電阻約為250歐姆，直流總線電壓為300伏的情況下，圖1所示電路的示例性元件值如下諧振電感器30………………………………2.7毫亨諧振電容器28………………………………2.2納法電容器32……………………………………33納法隔直流電容器34……………………100納法電感器40………………………………820微亨電容器44………………………………3.3納法電容器36………………………………470皮法各齊納二極管42………………………………10伏各齊納二極管52………………………………24伏各電阻46、48和50…………………………560千歐此外，開關(guān)20可以是由EI Segundo，California的國際整流器公司(International Rectifier Company)銷售的IRFR310 n溝道增強型MOSFET；而開關(guān)22也是由國際整流器公司銷售的IRFR9310 p溝道增強型MOSFET。
圖3表示與圖1相同的鎮(zhèn)流器電路10a，但采用不同的門驅(qū)動電路38a。圖1和圖3之間相同的標號部分表示相同的部件，并將基本上省略對圖3中這些部分的說明。
在圖3中，反饋電感器62與諧振電感器30相互耦合，具有如負載電路26a中檢測電流的有關(guān)點所示的極性。通過電感器40和電容器64，電感器62中的反饋信號耦合在節(jié)點32上。串聯(lián)連接的電阻46和48與電阻50配合，用以啟動門驅(qū)動電路38a的反饋操作。在該啟動過程中，因電源14的激勵通過電阻46、48和50對電容器64充電。電容器64上的電壓最初為零，在啟動過程期間，電感器40和62提供低阻抗充電路徑。由于電阻46-50的阻值相等，例如，在最初的總線激勵時，節(jié)點24上的電壓大約為總線電壓14的1/3，而節(jié)點32上的電壓為總線電壓14的1/3。以這種方式，電容器64如圖示從左向右增加充電，直至達到上邊開關(guān)20的柵-源電壓的閾值電壓(例如，2-3伏)。在該點上，上邊的開關(guān)開始導(dǎo)通，然后通過該開關(guān)供給的電流到達負載電路26a。接著，在負載電路中產(chǎn)生的電流產(chǎn)生開關(guān)20和22的反饋控制。
將圖1所示的上述有關(guān)鎮(zhèn)流器10的電阻46-50的變更也用于圖3所示的鎮(zhèn)流器10a。
在熒光燈12的額定功率為28瓦，電阻約為580歐姆，直流總線電壓為150伏的情況下，圖3所示電路的示例性元件值如下諧振電感器30………………………………600微亨反饋電感器62………………………………1.85微亨電感器30和62之間的匝數(shù)比………………………18諧振電容器28…………………………4.7納法隔直流電容器34……………………220納法電容器36………………………………470微微法電感器40………………………………470微亨電容器44……………………………1.5納法各齊納二極管42………………………………10伏各齊納二極管52………………………………24伏各電阻46、48和50…………………………270千歐電容器64…………………………………100納法開關(guān)20可以是由EI Segundo，California的國際整流公司(International Rectifier Company)銷售的IRFR214 n溝道增強型MOSFET；而開關(guān)22也是由國際整流公司銷售的IRFR9214 p溝道增強型MOSFET。
盡管已參照附圖用特定的實施例描述了本發(fā)明，但對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，會有許多改進和變化。因此，應(yīng)該指出，所附權(quán)利要求欲覆蓋落入本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有這些改進和變化。
權(quán)利要求
1.一種用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路，包括(a)直流-交流轉(zhuǎn)換電路，該電路具有耦合到諧振負載電路的裝置，所述裝置用于感應(yīng)負載電路中的交流電流，所述轉(zhuǎn)換電路包括(i)一對串聯(lián)連接在直流電壓時的總線導(dǎo)線和基準導(dǎo)線之間的開關(guān)，各開關(guān)的基準節(jié)點和控制節(jié)點之間的電壓決定有關(guān)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)；(ii)所述開關(guān)的各基準節(jié)點在流過所述交流電流的公共節(jié)點上連接在一起，所述開關(guān)的各控制節(jié)點連接在一起；(b)反饋控制所述第一和第二開關(guān)的門驅(qū)動裝置，所述裝置包括(i)反饋電路，用以提供代表所述負載電路中電流的反饋信號；(ii)包括電感器的耦合電路，用以將所述反饋信號耦合到所述控制節(jié)點上；和(iii)連接在所述公共節(jié)點與所述控制節(jié)點之間的第一雙向電壓箝位電路；和(c)以這樣的方式耦接在所述電感器兩端的第二雙向電壓箝位電路，以便限定所述電感器上正負電壓的漂移。
2.如權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第二電壓箝位電路并聯(lián)在所述電感器兩端。
3.如權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述反饋電路包括電容器，該電容器的一端以導(dǎo)通負載電流的方式耦接到所述公共節(jié)點上，另一端耦接到所述電感器上。
4.如權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器電路，其中(a)所述負載電路包括諧振電感器；和(b)所述反饋電路包括反饋電感器，該反饋電感器以這樣的方式與所述諧振電感器相互耦合，以便感應(yīng)正比于所述交流負載電流的電壓；所述反饋電感器耦接在所述公共節(jié)點與所述控制節(jié)點之間。
5.如權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述電感器以這樣的方式與所述第一雙向電壓箝位電路相配合，以便所述負載電路上電壓的基頻分量與所述交流負載電流之間的相位角在燈點火期間達到零。
6.一種用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路，包括(a)直流-交流轉(zhuǎn)換電路，該電路具有耦合到諧振負載電路的裝置，所述裝置用于感應(yīng)負載電路中的交流電流，所述轉(zhuǎn)換電路包括(i)一對串聯(lián)連接在直流電壓時的總線導(dǎo)線和基準導(dǎo)線之間的開關(guān)，各開關(guān)的基準節(jié)點和控制節(jié)點之間的電壓決定有關(guān)開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)；(ii)所述開關(guān)的各基準節(jié)點在流過所述交流電流的公共節(jié)點上連接在一起，所述開關(guān)的各控制節(jié)點連接在一起；(b)反饋控制所述第一和第二開關(guān)的門驅(qū)動裝置，所述裝置包括(i)反饋電路，用以提供代表所述負載電路中電流的反饋信號；(ii)包括電感器的耦合電路，用以將所述反饋信號耦合到所述控制節(jié)點上；和(iii)連接在所述公共節(jié)點與所述控制節(jié)點之間的第一雙向電壓箝位電路；和(c)以這樣的方式耦接在所述電感器兩端的第二雙向電壓箝位電路，以便限定所述電感器上正負電壓的漂移，所述第二箝位電路包括按背對背方式連接在一起的一對齊納二極管。
7.如權(quán)利要求6的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述第二電壓箝位電路并聯(lián)在所述電感器兩端。
8.如權(quán)利要求6的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述反饋電路包括電容器，該電容器的一端按導(dǎo)通負載電流的方式耦接到所述公共節(jié)點上，另一端耦接到所述電感器上。
9.如權(quán)利要求6的鎮(zhèn)流器電路，其中(a)所述負載電路包括諧振電感器；和(b)所述反饋電路包括以這樣的方式與所述諧振電感器相互耦合的反饋電感器，以便感應(yīng)正比于所述交流負載的電流的電壓；所述反饋電感器耦接在所述公共節(jié)點和所述控制節(jié)點之間。
10.如權(quán)利要求6的鎮(zhèn)流器電路，其中，所述電感器以這樣的方式與所述第一雙向電壓箝位電路相配合，以便所述負載電路上電壓的基頻分量和所述交流電流之間的相位角在燈點火期間達到零。
全文摘要
一種氣體放電燈的鎮(zhèn)流器電路包括具有耦合到諧振負載電路的電路的直交流轉(zhuǎn)換電路。轉(zhuǎn)換電路包括串聯(lián)在直流電壓時的總線導(dǎo)線和基準導(dǎo)線之間的一對開關(guān)。提供所述第一和第二開關(guān)的反饋控制的門驅(qū)動裝置。該裝置包括用以提供反饋信號的反饋電路;用以將反饋信號耦合到控制節(jié)點上的包含電感器的耦合電路和連接在公共節(jié)點與控制節(jié)點之間的第一雙向電壓箝位電路。第二雙向電壓箝位電路耦接在所述電感器兩端,以限定電感器上正負電壓漂移。
文檔編號H05B41/282GK1261762SQ99124459
公開日2000年8月2日 申請日期1999年11月16日 優(yōu)先權(quán)日1998年11月16日
發(fā)明者L·R·內(nèi)羅尼 申請人:通用電氣公司