專利名稱：具有氣隙分路松耦合變壓器的頻率受控鎮(zhèn)流器及使用方法
背景技術(shù)：
在其一相鐵芯柱具有氣隙的所謂現(xiàn)有技術(shù)的“松耦合”分路變壓器以下列方式工作。通常，其特定磁阻部分地根據(jù)氣隙的大小確定的氣隙鐵芯柱采用E型磁心或多路磁心。一種非分路鐵芯柱上安裝初級(jí)繞組，另一種非分路鐵芯柱上安裝一個(gè)或多個(gè)次級(jí)繞組。繞組通常不設(shè)置分路。
當(dāng)次級(jí)端處于低負(fù)荷或完全沒(méi)有負(fù)荷時(shí)，包括氣隙鐵芯柱的回路具有遠(yuǎn)高于次級(jí)回路磁阻的固定磁阻。事實(shí)上，負(fù)荷低時(shí)，次級(jí)繞組磁回路流過(guò)它的磁通量最大并且次級(jí)電壓高。當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)，次級(jí)回路的磁阻增加而次級(jí)電壓降低。當(dāng)次級(jí)負(fù)荷接近短路或?qū)嶋H上處于短路(次級(jí)電壓為0)時(shí)，由于其磁阻低于次級(jí)繞組回路的磁阻，所以大部分磁通量流過(guò)氣隙鐵芯。因此，當(dāng)次級(jí)電壓低時(shí)，電流高，但是可以限制到利用氣隙鐵芯磁阻確定的電流值。
對(duì)于在此使用的術(shù)語(yǔ)，“緊耦合”變壓器指，變壓器初級(jí)繞組內(nèi)產(chǎn)生的非常大百分比率的磁通量傳送到其次級(jí)繞組，請(qǐng)參考ElectronicTransformers and Circuits，2ndEdition，by Reuben Lee，published in1995 by John Wiley，New York，NY的第223頁(yè)、第224頁(yè)、第234頁(yè)、第235頁(yè)以及其它一般信息。例如，將變壓器的初級(jí)繞組放置到其次級(jí)繞組上或?qū)蓚€(gè)繞組交錯(cuò)時(shí)可以提供緊耦合變壓器，根據(jù)物理概念，其初級(jí)繞組產(chǎn)生的所有磁通量全部“流入”次級(jí)繞組。
相反，“松耦合”變壓器是這樣的變壓器，即其初級(jí)繞組產(chǎn)生的少量磁通量到達(dá)次級(jí)繞組的變壓器。正如上述參考書的第235頁(yè)定義的那樣，可以利用變壓器耦合比來(lái)表示這種關(guān)系，其中利用下式確定耦合系數(shù)“k”(在0至1之間)(1)(I22Z2/E1I1)MAX＝K2/2(1+(1-K2)1/2-K2其中，“I”表示電流，“E”表示電壓，“Z”表示阻抗，“1”下標(biāo)指所研究的變壓器的初級(jí)，“2”下標(biāo)指所研究的變壓器的次級(jí)。低于0.90的比值“k”被認(rèn)為是松耦合，0.99(任意分割界限)以上的比值被認(rèn)為是緊耦合。
除了利用磁流量測(cè)量耦合之外，還可以利用次級(jí)斷路和短路時(shí)初級(jí)表現(xiàn)的電感確定耦合。次級(jí)繞組電路的斷路或短路狀況可以確定流過(guò)的電流量，并由此確定初級(jí)繞組具有的電感。利用這兩種極端情況下初級(jí)繞組電感的比值可以實(shí)現(xiàn)另一種耦合測(cè)量方法，以下將進(jìn)一步進(jìn)行說(shuō)明。
有兩種基本類型的可變漏電抗變壓器用于控制或限制電流流過(guò)。正如授予Brougham的、標(biāo)題為L(zhǎng)EAKAGE REACTANCE TRANSFORMER的第4,123,736號(hào)美國(guó)專利所描述的那樣，它們通常被稱為動(dòng)圈式變壓器和動(dòng)分路式變壓器。動(dòng)圈式變壓器依靠相對(duì)于其它繞組移動(dòng)其一個(gè)繞組來(lái)調(diào)節(jié)漏電抗。在分路式變壓器中，鋼分路被可移動(dòng)地安裝到位于初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間的機(jī)架上并可以移入或移出繞組之間的空間從而改變變壓器的電抗。在這兩種類型的變壓器中，控制度依賴于繞組或分路的機(jī)械移動(dòng)，因此難于以固定頻率對(duì)電流進(jìn)行精確控制。此外，正如Brougham的專利所指出的那樣，這種變壓器的成本相對(duì)較高，尤其是當(dāng)為了克服由耗損、干擾和控制精度欠佳產(chǎn)生的問(wèn)題而需要更高成本的配置時(shí)。
在授予Chen的、標(biāo)題為HIGH FREQUENCY BALLAST TRANSFORMER的第4,187,450號(hào)美國(guó)專利中，披露了這樣一種變壓器，它在結(jié)合固態(tài)、高頻推挽變流器對(duì)放電管進(jìn)行供電時(shí)特別有效。Chen發(fā)明的變壓器包括一對(duì)以鏡像方式、與其相應(yīng)的各相鐵芯柱對(duì)準(zhǔn)、互相相鄰設(shè)置、而在鐵芯的中部、非接觸的各鐵芯柱之間具有氣隙的相對(duì)的E型鐵芯部分。所披露的此變壓器以特定方式克服現(xiàn)有技術(shù)的鎮(zhèn)流電抗不足(需要克服在啟動(dòng)時(shí)氣體放電管表現(xiàn)的負(fù)阻抗)和磁漏的局限性。然而，此專利沒(méi)有說(shuō)明采用頻率控制或電流控制對(duì)送到松耦合變壓器的次級(jí)的功率或信號(hào)進(jìn)行調(diào)節(jié)的方法。
在授予Lindberg的、標(biāo)題是REACTANCE TRANSFORMER CONTROL FORDISCHARGE DEVICE的第4,888,527號(hào)美國(guó)專利中披露了另一種氣隙變壓器。在用于對(duì)氣體放電管進(jìn)行電流受限控制的此現(xiàn)有技術(shù)的裝置中，對(duì)三相變壓器中的一相鐵芯柱設(shè)置氣隙和固定磁阻。根據(jù)用于驅(qū)動(dòng)控制繞組的控制電路內(nèi)的可變阻抗，通過(guò)單獨(dú)控制繞組改變其所纏繞的變壓器鐵芯柱的磁阻，可以改變變壓器的電抗。
授予Qin的、標(biāo)題為VARIABLE CHOPPED INPUT DIMMABLE ELECTRONICBALLAST的第5,192,896號(hào)美國(guó)專利披露了一種具有松耦合初級(jí)繞組和次級(jí)繞組以及一對(duì)可滑動(dòng)磁分路的輸出變壓器。Qin發(fā)明的變壓器是成型一對(duì)相對(duì)的、在其中心鐵芯柱具有氣隙的鐵氧體磁心。利用一對(duì)其內(nèi)可滑動(dòng)地安裝可移動(dòng)分路的分路箱將初級(jí)繞組和次級(jí)繞組互相分離。通過(guò)調(diào)節(jié)分路的位置，可以調(diào)節(jié)變壓器的參數(shù)從而與所要求的負(fù)荷匹配。
如上所述，現(xiàn)有許多現(xiàn)有技術(shù)的變壓器裝置，通過(guò)改變繞組的順序或位置，利用可滑動(dòng)分路以及對(duì)這種變壓器的各部分附加控制繞組，它們?cè)噲D利用分路變壓器的固有特性。盡管這些嘗試通過(guò)控制或調(diào)節(jié)電抗實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的結(jié)果所實(shí)現(xiàn)的變壓器可以獲得更好的工作效果或制造成本，但是它們?nèi)圆荒軡M足現(xiàn)代功率傳輸裝置所要求的精度度、低成本、高效以及通用性。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以用電方法而非用機(jī)械方法調(diào)節(jié)其參數(shù)的松耦合變壓器。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是通過(guò)對(duì)施加到變壓器的電壓進(jìn)行頻率控制來(lái)控制松耦合變壓特性和響應(yīng)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種通用、節(jié)省成本的松耦合變壓器，它適于包括幾種類型負(fù)荷的許多應(yīng)用。
本發(fā)明概述通過(guò)利用松耦合變壓器并根據(jù)待支持或控制的負(fù)荷對(duì)施加到變壓器的電壓進(jìn)行頻率控制從而調(diào)節(jié)變壓器的參數(shù)，利用本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)上述目的。此外，這種松耦合變壓器的頻率控制可以用于將信號(hào)從一個(gè)裝置傳送到另一個(gè)裝置，同時(shí)利用預(yù)定最大可允許電流將這兩種裝置互相隔離。利用非機(jī)械的、頻率控制器來(lái)調(diào)節(jié)松耦合變壓器的參數(shù)可以對(duì)負(fù)荷進(jìn)行更精細(xì)、精度更高、更有效的控制。
根據(jù)這些以及其它方面，本發(fā)明涉及用于控制或調(diào)節(jié)傳送到的負(fù)荷的功率的控制器，其中該控制器包括至少具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組的松耦合變壓器。次級(jí)繞組與負(fù)荷相連，而初級(jí)繞組適于根據(jù)負(fù)荷的工作要求接收預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。該控制器還包括可變頻率振蕩器，可變頻率振蕩器根據(jù)負(fù)荷的工作要求產(chǎn)生預(yù)定頻率的輸出信號(hào)。此外，該控制器還包括響應(yīng)所述可變頻率振蕩器的輸出信號(hào)并適于以預(yù)定頻率和預(yù)定振幅將驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到初級(jí)繞組的變壓器驅(qū)動(dòng)電路。除了根據(jù)由驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率確定的頻率發(fā)生變化的負(fù)荷阻抗外，松耦合變壓器還向變壓器驅(qū)動(dòng)電路提供變壓器阻抗。
另外，根據(jù)其優(yōu)選方面，該控制器還包括含有在其內(nèi)具有氣隙的分路的松耦合變壓器。所選擇的氣隙的大小和氣隙所使用的材料提供變壓器阻抗。此外，該控制器優(yōu)選包括反饋電路，該反饋電路連接在負(fù)荷與振蕩器之間、用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到振蕩器以使振蕩器根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)其輸出信號(hào)的預(yù)定頻率。松耦合變壓器的電感耦合比優(yōu)選在10與30之間變化。
根據(jù)其它優(yōu)選方面，本發(fā)明涉及鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器對(duì)傳送到電流可控負(fù)荷的功率進(jìn)行控制。該鎮(zhèn)流器包括具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組的松耦合、頻率電抗變壓器，其中初級(jí)繞組適于接收選擇頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并且其中次級(jí)繞組被連接到負(fù)荷。該鎮(zhèn)流器還包括用于產(chǎn)生頻率控制信號(hào)的控制振蕩器和響應(yīng)頻率控制信號(hào)的變壓器驅(qū)動(dòng)電路。變壓器驅(qū)動(dòng)電路被連接到松耦合變壓器的初級(jí)繞組并以頻率控制信號(hào)控制的預(yù)定電壓振幅和選擇頻率將驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到變壓器的初級(jí)繞組。松耦合變壓器的電抗隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率發(fā)生變化，因此松耦合變壓器的變壓器阻抗隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化。除了負(fù)荷的負(fù)荷阻抗外，松耦合變壓器的初級(jí)繞組將變壓器阻抗反映到變壓器驅(qū)動(dòng)電路，因此驅(qū)動(dòng)初級(jí)繞組的電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化，而在次級(jí)繞組內(nèi)感應(yīng)的、驅(qū)動(dòng)負(fù)荷的電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化，因此，通過(guò)利用頻率控制信號(hào)改變選擇頻率，可以對(duì)施加到負(fù)荷的電流進(jìn)行控制。優(yōu)選鎮(zhèn)流器包括具有在其內(nèi)含有氣隙的分路的變壓器。此外，該鎮(zhèn)流器還優(yōu)選包括反饋電路，該反饋電路被連接到負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)施加到振蕩器以調(diào)節(jié)頻率控制信號(hào)并由此調(diào)節(jié)選擇頻率。
根據(jù)其它優(yōu)選方面，本發(fā)明還涉及一種提供用于驅(qū)動(dòng)電流可控負(fù)荷的鎮(zhèn)流器的方法。該方法包括步驟提供具有至少一個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組的松耦合變壓器，該變壓器還具有隨施加到初級(jí)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率發(fā)生變化的頻率相關(guān)阻抗；根據(jù)負(fù)荷所需的電流，以預(yù)定頻率產(chǎn)生變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及將大致恒壓的、預(yù)定頻率的變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到松耦合變壓器的初級(jí)繞組從而對(duì)次級(jí)繞組施加到電流可控負(fù)荷的電流進(jìn)行控制。松耦合變壓器優(yōu)選包括在其內(nèi)具有氣隙的分路。
根據(jù)其它優(yōu)選方面，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括步驟檢測(cè)負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)工作負(fù)荷狀況；將檢測(cè)步驟檢測(cè)的工作負(fù)荷狀況與要求的基準(zhǔn)進(jìn)行比較；根據(jù)比較步驟產(chǎn)生反饋信號(hào)；以及根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
通過(guò)參考以下簡(jiǎn)要說(shuō)明的附圖、以下對(duì)本發(fā)明當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明以及所附權(quán)利要求，可以對(duì)本發(fā)明及其范圍獲得更全面的理解。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明以在電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的應(yīng)用情況對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。通過(guò)結(jié)合附圖對(duì)以下對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明進(jìn)行研究，可以更全面地理解本發(fā)明，附圖包括

圖1示出在其內(nèi)采用根據(jù)本發(fā)明的變壓器控制方法的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器內(nèi)的主要功能單元的方框圖；圖2示出其中使用受控于頻率的松耦合變壓器將功率傳送到包括氣體放電管在內(nèi)的負(fù)荷的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的原理圖；圖3示出在圖2所示的電子鎮(zhèn)流器內(nèi)使用的全波整流電橋獲得的輸出電壓半正矢(haversine)；圖4示出其中采用受控于頻率的松耦合變壓器將功率傳送到包括氣體放電管在內(nèi)的負(fù)荷的非調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的原理圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明類型的松耦合變壓器的示意圖；圖6a和圖6b示出本發(fā)明采用的松耦合變壓器的等效模型電路；圖7示出對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的用途在松耦合變壓器內(nèi)作為施加到其的電壓的頻率的函數(shù)的繞組電流曲線；圖8示出利用根據(jù)本發(fā)明的松耦合變壓器的控制裝置的方框圖；圖9示出根據(jù)本發(fā)明使用受控于頻率的松耦合變壓器向熱電負(fù)荷供電的示意圖；圖10示出使用根據(jù)本發(fā)明的受控于頻率的松耦合變壓器向遠(yuǎn)程接收電路提供脈沖串的方框圖；以及圖11示出根據(jù)本發(fā)明使用根據(jù)本發(fā)明的受控于頻率的松耦合變壓器向變電所或工業(yè)負(fù)荷供電的示意圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明在這幾個(gè)附圖中，相同的參考編號(hào)表示相同的單元，現(xiàn)在，參考附圖，圖1示出根據(jù)本發(fā)明控制的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器2的方框圖。具有使用鎮(zhèn)流器的特定地區(qū)的正常頻率和電壓的線電壓電源6向鎮(zhèn)流器2供電。所提供的電壓被電路5整流成連線半正矢序列(參考圖3)，然后傳送到升壓與功率因數(shù)校正電路7。電路單元塊7用于將電壓電平升高到適于控制電路9和所使用的氣體放電型燈管4的自持電壓值?？刂齐娐?將基準(zhǔn)電壓信號(hào)發(fā)送到頻率控制電路11，頻率控制電路11根據(jù)此基準(zhǔn)調(diào)節(jié)其輸出頻率，并通過(guò)其要求的調(diào)光電平信號(hào)17，根據(jù)調(diào)光控制電路15的需要和要求改變輸出頻率。如圖1所示，調(diào)光控制電路15還接收燈管4輸出的亮度反饋信號(hào)19，將亮度反饋信號(hào)19與要求的調(diào)光電平信號(hào)17進(jìn)行比較獲得差分信號(hào)，只要信號(hào)17和信號(hào)19不同，它就用于調(diào)節(jié)頻率控制電路11輸出的電壓頻率。
頻率控制電路塊11的輸出反饋到控制電路9，控制電路9利用它產(chǎn)生緊匹配方波，然后將此方波傳送到變壓器驅(qū)動(dòng)電路13。在塊13內(nèi)建立的變壓器驅(qū)動(dòng)器用于對(duì)特定變壓器178產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，以下將做更詳細(xì)的說(shuō)明，特定變壓器178連接到燈管4，這樣為燈管4供電。
圖2更詳細(xì)地示出用于將一組熒光燈管4耦合到輸入端8a和8b的電源6。此例中的電源是60Hz、120伏的交流電，這是美國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)供電條件。然而，所示的鎮(zhèn)流器2可以接收50Hz至60Hz頻率、90伏至300伏電壓范圍內(nèi)的電壓或者140伏至450伏的直流。這就使得根據(jù)本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器完全可以根據(jù)其在世界上任何國(guó)家內(nèi)的使用地點(diǎn)、在可能遇到的大多數(shù)供電條件下滿意地工作。
電阻器10與輸入端6a串聯(lián)用作保險(xiǎn)絲或限流裝置。電阻器10表示一種防止可能破壞鎮(zhèn)流器或損害安全的過(guò)負(fù)荷或過(guò)瞬態(tài)的簡(jiǎn)單方式。電感器12、電容器14和電容器16構(gòu)成電磁干擾(EMI)濾波器或共模扼流圈濾波器，通過(guò)限制高頻信號(hào)并僅通過(guò)具有通過(guò)鎮(zhèn)流器2的全部通路的信號(hào)，它可以降低對(duì)端子8a和8b產(chǎn)生的EMI。
全波整流電橋18以標(biāo)準(zhǔn)方式將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為如圖3所示的整流輸出。電橋18的輸出電壓20通過(guò)幾個(gè)通路，第一個(gè)通路包括升壓扼流圈22a、為輸出FET 158和FET 160供電的二極管24(如下所述)、電容器26、電阻器30、二極管28以及電容器32和電容器34。將電容器32和電容器34連接到功率因數(shù)芯片38。
功率因數(shù)芯片38是Motorola MC33262集成電路芯片，其更全面說(shuō)明請(qǐng)參考Motorola′s Analog/Interface ICs，Device Data，Volume 1，Revision 5，1995的第3-455頁(yè)至第3-457頁(yè)。集成電路芯片38是高性能、電流型功率因數(shù)控制器，它通過(guò)保持交流線電流正弦與線電壓同相用于提高不良功率因數(shù)負(fù)荷。正確進(jìn)行功率因數(shù)控制可以保持鎮(zhèn)流器2的視在輸入功率相位與其消耗的有功功率接近，在這方面可以提高鎮(zhèn)流器的工作效率。
接通電源時(shí)，利用120伏有效值的輸入電壓，電橋18輸出的第一個(gè)半周或半正矢40(如圖3所示)達(dá)到170伏的峰值。電容器26、電容器32和電容器34開始放電。對(duì)于初始半正矢40，當(dāng)電容器26和電容器32放電出現(xiàn)縮減或在交流電路內(nèi)通過(guò)初始半正矢時(shí)，它們用作由各自電容值確定的分壓器。在此例中，如果選擇電容器26的電容值為24微法，選擇電容器32的電容值為48微法，則如果沒(méi)有其它限制，電容器26將承受施加到其的峰值電壓20的三分之二或113.3伏，而電容器32將承受施加到其的峰值電壓20的三分之一或56.7伏。如果輸入電壓低至90伏，則電容器32兩端之間的電壓仍大于30伏，這足以接通功率因數(shù)芯片38。與此同時(shí)，電阻器30限制進(jìn)入電容器26的起動(dòng)電流。結(jié)果，先前所指的電容器26和電容器32兩端的電壓部分實(shí)際上出現(xiàn)在在電容器26、電阻器30與電容器32之間，電阻器30具有限制第一半周的起動(dòng)電流的雙重作用。電容器34對(duì)電容器26和電容器32形成的分壓器影響小，因?yàn)榕c電容器26和電容器32比較，它的電容值小得多。
通常，電壓電容器32兩端承受峰值電壓20的三分之一，在此例中為56.7伏，將它損壞綽綽有余。然而，將電阻器42和電阻器44與FET 46組合在一起用于預(yù)置電容器32兩端的電壓極限，這樣還可以保護(hù)集成電路芯片38。這樣選擇電阻器42和電阻器44的電阻值，即在此例中將電容器32兩端的電壓極限設(shè)置為15伏。如果電容器32兩端的電壓超過(guò)其預(yù)置極限，則FET 46接通將其基線48接地。由于基線48被連接到電容器26的一端和二極管28的基極，所以當(dāng)基線48接地時(shí)，電容器26作為斷路有助于產(chǎn)生半正矢并變成濾波電容器產(chǎn)生高直流電壓向FET 158和FET 160供電。與此同時(shí)，二極管28被反向偏置，因此消除了其它流過(guò)二極管28和電阻器30的斷路，這樣就可以防止電容器32被充電到高于其15伏的預(yù)置極限。這果然與在其90伏至300伏交流、50Hz至60Hz的正常范圍內(nèi)的輸入電壓的值無(wú)關(guān)。
這樣，在最壞情況下，即電壓與電流互相之間的相位差是90度時(shí)，上述電路配置將120伏的輸入端的總起動(dòng)電流限制為120伏交流電輸入端的4.3安培。與此同時(shí)，此電路保證將適當(dāng)電壓施加到功率因數(shù)芯片38的引腳36以驅(qū)動(dòng)它，而不會(huì)在進(jìn)行過(guò)程中損耗功率，即使輸入電壓處于最低希望值，在此例中為90伏。此外，即使在此最低可能輸入電壓情況下，電路單元互相配合為功率因數(shù)芯片提供“瞬間接通”能力，這樣在90伏至300伏交流電輸入電壓范圍內(nèi)的電源的第一半周內(nèi)就可以將功率因數(shù)芯片接通。
通過(guò)進(jìn)行比較，利用連接在鎮(zhèn)流器電源與諸如集成電路38的功率校正電路的電壓源引腳之間的電阻器的現(xiàn)有技術(shù)方法，對(duì)于90伏至300伏交流電的希望的輸入電壓范圍，需要在功率損耗與接通時(shí)間之間設(shè)計(jì)一種折衷方案。例如，連接到整流電橋18的100kΩ電阻器和電容器32兩端的300伏交流電輸入會(huì)產(chǎn)生約4毫安的電流、吸收約0.9瓦的能量并用約0.25秒的時(shí)間對(duì)電容器32進(jìn)行充電達(dá)到起動(dòng)集成電路38所需的最低電平。相反，90伏交流輸入時(shí)，同樣是100kΩ電阻器僅吸收80毫瓦的能量，但是需要約2.0秒的時(shí)間接通檢測(cè)電路38。如下所述，接通燈管所使用的電壓依賴于功率因數(shù)芯片38的工作過(guò)程。接通集成電路38所需的時(shí)間越長(zhǎng)，點(diǎn)亮燈管所需時(shí)間越長(zhǎng)。
此外，如果首先通過(guò)將電阻器從全波整流電橋或其它直流電源的輸出端連接到芯片的輸入端和諸如電容器32的電容器來(lái)接通功率因數(shù)芯片，則該電阻器連續(xù)耗散功率，即使在集成電路芯片38被起動(dòng)之后不再需要它時(shí)仍耗散功率。通常，根據(jù)所選擇的電阻器的大小，這種浪費(fèi)從約80毫瓦到900毫瓦，盡管與其它電子裝置比較，這似乎很低，但是在使用許多燈管和鎮(zhèn)流器的環(huán)境中(例如在具有幾百個(gè)燈具的停車場(chǎng)或大型倉(cāng)庫(kù)內(nèi))全部節(jié)約下來(lái)可以節(jié)省相當(dāng)可觀的成本。
重要地是請(qǐng)注意，每次向芯片38提供適當(dāng)功率，如上所述，接通FET46，因此，將二極管28和電阻器30就從有源電路通路斷開。由于現(xiàn)在通過(guò)線圈22b、二極管70和電阻器72進(jìn)行升壓將電流送到電容器32，所以不需要電阻器30，并且沒(méi)有電流流過(guò)它，所以避免了功率損耗。有效作用在于，在限制起動(dòng)電流工作的第一半周期間使用電阻器30并作為分壓器的一部分直到它從鎮(zhèn)流器電源電路的工作部分被斷開后接通FET46為止。
此外，由于在輸入引腳36的電阻器/電容器組合的時(shí)間常數(shù)限制了在電容器兩端建立的電壓并將此電壓送到輸入引腳，該電容器兩端的電壓達(dá)到接通功率因數(shù)芯片和鎮(zhèn)流器的適當(dāng)電平所需的時(shí)間更長(zhǎng)。相反，根據(jù)本發(fā)明的上述電路單元保證鎮(zhèn)流器在工作的第一半周被接通，特別是在低于正常輸入電壓時(shí)，這在現(xiàn)有技術(shù)中是絕對(duì)不可能的。
一旦被起動(dòng)，通過(guò)利用從整流電橋18輸出到功率芯片38的輸出電壓20的相關(guān)電路單元的有效組合，可以使集成電路芯片38自持，鎮(zhèn)流器控制電路系統(tǒng)以及燈管4利用集成電路芯片38用于保持負(fù)荷功率與輸入功率同相。這可以通過(guò)強(qiáng)迫與在全波整流電橋18的輸出端有效的半正矢同相使扼流圈22a發(fā)生感應(yīng)沖擊，并導(dǎo)致在次級(jí)線圈22b發(fā)生感應(yīng)沖擊。應(yīng)該注意，沒(méi)有負(fù)荷時(shí)，集成電路芯片38被關(guān)閉，因?yàn)闆](méi)有直流保持電壓。
電橋18輸出的輸出電壓20傳送到構(gòu)成分壓器的電阻器50和電阻器52，并部分地傳送到電容器54，這樣有助于對(duì)施加到集成電路芯片38的輸入引腳56的電壓進(jìn)行濾波。集成電路芯片38的輸入引腳58保持接地。通過(guò)適當(dāng)選擇電阻器50和電阻器52的電阻值，輸入引腳56上、與電橋輸出電壓20同相的電壓峰值通常被設(shè)置為約2伏。在芯片38的內(nèi)部，該電壓通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路(未示出)傳送到輸出引腳60。將該電壓施加到FET 62的柵極，并且在各半正矢期間，只要電壓電平適當(dāng)就接通FET62。
當(dāng)接通FET 46時(shí)，它很快將線圈22a的右側(cè)接地，并且當(dāng)它釋放時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線圈22a發(fā)生感應(yīng)沖擊并在線圈22b出現(xiàn)發(fā)射感應(yīng)沖擊，它們均與由輸入線功率獲得的半正矢同相。感應(yīng)電壓電平由電阻器64和電阻器66構(gòu)成的分壓器確定。在此應(yīng)用中，這樣選擇電阻器64和電阻器66的電阻值，以致在電容器26上產(chǎn)生450伏的總電壓值。此總電壓值即電橋輸出電壓20與在FET 62被斷開時(shí)間周期內(nèi)線圈22發(fā)生感應(yīng)沖擊產(chǎn)生的電壓之和。435伏將電容器26和電容器68充電到與輸入線電壓同相或接近同相，具有接近1度的相位差。電容器68還用作高頻濾波器。
將電阻器64與電阻器66的接點(diǎn)輸出的反饋送到集成電路芯片38的輸入引腳76作為基準(zhǔn)電壓Vset用于通知集成電路芯片38的內(nèi)部電路系統(tǒng)直流校正電壓已經(jīng)到達(dá)。發(fā)生這種情況時(shí)，從引腳60斷開驅(qū)動(dòng)電壓，并使FET 62斷開直到出現(xiàn)下一步半正矢。
因?yàn)閷?duì)鎮(zhèn)流器2加載時(shí)，電容器26會(huì)放電，所以獲得的435伏電壓還通過(guò)反饋用于保持集成電路芯片38接通電源并向鎮(zhèn)流器2的其余部分以及燈管4供電。通過(guò)二極管70和電阻器72以及電容器32和電容器34，線圈22b向集成電路芯片38提供反饋功率。如上所述，通過(guò)電阻器42和電阻器44以及FET 46的電壓限制組合，電容器32將功率送到集成電路芯片38的輸入引腳58。將二極管70和電阻器72插入線圈22b到電容器32和電容器34的通路內(nèi)。二極管70用于避免電容器32或電容器34放電導(dǎo)致不希望的電流流入線圈22b，而電阻器72用于限制該電路分路內(nèi)的電流進(jìn)入電容器32和電容器34并與電容器32和電容器34結(jié)合作為引腳58的濾波器。
當(dāng)FET 62接通時(shí)，通過(guò)對(duì)吸收的電流信號(hào)進(jìn)行限制濾波，電阻器78、電阻器80以及電容器82的組合用于保護(hù)FET 62。選擇電阻器80具有較低的電阻值，通常為零點(diǎn)幾歐姆。將驅(qū)動(dòng)電壓施加到輸出引腳88，并且電阻器80對(duì)它進(jìn)行限制以致所產(chǎn)生的電流被FET 62所容許。此外，電阻器80兩端的電壓降確定FET 62被斷開的電平，因?yàn)樗ㄟ^(guò)其與電容器82的RC組合作用產(chǎn)生延遲。此外，電阻器78與電容器82對(duì)流入引腳88的電流提供高頻濾波。
總的說(shuō)來(lái)，鎮(zhèn)流器2的前端部分的有效作用可以提供精確、高直流電壓電源，并對(duì)電子鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償，即使輸入電壓電平為最低希望電平，電子鎮(zhèn)流器仍可以以功率消耗在其工作的第一半周接通。前端部分的特征在于，受限的起動(dòng)電流能力，它可以自動(dòng)從電路的工作部分?jǐn)嚅_以節(jié)省電能。前端鎮(zhèn)流器部分還向孤立的控制電路供電。事實(shí)上，使用變壓器向燈管4供電可以保證不將輸入電源直接電連接到控制電路或輸出(燈管)之間。
利用變壓器的作用，流過(guò)線圈22a的電流會(huì)引起次級(jí)線圈22c內(nèi)有電流流過(guò)。當(dāng)線圈22a承受上述感應(yīng)沖擊時(shí)，線圈22c內(nèi)流過(guò)的電流會(huì)成正比增加。通過(guò)適當(dāng)選擇線圈22a與線圈22c之間的匝數(shù)比，可以將線圈22c內(nèi)的感應(yīng)電壓設(shè)置到任意要求的電平。在此例中，根據(jù)感應(yīng)沖擊對(duì)線圈22c內(nèi)產(chǎn)生的電壓的作用以及鎮(zhèn)流器所驅(qū)動(dòng)的負(fù)荷，此電平可以低至14伏、高至40伏的整流直流電壓。如圖2內(nèi)線圈22a、線圈22b以及線圈22c旁邊的黑點(diǎn)所示，由此選擇它們的相位。
鎮(zhèn)流器2的控制電路部分的功率從線圈22c獲得并通過(guò)防止反向電流流入鎮(zhèn)流器2的前端的二極管90傳送到集成電路芯片94的輸入引腳92，集成電路芯片94是Texas Instruments推出的TPS2813多功能芯片。電容器96和電容器98對(duì)此電壓進(jìn)行濾波。輸入引腳92是集成電路芯片94的內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器的輸入端。該調(diào)節(jié)器的輸出端是引腳100，利用調(diào)節(jié)器對(duì)出現(xiàn)在輸入引腳92的14伏至40伏電壓范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以使引腳100保持11.5伏的恒壓值。輸出引腳100被連接到CMOS集成電路芯片104的輸入引腳102和RCA電壓可控振蕩器。在鎮(zhèn)流器2的調(diào)光部分內(nèi)，輸出引腳100還連接到LMC6032型的運(yùn)算放大器106。
根據(jù)連接在集成電路芯片104的交叉引腳112與交叉引腳114之間的電容器116的電容值以及電阻器122和電阻器124的電阻值對(duì)集成電路芯片104進(jìn)行控制。電阻器122的電阻值確定集成電路芯片104的低頻工作極限，而電阻器124的電阻值確定其高頻工作極限。輸入引腳126的電壓確定集成電路芯片104的引腳150上的輸出電壓即直流方波的工作頻率。如果引腳126上的電壓是0伏，則引腳150上的輸出以電阻器122確定的其最低頻率振蕩。如果引腳126上的電壓到達(dá)其最高電壓值，則芯片104的引腳150的輸出以電阻器124設(shè)置的其最高可能頻率振蕩。
如上所述，電容器116的電容值以及電阻器122和電阻器124的電阻值確定芯片104的最低響應(yīng)頻率到最高響應(yīng)頻率的響應(yīng)范圍。例如，如果引腳126上的電壓為0伏，則電阻器122電阻值和電容器116的電容值確定引腳150上的電壓的最低頻率。如果引腳126上的電壓到達(dá)其最高電壓值VCC，即引腳102上的電壓，則電阻器124的電阻值和電容器116的電容值確定引腳150上產(chǎn)生的方波的最高頻率。此外，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，頻率控制范圍是線性的，即，例如引腳126上的電壓10％的變化會(huì)使引腳150上的電壓的頻率產(chǎn)生10％的變化。從另一方面說(shuō)，電阻器122和電阻器124的電阻值確定頻率范圍從其最高頻率到最低頻率的斜率。
將一組匹配電阻器128連接到運(yùn)算放大器106和運(yùn)算放大器110與調(diào)光基準(zhǔn)電壓源130之間，調(diào)光基準(zhǔn)電壓源130包括電流感應(yīng)線圈132、電阻器134以及二極管136。電阻器組128是一組等效電阻器，它們是每百萬(wàn)個(gè)電阻器中容差匹配的50個(gè)電阻器，因此當(dāng)與放大器106和放大器110結(jié)合時(shí)可以建立非常良好的差動(dòng)放大器。由于使用了電阻器組128，所以所獲得的差動(dòng)放大器106和差動(dòng)放大器110具有非常高的共模抑制比，這非常重要，因?yàn)檫B接到調(diào)光控制器的導(dǎo)線可能會(huì)通過(guò)較長(zhǎng)的距離并導(dǎo)致電壓發(fā)生變化，如果很小，則需要利用鎮(zhèn)流器控制電路系統(tǒng)2b將它們考慮在內(nèi)。
靠近受控?zé)艄茉O(shè)置的調(diào)光開關(guān)(未示出)輸出的電壓施加到138和140兩端。該電壓通過(guò)電阻器組128內(nèi)的電阻器施加到差動(dòng)放大器106的輸入端。再通過(guò)電阻器組128中的一個(gè)電阻器將放大器106的輸出反饋到求和點(diǎn)141并由此到達(dá)差動(dòng)放大器110的正輸入端1。與此同時(shí)，在高電壓線內(nèi)流入到接通的或照明的燈管4b之一的電流感應(yīng)產(chǎn)生的基準(zhǔn)電流是通過(guò)線圈132內(nèi)的變壓器作用實(shí)現(xiàn)的，并將此電流傳送到電阻器組128內(nèi)的電阻器，并將產(chǎn)生的電壓施加到求和點(diǎn)141和放大器110的輸入端108b。在此例中，輸入引腳108上的實(shí)際電壓是調(diào)光電壓與從線圈132獲得的燈管基準(zhǔn)電壓的平均值。如果假定調(diào)光電壓為3伏并且燈管基準(zhǔn)電壓為3.5伏，則平均電壓為3.25伏，這就是施加到放大器110的輸入端108b上的電壓。
通過(guò)電阻器142，將放大器110的輸出反饋到芯片104的輸入引腳126，從而改變引腳126上的電壓和輸出引腳150上電壓的工作頻率。這會(huì)導(dǎo)致改變施加到燈管4的電壓，從而改變燈管的亮度，根據(jù)要求升高或降低線圈132內(nèi)感應(yīng)的基準(zhǔn)電流。當(dāng)達(dá)到138與140兩端之間的電壓所控制的亮度時(shí)，差動(dòng)放大器110的輸出不再?gòu)恼{(diào)光器要求的電阻值發(fā)生變化并且引腳126保持恒壓。在上述例子中，這意味著，調(diào)光器輸出的電壓是3伏，并且燈管基準(zhǔn)電壓也為3伏。這使得總3伏電壓保持芯片104的引腳126不變，即直到要求改變亮度時(shí)。
燈管基準(zhǔn)電流負(fù)反饋?zhàn)饔玫闹匾栽谟?，控制系統(tǒng)將適當(dāng)電壓施加到所有燈管以產(chǎn)生調(diào)光器要求的亮度，而與鎮(zhèn)流器與鎮(zhèn)流器之間的不同或調(diào)光開關(guān)與調(diào)光開關(guān)之間的不同無(wú)關(guān)。實(shí)質(zhì)上，這意味著，希望通過(guò)根據(jù)調(diào)光器電壓與基準(zhǔn)電壓之和獲得的反饋，利用一個(gè)鎮(zhèn)流器控制的各燈管內(nèi)流過(guò)相同的電流。這樣就消除了鎮(zhèn)流器與鎮(zhèn)流器之間部件的不同產(chǎn)生的影響，并且正如利用調(diào)光電壓進(jìn)行控制那樣，根據(jù)線圈132輸出的電流反饋、在調(diào)光器的控制下可以確定燈管的亮度。
在起動(dòng)或接通時(shí)，連接在引腳100與引腳126兩端之間的電容器144放電。當(dāng)引腳100達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)或11.5伏的調(diào)節(jié)電壓時(shí)，電容器144將引腳126牽引到調(diào)節(jié)電壓。然后，通過(guò)電阻器142和放大器110的輸出端，電容器144被充電到引腳100的調(diào)節(jié)電壓。這使得鎮(zhèn)流器從起動(dòng)時(shí)的最高頻率到放大器110輸出電壓所表示的較低頻率進(jìn)行掃描。燈管適合于采用這種方法，因?yàn)樗鼈冊(cè)谧儔浩?62產(chǎn)生的高頻和低電流情況下電離得更好。特別是，對(duì)于燈管來(lái)說(shuō)，這是柔性起動(dòng)過(guò)程或緩和起動(dòng)過(guò)程，因此可以保護(hù)其熒光涂層并可以延長(zhǎng)其壽命。
電容器144一旦被充電還被用作控制系統(tǒng)內(nèi)低頻濾波器的一部分，正如電容器144被連接到放大器110的輸出端和電阻器142之間與電阻器142一起控制亮度開關(guān)瞬態(tài)一樣。例如，用戶改變調(diào)光控制電壓時(shí)，放大器110的輸出幾乎同時(shí)發(fā)生變化。同樣，如果線圈132內(nèi)感應(yīng)的燈管基準(zhǔn)電流發(fā)生變化，則放大器110的輸出也幾乎同時(shí)發(fā)生變化。如果控制系統(tǒng)對(duì)這種變化的響應(yīng)與通常一樣快，則燈管會(huì)閃爍或顫動(dòng)，直到達(dá)到要求的亮度。為了避免出現(xiàn)此問(wèn)題，電容器144一旦被充電就與電阻器142構(gòu)成RC電路，RC電路會(huì)使施加到引腳126的信號(hào)產(chǎn)生延遲并使燈管的亮度平滑過(guò)渡。因此，根據(jù)控制電路處于工作周期的什么位置，電容器144與電阻器142的組合可以在工作時(shí)用作低通濾波器，在起動(dòng)時(shí)用作微法器。
如上所述，芯片104的方波電壓輸出依賴于引腳126的電壓。在起動(dòng)時(shí)，引腳126相對(duì)較高，并且引腳150的電壓頻率也較高。引腳150連接到芯片94的輸入引腳152。在芯片94的內(nèi)部是兩個(gè)緩沖器，這兩個(gè)緩沖器將芯片94的引腳154和引腳156的輸出電壓設(shè)置為相同頻率，但是互相之間的相位被移位180度。其作用是將脈沖變壓器162的初級(jí)繞組162a兩端的電壓翻倍。芯片94的內(nèi)部緩沖器被大功率驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，大功率驅(qū)動(dòng)器可以向電容負(fù)荷提供約2安培的脈沖電流，這種類型的大功率驅(qū)動(dòng)器被表示為FET。此能力允許對(duì)較弱信號(hào)升壓，以致功率FET 158和功率160可以被非?？焖俚亟油āＦ渥饔檬菍⑦^(guò)渡損耗降低到最小，這依賴于接通功率FET的速度有多快(在此應(yīng)用中，接近40納秒)。所選擇的FET應(yīng)具有最小可能“接通電阻”或阻抗，以致通過(guò)FET以及鎮(zhèn)流器內(nèi)的功率損耗保持最低。最后，芯片94作為低功率CMOS實(shí)現(xiàn)的電壓控制振蕩器芯片104與功率FET 158和功率FET 160之間的緩沖器。
驅(qū)動(dòng)器引腳154和驅(qū)動(dòng)器引腳156的輸出均是一組緊匹配方波，其各邊沿在互相的40納秒內(nèi)，它具有強(qiáng)脈沖驅(qū)動(dòng)(2安培)能力。電容器164的交流耦合作用允許低阻抗初級(jí)電感器162a被有效連接到輸出引腳154和156。利用此輸出，控制電路將驅(qū)動(dòng)緊耦合脈沖變壓器的初級(jí)繞組162a，在變壓器的次級(jí)繞組162b和162c，輸出信號(hào)振幅被有效翻倍從而被引腳154和156輸出的不同相輸出加11伏或減11伏。這可以有效地將22伏方波通過(guò)初級(jí)繞組162a。在變壓器162的次級(jí)端，這意味著，功率FET 158具有正11伏施加到其柵極和源極，而功率FET 160具有負(fù)11伏施加到其柵極和源極。由于所選擇的這兩個(gè)FET在柵極與源極之間的電壓大于正5伏時(shí)具有優(yōu)化的最小接通電阻值，而在柵極與源極之間的電壓小于負(fù)5伏時(shí)，具有最大斷開電阻，所以通過(guò)分別利用初級(jí)繞組162b和162c在各自柵極和源極之間施加正11伏和負(fù)11伏電壓，它們被接通或斷開的速度非常塊。這可以確保功率FET 158和功率FET 160被接通和斷開的速度非常塊，因此將過(guò)渡損耗降低到最低。
次級(jí)繞組162b和次級(jí)繞組162c之間的相位差為180度，從而保證在其內(nèi)所產(chǎn)生的、用于接通和斷開兩個(gè)功率FET的柵極與源極之間的兩個(gè)電壓之間的相位差也是180度。然而，所產(chǎn)生的電壓的邊沿如此陡峭和快速以致有可能使兩個(gè)FET同時(shí)被接通，概括地說(shuō)，就是會(huì)使待接地的點(diǎn)166出現(xiàn)450伏的電壓。這不安全，并且無(wú)疑在鎮(zhèn)流器內(nèi)會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題或?qū)е掠脩艉ε隆Ｒ虼?，將電感?68和電感器170從各次級(jí)繞組的一端連接到相關(guān)FET的源極(如圖2所示)以產(chǎn)生稍許延遲，因此建立了安全區(qū)域并可以保證功率FET 158和功率FET 160不同時(shí)被接通。
功率FET的中點(diǎn)180被連接到唯一變壓器178的初級(jí)端178a，以下將對(duì)唯一變壓器進(jìn)行更詳細(xì)說(shuō)明。功率FET 158和功率FET 160的通斷動(dòng)作使中點(diǎn)180承受450伏至地之間的電壓。電容器176對(duì)初級(jí)繞組178a提供交流耦合。與地線相連的電容器176充電到在中點(diǎn)180波動(dòng)的電壓的一半或225伏。這樣可以有效地使待施加到初級(jí)繞組178a的交流電壓在0至225伏到450伏之間變化。二極管182和二極管184速度非?？?，并分別用于使FET 158和FET 160免受由于這兩個(gè)功率FET被關(guān)斷引起初級(jí)繞組178a內(nèi)發(fā)生電壓突變導(dǎo)致的感應(yīng)沖擊。
變壓器178是附加繞組、限流型變壓器。當(dāng)初級(jí)繞組178a接通時(shí)，變壓器作用使得在次級(jí)繞組178b、178c、178d和178e內(nèi)感應(yīng)電壓。在正常、穩(wěn)定狀態(tài)工作期間，次級(jí)繞組178d兩端感應(yīng)的電壓接近280伏有效值。燈管4a和4b的總功率由次級(jí)繞組178d提供。次級(jí)繞組178b、178c和178e向燈絲182、184、186和188提供電壓。次級(jí)繞組178b、178c和178e感應(yīng)的燈絲電壓為5伏有效值。如圖2所示，次級(jí)繞組178b被連接到燈絲184和186，次級(jí)繞組178c被連接到燈絲182，次級(jí)繞組178e被連接到燈絲188。
在起動(dòng)時(shí)，由于變壓器178是被附加繞組，所以次級(jí)繞組178d接近470伏有效值，該電壓電平用于觸發(fā)燈管并使其內(nèi)部的氣體電離。與此同時(shí)，次級(jí)繞組178b、178c和178e向各燈絲提供接近9伏電壓。如上所述，在起動(dòng)時(shí)，驅(qū)動(dòng)頻率為其最大值。起動(dòng)時(shí)，可以將各電容器190、192和194看作短路，結(jié)果是從次級(jí)繞組178d施加到燈管兩端的電壓為最大值從而有助于將燈管內(nèi)的氣體電離并緩和觸發(fā)燈管。然后，對(duì)于控制電路部分和次級(jí)繞組178d，工作頻率為其最高可能頻率值，并且電流為其最低值，從而保持燈絲處于高電壓電平，該高電壓電平用于熱燈管并通過(guò)使電子流過(guò)燈絲使燈管起動(dòng)。
由于氣體放電管較容易在高頻被電離，所以在燈管出現(xiàn)的起動(dòng)電壓輪廓有助于實(shí)現(xiàn)所謂“柔和起動(dòng)”。預(yù)定燈管的起動(dòng)電壓的初始頻率為100KHz，初始頻率下降到非調(diào)光鎮(zhèn)流器的工作頻率或者下降到與調(diào)光開關(guān)(未示出)和相關(guān)調(diào)光電路系統(tǒng)提供的反饋對(duì)應(yīng)的點(diǎn)設(shè)置的頻率。在高工作頻率，由于變壓器178的作用，進(jìn)入次級(jí)繞組的電流小，并意味著向燈管傳送的功率少。這種“柔和起動(dòng)”會(huì)明顯減少燈管在起動(dòng)期間產(chǎn)生的閃爍和噪聲。此外，低起動(dòng)電流降低了燈管管壁上的熒光物質(zhì)的耗盡并由此延長(zhǎng)燈管的壽命。
當(dāng)燈管4a和4b開始流入電流時(shí)，次級(jí)繞組178d的電壓趨于接近280伏，即T8型氣體放電管的典型選擇電壓值(對(duì)于其它氣體放電管，此值會(huì)不同)，因?yàn)樽儔浩?78的限流特性。因?yàn)橥瑯拥脑颍渌渭?jí)繞組上的電壓以及它們所連接的燈絲的電壓同時(shí)降低到5伏。頻率開始降低到在138和140端設(shè)置的控制點(diǎn)的頻率。
通常，起動(dòng)之后，次級(jí)繞組178b、178c和178e處于5伏并且即使在為了進(jìn)行控制降低頻率時(shí)仍保持此電平。然而，燈絲電壓依賴于它們各自所連接的電容器190、192和194的阻抗。這樣選擇電容器190、192和194的電容值以致對(duì)于全波光或最小控制頻率將實(shí)際燈絲電壓降低到約2.5伏，或者對(duì)應(yīng)于約最高控制頻率，由于在低光級(jí)重要地是對(duì)各燈絲施加全電壓以保持燈管在內(nèi)部被加熱以致避免燈管顫動(dòng)，對(duì)于10％光將實(shí)際燈絲電壓降低到5伏。
圖4示出一種等效、非調(diào)光電子鎮(zhèn)流器200。鎮(zhèn)流器200非調(diào)光并非的電源部分與圖2所示的鎮(zhèn)流器2的調(diào)光部分的電源部分相同。除了以下內(nèi)容外，鎮(zhèn)流器200的非調(diào)光部分的控制電路部分的功能在所有方面與調(diào)光部分的控制電路的功能相同。將差動(dòng)放大器106和110以及匹配電阻器128和端子138和140從鎮(zhèn)流器2的控制電路中去除，可以對(duì)圖2和圖4進(jìn)行比較。與引腳126保持連接在電阻器142與電容器144之間。在起動(dòng)時(shí)，電容器144放電，實(shí)際上處于短路，這樣可以將引腳126牽引到其電壓范圍的最高值，保證在引腳150輸出最高頻率電壓以實(shí)現(xiàn)以上述輪廓方式適于燈管的掃描。當(dāng)電容器144被充電時(shí)，引腳126的電壓甚至?xí)档偷狡渥畹椭?，并且引腳150的電壓的頻率線性降低同樣的百分率達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)工作頻率。如上所述，所選擇的電阻器122和124的電阻值確定引腳150輸出的方波電壓的最高頻率和最低頻率。
此外，在非調(diào)光配置中，還將包括感應(yīng)線圈132、電阻器134和二極管136的燈管電流基準(zhǔn)感應(yīng)電路與燈絲電容器190、192和194從鎮(zhèn)流器2的控制電路內(nèi)去除，請(qǐng)比較圖2與圖4。通過(guò)去除上述列舉的電路單元并重新將電阻器142直接連接到集成電路104獲得的非調(diào)光鎮(zhèn)流器200在其它方面與調(diào)光鎮(zhèn)流器2相同。
圖2和圖4所示的變壓器178以及圖5所示的松耦合變壓器500是限流變壓器或限流裝置。所選擇的變壓器178的參數(shù)容納了幾個(gè)性能因數(shù)，它們包括待傳送用于有效驅(qū)動(dòng)燈管4的功率、最初接通燈管4所需的開路電壓以及燈管電流波峰因數(shù)(燈管峰值電流與燈管有效值電流之比)，該燈管電流波峰因數(shù)應(yīng)保持低于1.7。此外，因?yàn)槠湎蘖髂芰Γ鶕?jù)在變壓器178次級(jí)端的短路電流或高電流的需求情況將變壓器178釋放到其次級(jí)繞組的視在功率降低約10倍。此外，還同樣降低了輸入到鎮(zhèn)流器的輸入功率。
利用變壓器178(一種頻率可控、限流裝置)以及鎮(zhèn)流器的頻率控制過(guò)程是提供改進(jìn)的鎮(zhèn)流器的關(guān)鍵問(wèn)題。此外，該變壓器提供將負(fù)荷與極限電源隔離并將短路電流限制到其它情況下電流的幾分之一的短路隔離。
通過(guò)改變施加到電壓可控振蕩器芯片104的輸入引腳126的電壓進(jìn)行控制，以產(chǎn)生大致是恒定振幅并且頻率可變的輸出驅(qū)動(dòng)電壓或者保持此電壓(對(duì)于鎮(zhèn)流器的非調(diào)光部分)為產(chǎn)生預(yù)定恒頻電壓的恒壓。有效作用在于，變壓器178的次級(jí)端內(nèi)感應(yīng)的電流直接依賴于所施加方波的頻率。利用這種配置可以根據(jù)頻率限制電流和電壓并且不需要利用脈沖寬度調(diào)制及其相關(guān)諧振電路來(lái)消除電壓波動(dòng)。本發(fā)明排除了這種需要，而且可以提供更平滑、更有效的工作條件。
在松耦合變壓器中，對(duì)于小于理論上可能的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組之間的磁耦合進(jìn)行計(jì)算，采用漏阻抗的概念是方便的。圖5示出典型松耦合變壓器500。它包括兩個(gè)E型、相對(duì)的鐵芯部件502和504，在其各邊分別繞著初級(jí)繞組506和次級(jí)繞組508。另一方面，如位置506a和508a所示，可以將繞組設(shè)置到鐵芯上部和下部斷開的位置。E型鐵芯的中心部分形成分路510，分路510具有預(yù)定適當(dāng)寬度的氣隙512。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，除了空氣之外，分路510內(nèi)的氣隙512還可以由不同的材料構(gòu)成，例如介質(zhì)材料甚或預(yù)定特性的流體混合物。
在其正常工作狀態(tài)，即如下所述的情況2，變壓器500的初級(jí)磁通量通路繞著虛線514所示的周線。在短路情況下，即如下所述的情況3，初級(jí)磁通量通過(guò)分路510并跨過(guò)氣隙512，如虛線516所示。為了適應(yīng)各種應(yīng)用，可以改變此氣隙以改變磁阻，并由變壓器500根據(jù)負(fù)荷類型及對(duì)其應(yīng)用的控制方法作出響應(yīng)。應(yīng)該注意，變壓器鐵芯的特定形狀并不局限于所示的E型，在控制器內(nèi)可以采用根據(jù)本發(fā)明在鐵芯外圍或內(nèi)部按照需要設(shè)置分路的橢圓形、圓形或方向或其它形狀的鐵芯。欲知包括松耦合變壓器在內(nèi)的變壓器的進(jìn)一步或更詳細(xì)情況，請(qǐng)參考Lee編寫的上述參考書以及Transformers For Electronic Circuits by N.R.Grossner，second edition，published 1983 by McGraw-Hill，New York，NY。
根據(jù)本發(fā)明使用的松耦合變壓器500的的典型模型表示示于圖6a?？梢约俣ㄗ儔浩?00的初級(jí)端的電感LPS全部包含在繞組602內(nèi)并且可以假定其電阻分量RP全部包含在電阻器604內(nèi)。LPS是次級(jí)端短路時(shí)變壓器500初級(jí)端的電感。為了建立模型，假定負(fù)荷608是純電阻。在次級(jí)端，總負(fù)荷包括次級(jí)繞組電阻RS和負(fù)荷電阻RL。這樣就獲得了圖6b所示的模型電路的LR變形。
以下說(shuō)明此模型的工作特性和變壓器500的耦合過(guò)程。假定匝數(shù)比為1比2，即升壓變壓器，在次級(jí)端開路和電路時(shí)，測(cè)量初級(jí)端的電感LP和次級(jí)端的電感LS。所測(cè)試(松耦合)變壓器的次級(jí)端開路時(shí)，所測(cè)量的初級(jí)端LPO的視在電感為40毫亨。此所測(cè)試的變壓器次級(jí)端短路時(shí)，所測(cè)量的此初級(jí)端LPS為4毫亨。此初級(jí)端的電感比由下式給出(2)電感耦合比＝LPO/LPS表示耦合比為10。應(yīng)該注意，考慮到變壓器的匝數(shù)比，在相同的次級(jí)端開路和短路情況下，通過(guò)對(duì)次級(jí)電感進(jìn)行比較，可以獲得相同的耦合比。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，電感耦合比低于10時(shí)被認(rèn)為是“松”耦合，而電感耦合比高于30時(shí)被認(rèn)為是“緊”耦合。正如根據(jù)本發(fā)明所實(shí)現(xiàn)的那樣，變壓器的電感耦合比在10至30之間。從另一方面說(shuō)，根據(jù)負(fù)荷要求的變壓器的工作特性，變壓器初級(jí)繞組內(nèi)感應(yīng)的磁通量的80％至99％流過(guò)變壓器次級(jí)繞組。
有3種基本工作情況可以用于定義或描述變壓器500的工作特性。為了說(shuō)明問(wèn)題，再假定變壓器500被附加繞組，以致存在2比1的匝數(shù)比；即變壓器作為升壓裝置，在變壓器內(nèi)，在次級(jí)繞組606的兩端將輸入電壓V翻倍。當(dāng)然，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以采用屬于削減繞組(降壓)的松耦合變壓器。在此，升壓型變壓器僅用于說(shuō)明問(wèn)題。為了簡(jiǎn)化待討論的變壓器模型，進(jìn)一步假定變壓器500在工作過(guò)程中是“理想變壓器”(沒(méi)有工作損耗，RP＝0)，這還意味著磁漏是100％。
在第一種建模情況下，可以假定負(fù)荷608非常大，特別是開路情況。在此例中，通過(guò)負(fù)荷608和次級(jí)繞組606的次級(jí)電流極小。同樣，因?yàn)榧俣ㄗ儔浩?00是“理想變壓器”，所以初級(jí)電流也非常小。因此，在開路負(fù)荷情況下，根據(jù)其繞組的匝數(shù)比，變壓器500將少量功率從初級(jí)端傳送到次級(jí)端。
現(xiàn)在跳越到情況3，現(xiàn)在，假定負(fù)荷608極小，實(shí)質(zhì)上是短路。在這種情況下，傳送到負(fù)荷608的功率實(shí)際是0(次級(jí)短路乘以非常低的電壓或0電壓)，并且利用施加到初級(jí)繞組的電壓及其頻率確定初級(jí)端的電流IP。由于假定變壓器500是理想變壓器，所以初級(jí)端的同相電流分量是次級(jí)端內(nèi)的同相電流分量的一半(假定匝數(shù)比為2∶1)，因此非常低。因?yàn)槔@組602，所以初級(jí)電流是輸入電流和頻率的函數(shù)并與電壓VP保持90°的相位差。因此，由于次級(jí)端接近短路狀況，所以初級(jí)視在電流變小并下降到0安培。
在中間情況2，次級(jí)負(fù)荷606處于開路情況與短路情況之間，利用施加在初級(jí)端的電壓VP、其頻率以及初級(jí)繞組602的短路電感LPS確定初級(jí)電流IP。如圖7所示，在低頻情況下，初級(jí)繞組電流相對(duì)較高，而在高頻情況下，初級(jí)繞組電流相對(duì)較低，因?yàn)樵诮o定頻率，變壓器繞組的電感以及由此產(chǎn)生的阻抗根據(jù)所施加的初級(jí)電壓的頻率發(fā)生變化。
例如，如果在100KHz頻率時(shí)，負(fù)荷608是2000歐姆，輸入電壓是225伏有效值，并且電感LP是4毫亨，初級(jí)電阻為500歐姆(正如利用1∶2匝數(shù)比的平方確定的，反映到“理想變壓器”的初級(jí)端的負(fù)荷電阻)，則利用初級(jí)電壓除以其阻抗ZP可以確定圖6b所示的模型電路內(nèi)的初級(jí)電流IP
(3) IP＝VP/ZP(其中ZP＝2∏ F LP+RP)＝225/(100×103)(6.28)(4×10-3)+(RP)＝225/(2512+500)＝0.0747安培或約等于75毫安。如果中間情況下的頻率增加到200KHz，初級(jí)電流將降低到41毫安。如果頻率降低到50KHz，則初級(jí)電流增加到接近128毫安。因此，改變變壓器驅(qū)動(dòng)電壓的頻率可以對(duì)傳送到負(fù)荷的功率進(jìn)行控制并用于限制工作電流，它們均是施加到變壓器初級(jí)繞組的驅(qū)動(dòng)電壓頻率的函數(shù)。通過(guò)改變其感抗和電抗，驅(qū)動(dòng)電壓頻率發(fā)生變化可以有效改變變壓器的工作特性。
變壓器電流與頻率之間的這種關(guān)系示于圖7，在圖7中示出初級(jí)電流IP和次級(jí)電流IS隨所施加的初級(jí)電壓的頻率發(fā)生變化的曲線。應(yīng)該注意，IS的位置相對(duì)于IP的位置是變壓器的初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的匝數(shù)比的函數(shù)。
對(duì)其繞組電感及由此產(chǎn)生的電抗根據(jù)頻率發(fā)生變化的松耦合變壓器的特性進(jìn)行控制的控制能力可以用于控制器或調(diào)節(jié)器內(nèi)，正如上述結(jié)合鎮(zhèn)流器2所述的那樣。這種控制器的簡(jiǎn)化的一般原理圖示于圖8。具有通?？捎玫碾娖胶皖l率的線電壓V施加到整流電路802，根據(jù)其它電路和負(fù)荷的要求，整流電路802對(duì)該輸入進(jìn)行整流。將被整流并且可能被升壓或降壓到在特定應(yīng)用中所要求的升壓電壓的電壓送到電壓調(diào)節(jié)與控制電路804?？刂齐娐?04將基準(zhǔn)電壓信號(hào)傳送到頻率控制電路806，頻率控制電路根據(jù)此基準(zhǔn)對(duì)其輸出進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)反饋回路812，根據(jù)負(fù)荷810的要求和需求任意改變輸出頻率。
將頻率控制電路塊806的輸出反饋到控制電路804，控制電路804利用它產(chǎn)生要求的電壓波形(例如方波、變動(dòng)脈沖串、半正矢等)，然后將此電壓波形傳送到變壓器驅(qū)動(dòng)電路808。在塊808內(nèi)建立的變壓器驅(qū)動(dòng)器用于對(duì)變壓器500進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，變壓器500與負(fù)荷810相連，從而對(duì)負(fù)荷810供電。顯然，如上所述，根據(jù)施加到變壓器500初級(jí)繞組上的電壓的頻率，可用對(duì)變壓器工作特性進(jìn)行控制。此外，從圖7所示的關(guān)系和圖8所示的控制器原理圖中可用容易地看出，正如結(jié)合調(diào)光鎮(zhèn)流器2所說(shuō)明的那樣，該負(fù)荷反饋可用于適當(dāng)改變施加到變壓器的電壓的頻率從而改變其繞組電流并由此實(shí)現(xiàn)對(duì)波形進(jìn)行調(diào)節(jié)傳送和/或受控傳送、對(duì)功率或負(fù)荷進(jìn)行控制。
圖9示出如何使用根據(jù)本發(fā)明的控制器900實(shí)例的原理圖。在圖9所示的配置中，利用松耦合變壓器500和整流電路904輸出的適當(dāng)電壓對(duì)熱電冷卻器/加熱器902進(jìn)行控制。當(dāng)外部溫度條件發(fā)生變化時(shí)或者根據(jù)用戶的要求，傳送到溫度控制器906的反饋或溫度控制器906產(chǎn)生的設(shè)定值信號(hào)用于調(diào)節(jié)頻率控制器908的輸出，從而以上述結(jié)合電子鎮(zhèn)流器的工作過(guò)程所說(shuō)明的方式，改變施加到變壓器500的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率。
圖10示出如何使用適于根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行工作的控制器1000的另一個(gè)實(shí)例的原理圖。在圖10所示的配置中，通過(guò)松耦合變壓器500，脈沖驅(qū)動(dòng)電路1002適于將變化頻率的脈沖串傳送到遠(yuǎn)程接收電路或負(fù)荷1004。將施加到變壓器500的電壓設(shè)置到最低頻率或脈沖驅(qū)動(dòng)電路1002傳送的脈沖的基頻，這樣就可用對(duì)所吸收的最大電流進(jìn)行限制。如果次級(jí)端出現(xiàn)過(guò)負(fù)荷或故障，則采用升高改變工作頻率點(diǎn)的反饋來(lái)限制電流有利。
圖11示出如何使用適于根據(jù)本發(fā)明工作的控制器1100的又一個(gè)實(shí)例，其中通過(guò)松耦合變壓器500，將公用電力提供商1102提供的源電壓傳送到變電所或工業(yè)復(fù)合負(fù)荷1104。另一方面，負(fù)荷1104可以包括周期性接通或斷開的電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)機(jī)組。變壓器500可以是升壓變壓器、降壓變壓器或全繞組變壓器，但是利用其頻率響應(yīng)特性對(duì)它調(diào)整或調(diào)節(jié)，這樣重輸出負(fù)荷或短路就不會(huì)將源電壓下拉到或分流到其它用戶。
本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員明白，在本發(fā)明范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種調(diào)整。因此，本發(fā)明并不局限于為了進(jìn)行說(shuō)明選擇的特定實(shí)例，而是覆蓋了所有變化和調(diào)整，它們均屬于本發(fā)明的許可范圍。盡管以上對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但是在所附權(quán)利要求中對(duì)要求專利證書所保證和覆蓋的內(nèi)容進(jìn)行了說(shuō)明。
權(quán)利要求
1.一種采用松耦合變壓器對(duì)傳送到負(fù)荷的功率進(jìn)行調(diào)節(jié)的控制器，所述控制器包括a)所述松耦合變壓器，至少具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，其次級(jí)繞組連接到負(fù)荷，并且根據(jù)負(fù)荷的工作要求，初級(jí)繞組適于接收預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；b)可變頻率振蕩器，用于根據(jù)負(fù)荷的工作要求，產(chǎn)生所述預(yù)定頻率的輸出信號(hào)；c)變壓器分壓器，響應(yīng)所述可變頻率振蕩器的輸出信號(hào)并適于將所述預(yù)定頻率的、預(yù)定電壓振幅的驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到所述變壓器的初級(jí)繞組；以及d)所述松耦合變壓器，除了負(fù)荷的負(fù)荷電抗之外，通過(guò)初級(jí)繞組向所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路提供變壓器電抗，變壓器電抗根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率發(fā)生變化，以致流入負(fù)荷的電流根據(jù)預(yù)定頻率發(fā)生變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路，所選擇的氣隙的大小和氣隙所使用的材料提供變壓器阻抗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器從而根據(jù)所述信號(hào)對(duì)所述振蕩器的輸出信號(hào)的所述預(yù)定頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的反饋電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器從而使它根據(jù)所述狀況信號(hào)對(duì)所述振蕩器的輸出信號(hào)的所述預(yù)定頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的反饋電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中所述變壓器的電感耦合比在10至30之間變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器從而使它根據(jù)所述狀況信號(hào)對(duì)所述振蕩器的輸出信號(hào)的所述預(yù)定頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的反饋電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路，氣隙的大小和氣隙所使用的材料決定變壓器阻抗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制器，其中當(dāng)所述變壓器的次級(jí)端不是短路時(shí)，所述變壓器的電感耦合比在10與30之間變化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器從而使它根據(jù)所述信號(hào)對(duì)所述振蕩器的輸出電壓的所述預(yù)定頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)的反饋電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路，根據(jù)負(fù)荷的工作特性選擇的氣隙的大小和氣隙所使用的材料。
11.一種用于控制傳送到電流可控負(fù)荷的功率的鎮(zhèn)流器，所述鎮(zhèn)流器包括a)松耦合的、頻率相關(guān)電抗變壓器，具有初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，所述初級(jí)繞組適于以選擇的頻率接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)并且所述次級(jí)繞組與負(fù)荷相連；b)控制振蕩器，用于產(chǎn)生對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率進(jìn)行控制的頻率控制信號(hào)；c)變壓器驅(qū)動(dòng)電路，響應(yīng)控制信號(hào)，與所述松耦合變壓器的所述初級(jí)繞組相連用于以預(yù)定電壓振幅和受控于頻率控制信號(hào)的選擇頻率將驅(qū)動(dòng)信號(hào)送到所述變壓器的所述初級(jí)繞組；d)所述松耦合變壓器，其電抗隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化以致所述松耦合變壓器的變壓器阻抗隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化；以及e)所述松耦合變壓器的所述初級(jí)繞組，除了負(fù)荷的負(fù)荷阻抗之外，將變壓器阻抗反映到所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路，這樣流入所述初級(jí)繞組的電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化，并且在次級(jí)繞組內(nèi)感應(yīng)的、流入負(fù)荷的電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率發(fā)生變化，從而通過(guò)利用頻率控制信號(hào)改變選擇頻率可以對(duì)負(fù)荷電流進(jìn)行控制。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器以調(diào)節(jié)頻率控制信號(hào)從而調(diào)節(jié)選擇頻率的反饋電路。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器以使它調(diào)節(jié)頻率控制信號(hào)從而調(diào)節(jié)選擇頻率的反饋電路。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述變壓器的磁耦合比在80％至99％之間變化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器以使它根據(jù)所述信號(hào)調(diào)節(jié)所述振蕩器輸出電壓的所述預(yù)定頻率的反饋電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路，根據(jù)負(fù)荷的工作特性選擇的氣隙的大小和氣隙所使用的材料。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制器，其中所述變壓器的電感耦合比在10至30之間變化。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制器，該控制器還包括連接在負(fù)荷與所述振蕩器之間，用于將表示負(fù)荷狀況的信號(hào)送到所述振蕩器以使它調(diào)節(jié)頻率控制信號(hào)從而調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率的反饋電路。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的控制器，其中所述變壓器包括在其內(nèi)具有氣隙的分路。
21.一種提供用于驅(qū)動(dòng)電流可控負(fù)荷的鎮(zhèn)流器的方法，所述部分包括步驟a)提供具有至少一個(gè)初級(jí)繞組和至少一個(gè)次級(jí)繞組的松耦合變壓器，該變壓器還具有隨施加到初級(jí)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率發(fā)生變化的頻率相關(guān)阻抗；b)根據(jù)負(fù)荷所需的電流，以預(yù)定頻率產(chǎn)生變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；以及c)將大致恒壓振幅的、所述預(yù)定頻率的變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)送到松耦合變壓器的初級(jí)繞組從而對(duì)次級(jí)繞組施加到電流可控負(fù)荷的電流進(jìn)行控制。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中變壓器內(nèi)具有氣隙的分路提供松耦合變壓器的阻抗。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，該方法還包括步驟a)檢測(cè)負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)工作負(fù)荷狀況；b)將所述檢測(cè)步驟檢測(cè)的工作負(fù)荷狀況與要求的基準(zhǔn)進(jìn)行比較；c)根據(jù)所述比較步驟產(chǎn)生反饋信號(hào)；以及d)根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，該方法還包括步驟a)檢測(cè)負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)工作負(fù)荷狀況；b)將所述檢測(cè)步驟檢測(cè)的工作負(fù)荷狀況與要求的基準(zhǔn)進(jìn)行比較；c)根據(jù)所述比較步驟產(chǎn)生反饋信號(hào)；以及d)根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，該方法還包括構(gòu)建變壓器使其磁耦合比在80％至99％之間的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，該方法還包括步驟a)檢測(cè)負(fù)荷的一個(gè)或多個(gè)工作負(fù)荷狀況；b)將檢測(cè)的工作負(fù)荷狀況與要求的基準(zhǔn)進(jìn)行比較；c)根據(jù)所述比較步驟產(chǎn)生反饋信號(hào)；以及d)根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，該方法還包括對(duì)變壓器添加具有氣隙的分路的步驟，根據(jù)負(fù)荷的工作特性選擇的氣隙的大小和氣隙所使用的材料。
28.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，該方法還包括構(gòu)建變壓器使其電感耦合比在10至30之間的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，該方法還包括步驟a)檢測(cè)送到負(fù)荷的電流；b)將所述檢測(cè)步驟檢測(cè)的電流與要求的基準(zhǔn)進(jìn)行比較；c)根據(jù)所述比較步驟產(chǎn)生反饋信號(hào)；以及d)根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)節(jié)變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
30.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中利用變壓器內(nèi)的分路提供變壓器的頻率相關(guān)阻抗，該分路具有氣隙，氣隙的磁阻提供漏感。
31.一種采用松耦合變壓器來(lái)調(diào)節(jié)傳送到負(fù)荷的功率的控制器，所述控制器包括a)松耦合變壓器，至少具有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組，其次級(jí)繞組與負(fù)荷相連，根據(jù)負(fù)荷的工作要求其初級(jí)繞組適于接收預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)電壓；b)頻率可變電壓源，可以設(shè)置到所述預(yù)定頻率以及其它頻率；c)變壓器驅(qū)動(dòng)電路，與工作電源、所述電壓源以及所述松耦合變壓器相連，適于將所述預(yù)定頻率的驅(qū)動(dòng)電壓施加到所述變壓器；以及d)控制電路，與所述電壓源和所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路相連，用于向所述電壓源發(fā)送所述預(yù)定工作頻率的信號(hào)并用于向所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路發(fā)送適當(dāng)基準(zhǔn)電壓。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種采用松耦合變壓器的頻率相關(guān)控制器,該松耦合變壓器具有含有氣隙的磁分路,根據(jù)待提供功率的負(fù)荷的工作要求,通過(guò)改變其工作頻率,可以對(duì)該控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果變壓器以一個(gè)頻率工作,則可以傳送的最大電流是磁分路、氣隙以及該信號(hào)頻率的函數(shù)。如果該變壓器利用控制器在某個(gè)頻率范圍內(nèi)工作,則變壓器的最大電流和其它工作特性是磁分路及其電流工作頻率的函數(shù)。松耦合變壓器的頻率控制允許對(duì)變壓器的工作特性進(jìn)行精確電子調(diào)節(jié),并適于控制各種裝置,例如:氣體放電管,直流－直流轉(zhuǎn)換器、交流－直流電源與高壓電源、電動(dòng)機(jī)控制以及各種加熱器。
文檔編號(hào)H05B41/26GK1348675SQ99816590
公開日2002年5月8日 申請(qǐng)日期1999年4月21日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月21日
發(fā)明者休·帕特里克·亞當(dāng)森 申請(qǐng)人:電源電路創(chuàng)新公司