具有功率因数校正的镇流控制制造技术

一种集成电路，具有镇流控制和驱动电路以及功率因数校正（ＰＦＣ）控制电路。在开始预加热时，在比能够点燃灯的电压低的电压为负载电路供电，然后ＰＦＣ控制电路能够将ＤＣ总线电压提高到其工作值。为此目的，ＰＦＣ电路根据镇流控制和驱动电路的模式而启动。以灯工作时比灯斜坡变化到点燃时低的循环速度，调节ＤＣ总线的电压，以缓解ＤＣ总线的垂降。应用一种准则，确定是否过电流检测信号指示实际故障。为此目的，可对点燃斜坡变化中的检测信号计数，并将其与故障数目比较。通过把检测电压与上部和下部窗口电压比较，能够检测灯的寿命终止条件。当灯只关闭短暂时间时，它能够快速重启动而无需完全预加热。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及控制荧光灯的电路，具体而言，本专利技术涉及包括在单块晶片上的 镇流控制电路，功率因数校正电路和半桥驱动器的集成电路。
技术介绍
用于控制荧光灯或高强度放电(HID)灯的电子镇流，通常需要预加热灯丝， 点燃灯，驱动灯到给定功率，检测灯的故障状态并安全地去活电路所必需的电子设备。用于气体放电电路的电子镇流现已广泛使用，因为功率MOSFET开关装置和绝 缘栅双极晶体管(IGBTs)可取代现有功率双极开关装置。人们设计了许多集成电 路(ICs),用于驱动电子镇流的功率M0SFET或IGBTs的栅极。例如，国际整流器有 限公司生产销售的IR2155， IR2157， IR21571，相关美国专利为5， 545， 955和6， 211， 623，在此将其完整引用合并其内容。IR2155栅极驱动器IC相对现有技术具有明显优势该驱动器封装在常规的 DIP或SOIC封装中。该封装包括内部电平移动电路，低电压锁定电路，空载时间 延迟电路及附加逻辑电路和输入，这样该驱动器能够在由外部电阻和电容确定的频 率自激振荡。IR2157和IR21571产品提供了包括IR2155不具有的几种特征的集成镇流控制 集成电路。IR2157和IR21571产品有五种工作模式，并可根据集成电路输入在模 式间切换。这些模式包括低电压锁定(UVL0)模式，预加热模式，点燃灯，运行模 式和故障模式。这些集成电路的其它特征包括(i )在灯两端没有初始高电压脉 冲的确保无闪烁启动的启动过程；(ii)非零电压开关保护电路；(iii)过温度关闭电路；(iv) DC总线和AC开/关控制电路；以及(V )接近或低于谐振的检测电路。现有镇流集成电路需要用于功率因数校正(PFC)控制的外部元件。美国专利 6， 259， 614描述了PFC控制电路的一个例子，在此通过其完整引用将其合并。 另外，现有镇流集成电路存在几个工作问题一个镇流工作问题是当用于半桥电路的驱动电路首次开始开关时，出现的"初 始闪烁问题"。如果半桥为诸如灯，电感(L)和电容(C)的负载供电，则在负载 电路中的元件一开始不储能。对少数几个初始开关循环，在电容(C)元件和灯两 端会有非常高的电压。在预加热期间初始高电压基本上高于稳态电压，会使灯瞬间 点燃或放电，让灯初始闪烁。由于此时没有适当地预热灯的阴极，它们会受损害并 减短灯的寿命。另一个镇流工作问题是当灯点燃或"放电"时产生的"DC总线斜坡变化问题"。 在灯被点燃前通过负载电路的电流比灯点燃和工作时通过负载电路的电流相对要 小。其间，PFC控制电路通常驱动升压型开关晶体管和电感，以在此轻负载预点燃 期间保持DC总线电压。当镇流控制电路开始点燃斜坡变化(ramping)时，半桥开 关装置的频率降低或斜坡变化下降到点燃频率。在此斜坡变化下降中，当接近谐振 频率时，通过负载电路L和C元件的电流增加。在电容元件两端产生的电压也将提 高，并当该电压幅度到达灯的点燃电压时，灯被点燃。在灯点燃时，DC总线上所 见的负载电流突然增加，使DC总线电压瞬时下降。如果这种斜坡变化下降足够大， 将致使灯点燃失败，使灯熄灭，而镇流检测到故障并关闭，这是不希望的。在DC总线斜坡变化问题中，DC总线负载将改变DC总线电压，因为PFC控制 电路的环路响应时间有限。负载电流的阶越变化使DC总线电压瞬时变化，直到控 制环路能稳定住。可采用几种技术来减小这种DC总线电压的变化，比如提高DC 总线存储电容器值和/或提高控制循环速度。不过，这种解决方法在实践中并不理 想，因为提高电容器值也增加了其成本和物理尺寸，而提高控制循环速度将导致不 稳定性。另一个镇流工作问题是当灯点燃时在点燃斜坡变化期间出现的"虚假关闭问 题"。在一些情况中，在包括L和C和灯的灯电路中电流可瞬时降为零。如果这样， 将不储能，从而诸如FETs之类的半桥开关装置将可能经过几个周期的硬性开关。 镇流控制电路可检测这个作为过电流条件的硬性开关，于是将关闭。这是不利的， 因为这种虚假关闭将使灯的可靠点燃变得不确定。现有设计采用在镇流控制集成电路外部的过滤器/延迟器元件以缓解虚假关 闭问题。但是，这种元件会阻碍对实时故障的适当检测。另一个镇流工作问题是当灯接近其寿命终点时出现的"寿命结束检测问题"。上述IR2157和21571产品具有关闭(SD)引脚，用于关闭振荡器，推动栅驱动器 输出低值，并使集成电路处于间隙微功率态。在SD引脚上超过阈值的输入电压说 明灯有故障，需要调换灯或拆去灯。提供易于检测灯寿命终点的电路将是有利的。另一个镇流工作问题是当诸如通过瞬时供电中断或电压降低，使灯关闭时出 现的"延迟重启动问题"。当预加热时，灯的重启动常常将延迟较长时间，这是不利的。
技术实现思路
本专利技术提供用于控制负载电路的电路，该电路包括荧光灯，并且减小所需外 部元件的数目还解决了上述镇流工作问题。本专利技术的电路通过在单块单片中提供包括镇流控制电路，功率因数校正(PFC) 电路，和半桥驱动器的集成电路，减小了外部元件的数目。镇流控制和驱动电路为 向包括荧光灯的负载电路供电的供电电路提供驱动信号。镇流控制和驱动电路也接 收表示供电电路和/或负载电路的工作条件的检测信号，并通过改变驱动信号响应 检测信号。PFC电路调整通过供电电路向负载电路供电的电压。因此，PFC电路、 镇流控制以及驱动电路一起用于控制供电电路和负载电路。通过包括与镇流控制和驱动电路一起使用PFC电路，本专利技术不需要采用外部 PFC电路。这是有利的，因为这能够实现为全功能的镇流控制集成电路，能够在执 行DC总线电压调节的同时执行驱动各种快速启动荧光灯的所有功能。该集成电路 具有适宜的引脚，诸如为半桥提供低和高侧驱动信号的引脚，和为调节向负载电路 供电的电压提供信号的调节引脚，等等。附加的内部电路还允许进一步减小灯镇流器集成电路的引脚和外部元件，这 包括用于协调驱动信号功率的内部电路(用于解决上述初始闪烁问题)和在不同的 控制回路速度中用于执行功率调节的内部电路(用于解决上述DC总线斜坡变化问 题)。为解决初始闪烁问题，本专利技术包括用于供电的电路，这样灯在不足以使灯点 燃的电压开始预热。通过为预加热灯提供预加热驱动信号，该电路使灯开始工作。 在预加热驱动信号开始时，该电路在不能点燃灯的非工作电压下开始进行供电，然后使电压升高到工作电压。并当灯工作时，保持该工作电压。用于解决初始闪烁问题的电路包括使能电路，该电路接收表示驱动电路是否 提供关或开的驱动信号的协调信号，并响应该信号，当提供的驱动信号为关时禁用PFC电路，而在驱动信号为开时立即启用PFC电路。当PFC电路启用时，在不能点 燃灯的未升高的电压下提供初始供电。当预加热连续进行时，PFC电路能够升高到 提高的作为额定工作电压的电压。本专利技术也包括控制PFC电路并按照镇流控制和驱动电路工作模式的信息调节 DC总线电压的电路。该镇流控制和驱动电路有两个或更多的模式，并响应检测信 号在模式间切换。该使能电路接收提供关于模式信息的模式信号，其中通过启用和 禁用PFC电路使镇流控制和驱动电路按模式工作和响应。例如，该模式信号可指示是否镇流控制和驱动电路处于其工作模式之一，即 预加热，点燃斜坡变化，或运行一相对于其非工作模式之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制供电电路的方法，用于控制从直流总线向包含荧光灯的负载电路供电的供电电路，其特征在于，包括下列步骤：　　　　提供驱动信号，使供电电路为负载电路供电，驱动信号包括使荧光灯斜坡变化到点燃的点燃斜坡变化驱动信号和使灯工作的工作驱动信号；　　　　在提供点燃斜坡变化驱动信号时，以第一控制循环速度调节直流总线上的电压；和　　　　当提供工作驱动信号时，以小于第一控制循环速度的第二控制循环速度，调节直流总线上的电压。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：TJ里巴利希，DS威廉，
申请(专利权)人：国际整流器有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]