电子镇流器制造技术

用于放电灯的电子镇流器包括一个与电源和放电灯串联连接的电容性储能装置。以桥式结构形成的开关的第一组合交替地将电容性储能装置所连接的极性反转。开关的第二组合周期性地将电容性装置旁路并不时将ＡＣ电源与放电灯直接串联。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于灯泡的镇流器，具体说，涉及用于放电灯的镇流器。据估计，世界上有超过25％的电能是被用于为人工照明供电。从而，绝不能忽视有效率的电照明源的重要性。通常可用的最有效率的电照明源是气体的低压和高压放电灯，例如分别为荧光和高-强度-放电灯(HID)。这些类型的灯典型地都具有负-阻特性和由称为镇流器的电流-限制电路来驱动。两个普通的电灯镇流器，既电磁和电子的，通常都用于驱动放电灯。电磁镇流器只有无源电路元件和通常驱动在供电线频率的放电灯。电子镇流器包括有源和无源元件和通常驱动高于供电线频率的放电灯。通常，电磁镇流器较便宜。然而，电子镇流器较小和较轻，驱动放电灯也较有效率，运行时噪声较低且没有可见的闪烁，并且可以使得放电灯的寿命更长。此外，响应于变化的供电线和放电灯工作条件，电子镇流器可以比电磁放电灯更有效地调整电磁镇流器功率。附图说明图1原理性地显示了一种典型的用于由AC电压vac驱动一个放电灯L的电子镇流器，AC电压vac是由诸如来自本地所用的供电线的电源PS所提供的。该镇流器包括一个电磁干涉滤波器EMI，一个全波桥式整流器BR，一个功率-因子校正电路，一个储能电容Ce，和一个半-桥谐振变频器，这些电路都在电源与放电灯之间串联连接。滤波器EMI防止由镇流器电路和放电灯产生的电磁干扰传导回电源。镇流器以高谐波电流的形式产生EMI，如果传导回电源，将引起诸如过多的中性电流，过热的变压器和对任何也由电源接收电能的灵敏电子电路的干扰。放电灯可以产生电磁和射频干扰。功率因子校正电路是公知的升压-变频器(boost-converter)类型电路，包括一个电感L10一个开关晶体管Q10和一个二极管D10。它的功能是增加AC电源的功率因子和升高由电桥提供给储能电容Ce的DC电压。储能电容Ce有两个功能。第一，它作为谐振变频器的电压源。第二，它平衡负载与电源之间的能量流动。当AC电源瞬间提供的功率低于负载所消耗的功率，则Ce必须释放能量给负载。相反地，当AC电源瞬间提供的功率高于负载所消耗的功率，则Ce必须储存能量。谐振变频器(resonant inverter)输出级将储能电容Ce上的DC电压转换为用于驱动放电灯L的高频正弦波。两个晶体管开关Q11和Q12在半-桥式结构中电连接并以50％的占空比工作以将DC电压斩断为高频方波。一个电容Cb用于阻止DC分量到达变压器T，变压器T用隔直流和阻抗匹配。一个电感Lf和一个电容Cf构成用于对高频方波进行滤波的第二级滤波器，以使得频率为基本开关频率的正弦波电压和电流被提供到放电灯L。本专利技术的一个目的是提供一个对放电灯的驱动电流进行优化以改进放电灯的辐射效率的电子镇流器。对最大辐射效率，将提供一个固定的DC驱动电流。这是不实际的，因为将需要一个功率-损耗镇流器电阻。在荧光灯中，这也将引起在放电柱中离子的单向迁移和在灯的一端所产生的光比另一端所产生的光明亮。图1的现有技术镇流器所提供的正弦波AC电流是一个折中方案。它周期性地反转驱动电流的极性以实现在放电柱的整个长度上得到均匀的亮度，但驱动电流的幅度不是固定的。本专利技术的另一个目的是提供一种小巧的电子镇流器，它不会引起放电灯所产生的电磁干扰。在图1的现有技术镇流器中，谐振变频器的无源滤波器元件的尺寸可以通过增大工作频率来减小。然而，增大放电灯的工作频率也将增加放电灯所辐射的电磁干扰能量。本专利技术的另一个目的是减小用于镇流器的储能电容的体积。图1的电子镇流器为电容Ce提供了频率为两倍于电源频率的全波整流正弦波能源。在这相对较低的频率处，提供给电容的电源在相对长的时间间隔中明显低于峰值幅度。为了提供低纹波电源给谐振变频器，电容Ce物理尺寸必定较大。本专利技术的另一个目的是提供一种不需要使用变压器的电子镇流器。例如图1所示的用于电子镇流器的变压器不仅仅增加了镇流器的体积与重量，也带来了镇流器的电损耗。本专利技术进一步的目的是提供一种利用改进的半导体技术的电子镇流器。通常用于照明工业的电子镇流器没有完全利用在体积、能源消耗和费用上的效率，这些方面通过采用固态领域，尤其是在功率半导体领域的集成电路技术可以得到很大改进。根据本专利技术，在放电灯和电压之间串联连接一个电子镇流器，用于提供在预定频率的AC电压与电流，以产生一个与电源所产生的AC电压相组合的、瞬间变化的镇流电压，提供一个具有预定DC幅度的、与AC电源电压同步的交变方波电压和电流给放电灯。镇流器包括容性储能装置，桥式开关装置和占空比开关装置。当AC电源瞬间提供的能源多于放电灯所消耗的能源，则容性储能装置存储电能，而当放电灯所消耗的能源多于AC电源瞬间提供的能源，则容性储能装置提供电能。当电源提供的瞬间电压高于预定的方波电压，桥式开关装置将容性储能装置与AC电源反向地串联，而当电源提供的瞬间电压低于预定的方波电压，桥式开关装置桥式开关装置将容性储能装置与AC电源正向地串联。占空比开关装置将容性储能装置旁路并在每一个连续周期的一小部分中将AC电源直接与放电灯串联，所述连续周期是以与预定电源工作频率有关的非常高的周期频率产生的。每一个周期的一小部分被确定用于产生在所述周期上的平均镇流电压，它会影响在该周期中预定DC电压幅度的产生。在电源工作频率的每半个周期中，使得驱动放电灯时的预定DC电压幅度等于电源所提供的AC电压的平均幅度。这导致在镇流器中的零净能源储存，这是稳定地工作所必需的，并可以使得储能电容的体积最小。镇流器所产生的交变DC驱动电压，和相应的DC驱动电流使得放电灯的辐射效率最高，而无需功率-损耗电阻，同时避免了如果用单向DC电流驱动时将在荧光灯中产生的单向离子迁移。通过使用以非常高的周期频率工作的占空比开关装置，同时产生一个较低频率的交变DC电灯驱动电压，镇流器可以做得很小巧，而不会增加放电灯所辐射的电磁干扰。通过提供一个间歇地将一个储能电容与电源和放电灯串联的开关器件，即储能电容与为放电灯供电的电源相组合，而不是独立地提供放电灯的完全能量要求，储能电容的体积可以作得比现有技术的镇流器中的小得多。通过使用上述开关和容性储能装置以产生放电灯驱动能源，可以避免笨重的、有损耗的变压器。此外，根据本专利技术的、用于镇流器中的开关装置尤其适于用功率集成电路来构造。下面通过使用附图来说明本专利技术。图1是现有技术中的电子镇流器电路的原理图。图2是采用根据本专利技术的电子镇流器的放电灯系统的原理图。图3a-3d是图2所示系统工作的波形图。图4a-4c是图1所示电子镇流器中能量储存要求的波形图。图4d-4f是是图2所示电子镇流器中能量储存要求的波形图。图5是包括根据本专利技术的电子镇流器的第一实施例的放电灯系统的系统图。图6a-6f是图5所示系统工作的波形图。图7是是包括根据本专利技术的电子镇流器的第二实施例的放电灯系统的系统图。图2显示了采用根据本专利技术的一个串联-电容镇流器的放电灯系统。如图所示，镇流器Bs与放电灯L和AC电源PS串联电连接。电源提供具有标准公用电源频率，例如60Hz的正弦波电源。注意，极性符号+和-表示在电源电压vac的负半周期中的电压极性。图3a-3d显示了镇流器的工作。镇流器可以提供容性充电和放电使得电源PS所提供的正弦波电压vac被转换为驱动放电灯L的、与电源电压同步的方波电流i本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于在放电灯（Ｌ）与电源（ＰＳ）之间串联电连接的电子镇流器，以提供预定工作频率的ＡＣ电压和电流，以产生一个瞬间变化镇流器电压，该镇流器电压与电源产生的ＡＣ电压相组合，所述电子镇流器提供一个交变方波电压和电流给放电灯，该交变方波电压和电流具有预定ＤＣ幅度，并与电源所提供的ＡＣ电压同步，所述镇流器包括：ａ．可选择地用于以下步骤的电容性装置（Ｃ↓［ｅ］）：ｉ．当ＡＣ电压瞬间提供的能量高于放电灯所消耗的能量时，储存电能；和ｉｉ．当放电灯所消耗的能量高于ＡＣ电压瞬间提供的能 量时，提供电能；和ｂ．可选择地用于以下步骤的桥式开关装置（Ｓ↓［ＢＲ］）：ｉ．当ＡＣ电压瞬间提供的能量高于放电灯所消耗的能量时，将电容性装置与ＡＣ电源反向串联；和ｉｉ．当ＡＣ电压瞬间提供的能量低于放电灯所消耗的能量时，将电容性装 置与ＡＣ电源正向串联；ｃ．用于将电容性装置旁路并在每一个连续周期的一小部分中将ＡＣ电源直接与放电灯串联的占空比开关装置（Ｓ↓［ＨＦ］），所述连续周期是以与预定电源工作频率有关的非常高的周期频率产生的，每一个周期的一小部分被确定用于产生在 所述周期上的平均镇流电压，它会影响在该周期中预定ＤＣ电压幅度的产生。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：EB申，MF施勒赫特，
申请(专利权)人：麻省理工学院，
类型：发明
国别省市：US[美国]