具有改善的输出功率范围的升压转换器的电子镇流器制造技术

一种用于驱动气体放电灯的电子调光镇流器的升压转换器具有增加的输出功率范围。该升压转换器在当灯的期望亮度低于第一阈值亮度时以非连续导通模式操作，并且在当期望亮度高于第二阈值亮度时以临界导通模式操作。该升压转换器包括延迟电路，该延迟电路用于将延迟量引入到经由该升压转换器的电流的导通。镇流器的控制电路有效地驱动该延迟电路，并且因此响应于灯的期望亮度来控制该升压转换器的操作。该控制电路进一步有效地通过脉宽调制信号来驱动该延迟电路，以将多个延迟量提供到该升压转换器的操作中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于控制气体放电灯的亮度的电子镇流器，尤其地， 涉及具有适于在增加的输出功率范围内进行操作的升压转换器的电子 调光镇流器。
技术介绍
为了使诸如荧光灯的气体放电灯照明，通常由镇流器来驱动灯。 电子镇流器从交流(AC)电源接收AC干线电压，并且将该AC干线 电压转换成适当的电压波形来驱动灯。图1是用于驱动荧光灯15的现有技术的电子镇流器10的简化框 图。电子镇流器10包括前端电路20和后端电路40。前端电 路20包括用于最小化在AC干线上所提供的噪声的射频干扰(RFI)滤 波器22，以及用于接收AC干线电压(例如，120VAC)并且生成整流 电压的全波整流器24。前端电路20还包括升压转换器26，该升压转 换器26提升整流电压的强度高于线路电压的峰值，以产生直流(DC) 总线电压32。升压转换器26还改善对镇流器10的输入电流的总谐波 失真(THD)和功率因数。前端电路20将DC总线电压32提供给后端电路40。在前端电路 20和后端电路40之间提供总线电容器30 (即，能量存储器件)，用7于对DC总线电压32进行滤波，并且该总线电容器30具有例如15jiF 的电容。镇流器后端电路40包括用于将DC总线电压32转换成高频 AC电压的开关逆变器42，以及用于将该高频AC电压耦合到灯15的 电极的输出电路44 (例如，具有相对高的输出阻抗的谐振储能电路)。镇流器IO进一步包括控制电路50，该控制电路50控制开关逆变 器42的操作，并且因此控制灯15的亮度。该控制电路50通过电阻器 R52和二极管D54接收相位控制输入(例如，由调光器电路提供的相 位控制的信号)。电阻器R52 (例如，200 kQ)与电阻器R56 (例如， 6.67 kQ)形成电阻分压器，以将相位控制输入的强度按比例縮减到适 合于控制电路50进行处理的水平。该相位控制输入还被提供给升压转 换器26。将电源58耦合到整流器24的输出，并且生成DC电压Vcc (例如，约15 VDC)，用于为控制电路50和镇流器10的其它低压电 路供电。该相位控制输入表示荧光灯15的期望亮度。优选地，该相位控制 输入对于AC电源的第一部分的半周期基本上等于0伏特，而对于剩余 部分的半周期基本上等于AC干线电压。响应于每个半周期相位控制输 入基本上等于AC干线电压的时间量，控制电路50可操作成(有效地) 控制灯15的亮度。控制电路50有效地在从低端(LE)亮度(即，最 小非零亮度，诸如1%)到高端(HE)亮度(例如，最大亮度，诸如 100%)的灯15的调光范围内控制亮度。图2是镇流器10的升压转换器26的简化示意图。整流器24的输 出被供应到电感器L1 (例如，810 nH)，该电感器L1与升压二极管 Dl串联耦合，该升压二极管D1的阴极被耦合到总线电容器30。将功 率开关场效应晶体管(FET) Ql (例如，由International Rectifier (国 际整流器公司)制造的型号为IRFS840的部件)耦合到电感器L1和二 极管D1的阳极的结点、并通过电流感测电阻器R1 (例如，0.281 Q) 耦合到电路公共端。控制集成电路(IC) Ul (例如，由InfmeonTechnologies (英飞凌科技公司)制造的型号为TDA4862的部件)控制 晶体管Q1的操作。特定地，通过延迟电路60将控制IC Ul的驱动引 脚GTDRV耦合到晶体管Q1的栅极，在下文中将更加详细地描述该延 迟电路60。将晶体管Q1切换至高频(例如，30kHz)来提供跨电容器 30上的期望DC电压，以实现功率因数校正(PFC)，使得对镇流器 10的AC输入电流紧密跟随AC干线电压，并且通过将输入电流波形 保持为正弦曲线来最小化总谐波失真(THD)。为了防止生成音声噪 声，升压转换器26优选地不以低于20 KHz的频率操作。第一电阻分压器为控制IC Ul的输入引脚MULTIN提供表示整流 电压的信号。该第一电阻分压器包括分别具有例如996 kQ和lOkQ的 电阻的两个电阻器R2、 R3。为了实现总线电压32的期望强度，控制 IC 34监视反馈引脚Vs跟sE处的反馈电压。该反馈电压由包括两个电阻 器R4、 R5 (例如，分别为1.86 MQ和10 kQ)的第二分压器产生，并 且还通过电容器C1 (例如，100nF)提供给控制ICU1的引脚VA0UT。升压转换器26优选地以临界导通模式而不是连续或非连续导通模 式来操作。在连续导通模式中，通过电感器L1的电流是连续的，并且 不会下降到0安培。相反地，非连续导通模式允许通过电感器L1的电 流在升压转换器的每个开关周期中下降到0安培并且保持在0安培一 段时间。临界导通模式处于连续和非连续导通模式的交叉处。通过电 感器L1的电流允许下降到O安培，但是不会在O安培处保持明显的时 间量。升压转换器26中的临界导通模式的使用最有效地最小化镇流器 10的THD，并且提供在升压转换器的传导损耗和开关损耗之间的良好 折衷。图3A是在升压转换器26以临界导通模式进行操作时通过电感器 Ll的电流的电流波形70。当晶体管Q1导通时，电流流经电感器L1、 晶体管Ql和电阻器Rl，并且随时间增加。控制IC Ul的引脚ISENSE 接收跨电阻器Rl上的电压，该电压表示通过电阻器Rl和电感器Ll的电流。在临界导通模式中，通过电感器L1的充电电流增加到阈值电 流ITH，然后在刚好再次开始增加之前减小到0安培。当通过电感器L1的电流超过阈值电流ITH时，控制ICU1使晶体管Q1不导通。如图3A中所示，通过电感器的电流开始减小。附加绕 阻L2被磁耦合到电感器L1，并且通过电感器R6 (例如，22kQ)提供 给控制IC Ul的过零(zero-cross)检测引脚DETIN。使用由过零检测引 脚DETIN提供的输入，控制IC Ul有效地确定通过电感器Ll的电流 何时达到零安培。作为响应，控制ICU1再次使晶体管Q1导通，以开 始对电感器L1进行充电。期望调光镇流器能够提供大范围的输出功率。例如，可能需要单 个镇流器在高端亮度下向一盏灯(或多盏灯)提供相当大量的输出功 率，并且然后在低端亮度(例如，1%)下提供相当少量的输出功率。 如果镇流器具有大范围的的输出功率，则该镇流器也必须具有大范围 的输入功率。图4是调光镇流器的期望输入功率对连接的荧光灯的亮 度的图。该镇流器和灯在高端亮度下可能消耗相当大量的输入功率(例 如，120 W)，而在低端亮度(例如，1%)下消耗少量的功率(例如， 6 W)。典型的升压转换器控制IC (诸如控制IC Ul)受限于一些特定的 特性，诸如控制晶体管Ql使其导通的最小导通时间(例如，250 nsec)。 由于晶体管Ql必须导通至少最小导通时间，因此升压转换器的输出功 率无法下降到最小输出功率水平以下。升压转换器26的输入功率等于 升压转换器的输出功率加上升压转换器的损耗(例如，典型地2-3 W)。 镇流器10的输入功率基本上等于升压转换器26的输入功率。因此， 升压转换器26的最小输出功率水平建立了用于镇流器10的最小输入 功率水平，例如，如果控制ICU1的最小导通时间是250 nsec，则该最 小输入功率水平可以是10 W。例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动气体放电灯的电子调光镇流器，所述电子镇流器包括：　整流器，所述整流器有效地从ＡＣ电源接收ＡＣ输入电压，并且产生具有峰值强度的整流电压；　升压转换器，所述升压转换器有效地接收所述整流电压，并且产生基本上的ＤＣ总线电压， 所述总线电压具有大于所述整流电压的所述峰值强度的ＤＣ强度；　逆变器，所述逆变器有效地将所述ＤＣ总线电压转换成高频ＡＣ输出电压来驱动所述灯；以及　控制电路，所述控制电路有效地接收表示所述灯的期望亮度的期望光水平信号，以及向所述逆变 器提供第一控制信号，并且向所述升压转换器提供第二控制信号；　其中，所述升压转换器有效地在当所述灯的所述期望亮度接近高端亮度时以临界导通模式操作，并且在当所述期望亮度接近低端亮度时以非连续导通模式操作。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2007-5-11 11/801,8601.一种用于驱动气体放电灯的电子调光镇流器，所述电子镇流器包括整流器，所述整流器有效地从AC电源接收AC输入电压，并且产生具有峰值强度的整流电压；升压转换器，所述升压转换器有效地接收所述整流电压，并且产生基本上的DC总线电压，所述总线电压具有大于所述整流电压的所述峰值强度的DC强度；逆变器，所述逆变器有效地将所述DC总线电压转换成高频AC输出电压来驱动所述灯；以及控制电路，所述控制电路有效地接收表示所述灯的期望亮度的期望光水平信号，以及向所述逆变器提供第一控制信号，并且向所述升压转换器提供第二控制信号；其中，所述升压转换器有效地在当所述灯的所述期望亮度接近高端亮度时以临界导通模式操作，并且在当所述期望亮度接近低端亮度时以非连续导通模式操作。2. 根据权利要求l所述的镇流器，其中，所述升压转换器有效地 在当所述灯的所述期望亮度低于第一阈值亮度时以非连续导通模式操 作，并且在当所述期望亮度高于第二阈值亮度时以临界导通模式操作。3. 根据权利要求2所述的镇流器，其中，所述升压转换器包括延 迟电路，所述延迟电路有效地接收所述第二控制信号，并且控制通过 所述升压转换器的电流的导通，所述第二控制信号表示所述期望亮度， 使得所述延迟电路响应于所述灯的所述期望亮度。4. 根据权利要求3所述的镇流器，其中，所述延迟电路有效地在 当所述期望亮度低于所述第一阈值亮度时将第一延迟量引入到经由所 述升压转换器的电流的导通，并且在当所述期望亮度高于所述第二阈值亮度时不引入延迟。5. 根据权利要求4所述的镇流器，其中，所述延迟电路有效地在 当所述期望亮度在所述第一阈值亮度和第二阈值亮度之间时将第二延 迟量引入到经由所述升压转换器的电流的导通，所述第二延迟量小于 所述第一延迟量。6. 根据权利要求5所述的镇流器，其中，所述控制电路有效地提 供作为脉宽调制信号的所述第二控制信号，以提供所述第二延迟量。7. 根据权利要求5所述的镇流器，其中，所述第一延迟量约为10 微秒，并且所述第二延迟量约为5微秒。8. 根据权利要求4所述的镇流器，其中，所述第一延迟量约为10 微秒。9. 根据权利要求3所述的镇流器，其中，所述控制电路接收表示 所述整流电压的强度的信号。10. 根据权利要求9所述的镇流器，其中，所述控制电路响应于 所述整流电压的强度向所述延迟电路提供所述第二控制信号。11. 根据权利要求2所述的镇流器，其中，所述第一阈值亮度大 于所述第二阈值亮度。12. 根据权利要求ll所述的镇流器，其中，当所述期望亮度下降 至所述第一阈值亮度以下时，所述升压转换器开始以非连续模式操作， 此后，仅当所述期望亮度上升回到所述第二阈值亮度以上时，所述升 压转换器才开始以所述临界导通模式操作。13. 根据权利要求2所述的镇流器，其中，所述第一阈值亮度和所述第二阈值亮度是可编程的。14. 根据权利要求2所述的镇流器，其中，所述控制电路包括微 处理器。15. 根据权利要求2所述的镇流器，其中，所述第二控制信号包 括脉宽调制信号。16. —种用于将气体放电灯驱动至期望亮度的电子镇流器的升压 转换器，所述升压转换器有效地接收整流电压，并且对总线电容器充 电，以产生基本上的DC总线电压，所述总线电压具有大于所述整流电 压的峰值强度的DC强度，所述升压转换器包括-半导体开关，所述半导体开关具有控制输入；能量存储元件，所述能量存储元件有效地在当所述半导体开关导 通时...

【专利技术属性】
技术研发人员：文卡特什基塔，亚历山大J罗夫南，
申请(专利权)人：卢特龙电子公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]