專利名稱：磁控管電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于磁控管的電源，特別地但是不排它地涉及用于磁控管供電的燈的電源。
背景技術(shù)：
已知的磁控管電源包括轉(zhuǎn)換器電路，所述轉(zhuǎn)換器電路包括:.轉(zhuǎn)換器，適于被DC電壓源驅(qū)動，并且產(chǎn)生交流電流輸出，所述轉(zhuǎn)換器具有:.諧振電路，其包括呈現(xiàn)諧振頻率的電感器和電容器(“LC電路”)，以及.開關(guān)電路，適于切換電感器和電容器，以產(chǎn)生切換的交流電流，該切換的交流電流具有比LC電路的諧振頻率大的頻率；.輸出變壓器，用于增大輸出交流電流的電壓，以及.整流器和平滑電路，它們連接到輸出變壓器的次級電路，以向磁控管供應(yīng)增大的電壓。在此，我們將這樣的電路描述為“磁控管開關(guān)轉(zhuǎn)換器電源電路”或MSCPC。在已知的磁控管電源中，用于轉(zhuǎn)換器的DC電壓源通常包括(因?yàn)楸O(jiān)管的原因)功率因數(shù)校正器(PFC)，用于使得DC電壓源能夠在連接到交流電輸電干線時(shí)呈現(xiàn)大致歐姆特性。PFC電壓 源和轉(zhuǎn)換器為PFC級和變頻級，通常是高頻開關(guān)裝置，S卩，它們包含以相對于輸電干線頻率更高的頻率進(jìn)行切換的電子開關(guān)。兩個(gè)級都具有以下效率特性:在一些操作條件下，它們的效率降低。PFC級的效率當(dāng)它被操作來產(chǎn)生越來越高的DC電壓時(shí)降低。變頻級的效率當(dāng)它以遠(yuǎn)高于其部件的諧振的切換頻率操作時(shí)并且當(dāng)產(chǎn)生比其最大電流小的電流時(shí)降低。在較低電壓下的最大PFC效率和最大轉(zhuǎn)換器效率的分歧相對于整體的電源效率而緩和。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種高效率的電源。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于磁控管的電源，所述電源包括: 磁控管開關(guān)轉(zhuǎn)換器電源電路，即所述MSCPC，具有控制輸入端，并且適于當(dāng)向所述控制輸入端施加正常的控制電壓或在一個(gè)方向上偏離所述正常控制電壓的控制電壓時(shí)以向其施加的DC電壓的某個(gè)倍數(shù)來產(chǎn)生增大的電壓，并且在另一個(gè)方向上偏離所述正?？刂齐妷旱目刂齐妷簳r(shí)以降低的倍數(shù)來產(chǎn)生增大的電壓，其中，所述一個(gè)方向?qū)τ谒霰稊?shù)無效，并且，所述另一個(gè)方向?qū)τ谒霰稊?shù)有效，即降低的所述倍數(shù)；.DC電壓源，其被布置來向所述MSCPC供應(yīng)所述DC電壓或增大的DC電壓； 用于測量通過所述MSCPC以驅(qū)動所述磁控管的來自所述DC電壓源的功率或電流的部件；
.轉(zhuǎn)換器控制部件，用于根據(jù)在期望的磁控管功率和所述測量得到的功率或電流之間的差的函數(shù)來向所述MSCPC施加控制電壓；以及-DC電壓控制部件，用于向所述DC電壓源傳送在對于倍數(shù)無效的方向上的所述控制電壓的偏離，以使得DC電壓源向所述MSCPC供應(yīng)所述增大的DC電壓；所述布置使得在使用中:.當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件向所述MSCPC施加正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)所述DC電壓，并且向所述磁控管施加正常功率，以在正常功率下操作所述磁控管，.當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件施加在倍數(shù)有效方向上偏離的正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)所述DC電壓，并且向所述磁控管施加較小的功率以在小于正常功率的功率下操作所述磁控管，以及.當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件施加在倍數(shù)無效方向上偏離的正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)增大的DC電壓，并且向所述磁控管施加較高的功率以在大于正常功率的功率下操作所述磁控管。

可以設(shè)想，用于傳送所述控制電壓的偏離的所述DC電壓控制部件可以是被編程來以所給出的方式控制電源的微處理器。然而，在優(yōu)選實(shí)施例中，用于傳送控制電壓的偏離的DC電壓控制部件(DCVCM)是硬件電路，用于從用于所述轉(zhuǎn)換器的控制電壓得出用于電壓源的控制電壓。具體地說，DCVCM是在所述轉(zhuǎn)換器控制部件的輸出端和所述DC電壓源的控制輸入端之間設(shè)置的硬件電路，所述電路適于并被布置為:.當(dāng)所需的磁控管輸出正常或更小時(shí)，將所述DC電壓源控制輸入端與所述轉(zhuǎn)換器控制部件的輸出端隔離，并且.向所述DC電壓源控制輸入端傳送在所述無效方向上偏離的控制電壓或與其相對應(yīng)的信號。在優(yōu)選實(shí)施例中，所述轉(zhuǎn)換器控制部件是: 微處理器，其被編程來產(chǎn)生用于指示所述磁控管的期望的輸出功率的控制電壓，以及 集成電路，其被布置在反饋回路中，并且適于根據(jù)來自所述測量部件的電壓與來自所述微處理器的電壓的比較來向所述MSCPC施加控制信號，以將所述磁控管的功率控制為期望的功率。優(yōu)選的是，所述測量部件是被所述MSCPC電流通過并且產(chǎn)生比較電壓的電阻器。所述優(yōu)選的硬件電路是連接到用于控制所述電壓源的分壓器的公共點(diǎn)的晶體管電路，所述晶體管電路僅當(dāng)需要超過正常功率時(shí)將所述分壓器電壓偏置。


為了有助于理解本發(fā)明，現(xiàn)在通過示例并且參考附圖描述其具體實(shí)施例，在附圖中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的電源的電路圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，用于磁控管的電源I具有PFC DC電壓源2和HV (高壓)轉(zhuǎn)換器3。電壓源被輸電干線驅(qū)動，并且在線5上向HV轉(zhuǎn)換器供應(yīng)由電容器4平滑的、大于輸電干線電壓的DC電壓。HV轉(zhuǎn)換器向變壓器6供應(yīng)切換的交流電流。變壓器6向整流器7供應(yīng)較高電壓的交流電流，繼而在線8上向磁控管供應(yīng)高的、給磁控管供電的正極電壓。電壓源和轉(zhuǎn)換器具有95%或更高的效率。盡管如此，期望在下述條件下操作整個(gè)電源:在該條件下，該部件實(shí)際上的效率如整體效率那樣。在由磁控管供電的燈的情況下尤其是這樣。磁控管在啟動期間需要比正常功率更高的功率，并且需要保持其輸出直到其使用期限結(jié)束。本發(fā)明涉及提供這一點(diǎn)并且同時(shí)在正常操作期間提供效率。后者是通過在正常操作期間以其最高效率的條件運(yùn)行DC電壓源和HV轉(zhuǎn)換器而實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)镠V轉(zhuǎn)換器本身是高效率的，所以在向磁控管供應(yīng)的功率接近向HV轉(zhuǎn)換器供應(yīng)并且通過HV轉(zhuǎn)換器的功率的合理預(yù)期下，可以通過測量通過HV轉(zhuǎn)換器的電流來控制它。因此，通過轉(zhuǎn)換器的電流可以通過低值電阻器，并且電阻器兩端的電壓可以作為向磁控管供應(yīng)的電流和實(shí)際上向磁控管供應(yīng)的功率的指示符被饋送到微處理器——假定向磁控管供應(yīng)的電壓保持不變，就像在大多數(shù)操作條件期間那樣，如下更詳細(xì)描述。然而，在該實(shí)施例中，與描述了 HV轉(zhuǎn)換器的控制上的改進(jìn)的、我們的2011年6月17日的共同待決的國際專利申請N0.PCT/GB2011/000920的優(yōu)選實(shí)施例一樣，低值電阻器9兩端的電壓被饋送到以運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)的積分、誤差放大器10的一個(gè)輸入端。微處理器12向運(yùn)算放大器的另一個(gè)輸入供應(yīng)信號，該信號用于指示用于所需功率的所需電流。運(yùn)算放大器具有積分反饋電容器14，并且經(jīng)由輸入部件15ρ152、153向用于HV轉(zhuǎn)換器的頻率控制電路15傳送用于指示所需電流的電壓。微處理器在線16上接收用于指示電壓源電壓的輸入，并且根據(jù)當(dāng)前所需的功率來計(jì)算所需的電流。轉(zhuǎn)換器，也被稱為磁控管開關(guān)轉(zhuǎn)換器電源電路，具有開關(guān)17和LC部件18，LC部件18包括變壓器6的初級。變壓器的次級20饋送整流器21，以向磁控管施加DC正極電壓。變壓器的匝數(shù)比例是這樣的，以向磁控管提供最佳的正極電壓。通常，對于正常磁控管操作，10:1的比率提供3.5kV。對于HV轉(zhuǎn)換器的在線16上的輸入的響應(yīng)如下:.當(dāng)正常的控制電壓，S卩，適合于磁控管正常的全功率操作的電壓被施加到轉(zhuǎn)換器以例如將通過轉(zhuǎn)換器和測量電阻器的電流控制為最大，轉(zhuǎn)換器向磁控管施加正常的高壓和功率以用于磁控管在正常高功率下的操作。該高壓是DC電壓源乘以變壓器的匝數(shù)比；.當(dāng)向轉(zhuǎn)換器施加大于正常控制電壓的電壓以使得轉(zhuǎn)換器頻率升高并且其電流降低時(shí)，轉(zhuǎn)換器向磁控管施加小于正常功率的功率。標(biāo)稱電壓不改變，正常的DC電壓被施加到轉(zhuǎn)換器，但是轉(zhuǎn)換器的電感部件阻礙和減小電流，從而降低至磁控管的功率。以小于正常功率的功率來操作轉(zhuǎn)換器不涉及脫離其最有效率的狀態(tài)來運(yùn)行它；.當(dāng)小于正常控制電壓的電壓被施加到轉(zhuǎn)換器時(shí)，轉(zhuǎn)換器不能通過超過其正常最大電流的電流。然而，如下所述，大于正常控制電壓的電壓使得DC電壓源增大其電壓，由此，轉(zhuǎn)換器向磁控管施加大于正常電壓和功率的電壓和功率。在大于正常電壓的電壓下操作DC電壓源不涉及脫離其最有效率的狀態(tài)來運(yùn)行它。DC電壓源具有PFC電感器22，PFC電感器22在集成電路24的控制下被晶體管開關(guān)23切換。電感器能夠使得電壓源提供可變的DC電壓。輸入整流器25被提供來用于對輸電干線電壓進(jìn)行整流。電壓源的輸出電壓被分壓器26監(jiān)控并反饋到集成電路。根據(jù)本發(fā)明，控制電路27根據(jù)需要改變該反饋電壓以控制要向HV轉(zhuǎn)換器施加的所需電壓。HV轉(zhuǎn)換器當(dāng)在大于并接近LC諧振頻率的頻率下操作時(shí)最有效率。通常，LC諧振頻率是50kHz，并且轉(zhuǎn)換器在52kHz和55kHz之間操作。對于正常的磁控管操作和功率，HV轉(zhuǎn)換器在這個(gè)范圍的低端操作。關(guān)于由磁控管驅(qū)動的燈的調(diào)光，降低轉(zhuǎn)換器電流和磁控管功率可能需要在低端頻率上操作，這涉及在效率上的降低。對于這樣的操作，控制電路(用于控制電壓源的電壓)是不運(yùn)行的，以不改變由電壓源產(chǎn)生的電壓。這僅涉及在效率上的降低，并且避免同時(shí)造成HV轉(zhuǎn)換器效率的降低和PFC電壓源效率的降低。在起動期間(特別是當(dāng)在寒冷的室外條件下起動時(shí))，磁控管需要高的電壓和功率。而且，當(dāng)接近磁控管的使用期限的結(jié)束可能需要較高電壓時(shí)，或者當(dāng)磁控管由于變差的冷卻而運(yùn)行得發(fā)熱時(shí)，需要向磁控管提供較高功率。這是通過下述方式提供的:將HV轉(zhuǎn)換器保持在其最大電流和效率，并且暫時(shí)增大電壓。針對這個(gè)操作，運(yùn)行控制電路以改變來自分壓器26的反饋電壓。控制電路(用于控制電壓源的電壓)利用來自用于電流控制運(yùn)算放大器的電壓。當(dāng)這個(gè)電壓在與正常電流和磁控管功率相對應(yīng)的電平或事實(shí)上大于這個(gè)電平——與較高的HV轉(zhuǎn)換器頻率和至磁控管的較低電流對應(yīng)的較高電壓一時(shí)，控制電路不運(yùn)行。當(dāng)微處理器在要求超過正常值的HV轉(zhuǎn)換器電流時(shí)，運(yùn)算放大器輸出降低。HV轉(zhuǎn)換器處于最低操作頻率一最大電流一并且不能作出反應(yīng)。降低的電壓被傳送到電壓源，電壓源可以通過增大由電壓源產(chǎn)生的電壓來作出反應(yīng)并且如此進(jìn)行。這具有以增大的正極電壓的形式來增大至磁控管的功率的效果，該增大的正極電壓增大了正極電流(與HV轉(zhuǎn)換器電流不同)?？刂齐娐钒ňw管31，晶體管31在線32上向其基極饋送參考電壓。其集電極連接到分壓器26的公共點(diǎn)，其是反饋點(diǎn)。發(fā)射極經(jīng)由電阻器33連接到運(yùn)算放大器的輸出端。針對該實(shí)施例的特定的部件的值如下:.串聯(lián)電流測量電阻器 IOOm Ω，即0.1 Ω 反饋電阻器R5470 Ω 電壓控制電阻器33 IOOkQ 分壓電阻器26i2ΜΩ 分壓電阻器26213k Ω 輸入電阻器M118k Ω 輸入電容器 152、153 470pF 積分電容器14470nF通過基極電壓確定發(fā)射極電壓，發(fā)射極電壓較低。當(dāng)在基極線32上的參考電壓被設(shè)置使得發(fā)射極電壓等于運(yùn)算放大器的輸出電壓時(shí)，沒有電流通過電阻器33，以例如干擾那個(gè)分壓器。因此，集電極電壓完全被分壓器確定，分壓器繼而使得PFC電壓源產(chǎn)生其正常DC電壓，正常DC電壓以正常方式增強(qiáng)至大于輸電干線電壓。這是正常的情況。換句話說，基極電壓被設(shè)置以使得發(fā)射極電壓等于與正常(并且，事實(shí)上最大)的HV轉(zhuǎn)換器電流和正常的磁控管功率相對應(yīng)的運(yùn)算放大器電壓。如果來自運(yùn)算放大器的輸出增大，則響應(yīng)于通過增大轉(zhuǎn)換器頻率(這降低了正極電流)而降低磁控管功率的外部控制信號， 將增大的電壓與用于電壓源的分壓器隔離，晶體管的基極/發(fā)射極結(jié)被反向偏置。
如果降低了來自運(yùn)算放大器的輸出，要求比HV轉(zhuǎn)換器可以在正常電壓下提供的功率更大的磁控管功率，在一個(gè)方向上電阻器33兩端存在電勢差，從而使得電流可以流動并且確實(shí)流動。在分壓器26的結(jié)處的電壓降低，并且電壓源中的集成電路作出反應(yīng)以提高在線5上產(chǎn)生的電壓，這具有向上恢復(fù)分壓器結(jié)電壓的效果。該電路穩(wěn)定地向磁控管供應(yīng)增大的功率。如果這是用于起動燈所需的，則在一個(gè)時(shí)間段之后恢復(fù)正常功率。如果因?yàn)榇趴毓苓_(dá)到其使用期限的盡頭而需要它，則保持增大的功率。如果磁控管已經(jīng)變差到看起來需要額外的功率的程度，則微處理器將通過未示出的部件來將電源關(guān)斷。
可以理解，微處理器控制PFC電壓源，盡管是經(jīng)由中間的控制電路。
本發(fā)明不意欲限于上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)。例如，微處理器可以被編程來保持恒定或至少保持為分壓器值，即對于電壓源集成電路的控制電壓；并且，僅當(dāng)起動時(shí)或需要其他異常高的功率時(shí)降低控制電壓(以提高線電壓5)。
而且，在2011年6月17日的我們的共同待決的國際專利申請No PCT/GB2011/000920中，描述了第二實(shí)施例，其中，通過伴隨地調(diào)整HV轉(zhuǎn)換器電流來補(bǔ)償來自DC電壓源的電壓上的波動，以允許磁控管功率在整個(gè)波動周期被保持恒定。這通過在運(yùn)算放大器的測量輸入端和DC電壓線之間連接電阻器來實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中也可以進(jìn)行該改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種用于磁控管的電源，所述電源包括: 磁控管開關(guān)轉(zhuǎn)換器電源電路MSCPC，所述MSCPC具有控制輸入端，并且適于在向所述控制輸入端施加正常的控制電壓或在一個(gè)方向上偏離所述正?？刂齐妷旱目刂齐妷簳r(shí)以向其施加的DC電壓的某個(gè)倍數(shù)來產(chǎn)生增大的電壓，并且在另一個(gè)方向上偏離所述正?？刂齐妷旱目刂齐妷簳r(shí)以降低的倍數(shù)來產(chǎn)生增大的電壓，其中，所述一個(gè)方向?qū)τ谒霰稊?shù)無效，并且，所述另一個(gè)方向?qū)τ谒霰稊?shù)有效，即降低的所述倍數(shù)；DC電壓源，其被布置來向所述MSCPC供應(yīng)所述DC電壓或增大的所述DC電壓； 用于測量通過所述MSCPC以驅(qū)動所述磁控管的來自所述DC電壓源的功率或電流的部件； 轉(zhuǎn)換器控制部件，用于根據(jù)在期望的磁控管功率和測量得到的功率或電流之間的差的函數(shù)來向所述MSCPC施加控制電壓；以及 DC電壓控制部件，用于向所述DC電壓源傳送在對于所述倍數(shù)無效的方向上的所述控制電壓的偏離，以使得所述DC電壓源向所述MSCPC供應(yīng)所述增大的DC電壓； 所述布置使得在使用中: 當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件向所述MSCPC施加正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)所述DC電壓，并且向所述磁控管施加正常功率，以在正常功率下操作所述磁控管， 當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件施加在倍數(shù)有效方向上偏離的正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)所述DC電壓，并且向所述磁控管施加較小的功率以在小于正常功率的功率下操作所述磁控管，以及 當(dāng)所述轉(zhuǎn)換器控制部件施加在`倍數(shù)無效方向上偏離的正常電壓時(shí)，所述MSCPC被供應(yīng)增大的DC電壓，并且向所述磁控管施加較高的功率以在大于正常功率的功率下操作所述磁控管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控管電源，其中，用于傳送所述控制電壓的偏離的所述DC電壓控制部件是微處理器，所述微處理器被編程來對所述MSCPC產(chǎn)生指示所述磁控管的期望的輸出功率的控制電壓，以控制所述磁控管的功率。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磁控管電源，其中，所述功率或電流測量部件是與所述MSCPC串聯(lián)的電阻器，所述電阻器的一端接地，并且另一端連接到所述MSCPC和所述微處理器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的磁控管電源，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制部件是被編程來以所給出的方式控制所述電壓源的所述微處理器的適配部件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁控管電源，其中，所述轉(zhuǎn)換器控制部件是: 微處理器，其被編程來產(chǎn)生用于指示所述磁控管的期望的輸出功率的控制電壓，以及 集成電路，其被布置在反饋回路中，并且適于根據(jù)來自所述測量部件的電壓與來自所述微處理器的所述電壓的比較來向所述MSCPC施加控制信號，以將所述磁控管的功率控制為所述期望的功率。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁控管電源，其中，所述功率或電流測量部件是與所述MSCPC串聯(lián)的電阻器，所述電阻器的一端接地，并且另一端優(yōu)選地經(jīng)由反饋電阻器連接到所述MSCPC和所述集成電路的輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的磁控管電源，其中，所述集成電路是作為誤差信號放大器連接的運(yùn)算放大器，所述誤差信號是在用于指示所述轉(zhuǎn)換器電流的測量的信號和所述磁控管的所述期望的輸出功率的信號之間的差。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的磁控管電源，其中，在連接了串聯(lián)電阻器的所述集成電路的輸入端和DC電壓源線之間包含波動平滑電阻器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5、6、7或8所述的電源，其中，所述集成電路被布置為具有反饋電容器的積分器，由此，其輸出電壓適于控制電壓-頻率電路以控制所述轉(zhuǎn)換器。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至9中任一項(xiàng)所述的磁控管電源，其中，用于傳送所述控制電壓的偏離的所述DC電壓控制部件是在所述集成電路的輸出端和所述DC電壓源的控制輸入端之間設(shè)置的硬件電路，所述電路適于并被布置為: 當(dāng)所需的磁控管輸出正?；蚋r(shí)，將所述DC電壓源控制輸入端與所述集成電路輸出端隔離，以及 向所述DC電壓源控制輸入端傳送在所述無效方向上偏離的控制電壓或與該控制電壓相對應(yīng)的信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的磁控管電源，其中，所述硬件電路是射極跟隨器晶體管電路，所述射極跟隨器晶體管電路連接以偏置用于控制所述DC電壓源的分壓器的公共點(diǎn)，所述晶體管電路僅當(dāng)需 要超過正常功率的功率時(shí)將所述分壓器電壓偏置。
全文摘要
一種用于磁控管的電源(1)具有PFC DC電壓源(2)和HV(高壓)轉(zhuǎn)換器(3)。電壓源被輸電干線驅(qū)動，并且在線(5)上向HV轉(zhuǎn)換器供應(yīng)由電容器(4)平滑的、超過輸電干線電壓的DC電壓。HV轉(zhuǎn)換器向變壓器(6)供應(yīng)切換的交流電流。變壓器(6)向整流器(7)供應(yīng)較高的電壓交流電流，繼而在線(8)上向磁控管供應(yīng)高的、給磁控管供電的正極電壓。DC電壓源具有PFC電感器(22)，PFC電感器(22)在集成電路(24)的控制下被晶體管開關(guān)(23)切換。電感器使得電壓源能夠提供可變的DC電壓。輸入整流器(25)被提供來對輸電干線電壓進(jìn)行整流。電壓源的輸出電壓被分壓器(26)監(jiān)控并反饋到集成電路。反饋電壓根據(jù)需要被控制電路(27)改變以控制要向HV轉(zhuǎn)換器施加的所需電壓。該控制電路包括晶體管(31)，晶體管(31)在線(32)上向其基極饋送參考電壓。其集電極連接至分壓器(26)的公共點(diǎn)，這是反饋點(diǎn)。發(fā)射極經(jīng)由電阻器(33)連接到運(yùn)算放大器的輸出端。
文檔編號H05B6/68GK103155699SQ201180034521
公開日2013年6月12日 申請日期2011年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者L·可吉爾 申請人:塞拉維申有限公司