專利名稱：鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一個為燈供電的鎮(zhèn)流器，它具有一個與電容耦合、并且在工作過程中還與燈耦合的電感器，包括一個逆變器，包括響應于第一驅(qū)動信號以便在導通和不導通狀態(tài)間振蕩的第一開關裝置，和響應于第二驅(qū)動信號以便在導通和不導通狀態(tài)間振蕩的第二開關裝置，由此將能量傳至燈，每一開關裝置兩端上的電壓在其處于不導通狀態(tài)時積累起來，電流流過電感器；驅(qū)動電路，在一個開關周期內(nèi)產(chǎn)生第一和第二驅(qū)動信號，并且包括控制驅(qū)動信號頻率的電路，該驅(qū)動信號是對第一控制信號的響應；第一容性模式監(jiān)視裝置，用于檢測流過電感器的電流滯后于兩個開關裝置之一上的端電壓的相位差何時達到預定相差，并產(chǎn)生第一容性模式信號；控制裝置，包括產(chǎn)生第一控制信號的裝置，該信號是對出現(xiàn)第一容性模式信號的響應。
這樣的鎮(zhèn)流器例如在US 5,075,599中發(fā)表。當?shù)谝蝗菪阅Ｊ奖O(jiān)視裝置檢測到流過電感器的電流滯后于兩個開關裝置之一上的端電壓的相位差達到預定相差時，產(chǎn)生第一容性模式信號和第一控制信號?？刂乞?qū)動信號頻率的電路增加驅(qū)動信號的頻率，直到第一容性模式監(jiān)視裝置檢測到流過電感器的電流滯后于兩個開關裝置之一上的端電壓的相位差超過預定值。設置預定相差使逆變器工作在感性工作模式而不是電容工作模式。
在感性工作模式中，負載兩端的電壓產(chǎn)生了流過負載的電流。在容性工作模式中，流過負載的電流產(chǎn)生負載兩端的電壓。當后者處于容性工作模式時，在逆變器的開關晶體管中將出現(xiàn)大功率損耗。損耗足夠高，以至于毀壞開關元件以及逆變器中其它元件。因此非常希望把逆變器保持在感性工作模式。
容性工作模式產(chǎn)生的原因是負載一個或多個元件的特征在他們激活期間的改變。如果燈與負載斷開或發(fā)生其它問題，也能產(chǎn)生容性工作模式。在很少的幾個開關周期內(nèi)，就能發(fā)生由容性工作模式產(chǎn)生的、對逆變器內(nèi)的元件造成的毀壞。
在近容性工作模式中，流過負載的電流以預定的相差滯后于負載兩端的電壓。雖然逆變器沒有工作在容性模式，但重要的是使逆變器遠離它的現(xiàn)有開關頻率以減小滑入容性工作模式的可能性。與容性工作模式相對照，對于該模式重要的是盡可能快地、盡可能遠地離開現(xiàn)有的開關頻率，而當在容性工作模式附近時，就不必要盡可能快速地改變逆變器的開關頻率或盡可能遠地使其遠離現(xiàn)有開關頻率。
因而希望提供一種改進的燈鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器能區(qū)分逆變器操作的容性模式和近容性模式。優(yōu)選地，逆變器開關頻率的增加速度和距現(xiàn)有開關頻率的距離將反映出逆變器操作距容性模式有多近。
因而，開始段描述的鎮(zhèn)流器的特征在于它還包括第二容性模式監(jiān)視裝置，用于檢測流過電感器的電流何時與兩個開關裝置中的一個上的端電壓同相，并產(chǎn)生第二容性模式信號；包括在控制裝置中，用于產(chǎn)生響應于第二容性模式信號的第二控制信號的裝置，和包括在驅(qū)動電路中，用于控制響應于第二控制信號的驅(qū)動信號的頻率的電路。
鎮(zhèn)流器，通過區(qū)分電容和近容性工作模式，能以這樣的方式調(diào)節(jié)每一種情形下的驅(qū)動信號頻率，即在維持安全的鎮(zhèn)流器操作時不會過補償或欠補償逆變器的開關頻率。例如，如果產(chǎn)生第二控制信號時的驅(qū)動信號頻率值高于產(chǎn)生第一控制信號時的驅(qū)動信號頻率值，那么就能實現(xiàn)上述情況。當檢測到容性工作模式時，例如可以把驅(qū)動信號的頻率控制在最高頻率，在此頻率上，驅(qū)動電路能產(chǎn)生第一和第二驅(qū)動信號，當產(chǎn)生第二控制信號時。另外，當產(chǎn)生第二控制信號時，驅(qū)動信號頻率可以等于在燈最初啟動期間的驅(qū)動信號的頻率。當檢測到近容性模式時，可以以預定速率增加驅(qū)動信號的頻率，當產(chǎn)生第一控制信號時。
在根據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器優(yōu)選實施方案中，第一容性模式監(jiān)視裝置還包括用于檢測代表在每一驅(qū)動信號的后沿期間流過電感器的電流的樣本和判定在樣本和兩個開關裝置之一上的端電壓之間的相位關系的裝置。與進一步優(yōu)選方案類似，第二容性模式監(jiān)視裝置還包括用于檢測代表在每一驅(qū)動信號的前沿期間流過電感器的電流的樣本并根據(jù)樣本的極性測定樣本和兩個開關裝置之一上的端電壓之間的相位關系的裝置。可以發(fā)現(xiàn)第一和第二容性模式監(jiān)視裝置的這些實施方案是相對簡單的和廉價的，并且功能可靠。
優(yōu)選地，通過增加驅(qū)動電路過電壓監(jiān)視裝置可以進一步提高電感器的安全性，該裝置用于檢測何時燈兩端電壓處于或高于預定的閾值以及產(chǎn)生過電壓信號，控制裝置產(chǎn)生第一控制信號作為對同時出現(xiàn)過電壓信號和第一容性模式信號的響應。
根據(jù)發(fā)明的鎮(zhèn)流器具有較好的結(jié)果，其中第一開關裝置和第二開關裝置串聯(lián)在一起，構(gòu)成一個推挽輸出電路配置，所以逆變器包括一個橋路。
為了更加完整地理解本發(fā)明，必須參照下列描述以及相應的附圖，其中圖一是一個示例了依照本發(fā)明的鎮(zhèn)流器的框圖；圖二是一個依照本發(fā)明的逆變器和輔助驅(qū)動控制電路的示意圖；和圖三是一個作為圖二中的驅(qū)動控制電路的積分電路的詳細邏輯框圖。
在圖一中示出，鎮(zhèn)流器10由用A.C電源20代表的A.C電源線供電。鎮(zhèn)流器10包括一個EMI濾波器30，一個全波二極管橋路40，一個預處理器50，一個逆變器60和一個驅(qū)動控制電路65。逆變器60的輸出，作為鎮(zhèn)流器10的輸出，連至負載70，該負載包括與電容80和熒光燈85的并聯(lián)組合串聯(lián)的電感器75。EMI濾波器30濾去由預處理器50和逆變器60產(chǎn)生的諧波。二極管橋路40對濾波正弦電壓進行整流產(chǎn)生具有紋波的D.C電壓。預處理器50具有幾個功能。二極管橋路40輸出的整流峰值A.C.電壓經(jīng)放大后形成供給逆變器60的，基本上恒定的D.C.電壓。預處理器50還改善了鎮(zhèn)流器10的總功率因子。例如，由A.C電源20提供給EMI濾波器30的120，220和277 RMS電壓分別產(chǎn)生供給逆變器60的、近似為250，410，490伏的D.C電壓。
逆變器60，在燈85以約45kHz的開關頻率進行全弧光放電期間由驅(qū)動控制電路65驅(qū)動，把D.C.電壓轉(zhuǎn)換成提供給負載70的方波電壓波形。燈亮度水平可以分別通過減小和增加方波電壓波形的頻率來增加和減小。
在圖2中更加詳細地示出了逆變器60和驅(qū)動控制電路65。由預處理器50提供的、基本恒定的電壓VDC通過后者的一對輸入端61和62供電給逆變器60。逆變器60設置為半橋路并包括一個B+(軌)總線101、一個接地的返回總線102和一對串聯(lián)在總線100和總線112之間的開關(例如功率MOSFETs)100和112。開關100和102一起連至結(jié)點110和通常稱之為推挽輸出電路配置。用作開關100和112的MOSFETs分別有一對柵G1和G2?？偩€101和總線102分別連至輸入端61和62。電阻103和電容106一起連至結(jié)點104并串聯(lián)在總線101和總線102之間。一對電容115和118一起連至結(jié)點116并串聯(lián)在結(jié)點110和總線102之間。穩(wěn)壓二極管121和二極管123一起連至結(jié)點116并串聯(lián)在結(jié)點104和總線102之間。
電感器75，電容80，電容81，燈85和電阻174一起連至結(jié)點170。一對線圈76和77耦合至線圈75用于施加在燈85上的燈絲端電壓，用于在預熱期間調(diào)節(jié)后者。D.C阻斷電容126和電感器75串聯(lián)在結(jié)點110和結(jié)點170之間。電容80和一對電阻153和177一起連至結(jié)點179。燈85和電阻153一起連至結(jié)點88并串聯(lián)在結(jié)點170和179之間。電阻174和177一起連至結(jié)點175并串聯(lián)在結(jié)點170和179之間。電容81和開關(例如MOSFET)82串聯(lián)在結(jié)點170和179之間。電阻162連至總線102和結(jié)點179之間。二極管180和電容183一起連至結(jié)點181并串聯(lián)在結(jié)點175和地之間。
集成電路(IC)109包括多個管腳。管腳RIND連至結(jié)點179。管腳RIND的輸入電壓反映(典型樣本)流過電感器75電流的值。管腳VDD，連至結(jié)點104，提供驅(qū)動IC109的電壓。管腳LI2通過電阻168連至結(jié)點88。管腳LI1通過電阻171連至結(jié)點179。輸入至管腳LI1和LI2的電流之間的差值反映出流過燈85的測定電流。管腳VL的電壓，通過電阻189連至結(jié)點181，反映燈85的峰值電壓。管腳VL的電壓，也提供給開關82的柵G3，控制何時電容1與電容80并聯(lián)放置。從CRECT管腳流出、通過電阻195和電容192的并聯(lián)組合而流入地的電流反映了燈85的平均功率(也就是燈電流和電壓的積)。一個可選擇的外部D.C偏置器198，下面將詳細解釋，包括能夠產(chǎn)生通過電阻195而流入大地的D.C偏移電流的、VDD和電阻199的串聯(lián)組合。
電容192用于在電阻195兩端提供濾波后的D.C電壓。電阻156連在管腳RREF和地之間并用于設定IC109內(nèi)的參考電流。電容159，連在CF管腳和地之間，設定電流控制振蕩器(CCO)的頻率，這將在下面詳細討論。電容165，連在管腳CP和地之間，用于預熱循環(huán)和非振蕩/待機模式的定時，這在下面討論。GND管腳直接接地。一對管腳G1和G2分別直接連至開關100和112的柵G1和G2。管腳S1，直接連至結(jié)點110，代表開關100的源極電壓。管腳FVDD通過電容138連至結(jié)點110，代表IC109的浮動供給電壓。管腳G2通過電容215、電阻212和二極管203的串聯(lián)組合連至DIM管腳。電阻206和電容213連在DIM管腳和地之間。變壓器T的次級繞組連在使電阻212連接到二極管203的結(jié)點210和地之間。微亮控制電路211連接到變壓器T的初級繞組。DIM管腳上施加的電壓反映了由微亮控制電路211設定的亮度值。
逆變器60和驅(qū)動控制電路65的工作過程如下。開始(也就是啟動過程)，當電容106按照由電阻103和電容106決定的RC時間常數(shù)進行充電時，開關100和112分別處于不導通和導通狀態(tài)。在啟動階段，流入IC109的管腳VDD的輸入電流保持在低水平(小于500毫安)。電容138，連在結(jié)點110和管腳FVDD之間，充電到大約等于VDD的相對恒定的電壓值并作為開關100的驅(qū)動電路的電壓源。當電容106兩端電壓超過開通閾值電壓時(例如12伏)，IC109用開關100和112進入工作(振蕩/開關)狀態(tài)，每一開關100和102分別在其導通和不導通狀態(tài)之間以遠高于由傳感器75和電容器80決定的共振頻率的頻率反復切換。
一旦逆變器60開始振蕩，IC109開始進入預熱循環(huán)(也就是預熱狀態(tài))。根據(jù)開關100和112的開關狀態(tài)，結(jié)點110的電壓在0伏和VDC之間變化。電容115和118用于減慢結(jié)點110處的電壓上升和跌落速率，因此減少了開關損耗以及由逆變器60產(chǎn)生的EMI值。穩(wěn)壓二極管121在結(jié)點116建立一個通過二極管123供給到電容106的脈動電壓。例如，產(chǎn)生供給IC109管腳VDD的、相對較大的10-15毫安操作電流。電容126用于阻斷提供給燈85的D.C.電壓成份。管腳VL處于使開關82導通的高電平?，F(xiàn)在電容81與電容80并聯(lián)放置。電感器75與電容80和81的并聯(lián)組合構(gòu)成振蕩電路。
在預熱循環(huán)期間，燈85處在未激活狀態(tài)，即，在燈85內(nèi)沒有建立電弧。IC109初始操作頻率，約100kHz，由電阻156、電容159和開關100和112的反向二極管導通時間設定。IC109立即以IC內(nèi)部設定的速率降低操作頻率。頻率繼續(xù)降低直到由RIND管腳測得的、電阻162兩端的電壓峰值等于-0.4伏(也就是負峰值電壓等于0.4volts)。調(diào)節(jié)開關100和112的開關頻率使得由RIND管腳測得的電壓等于-0.4volts，這將在結(jié)點110產(chǎn)生相對穩(wěn)定的、大約為80-85kHz頻率(定義為預熱頻率)。相對穩(wěn)定的RMS電流流過電感器75，該電感器通過與線圈76和77的耦合使得燈85的燈絲(即陰極)為燈85的后續(xù)激活作充分的預處理并維持燈的長壽命。預熱循環(huán)的持續(xù)時間由電容165設定。當電容165的值為零時(也就是開路)，沒有有效的燈絲預熱，這將導至燈85的立刻啟動操作。
在預熱操作結(jié)束時，由電容165決定，管腳VL呈現(xiàn)為使開關82關斷的邏輯低電平。電容81不在與電容80并聯(lián)?，F(xiàn)在，IC109開始從預熱時的開關頻率以IC109內(nèi)部設定的速率向下移向無負載的振蕩頻率(也就是在激活燈85前電感器75和電容80的振蕩頻率，例如60kHz)。隨著開關頻率接近振蕩頻率，燈85兩端的電壓快速升高(例如600-800伏峰值)并通?？梢约せ顭?5。一旦點亮燈85，流過的電流由幾毫安升至幾百毫安。通過電阻153的電流，等于燈電流，由管腳II1和LI2分別根據(jù)比例于電阻168和171的電流差值來檢測。燈85的電壓，由電阻174和177的分壓組合來度量，由在結(jié)點181處產(chǎn)生比例于燈峰值電壓的D.C.電壓的二極管180和電容183測定。結(jié)點181的電壓由電阻189轉(zhuǎn)變成流入管腳VL的電流。
流入管腳VL的電流在IC109內(nèi)與管腳LI1和LI2之間的差值電流相乘，使得由管腳CRECT輸出整流后的A.C.電流流入電容192和電阻195構(gòu)成的并聯(lián)組合。電容192和電阻195把A.C.整流電流轉(zhuǎn)換為與燈85的功率成比例的D.C.電壓。依靠IC109中包含的反饋電路/環(huán)，強制CRECT管腳的電壓等于DIM管腳的電壓。調(diào)節(jié)燈85的消耗功率。
燈85的期望照明值由DIM管腳的電壓設定。反饋環(huán)包括燈電壓檢測電路和燈電流檢測電路，下面將詳細討論。根據(jù)這個反饋環(huán)調(diào)節(jié)半-橋逆變器60的開關頻率，由此使CRECT管腳電壓等于DIM管腳電壓。CRECT電壓在0.3和3.0伏(即1∶10)之間變化。無論何時DIM管腳電壓升高到3.0伏以上或下降到3.0伏以下，電壓會在內(nèi)部被分別地鉗制在3.0伏或0.3伏。在DIM管腳的電壓是D.C.電壓。用于DIM控制電路211的1-10伏微亮控制輸入通過由變壓器T、電阻206和212、二極管203以及電容213和215構(gòu)成的組合轉(zhuǎn)換為提供給DIM管腳的0.3-3.0伏信號。變壓器T使D.C.控制輸入信號與逆變器60內(nèi)的高電壓電流隔離。DIM管腳提供的信號通過不同方法產(chǎn)生包括，例如，相位角變暗，其中切掉A.C.輸入線電壓相位的一部分。這些方法將切掉的輸入線電壓的相位角轉(zhuǎn)變?yōu)楣┙oDIM管腳的D.C.信號。
當燈85激活時，CRECT管腳上的電壓為零。隨著燈電流的建立，CRECT管腳產(chǎn)生的電流，與燈電壓和燈電流的乘積成比例，向電容192充電。逆變器60的開關頻率減小或增加，直到CRECT管腳電壓等于DIM管腳電壓。當微亮水平設定為全(100％)亮度輸出時，允許電容192充電到3.0伏，因此利用反饋環(huán)CRECT管腳電壓升至3.0伏。電壓升高期間，反饋環(huán)，下面仔細討論，打開。一旦CRECT管腳電壓在3.0伏，反饋環(huán)閉合。相似地，當微亮水平設定為最小亮度輸出時，允許電容192充電至0.3伏，因此利用反饋環(huán)CRECT管腳電壓升至0.3伏。通常地，DIM管腳的0.3伏對應于全亮度輸出的10％。對只有全亮度輸出1％的深度微亮，可以使用否則并不需要的的外部偏置198，使得DIM管腳的0.3伏電壓與全亮度輸出的1％相對應。當微亮水平設定為最小亮度輸出時，CRECT電容在反饋環(huán)閉合之前充電到0.3伏。
設定微亮激活的常規(guī)燈典型地具有激活閃爍。燈的閃爍，高于期望的照明值，是由于在激活后向燈提供了持續(xù)時間相對較長且不必要(例如高于幾秒)的高功率而產(chǎn)生。用這種方法，常規(guī)鎮(zhèn)流器激活方案確保成功地激活燈。然而，依照本發(fā)明，可以使激活閃爍最小化。對于低亮度設定，激活之后的高亮度條件的周期很短的，并使不期望的燈閃光的視覺沖擊最小。利用反饋環(huán)，通過在激活之后立即降低供給燈85的功率值，可以基本上避免激活閃爍的發(fā)生。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，IC109包括一個功率調(diào)節(jié)和微亮控制電路250。在管腳LI1和LI2之間的差值電流供給有源整流器300。有源整流器300利用具有內(nèi)部反饋的放大器而不是二極管橋路全波整流A.C波形，以避免通常與二極管有關的任何電壓降。響應于有源整流器300的輸出，電流源303產(chǎn)生表示流過燈85的電流的整流電流ILDIFF，該電流用于電流乘法器306兩路輸入中的一路。
在預熱期間P溝道MOSFET331導通和N溝道MOSFET332關斷，以便把VL管腳提升到管腳VDD的電位。在預熱循環(huán)結(jié)束時(例如1秒持續(xù)時間)，P溝道MOSFET331關斷和N溝道MOSFET332導通以便進行逆變器60的功率調(diào)整和微亮控制操作。伴隨預熱循環(huán)，流過VL管腳和N溝道MOSFET332的電流，由電阻333度量。響應由VL管腳測得的度量電流，電流源(即電流放大器)336產(chǎn)生電流信號IVL。電流鉗339鉗制饋入乘法器306的另一輸入的電流信號IVL的最大值。響應于饋入CRECT管腳和誤差放大器312的同相輸入端的、乘法器306的輸出，電流源309輸出電流ICRECT。如圖2所示，電容192和電阻195把CRECT管腳的A.C.整流電流轉(zhuǎn)換為D.C.電壓。
再次參照圖3，在DIM管腳的D.C.電壓加在電壓鉗位電路315上。電壓鉗位電路315把CRECT管腳的電壓鉗位在0.3和3.0伏之間。電壓鉗位電路315的輸出供給誤差放大器312的反相輸入。誤差放大器312的輸出控制流過電流源345的電流IDIF的值。電流比較器348比較電流IDIF和參考電流IMIN、電流IMOD，并輸出值最大的電流信號。IMOD電流由開關電容積分器327控制。電流比較器348輸出的電流提供決定VCO318的振蕩(開關)頻率的控制信號。當燈激活時，CRECT管腳電壓和IDIF電流為零。比較器348的輸出為IMIN、IDIF和IMOD中的最大電流值，此時是IMOD。隨著CRECT管腳電壓增大到DIM管腳電壓，IDIF電流增加。當IDIF電流超過IMOD電流時，比較器348的輸出等于IDIF電流。
反饋環(huán)設定為以誤差放大器312為中點，并包括任何使CRECT管腳電壓等于DIM管腳電壓的、IC109的內(nèi)部或外部元件。當DIM管腳電壓低于0.3伏時，0.3伏的D.C.電壓加在誤差放大器312的反相輸入上。當DIM管腳電壓超過3.0伏時，3.0伏加在誤差放大器312上。加在DIM管腳上電壓范圍將在包括0.3伏到包括3.0伏的范圍內(nèi)，以便在燈85的最大和最小亮度水平之間獲得期望的比率10∶1。乘法器306的輸入由電流鉗位電路鉗制以便向乘法器306提供適量的電流。
響應于比較器348輸出，CCO 318的頻率控制半橋逆變器60的開關頻率。比較器348在預熱和激活掃描期間向CCO318提供IMOD電流。比較器348在穩(wěn)定狀態(tài)操作期間向CO318供應IDIF電流。當由比較器348輸出時，響應IMIN電流的比較器348限制了最小開關頻率。最小開關頻率由電容159和電阻156決定，它們分別外接到IC109的管腳CF和管腳RREF。當CRECT管腳電壓與DIM管腳電壓相同時，逆變器60實現(xiàn)閉環(huán)操作。誤差放大器312調(diào)整比較器348輸出的IDIF電流，以便使CRECI管腳電壓近似等于DIM管腳電壓。
共振電感器電流測量電路監(jiān)視共振電感器的電流，由RIND管腳上的信號表征，決定逆變器60是否處于容性工作模式或在其附近。當流過電感器75的電流超前開關112兩端的電壓時，逆變器60處在容性工作模式。在近容性工作模式時，流過電感器75的電流接近但沒有超前開關112兩端的電壓。例如，根據(jù)電感器75和電容80給出約為50kHz的共振頻率，當流過電感器75的電流滯后于開關112兩端的電壓但滯后時間小于1微秒時，近容性工作模式存在。
電路364還檢測開關100或110是否發(fā)生前向?qū)ɑ蝮w二極管導通(從基極到漏極)。由共振電感器電流測量電路364產(chǎn)生的信號IZEROb，就是，當開關100或112前向?qū)〞r在觸發(fā)器370的Q輸出端產(chǎn)生的信號IZEROb是在高電平，當開關100或112的體二極管體導通時該信號為低電平。信號IZEROb供給CCO318的IZEROb管腳。當IZEROb在邏輯低電平時，CF管腳379的波形基本上是恒定值。當信號IZEROb在邏輯高電平和開關100導通時，CF管腳電壓上升。當信號IZEROb在邏輯高電平和開關112導通時，CF管腳電壓減小或下降。
當逆變器60的開關頻率在近容性工作模式時，由共振電感器電流測量電路364產(chǎn)生的信號CM，即，OR(或門)373產(chǎn)生的信號CM在邏輯高電平。根據(jù)邏輯高電平信號CM，開關電容積分器327將使電流源329輸出的增加(即IMOD電流)。IMOD電流量的增加使得比較器348向VCO318供應IMOD電流，由此逆變器60開關頻率增加。通過在IC109的管腳G1和G2上產(chǎn)生的每一柵驅(qū)動脈沖上升(升高)沿期間監(jiān)視RIND管腳的電壓波形的符號(+或-)，共振電感器電流測量電路364測定近容性工作模式。當在柵脈沖G1的上升沿期間RIND管腳的電壓波形符號是+(正)或柵脈沖G2的是-(負)時，逆變器60在近容性工作模式。
當逆變器60操作在容性模式時，NAND門376輸出邏輯高電平的CMPANIC信號。一旦檢測到容性模式，響應于開關電容積分器327的輸出的快速上升，IMOD電流值快速上升。利用IMOD信號、電阻156和電容159，VCO318相對瞬時地控制頻率上升到逆變器60的最大開關頻率。在IC109的管腳G1和G2產(chǎn)生的每一柵驅(qū)動脈沖的后(下降)沿期間，通過監(jiān)視RIND管腳的電壓波形符號(+-)來檢測容性模式。當在柵脈沖G1的后沿期間RIND管腳的電壓波形符號為-(負)或柵脈沖G2的為+(正)時，逆變器60在容性工作模式。
根據(jù)電容165(連在管腳CP和地之間)的值，電路379設定預熱燈85的燈絲和令逆變器60進入待機操作模式的時間。預熱循環(huán)期間，2個脈沖(超過1秒的持續(xù)時間)在CP管腳產(chǎn)生。預熱循環(huán)期間逆變器60的開關頻率約為80kHz。在預熱循環(huán)結(jié)束時，信號IGNST呈現(xiàn)初始化激活啟動的邏輯高電平，就是，開關頻率從約80kHz到近似于但高于電感器75和電容器85構(gòu)成的共振頻率的激活掃描，例如，約60kHz(無負載共振頻率)。激活掃描能以一定速率進行，例如，10kHz/ms。
IC109調(diào)節(jié)由RIND管腳測定的流過共振電感器75的電流放大倍數(shù)。當RIND管腳電壓幅度超過0.4時，比較器448輸出的信號PC呈現(xiàn)為邏輯高電平，使開關電容積分器327的輸出用以調(diào)節(jié)IMOD電流的值。RMS開關頻率的增加導至流過共振電感器75電流幅度的減小。當RIND管腳電壓幅度下降到0.4以下時，信號PC呈現(xiàn)邏輯低電平，使開關電容積分器327的輸出用以調(diào)節(jié)IMOD信號的值，因此開關頻率下降。流過共振電感器75的電流增加?？梢缘玫搅鬟^共振電感器75的、經(jīng)適當調(diào)節(jié)的電流，該電流使在預熱期間燈85的每一燈絲上端電壓基本上為恒定電壓。另外，通過增加與每一燈絲串聯(lián)的電容器(沒有示出)，在預熱期間可以確保流過燈絲的電流基本上為恒定值。
電路379還包括點火定時器，該定時器伴隨著預熱循環(huán)的結(jié)束而被啟動。一旦激活，1脈沖在CP管腳產(chǎn)生。如果在這個脈沖后檢測到逆變器操作的容性模式或燈85兩端的過電壓情況，IC109進入待機操作模式。待機期間，VCO318停止振蕩，開關112和110分別保持在導通和不導通狀態(tài)。為退出待機操作模式，IC109的供給電壓(即供給管腳VDD的)必須減小到至少或低于關斷閾值(例如10伏)，然后再至少增加到開啟閾值(例如12伏)。
預熱定時器包括設定CP波形的觸發(fā)點的施密特觸發(fā)器400(也就是有滯后的比較器)。這些觸發(fā)點表征加在施密特觸發(fā)器400輸入端上的電壓，用于使后者開和關。開關403處在導通狀態(tài)時為電容器165提供了放電路徑。開關403無論何時和對由施密特觸發(fā)器400產(chǎn)生的每一脈沖持續(xù)時間都處于導通狀態(tài)。只要CP管腳電壓超過由施密特觸發(fā)器400設定的上觸發(fā)點，電容165就放電。放電路徑包括CP管腳，開關403和地。電容165由電流源388充電。當檢測到容性工作模式時，由產(chǎn)生NAND門376的CMPANIC信號反映，開關392導通。電容165現(xiàn)在還由電流源391充電。當檢測到容性工作模式時，給電容165充電的電流要高出10倍。CP管腳電壓達到施密特觸發(fā)器400的上觸發(fā)點所用的時間僅為不在容性模式時的1/10。因此當檢測到容性工作模式時的CP管腳的脈沖比沒檢測到容性工作模式時的短10倍。隨后IC109將在相對短的時間周期內(nèi)進入待機操作模式，開關頻率上的增加都不能除去容性模式條件，。
預熱定時器還包括構(gòu)成計數(shù)器397的D觸發(fā)器。NAND門406的輸出產(chǎn)生在點火周期結(jié)束時呈現(xiàn)邏輯低電平的信號COUNT 8b。只要檢測到燈85兩端的過電壓最小閾值條件(即，由OVCLK表示)或逆變器操作的容性模式(也就是由信號CMPANIC表征)，門412就輸出邏輯高電平。當門415的輸出呈現(xiàn)邏輯高電平時，開關403導通使電容器165放電。
如上面討論的，伴隨著預熱循環(huán)從VL管腳流出的輸入電流通過電流源336反饋進乘法器306，用于功率調(diào)整和微亮控制。來自VL管腳的輸入電流還分別通過電流源417、電流源418和電流源419流入比較器421、424和427的同相輸入端。
一旦檢測燈的電壓超過過電壓最小閾值，比較器421就激活點火定時器。當隨著點火定時器定時的結(jié)束存在過電壓最小閾值條件時，IC109進入待機操作模式。D型觸發(fā)器430在G2產(chǎn)生的門脈沖的下降沿使比較器421定時輸出。只要在第一點火掃描期間超過過電壓最小閾值，D型觸發(fā)器433、AND(與門)436和NOR(或非門)439組成的邏輯組合將使開關(N-溝道MOSFET)440打開并因此阻塞ICRECT信號。觸發(fā)器433具有與內(nèi)部結(jié)點385連接的D輸入。當檢測到過電壓最小條件時，在預熱循環(huán)結(jié)束時觸發(fā)器433的D輸入呈現(xiàn)高電平。響應于D輸入邏輯高電平，觸發(fā)器433的輸出呈現(xiàn)為使門439的輸出切換為低電平的邏輯低電平。開關440開路，由此阻斷了CRECT信號到達ICRECT管腳。當CRECT信號不能到達ICRECT管腳時，電容192通過電阻195放電。如果不使用外部偏置198，發(fā)生全部放電。當如圖2所示使用偏置198時，發(fā)生部分放電。在任一事件中，電容192的放電降低了CRECT管腳的電壓以保證反饋環(huán)不關閉。在預熱循環(huán)期間，內(nèi)部結(jié)點385的IGNST信號在邏輯低電平。因此，NOR(或非門)439將在預熱循環(huán)期間關斷開關440。非ICRECT信號將提供給誤差放大器312或流出CRECT管腳使電容192充電。
一旦緊隨預熱循環(huán)的完成的點火掃描開始，IGNST信號是邏輯高電平。開關440將導通并在點火掃描期間始終保持導通，除非比較器421檢測到過電壓最小閾值(例如在點火期間，約為加在燈85上的最大電壓的1/2)。點火掃描期間，開關頻率減小導至燈85的端電壓和測得的燈電流增加。ICRECT信號的大小增加使電容192充電，導至CRECT管腳電壓的增加。在低微亮值，CRECT管腳電壓等于DIM管腳電壓。沒有進一步的干涉，檢測到在這兩個電壓間沒有差別的誤差放大器312將在燈85的成功點火之前過早地關閉反饋環(huán)。
為避免反饋環(huán)的過早關閉，點火掃描期間門439將關斷開關440，并且只要比較器421能夠檢測到過電壓最小閾值條件，就保持開關440為關斷狀態(tài)。通過阻塞到達CRECT管腳的ICRECT信號，CRECT管腳電壓下降并因此可以防止其等于DIM管腳電壓，甚至于當后者設定為深度微亮值時。相應地，在點火掃描期間反饋環(huán)不會關閉并因此不會阻止成功地點火。優(yōu)選地，僅在點火掃描開始期間當燈電壓達到過電壓最小閾值時，開關440關斷一次并一直持續(xù)到燈85激活。開關440關斷的同時，電容92能通過電阻195充分地放電以保證反饋環(huán)不會在點火掃描期間過早地關閉。
為了提供成功的燈啟動，常規(guī)鎮(zhèn)流器驅(qū)動方案在不期望的長時間周期中(例如高于幾秒)向燈提供了相對高的功率值。當試圖以相對低的亮度值啟動燈時，在向燈提供相對較高功率值的不期望的長時間周期內(nèi)將產(chǎn)生被稱為點火閃爍的情況。在這個情況下，將發(fā)生遠高于預期亮度的燈的瞬時閃爍。
依照本發(fā)明，點火閃爍可以基本上消除，就是，已經(jīng)最小化以至于注意不到。點火閃爍的基本消除是通過縮短向燈提供相對較高的功率值的、不希望的長時間周期來實現(xiàn)的。更具體地講，在被減小到燈激活后的功率值之前，向燈85提供持續(xù)時間約為1毫秒或更短的、相對較高的功率值。通過監(jiān)視過電壓條件，特別是監(jiān)視在允許開關440再次關閉之前燈電壓何時下降到低于過電壓最小閾值(由比較器421決定)，可以實現(xiàn)燈功率上的立即減小。一旦成功地激活燈85，就立即減小燈功率使之低于過電壓最小閾值。換句話說，在點火閃爍能發(fā)生的基本微亮值，首先通過檢測燈電壓何時達到和/或超過過電壓最小閾值，然后檢測燈電壓何時下降到過電壓最小閾值以下，可以避免點火閃爍的發(fā)生。
當燈電壓超過過電壓最大閾值時(例如兩倍于過電壓最小閾值)，比較器424的輸出呈現(xiàn)邏輯高電平。當比較器424的輸出在邏輯高電平且沒有檢測到近容性模式時，根據(jù)呈現(xiàn)為邏輯高電平(即，處于邏輯高電平的觸發(fā)器445輸出的信號FI(頻率增量))的D型觸發(fā)器445的Q輸出，開關電容積分器327以固定速率(例如掃描速率10kHz/毫秒)增加了VCO318的振蕩頻率，即開關頻率。逆變器60的開關周期的時間間隔因此減小。當比較器424的輸出在邏輯高電平和檢測到近電容條件時，根據(jù)呈現(xiàn)為邏輯高電平(即，呈現(xiàn)邏輯高電平的NAND門442的輸出信號FSTEP(頻率步幅))的NAND門442的輸出，開關電容積分器327增加VOC318的振蕩頻率，因此立即增加開關頻率(例如，10毫秒以內(nèi))到最大值(例如100kHz)。響應于現(xiàn)在處于最大振蕩值上的VCO318，逆變器60的開關周期減小到最小時間間隔(例如10毫秒)。
當燈電壓超過過電壓緊急閾值(即，高于過電壓最大閾值)時，比較器427的輸出呈現(xiàn)邏輯高電平。當比較器427的輸出在邏輯高電平時，根據(jù)呈現(xiàn)邏輯高電平的NAND門442輸出(即，呈現(xiàn)邏輯高電平的NAND門442輸出的信號FSETP(頻率步幅))，開關電容積分器327立即增加VCO318的開關頻率到最大值。
柵驅(qū)動電路320在現(xiàn)有技術中眾所周知，并且在U.S.專利No.5,373,435中有更詳細的描述。在U.S.專利No.5,373,435中關于柵驅(qū)動電路的描述參考在這里引入作為參考。IC109的管腳FVDD、G1、S1和G2對應于U.S.專利No.5,373,435

圖1所示的結(jié)點P1、P2、P3和GL。當上部驅(qū)動DU處于U.S.專利No.5,373,435中的開態(tài)時，圖3所示的的信號G1L和G2L在這里分別對應端點INL的信號和在控制器與水平移相器之間的信號。
電源調(diào)節(jié)器592包括能產(chǎn)生約5伏輸出電壓的帶隙調(diào)節(jié)器595。調(diào)節(jié)器595基本上獨立于大范圍的溫度和電源電壓(VDD)變化。施密特觸發(fā)器(即，有滯后的比較器)598，稱為LSOUT(低供電輸出)信號，表示供給電壓的狀態(tài)。當VDD管腳的輸入電源電壓超過開啟閾值(例如12伏)時，LSOUT信號在邏輯低電平。當VDD管腳的輸入電源電壓下降到低于關斷閾值(例如10伏)時，LSOUT信號在邏輯高電平。啟動期間，LSOUT信號在邏輯高電平，使得鎖存器601的輸出，稱為STOPOSC信號，設定為邏輯高電平。響應于呈現(xiàn)邏輯高電平的STOPOSC信號，VCO318停止振蕩并設定CF管腳使其等于帶隙調(diào)節(jié)器595的輸出電壓。
當在VDD管腳的供給電壓超過開啟閾值時，LSOUT信號呈現(xiàn)邏輯低電平。STOPOSC信號現(xiàn)在呈現(xiàn)邏輯低電平。響應于在邏輯低電平的STOPOSC信號，VCO318將驅(qū)動逆變器60，以便在開關頻率上。以這里描述的、加在CF管腳上的基本呈梯形的波形振蕩。只要VDD管腳電壓下降到低于關斷閾值以及管腳G2的門驅(qū)動呈現(xiàn)邏輯高電平，VCO318就停止振蕩。開關100和112將分別保持導通和不導通狀態(tài)。
只要NOR或非門604的輸出呈現(xiàn)邏輯高電平時，鎖存器601的輸出也呈現(xiàn)邏輯高電平，使VCO318停止振蕩并呈現(xiàn)待機操作模式。當點火周期結(jié)束后檢測到燈85上的過電壓條件或逆變器操作的容性模式時，NOR或非門604的輸出，稱為NOIGN信號，呈現(xiàn)邏輯高電平。當燈85從電路中去掉時，這些條件中的一種將發(fā)生。當燈85點火失敗時，過電壓條件將發(fā)生。
VL管腳用于調(diào)節(jié)燈的功率，使燈不會發(fā)生過電壓條件和提供區(qū)分預熱和標準調(diào)節(jié)的輸出驅(qū)動。VL管腳的輸入是與燈電壓成比例的電流(例如峰值或調(diào)整平均)。VL管腳電流耦合到乘法器306，該乘法器產(chǎn)生表征燈電流和燈電壓乘積的信號，如上所討論的，用于調(diào)整燈功率。VL管腳電流還耦合到比較器421、424和427，用于檢測過電壓條件。然而，在預熱循環(huán)期間不需調(diào)節(jié)燈功率，因為沒有全弧放電存在于燈85內(nèi)。在預熱循環(huán)期間，逆變器60的工作頻率遠高于由電感器75和電容器80組成的無負載LC儲能電路的共振頻率。這更高的頻率在預熱循環(huán)期間導至相對較低的燈85端電壓，這將不會毀壞鎮(zhèn)流器10內(nèi)的元件或燈85。
預熱循環(huán)期間，P-溝道MOSFET331導通和N-溝道MOSFET332關斷，因此VL管腳與VDD管腳有相同的電位。VL管腳因而在預熱期間是邏輯高電平，在其它情況是邏輯低電平(例如點火和待機狀態(tài)條件期間)。VL管腳的這兩種不同電平表示逆變器60操作處于預熱操作模式還是非預熱操作模式。
在預熱循環(huán)期間，VL管腳的邏輯高電平使N-溝道MOSFET開關82導通。電容81現(xiàn)在與電容80并聯(lián)。電容81的加入降低了無負載諧振頻率，導至預熱期間加在燈85兩端的電壓較低。一旦預熱循環(huán)結(jié)束，開關82由VL管腳的邏輯低電平關閉。電容81不再與電容80并聯(lián)。無負載共振頻率上升和能更容易地在點火掃描期間實現(xiàn)。足夠的高電壓能加在燈85兩端使其激活。
在預熱循環(huán)期間，IC109不必檢測由VL管腳的電壓表征的燈85的端電壓。VL管腳因而在預熱周期期間用于驅(qū)動開關82進入導通狀態(tài)。預熱循環(huán)后，需要監(jiān)視過電壓條件和燈功率，這需要檢測由VL管腳電壓反映的燈電壓。在VL管腳的電壓現(xiàn)在是允許開關82關閉的邏輯低電平，典型范圍在0和800毫伏之間。因此，在VL管腳的電平，反映出IC109操作是否處于預熱模式，控制共振振蕩電路的配置。VL管腳也能用于控制IC109的其它外部元件進入和脫離工作過程，以便在預熱狀態(tài)期間或其后影響逆變器60或燈85的性能。
當流過電感器75的電流超前開關112的端電壓時，逆變器60在容性模式。在近容性模式，通過電感器75的電流稍稍滯后于開關112的端電壓，但滯后時間處于預定時間間隔內(nèi)。換句話說，流過電感器75的電流滯后于開關112端電壓的相位處于預定范圍內(nèi)。
為了移動逆變器60的開關頻率以便防止其進入容性工作模式，如果已經(jīng)處于容性工作模式內(nèi)則要盡可能快地遠離容性工作模式，燈電流在逆變器開關周期每個1/2循環(huán)時與兩個柵電壓之一比較，以決定相差。與此相反，常規(guī)容性模式保護方案不區(qū)分容性工作模式和近容性工作模式，因此當檢測到模式時，或者出現(xiàn)過補償現(xiàn)象或者出現(xiàn)欠補償現(xiàn)象。
例如，當燈85從負載70中除去時，能很快進入容性模式條件。一旦進入容性模式，開關晶體管(例如開關100和112)就將在短時間內(nèi)被毀壞，這通常是無法通過常規(guī)保護方案避免的。
依照本發(fā)明，近容性模式條件是通過在管腳G1和G2產(chǎn)生的每一柵脈沖驅(qū)動的前沿期間監(jiān)視RIND管腳電壓的波形信號來決定的。一旦檢測到近容性工作模式和過電壓最大閾值時，CCO318立即增加(例如在10毫秒內(nèi))到最大值。
容性模式條件通過在管腳G1和G2分別產(chǎn)生的每一柵脈沖驅(qū)動的后沿期間監(jiān)視在RIND管腳電壓波形的符號來決定的。一旦檢測到容性工作模式，CCO318立即增加(例如在1O毫秒內(nèi))到最大值以便保證逆變器60操作在感性模式，就是，在處于非導通狀態(tài)下開關112上積累起來的端電壓的相位超前于流過電感器75的電流。最大振蕩(開關)頻率將遠高于無負載共振頻率。典型地，CCO318的最大頻率(即開關周期的最小時間間隔)設定得等于逆變器60的初始操作頻率(例如100kHz)。
現(xiàn)在能容易理解，IC109限制了逆變器60在容性模式或近容性模式中長持續(xù)時間工作的可能性。依靠快速地測定逆變器何時處于那兩種模式中的一種，逆變器60可以快速地遠離電容和近容性工作模式。通過檢測在每一開關周期內(nèi)產(chǎn)生的至少一個驅(qū)動信號和優(yōu)選地是各個驅(qū)動信號以便判定是否存在容性模式或近容性工作模式，來實現(xiàn)更快的反應時間。當檢測到容性模式時，逆變器的開關周期立即減小到最小時間間隔，就是，最大開關頻率以保證相對快速地移入感性工作模式。當檢測到近容性模式，逆變器的開關周期以IC109內(nèi)部設定的固定速率減小。
因而可以看到有效地實現(xiàn)了上面闡明的目標和那些通過上面描述而顯而易見的特征，所以不離開本發(fā)明的宗旨和范圍前提下可以對上面闡明的方法和結(jié)構(gòu)做一定的改變，應該指出的是在上面描述中所包含的和在附圖中所示出的所有都是有示例性的解釋并不是嚴格意義上的解釋。
也可以理解的是，下面的權利要求將覆蓋在這里描述的、所有普通的和特殊的特性和本發(fā)明范圍的所有聲明，作為語言方面，可以說是落在中間。
權利要求
1.一種給燈供電的鎮(zhèn)流器，具有與電容耦合、且在操作期間還與燈耦合的電感器，包括一個逆變器，包括響應于第一驅(qū)動信號而在導通和不導通狀態(tài)之間振蕩的第一開關裝置，和響應于第二驅(qū)動信號而在導通和不導通狀態(tài)之間振蕩的第二開關裝置，由此將能量傳至燈，每一開關裝置兩端上的電壓在其處于不導通狀態(tài)時積累起來，電流流過電感器；驅(qū)動電路，在一個開關周期內(nèi)產(chǎn)生第一和第二驅(qū)動信號，并且包括控制驅(qū)動信號頻率的電路，該驅(qū)動信號是對第一控制信號的響應；第一容性模式監(jiān)視裝置，用于檢測流過電感器的電流滯后于兩個開關裝置之一上的端電壓的相位差何時達到預定相差，并產(chǎn)生第一容性模式信號；控制裝置，包括產(chǎn)生第一控制信號的裝置，該信號是對出現(xiàn)第一容性模式信號的響應；其特征在于，鎮(zhèn)流器還包括第二容性模式監(jiān)視裝置，用于檢測流過電感器的電流何時在相位上超前兩個開關裝置之一上的端電壓；包括在控制裝置內(nèi)，用于產(chǎn)生響應于第二容性模式信號的第二控制信號的裝置，和包括在驅(qū)動電路內(nèi)，用于控制響應于第二控制信號的驅(qū)動信號的頻率的電路。
2.根據(jù)權利要求1的鎮(zhèn)流器，其特征在于當?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時的驅(qū)動信號頻率值比第一控制信號產(chǎn)生時的驅(qū)動信號頻率值高。
3.根據(jù)權利要求1或2鎮(zhèn)流器，其特征在于驅(qū)動信號的頻率被控制在最高頻率，驅(qū)動電路能在該頻率處產(chǎn)生第一和第二驅(qū)動信號，當?shù)诙刂菩盘柈a(chǎn)生時。
4.根據(jù)權利要求1，2或3鎮(zhèn)流器，其特征在于第一容性模式監(jiān)視裝置還包括用于檢測代表在每一驅(qū)動信號的后沿期間流過電感器的電流的樣本和檢測在樣本和兩個開關裝置之一上的端電壓之間的相位關系的裝置。
5.根據(jù)一個或多個上述權利要求的鎮(zhèn)流器，其特征在于第二容性模式監(jiān)視裝置還包括用于檢測代表在每一驅(qū)動信號的前沿期間流過電感器的電流的樣本并根據(jù)樣本的極性測定樣本和兩個開關裝置之一上的端電壓之間的相位關系的裝置。
6.根據(jù)一個或多個上述權利要求的鎮(zhèn)流器，其特征在于驅(qū)動電路還包括過電壓監(jiān)視裝置，用于測定何時燈的端電壓處于或超過預先設定的閾值并產(chǎn)生過電壓信號，和控制裝置，產(chǎn)生對過電壓信號與第一容性模式信號的組合產(chǎn)生響應的第一控制信號。
7.根據(jù)一個或多個上述權利要求的鎮(zhèn)流器，其特征在于第一開關裝置和第二開關裝置串聯(lián)在一起，形成了推挽輸出電路配置。
8.根據(jù)一個或多個上述權利要求的鎮(zhèn)流器，其特征在于第二控制信號產(chǎn)生時的驅(qū)動信號頻率等于在燈初始啟動期間的驅(qū)動信號頻率。
9.根據(jù)一個或多個上述權利要求的鎮(zhèn)流器，其特征在于當?shù)谝豢刂菩盘柈a(chǎn)生時，驅(qū)動信號的頻率以預定速率增加。
全文摘要
逆變器驅(qū)動方案用于檢測逆變器何時處于容性工作模式或近容性工作模式。對處于容性模式產(chǎn)生響應,開關頻率立即增加到最大設置值。當檢測到處于近容性工作模式時,開關頻率以預定速率增加。在燈兩端的電壓處于過電壓狀態(tài)且同時處于近容性工作模式時,開關頻率立即增加到最大設置值。
文檔編號H05B41/298GK1190522SQ97190475
公開日1998年8月12日 申請日期1997年4月24日 優(yōu)先權日1996年5月3日
發(fā)明者D·J·伊安諾普洛斯, P·R·維爾德曼 申請人:菲利浦電子有限公司