專利名稱：頻率控制的、松耦合變壓器的燈調(diào)光鎮(zhèn)流器和驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，特別是包括松耦合變壓器的燈用可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器，在該鎮(zhèn)流器中，調(diào)節(jié)燈的電流，使燈提供的亮度變暗。
現(xiàn)有技術(shù)描述在氣體放電燈中，使用電子鎮(zhèn)流器把商業(yè)電力轉(zhuǎn)換成足夠產(chǎn)生和保持等離子的高壓電信號(hào)。氣體放電燈的典型例子是熒光燈和霓虹燈?；旧?，在鎮(zhèn)流器電路中使用變壓器提高燈兩端的電壓。
并聯(lián)變壓器(一般也稱為松耦合變壓器或恒壓變壓器)是一種漏感比通常的漏感高的變壓器。標(biāo)準(zhǔn)功率變壓器的目的是產(chǎn)生一種緊密耦合的變壓器，即，產(chǎn)生很低電抗的變壓器，而并聯(lián)變壓器與其相反，并聯(lián)產(chǎn)生的電抗隨電流限制容量交替變化。變壓器磁芯的幾何形狀和線圈繞組的種類是影響漏感的因素。所有已知的變壓器設(shè)計(jì)至少有小量的電抗，因此，磁漏變壓器的概念是基于相對(duì)的比例。
如在此所用的術(shù)語一樣，“緊耦合”變壓器被認(rèn)為是這樣一種變壓器，在該變壓器的初級(jí)繞組中的磁通量的很高百分比被傳送到次級(jí)繞組。見電子變壓器和電路，第二版的223、224、234、235頁，和其它一般信息，作者Reuben Lee,1955年由John Wiley出版。例如，把變壓器的初級(jí)繞組放置在次級(jí)繞組的上部或插入繞組提供了緊耦合變壓器，根據(jù)物理定義，在這種變壓器中，初級(jí)繞組中的所有磁通量基本上“流入”次級(jí)繞組。
另一方面，“松耦合”變壓器被認(rèn)為是一種變壓器，變壓器的初級(jí)繞組中的較少磁通量流入次級(jí)繞組。這個(gè)關(guān)系也可由變壓器的耦合率表達(dá)，根據(jù)前面提到的在235頁上Lee的定義，耦合系數(shù)(從0到1變化)“k”由下式確定(1)(I22Z2/E1I1)MAX=k2/2(1+(1-k2)1/2-k2。在式中，“I”表示電力，“E”表示電壓，“Z”表示阻抗，下標(biāo)“1”表示變壓器的初級(jí)，下標(biāo)“2”表示變壓器的次級(jí)。對(duì)于比率值k，低于0.90被認(rèn)為是松耦合，高于0.99(任意分界線)被認(rèn)為是緊耦合。
除了使用磁流量(磁通)作為耦合的測(cè)量以外，也可以使用次級(jí)開路或次級(jí)短路時(shí)初級(jí)顯示的感應(yīng)系數(shù)確定耦合。次級(jí)繞組電路的開路或短路狀態(tài)確定了電流流動(dòng)的量，并且，派生出初級(jí)繞組顯示的感應(yīng)系數(shù)。在這兩種極端情況下的初級(jí)繞組感應(yīng)系數(shù)的比率引起了另一種耦合測(cè)量的形式，后面將詳細(xì)論述。
磁漏變壓器可以形成缺口或不形成缺口，取決于整個(gè)設(shè)計(jì)和電氣特性。松耦合的并聯(lián)變壓器在他們的鐵芯腿之一具有空氣隙。通常，采用的E型或多支腿磁芯等具有部分由空氣隙的尺寸確定的特殊磁阻的空氣隙的鐵芯。非分支腳中的一個(gè)固定初級(jí)繞組，另一個(gè)非分支腳固定一個(gè)或多個(gè)次級(jí)繞組。通常，該分支上不設(shè)置繞組。
包括間隙分支腿的鐵芯的環(huán)路具有固定的磁阻，當(dāng)次級(jí)繞組處于低負(fù)載或整個(gè)空載時(shí)，固定磁阻大大高于次級(jí)環(huán)路的磁阻。事實(shí)上，在低負(fù)載狀態(tài)，次級(jí)繞組磁環(huán)路將有大部分磁通流過它，次級(jí)電壓將是很高的。當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，次級(jí)環(huán)路的磁阻增加，次級(jí)環(huán)路的電壓下降。當(dāng)次級(jí)負(fù)載接近短路或?qū)嶋H上短路(次級(jí)環(huán)路電壓為零)時(shí)，而它的磁阻低于次級(jí)繞組環(huán)路的高磁阻。因此，在低次級(jí)電壓下，電流是高的，但局限于由隙縫鐵芯的磁阻確定的值。
基本上，有兩種類型的控制和限制電流流動(dòng)的變化的漏電抗變壓器。象美國專利4123736描述的“漏電抗變壓器”一樣，它們被共同地稱為動(dòng)圈式類型和動(dòng)并聯(lián)類型。動(dòng)圈式變壓器依賴移動(dòng)相對(duì)另一繞組的繞組調(diào)節(jié)漏電抗。在并聯(lián)型變壓器中，鋼分流器可移動(dòng)地安裝在位于初級(jí)和次級(jí)繞組分割間隔之間的框上，并被移入和移出繞組之間的間隔，以變化變壓器的電抗。在兩種類型的變壓器中，控制程度依賴于繞組或分流器的機(jī)械移動(dòng)，因此，在固定頻率上獲得精確的電流控制是很困難的。此外，如上述參考一樣，特別是，當(dāng)需要高成本克服磨損、干擾、缺乏精確控制的問題時(shí)，這種變壓器的成本是相對(duì)高的。
在美國專利4187450“高頻鎮(zhèn)流變壓器”中，描述的變壓器特別適用固態(tài)、高頻推挽變流器，用于向氣體放電燈供電。該變壓器包括一對(duì)相互之間鄰近的面對(duì)的E型磁芯部分，以鏡像的方式排列的對(duì)應(yīng)的鐵芯，而不是在磁芯的中部、非接觸鐵芯之間的空氣隙。描述的變壓器以特殊的方式纏繞，以克服現(xiàn)有技術(shù)中不夠的鎮(zhèn)流電抗(在氣體放電燈的啟動(dòng)階段需要克服負(fù)阻抗)和磁泄漏。但是，該專利沒有教導(dǎo)任何利用頻率或電流控制調(diào)節(jié)向松耦合變壓器的次級(jí)提供功率和信號(hào)的方法。
另一個(gè)描述在美國專利4888527中的空氣隙變壓器，“用于放電器件的電抗變壓器控制”。在該現(xiàn)有技術(shù)的器件中，為得到氣體放電燈的電流限制控制，三鐵芯變壓器的一個(gè)鐵芯具有空氣隙和固定磁阻。變壓器的電抗隨分別控制繞組變化，這些繞組改變了變壓器鐵芯的磁阻，在這些鐵芯上，它被纏繞的作為變化阻抗的函數(shù)，并包括控制電路驅(qū)動(dòng)控制繞組。
美國專利5192896“可變化間斷輸入的可調(diào)暗電子鎮(zhèn)流器”教導(dǎo)了一種具有松耦合的初級(jí)和次級(jí)繞組和一對(duì)可滑動(dòng)的磁分流器的輸出變壓器。該變壓器由一對(duì)在它的中心鐵芯具有空氣隙的互相面對(duì)的鐵氧體芯構(gòu)成。初級(jí)和次級(jí)繞組由一對(duì)分流器外殼分隔，在外殼中，可移動(dòng)的分流器滑動(dòng)安裝。通過調(diào)節(jié)分流器的位置，可以調(diào)節(jié)變壓器的參數(shù)匹配負(fù)載要求。
如上所述，存在許多現(xiàn)有技術(shù)的變壓器，這些變壓器通過改變繞阻的方法或位置、對(duì)于這種變壓器的各種部分使用可滑動(dòng)的分流器和增加控制繞組來利用分流變壓器的固有特性。由控制或修改電抗變壓器獲得結(jié)果的嘗試確實(shí)獲得了較好的操作結(jié)果或生產(chǎn)成本，但仍然沒有產(chǎn)生精確的控制、低成本、高效率、和由現(xiàn)代功率轉(zhuǎn)換要求的多功能型。
氣體放電燈的亮度可由調(diào)節(jié)鎮(zhèn)流器的輸出來控制?？烧{(diào)暗的電子鎮(zhèn)流器基本上使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制輸出功率。在一個(gè)典型的PWM電路中，調(diào)節(jié)方波脈沖的寬度，以便改變傳輸?shù)截?fù)載的總功率。在許多設(shè)計(jì)中，不要求改變頻率，因?yàn)樵S多鎮(zhèn)流器設(shè)計(jì)具有增加輸出電壓的諧振輸出級(jí)。用于PWM電路的輸出級(jí)的驅(qū)動(dòng)頻率(包括變壓器)為維持諧振基本上保持常數(shù)。
一般說來，金屬鹵化物高亮度氣體放電燈不具有變暗能力，因?yàn)楸仨毐３謿怏w放電的連續(xù)弧光需要一個(gè)電壓源。這樣的燈需要亮度控制，控制系統(tǒng)是很昂貴的。常規(guī)使用的一種方法是具有兩極電壓源，兩級(jí)電壓源在90％和100％功率之間交換。只使用在低頻如60Hz的另一種方法簡單地利用自耦變壓器改變施加的電壓。但是，在高頻，將燈調(diào)暗是很不方便的。
因此，需要一種電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)，它比現(xiàn)有設(shè)計(jì)效率高和低成本。需要一種電子鎮(zhèn)流器的設(shè)計(jì)，在它的輸出級(jí)中不需要諧振電路。
發(fā)明簡述本發(fā)明通過提供一種簡單和低成本的調(diào)暗電子鎮(zhèn)流器，改進(jìn)了現(xiàn)有技術(shù)，這種電子鎮(zhèn)流器采用了松耦合變壓器特性的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的電路采用了與松耦合變壓器的電氣特性組合的頻率調(diào)制，以控制施加到燈的電流以致控制由燈提供的亮度強(qiáng)度。通過變化向燈供電的松耦合變壓器初級(jí)線圈的頻率，通過變壓器的固有電抗，控制在次級(jí)線圈何等中的電流。因此，燈的光亮輸出是可以控制變暗的。
在本發(fā)明的附加特點(diǎn)中，多個(gè)氣體放電燈并聯(lián)連接到調(diào)光鎮(zhèn)流器，以便一個(gè)燈出現(xiàn)故障不影響其余氣體放電燈的工作。
在本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)中，用于高亮度氣體放電燈的可調(diào)鎮(zhèn)流器采用變壓器的次級(jí)輸出端的兩端具有調(diào)節(jié)電容器的緊纏繞的松耦合變壓器，并與HID燈電極并聯(lián)。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是對(duì)氣體放電燈提供了有效的可調(diào)光控制。這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過使用松耦合變壓器連同允許調(diào)光操作的輸出驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明的其它特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)通過詳細(xì)閱讀說明書和參考附圖將變得顯而易見，其中，本發(fā)明的特殊實(shí)施例公開在所示的例子中。
附圖簡述本發(fā)明的完整理解將通過優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述和參考附圖獲得。


圖1是調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的主功能單元的方框圖，在其中采用了變壓器控制。
圖2是調(diào)光電子鎮(zhèn)流器示意圖，其中，在頻率控制下的松耦合變壓器被用于向包括氣體放電燈的負(fù)載供電。
圖3是在圖2所示的電子鎮(zhèn)流器中采用的全波整流橋獲得的輸出電壓的把正矢波。
圖4是非調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的示意圖，其中，在頻率控制下的松耦合變壓器被用于向包括氣體放電燈的負(fù)載供電。
圖5(a)是與本發(fā)明實(shí)施例合并類型的松耦合變壓器的示意圖。
圖5(b)是一個(gè)變換的無隙縫松耦合變壓器的實(shí)施例的示意圖。
圖6是松耦合變壓器的等效模式電路。
圖7是在松耦合變壓器中作為施加電壓的頻率的繞組電流的曲線圖。
圖8是采用松耦合變壓器的控制裝置的方框圖。
圖9是按照本發(fā)明在頻率控制下使用松耦合變壓器向熱電負(fù)載供電的示意圖。
圖10是在頻率控制下使用松耦合變壓器向遠(yuǎn)程接收電路供給脈沖串的方框圖。
圖11是按照本發(fā)明在頻率控制下使用松耦合變壓器向分站或工業(yè)站點(diǎn)供電的示意圖。
圖12是可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的另一個(gè)實(shí)施例的電示意圖。
圖13是反饋控制回路的方框圖。
圖14是控制并聯(lián)連接氣體放電燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器實(shí)施例的電示意圖。
圖15是把氣體放電燈連接到圖14所示的鎮(zhèn)流器的電路圖。
圖16是用于松耦合變壓器T2、T3、T4、T5的遠(yuǎn)程安裝，在圖14所示實(shí)施例的輸出驅(qū)動(dòng)部分的簡化的電原理圖。
圖17按照本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例控制HID燈的可調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的示意圖。
圖18是圖17所示鎮(zhèn)流器頻率相對(duì)時(shí)間的曲線圖。
圖19是用于圖17所示的HID燈的燈起動(dòng)期間，燈功率相對(duì)頻率的曲線圖。
圖20是用于圖17所示的HID燈的操作，燈的負(fù)載功率相對(duì)頻率的曲線圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述現(xiàn)參考附圖，其中，相同的參考符號(hào)在幾幅圖中用于相同的部件。圖1顯示了電子調(diào)光鎮(zhèn)流器2的方框圖。在它的最普通的形式中，可以使用電子調(diào)光鎮(zhèn)流器2控制各種負(fù)載，同樣，鎮(zhèn)流器2可以被認(rèn)為是控制器。控制器的一般性質(zhì)是調(diào)頻(FM)電路，該電路利用變壓器178的固有電流限制特性控制向負(fù)載供電。頻率中的變化將控制通過變壓器178的次級(jí)繞組的電流，并因此限制了到負(fù)載的電力。
在這個(gè)電路中使用FM的原因之一是不試圖在輸出級(jí)中保持諧振。許多現(xiàn)有的控制器試圖維持諧振級(jí)，該諧振級(jí)基本上要求在窄頻帶中操作。而本控制器具有諧振頻率的電路動(dòng)態(tài)特性，所以不試圖激勵(lì)和保持這樣的諧振。
圖1中所示的負(fù)載是燈4，但負(fù)載也可能是電動(dòng)機(jī)、加熱器、冷卻器、或其它由電氣工程師已知的其它裝置。該設(shè)計(jì)也適用于限流DC到DC轉(zhuǎn)換器和AC到AC轉(zhuǎn)換器。
控制器包括電源電路，該電路可以包括整流器、放大器、電源因子矯正器、濾波器、緩沖器和其它信號(hào)處理電路，這些電路通常適用于商業(yè)交流電力的電源電路?？刂破饕舶ㄒ粋€(gè)圖1所示11的連接到電源電路的壓控振蕩器(VCO)，以產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng)電壓輸入的調(diào)頻(FM)輸出信號(hào)?？刂破鬟€包括松耦合變壓器178，該變壓器至少有一個(gè)初級(jí)繞組和一個(gè)次級(jí)繞組。除了連接到電源的其它單元以外，初級(jí)繞組電連接到可調(diào)節(jié)的頻率輸出信號(hào)。次級(jí)繞組把源電流電連接到負(fù)載。變壓器178具有圖7所示的一般特性，其中，次級(jí)繞組的電流響應(yīng)可調(diào)節(jié)的頻率輸出。
下面進(jìn)一步描述圖1。具有頻率和電壓電平的線電壓源6對(duì)世界上任何地方使用的鎮(zhèn)流器都是標(biāo)準(zhǔn)的，該電壓源向鎮(zhèn)流器2供電。施加的電壓由電路5整流成一系列半正矢波，見圖3，并輸送到電壓增強(qiáng)器和功率因子矯正電路7。方框7的電路單元把電壓電平升高到適合控制電路9的自持電壓值，并適合于燈4所用的氣體放電類型?？刂齐娐?把參考電壓信號(hào)送到頻率控制電路11，電路11按照參考電壓、任何變化的參考電壓調(diào)節(jié)它的輸出頻率，其中，通過要求的調(diào)光電平信號(hào)17由調(diào)光控制電路15所要求的輸出頻率。如圖1所示，調(diào)光控制電路15也從燈4接收亮度反饋信號(hào)19，反饋信號(hào)19與要求的調(diào)光電平信號(hào)17進(jìn)行比較，得到不同的信號(hào)，只要信號(hào)17和19不同，由頻率控制電路11使用信號(hào)17和19的差調(diào)節(jié)電壓輸出的頻率。
來自頻率控制電路方框11的輸出被饋送到控制電路9，使用該信號(hào)產(chǎn)生緊匹配方波電壓，該方波電壓被發(fā)送到變壓器驅(qū)動(dòng)電路13。因此，下面將詳細(xì)描述使用方框13產(chǎn)生的變壓器驅(qū)動(dòng)器為特殊的變壓器178產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，該變壓器與燈4耦合，并向燈4傳送功率。
圖2詳細(xì)顯示了調(diào)光電子鎮(zhèn)流器2的元件，以被用于在輸入端8a和8b把一組熒光燈4連接到電源6。在此例中的電源是110V，頻率是60Hz，這是美國的標(biāo)準(zhǔn)電源。然而，所述的鎮(zhèn)流器2可以接收輸入交流電壓范圍90-300V，頻率50-60Hz，或直流140-450V。完全按照使用說明書，使得電子鎮(zhèn)流器令人滿意地運(yùn)行在世界上的任何國家。
電阻10與輸入端8a串聯(lián)連接，作為保險(xiǎn)絲或電流限制器件。電阻10代表一種簡單的方式保護(hù)過載或過瞬間，過載將會(huì)損害鎮(zhèn)流器或危及鎮(zhèn)流器的安全。電感器12和電容器14、16形成一個(gè)電磁干擾(EMI)或共同模式低通濾波器，通過限制高頻信號(hào)，該低通濾波器減少了端點(diǎn)8a和8b的EMI，并使具有完整通路的信號(hào)通過鎮(zhèn)流器2。
全波整流橋18以標(biāo)準(zhǔn)方式把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成為如圖3所示的整流輸出。整流橋18的輸出電壓20通過幾個(gè)路徑，首先包括升壓扼流圈22a、二極管24，其向輸出FET158和160提供功率，后面將討論此問題、電容器26、電阻30、二極管28、電容器32、34。電容器32和34連接到功率因數(shù)芯片38的輸入管腳36。
功率因數(shù)芯片38是Motorola MC33262集成電路芯片，芯片功能全面論述在Motorola的模擬/接口IC、器件數(shù)據(jù)的3-455到3-457頁，1995年第5次修訂版第一卷。集成電路芯片38是一種高性能的電流模式功率因數(shù)控制器，設(shè)計(jì)的該芯片通過保持AC線電流正弦并與線電壓同相提高差的功率因數(shù)負(fù)載。適當(dāng)?shù)墓β室驍?shù)控制保持了明顯的鎮(zhèn)流器2的輸入功率相位接近它所消耗的實(shí)際功率，因此，提高了鎮(zhèn)流器的工作效率。
見圖3，電源接通時(shí)，整流橋18輸出的前半周期或把正矢波40達(dá)到具有有效的(rms)120V的輸入電壓的峰值170V。電容器26、32、34開始放電。對(duì)于最初的把正矢波40，當(dāng)在AC電路中出現(xiàn)的放電時(shí)間較短和受最初的把正矢波的影響時(shí)，電容器26、32的作用就象由它們各自的電容值確定的電壓分配器。在這個(gè)例子中，如果選擇的電容器26的值是24微法，電容器32的值是48微法，那么，在沒有其它限制時(shí)，電容器26將有電壓20峰值的2/3或在它兩端加有113.3V，電容器32將有電壓20峰值的1/3或在它兩端加有56.7V。如果輸入電壓低于90V，電容器32兩端的電壓仍然超過30V，該電壓足夠接通功率因數(shù)芯片38。同時(shí)，電阻30限制了到電容器26的沖擊電流。結(jié)果，電容器26和32兩端的精確電壓分配實(shí)際上出現(xiàn)在電容器26、電阻30和電容器32之間，具有雙功能的電阻30也在前半周期限制了沖擊電流。因?yàn)殡娙萜?4的值與電容器26和32相比很小，所以它在電容器26和32的電壓分配方面具有很小的影響。
在這個(gè)例子中，電容器32兩端的電壓是電壓20峰值的1/3或56.7V，該電壓足夠燒壞電容器32。但是，電阻42和44與FET46的組合在電容器32兩端施加一預(yù)置電壓限制，該限制也保護(hù)了IC芯片38。在這個(gè)例子中，選擇的電阻42和44的值在電容器32兩端的電壓限制是15V。當(dāng)電容器32兩端的電壓超過它的預(yù)置限制時(shí)，F(xiàn)ET接通它的基極，線48接地。因?yàn)榫€48連接到電容器26的一端和二極管28的基級(jí)，當(dāng)線48接地時(shí)，電容器26的作用對(duì)半正矢波就象開路，并且，對(duì)到功率FET158和160的高DC電壓成為濾波電容。同時(shí)，二極管28是反相偏壓，因此，排除了通過二極管28和電阻30的電流流動(dòng)，并防止電容器32在預(yù)置限制15V上被充電。不管輸入電壓的值是多少，事實(shí)是輸入電用的正常范圍是在AC90-300V,50-60Hz范圍內(nèi)。
以這種方式，上述電路在120V的輸入上限制了總沖擊電流，其中，電壓和電流相互之間的相位是90度，最壞的情況是在AC120V的輸入上是4.3安培。同時(shí)，即使當(dāng)輸入電壓是最低的值，此例是AC90V，電路確保為啟動(dòng)它，適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥焦β室驍?shù)芯片38的管腳36，而沒有損失功率。此外，甚至在可能的最低輸入電壓上，電路單元為功率因數(shù)芯片提供一種“瞬間”能力，該能力可以在AC90-300V范圍內(nèi)的輸入電壓上接通電源的前半周期。
通過比較，在鎮(zhèn)流器電源的輸出和功率矯正電路的電壓管腳如IC38之間，使用電阻連接的現(xiàn)有技術(shù)方法將需要在期望的輸入電壓AC90-300V范圍內(nèi)的功率損耗和接通時(shí)間之間的設(shè)計(jì)折衷。例如，在輸入AC300V時(shí)連接到整流橋18和電容器32兩端的100k歐姆電阻將產(chǎn)生大約4毫安的電流，消耗0.9瓦功率，約需要0.25秒時(shí)間對(duì)電容器32充電，以達(dá)到起動(dòng)IC38所要求的最小電平。另一方面，在輸入AC90V時(shí)的100k歐姆電阻將只消耗80微瓦功率，但需要幾乎2秒時(shí)間起動(dòng)IC38。后面將會(huì)解釋，接通燈的電壓取決于功率電路芯片38的工作。接通IC38所花費(fèi)的時(shí)間越長，點(diǎn)亮燈所花費(fèi)的時(shí)間越長。
此外，如果通過把全波整流橋輸出的電阻或其它DC源連接到芯片的輸入管腳和電容器如電容器32接通功率因數(shù)芯片，甚至當(dāng)起動(dòng)IC38后不需要時(shí)，電阻繼續(xù)消耗瓦特?cái)?shù)。根據(jù)選擇的電阻的尺寸，通常浪費(fèi)了大約80微瓦到900微瓦，與其它電氣裝置比較是很低的，但在使用許多鎮(zhèn)流器和燈的地方節(jié)約就很大了，例如，在安裝幾百盞燈的停車場(chǎng)和大的批發(fā)商店節(jié)約了大量的成本。
注意，如上所述，一旦對(duì)芯片38提供了適當(dāng)?shù)墓β?，就接通了FET46，結(jié)果，二極管28和電阻30就從有源電路路徑移去。因?yàn)殡娏鳜F(xiàn)在通過線圈22b、二極管70和電阻72在提高的基礎(chǔ)上供給到電容器32，不需要電阻30，沒有電流流動(dòng)避免了功率浪費(fèi)。最后的效果是在工作的前半周期，使用電阻30限制沖擊電流，它的作用就像電壓分配器的一部分，直到它被從鎮(zhèn)流器電源電路的工作部分有效地出去之后FET46導(dǎo)通止。
此外，因?yàn)樵谳斎牍苣_36的電阻電容組合的時(shí)間常數(shù)限制了在電容器兩端的電壓形成，對(duì)于輸入管腳，需要電容器兩端的電壓花費(fèi)較長的時(shí)間達(dá)到適當(dāng)?shù)碾娖浇油üβ室驍?shù)芯片和鎮(zhèn)流器。相反，上述鎮(zhèn)流器的電路單元確保鎮(zhèn)流器在工作的前半周期接通被接通，特別對(duì)于低于通常輸入電壓的情況下，而現(xiàn)有技術(shù)做不到這一點(diǎn)。
一旦起動(dòng)，IC芯片38通過有關(guān)電路單元的組合效果自己保持，其使用從整流橋18到功率芯片38的輸出電壓20，以及鎮(zhèn)流器控制電路連同燈4與IC芯片38保持負(fù)載功率與輸入功率同相。這由強(qiáng)迫感應(yīng)沖擊出現(xiàn)在扼流圈22a實(shí)現(xiàn)，并在次級(jí)線圈22b衍生，并在全波整流橋18的輸出上與半正矢波同相。應(yīng)當(dāng)注意，IC芯片38在沒有負(fù)載時(shí)斷開，因?yàn)闆]有DC保持電壓。
整流橋18的輸出電壓20加到電阻50和52，電阻形成了電壓分配器，部分地加到電容器54，其幫助施加到IC芯片38的輸入管腳56的濾波電壓。IC芯片38的輸入管腳58接地。通過對(duì)電阻50和52的電阻值的適當(dāng)選擇，管腳56上的電壓基本上設(shè)置在2V峰值，該電壓與整流橋輸出電壓20的把正矢波同相。在芯片38的內(nèi)部，通過驅(qū)動(dòng)電路(未示出)的電壓呈現(xiàn)在輸出管腳60。在每一個(gè)把正矢波期間，只要達(dá)到適當(dāng)?shù)碾妷弘娖?，電壓施加到FET62的柵極，并接通FET62。
當(dāng)FET62接通時(shí)，它很快使線圈22a的右端接地，當(dāng)它釋放時(shí)，在線圈22a中引起感應(yīng)沖擊并在線圈22b中反映了感應(yīng)沖擊，兩個(gè)感應(yīng)沖擊與從輸入電源線獲得的把正矢波同相。感應(yīng)的電壓電平由電阻64和66形成的電壓分配器確定。在這個(gè)應(yīng)用中，選擇電阻64和66的值在電容器26上產(chǎn)生450V?？傠妷菏钦鳂蜉敵鲭妷?0和FET62斷開期間在線圈22中形成感應(yīng)沖擊的電壓的計(jì)算結(jié)果。450V電壓向電容器26和68充電并與輸入線電壓同相，或接近同相，誤差大約是一度。電容器68也作為高頻濾波器。
來自電阻64和66連接點(diǎn)的反饋提供到IC芯片38的輸入管腳76作為參考電壓V，使用該電壓通知IC芯片38的內(nèi)部電路正確DC電壓已經(jīng)到達(dá)。當(dāng)反饋出現(xiàn)時(shí)，從管腳60移去驅(qū)動(dòng)電壓，允許FET69斷開，直到下一個(gè)半正矢波呈現(xiàn)。
當(dāng)鎮(zhèn)流器2加載時(shí)，電容器26可能漏電，所以，通過反饋也使用合成的450V保持IC芯片38接通，以及，向剩余的鎮(zhèn)流器2和燈4供電。通過二極管70和電阻72到電容器32和34，到IC芯片38的反饋功率由線圈22b提供。如前所述，通過電阻42和44及FET46的電壓限制組合，電容器32向IC38的輸入管腳58供電。二極管70和電阻72插入線圈22b到電容器32和34的路徑中。二極管70防止電容器32或34放電并防止引起不想要的電流流入線圈22b，而電阻72作為限制在電路鐵芯中的電流到電容器32和34，它的作用就像連同電容器32和34對(duì)管腳58的濾波器。
當(dāng)FET62接通時(shí)，電阻78和80及電容器82的組合的作用是通過限制和濾波電流信號(hào)保護(hù)FET62。選擇的電阻80具有低值，基本上是一歐姆的十分之幾。驅(qū)動(dòng)電壓施加到輸出管腳88，電阻80限制電流直到FET62能夠容忍的程度。此外，電阻80兩端的壓降確定了電平，在該電平，F(xiàn)ET62被斷開，因?yàn)樗峁┝伺c電容器82形成的RC組合效果的延遲。此外，電阻78和電容器82對(duì)到管腳88的電流提供了高頻濾波能力。
總而言之，鎮(zhèn)流器2的前端部分的最終效果是對(duì)電子鎮(zhèn)流器提供了精確的，具有功率因數(shù)補(bǔ)償?shù)母邏篋C電源，甚至當(dāng)輸入電壓電平處于它的最低期望值時(shí)，電子鎮(zhèn)流器在減少功率損耗上在工作的前半周期接通。前端部分也在限制沖擊電流能力上起重要作用，沖擊電流自動(dòng)地從電路的工作部分被移去，因此，保存了功率。前端鎮(zhèn)流器部分也提供了隔離的控制電路電源。事實(shí)上，使用變壓器向燈4供電確保從輸入功率源到控制電路或輸出(燈)沒有直接的電連接。
流過線圈22a的電流通過變壓器的作用使得電流在次級(jí)線圈22C中流動(dòng)。當(dāng)線圈22a經(jīng)歷了前述的感應(yīng)沖擊時(shí)，在線圈22c中經(jīng)歷電流中成比例的增加。通過在線圈22a和22c之間選擇適當(dāng)?shù)脑褦?shù)比，在線圈22c中的感應(yīng)電壓可以設(shè)置為任何要求的電平。在這種情況下，電平可以低到DC整流電壓14V，高到40V，取決于感應(yīng)沖擊到線圈22c中產(chǎn)生電壓的貢獻(xiàn)和由鎮(zhèn)流器2驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。如圖2中沿著線圈22a、22b、22c側(cè)的圓點(diǎn)所示，它們的相位據(jù)此選擇。
鎮(zhèn)流器2的控制電路部分的功率從線圈22c獲得，并通過二極管90到集成電路芯片94的輸入管腳92，該二極管防止相反電流流入鎮(zhèn)流器2的前端部分，集成芯片是德州儀器公司TPS2813多功能芯片。由電容器96和98濾波電壓用于高頻。輸入管腳92接到IC芯片94中的內(nèi)部電壓調(diào)整器的輸入。調(diào)整器的輸出是管腳100，在呈現(xiàn)在輸入管腳92上的14到40V的范圍內(nèi)，通過調(diào)整器的動(dòng)作使管腳100保持11.5V的常數(shù)值。輸出管腳100連接到CMOS集成電路芯片104的輸入管腳102，芯片104是RCA壓控振蕩器。在鎮(zhèn)流器2的調(diào)光方案中，輸出管腳100也連接到運(yùn)算放大器106，放大器106是LMC6032。
IC芯片104的控制是基于電容器116的容量值和電阻122和124的數(shù)值，該電容器106連接到IC芯片104的管腳112和114兩端。電阻122的值確定了IC芯片104的下限頻率，而電阻124的值確定了上限頻率值。輸入管腳126上的電壓確定了IC芯片104的管腳150上的輸出電壓和DC方波的工作頻率。如果管腳126上的電壓是零V，如電阻122所確定的一樣，在管腳150上的輸出以它最低頻率振蕩。如果管腳126上的電壓達(dá)到它的最高值，如電阻124所確定的一樣，在芯片104的管腳150上的輸出以它可能的最高頻率振蕩。
如上所述，電容器116和電阻122和124的值確定了響應(yīng)芯片104的最小到最大頻率范圍。例如，如果管腳126上的電壓是零V，那么，電阻122和電容116的值確定了管腳150上的電壓的最小頻率。如果管腳126上的電壓達(dá)到管腳102上的電壓的最大值Vcc，那么，電阻124和電容器116的值確定了呈現(xiàn)在管腳150上的方波的最大頻率。此外，應(yīng)當(dāng)知道，頻率控制范圍是線性的，例如，在管腳126上的電壓變化10％將在管腳150上的電壓的頻率產(chǎn)生10％的變化。反過來說，電阻122和124的值也確定了從最小到最大值的頻率范圍的斜率。
一組匹配電阻128耦合在工作放大器106、110和由電流感應(yīng)線圈132、電阻134、二極管136組成的調(diào)光參考電壓源130之間。電阻組128是一組等效值的電阻，其匹配到百萬分之五十的公差，當(dāng)與放大器106和110一同使用時(shí)，產(chǎn)生了很好的差分放大器。像使用電阻組128一樣，合成的差分放大器106和110具有很高的共同模式抑制比，因?yàn)榈秸{(diào)光控制的線可能距離很長，電壓的微小變化將需要鎮(zhèn)流器控制電路2b處理。
位于燈附近進(jìn)行控制的調(diào)光開關(guān)(未示出)的電壓加到端點(diǎn)138和140兩端。這個(gè)電壓通過電阻組128中的電阻加到差分放大器106的輸入端。放大器106的輸出再一次通過電阻組128的一個(gè)電阻被饋送到求和點(diǎn)141，并從該點(diǎn)到差分放大器110的正輸入I。同時(shí)，由到接通或照明的燈之一的高壓線中的電流感應(yīng)的參考電流由在線圈132中的變壓器動(dòng)作獲得，并傳送到電阻組128中的電阻，合成電壓也送到求和點(diǎn)141和放大器110的輸入端108b。在這種情況下，輸入管腳108b上的實(shí)際電壓是調(diào)光器電壓和從線圈132獲得的燈參考電壓的平均值。如果假定調(diào)光器電壓是3V，燈參考電壓是3.5V，那么，平均電壓是3.25V，這個(gè)電壓就是加到放大器110的輸入端108b的電壓。
放大器110的輸出通過電阻142被饋送到芯片104的輸入管腳126，因此，改變了管腳126上的電壓和輸出管腳150上的電壓的工作頻率。這將引起施加到燈4的電壓的改變并引起亮度或照明強(qiáng)度的改變，提高或降低在線圈132中所要求的參考電流。當(dāng)亮度要求的在端點(diǎn)138和140兩端的電壓到達(dá)時(shí)，差分放大器110的輸出不再按照調(diào)光器要求的值改變，管腳126處于恒壓狀態(tài)。在上面的例子中，這意味著調(diào)光器的電壓是3V，燈的參考電壓也是3V，這就使得保持芯片104管腳126的3V電壓為恒壓，就是說，直到亮度或照明強(qiáng)度要求改變時(shí)，該電壓才改變。
如圖2實(shí)施例所示，簡化的負(fù)反饋控制環(huán)路的方框圖顯示在圖13中。如圖所示在線1314中流動(dòng)的電流由電流測(cè)量裝置1300測(cè)量。電流測(cè)量裝置的例子是線圈或變壓器，一個(gè)例子顯示在圖2中的單元132。裝置1300產(chǎn)生一個(gè)電壓信號(hào)，該信號(hào)在線1302中流動(dòng)，裝置1300連接到最好是運(yùn)算放大器的求和電路。參考信號(hào)源1304最好是連接到電壓源的分壓器。參考信號(hào)源1304產(chǎn)生最好是電壓的參考信號(hào)1305，參考信號(hào)源1304連接到求和電路1306。在可調(diào)光鎮(zhèn)流器實(shí)施例中，參考電壓1305基本上由用戶設(shè)置，以調(diào)節(jié)燈4的亮度或照明強(qiáng)度，燈在圖13中所示為負(fù)載1320。在其它實(shí)施例中，參考電壓1305可以是固定值，該值表明要求的亮度設(shè)置。
求和電路1306從參考信號(hào)1305中減去信號(hào)1302獲得連接到壓控振蕩器1310的輸入端的控制信號(hào)1308。壓控振蕩器1310的輸出端1312按照控制電壓1308調(diào)節(jié)它的頻率。如圖13方塊1316所示，使用頻率控制輸出端1312驅(qū)動(dòng)具有恒壓變壓器的電源電路。如圖5的500所示，恒壓變壓器根據(jù)輸出端1312的頻率限制電流，因此，限制了電流到負(fù)載4。圖13中的線1318代表了連接到負(fù)載1320的限流電信號(hào)，對(duì)于氣體放電燈，該限流電信號(hào)等效于負(fù)載4。因此，壓控振蕩器1310、漏磁變壓器500、負(fù)載4、電流測(cè)量裝置1300構(gòu)成了反饋控制系統(tǒng)的部分，保持了負(fù)載4要求的電流。
在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖12所示，在開環(huán)控制系統(tǒng)中不使用反饋控制。開環(huán)實(shí)施例沒有圖13中方塊1300的等效功能，圖13中的壓控振蕩器1310的控制是根據(jù)參考信號(hào)1305，而沒有受益于反饋參考1302。在許多應(yīng)用中，開環(huán)實(shí)施例給出了足夠的性能，并由于它的低成本，可能被優(yōu)選。
圖12所示的實(shí)施例與圖2所示的實(shí)施例具有類似的電子電路結(jié)構(gòu)。在圖12中，部件CD4046是壓控振蕩器，如圖13所述的方塊1310一樣。圖1中的元件T1、Q3、Q4構(gòu)成了標(biāo)準(zhǔn)的推挽驅(qū)動(dòng)電路，該電路是圖13的方塊1316中的電源的一部分。顯示在1316中的松耦合變壓器在圖12中作為元件T2，在圖2中作為T2A?？梢詮膱D12看到，變壓器T2的次級(jí)端沒有反饋。
在本實(shí)施例中的單個(gè)鎮(zhèn)流器向一到四個(gè)燈供電。在閉環(huán)反饋實(shí)施例中，如圖2所選擇的，燈參考信號(hào)130的負(fù)反饋動(dòng)作的重要性是圖13所示的控制系統(tǒng)在所有燈上加有適當(dāng)?shù)碾妷?，產(chǎn)生了調(diào)光器所要求的亮度，而不管鎮(zhèn)流器到鎮(zhèn)流器或調(diào)光開關(guān)到調(diào)光開關(guān)的變化。這基本上意味著單個(gè)鎮(zhèn)流器響應(yīng)由調(diào)光器電壓1305和參考電壓1302的和產(chǎn)生的反饋控制每一個(gè)燈內(nèi)的相同電流。在圖2中的實(shí)施例中，在對(duì)于線圈132的電流反饋響應(yīng)的用調(diào)光電壓求和的調(diào)光器控制下，消除了鎮(zhèn)流器到鎮(zhèn)流器的元件變化的影響，并且指定了燈的亮度或照明強(qiáng)度。如果燈4之一燒毀，鎮(zhèn)流器2仍能保持亮度。
返回到圖2，在起動(dòng)或接通時(shí)，連接在管腳100和126兩端的電容器144放電。當(dāng)官腳100上升到穩(wěn)定狀態(tài)或控制電壓11.5V時(shí)，電容器144拉升管腳126到控制電壓。然后，電容器144由電阻142和放大器110的輸出端充電到管腳100的控制電壓。這時(shí)的鎮(zhèn)流器從開始的最高頻率快速變化到由放大器110的輸出電壓代表的較低頻率。燈喜歡這種方式，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟哳l電離的較好，并且，變壓器162產(chǎn)生了低電流?；旧希@是燈的軟起動(dòng)，軟起動(dòng)保護(hù)了熒光涂層并延長了燈的壽命。電容器14一旦充電，也作為低通濾波器的部分，用于連接在放大器110和電阻142之間的控制系統(tǒng)，用電阻142處理亮度開關(guān)的過渡。例如，當(dāng)用戶改變調(diào)光器控制電壓時(shí)，放大器110的輸出總是同時(shí)改變。類似地，如果在線圈132中產(chǎn)生的燈參考電流變化，放大器110的輸出也總是同時(shí)變化。如果控制系統(tǒng)快速響應(yīng)這種變化，那么，燈就會(huì)閃爍或顫動(dòng)，直到到達(dá)所要求的亮度或照明強(qiáng)度。為避免此問題，充電的電容器144和電阻142形成RC電路，RC電路在加到管腳126的信號(hào)上加一時(shí)間延遲，因此，平滑了亮度過渡。因此，當(dāng)開始運(yùn)行或作為微分器時(shí)，根據(jù)控制電路位于工作周期的位置，電容器144和電阻142的組合的作用就像一個(gè)低通濾波器。
如前所述，芯片104的方波電壓輸出依賴于管腳126上的電壓。在啟動(dòng)時(shí)，管腳126的電壓相對(duì)高，因此，管腳150上的電壓的頻率也高。管腳150連接到芯片94的輸入管腳152。芯片94的內(nèi)部是兩個(gè)緩沖器，其把輸出電壓加到芯片94的管腳154和156。這些輸出的頻率是相同的，但相互之間的相位相差180度。這具有在脈沖變壓器162的初級(jí)繞組162a的兩端加倍電壓的效果。芯片94的內(nèi)部緩沖器由強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)器以2安培的量級(jí)把脈沖電流驅(qū)動(dòng)到容性負(fù)載，驅(qū)動(dòng)器是FET類型。這個(gè)能力允許相對(duì)弱的信號(hào)被提高，所以FET158和160可以很快地接通。這具有使過渡損耗最小化的效果，其取決于FET多快被接通(在此應(yīng)用中大約是40納秒)。選擇的FET具有阻抗的最低可能的“接通阻抗”，所以，通過FET和在鎮(zhèn)流器中的功率損耗被保持最低。最后，作用像在低功率CMOS之間的緩沖器一樣的芯片94執(zhí)行壓控振蕩器芯片104和功率FET158和160。
驅(qū)動(dòng)管腳154和156的輸出是一組具有高脈沖驅(qū)動(dòng)(2安培)能力的緊匹配的方波，方波之間的邊緣是在40納秒內(nèi)。電容器164的AC耦合效果允許低阻抗初級(jí)電感162a有效地被連接到輸出管腳154和156。根據(jù)這個(gè)輸出，控制電路將驅(qū)動(dòng)緊耦合脈沖變壓器162a的初級(jí)端，通過從管腳154和156的相位輸出，初級(jí)端的信號(hào)幅度在第二個(gè)變壓器繞組162a和162c有效地被加倍到正負(fù)11V。這有效地在初級(jí)162a的兩端加上22V的方波。在變壓器162的次級(jí)端上，這意味著功率FET158在柵極和源極有正11V，而功率FET160在柵極和源極有負(fù)11V。當(dāng)柵到源電壓大于正5V時(shí)，選擇的FET具有最小接通阻抗的最佳值，當(dāng)柵到源電壓小于負(fù)5V時(shí)，斷開電阻最大，通過分別由次級(jí)繞組162b和162c在它們各自的柵極和源極兩端的正負(fù)11V，他們很快接通和斷開。這保證了功率FET158和160很快接通和斷開，其使過渡損耗最小。
相互之間異相180度的次級(jí)繞組162b和162c確保了產(chǎn)生的柵到源電壓，以至接通和斷開功率FET也異相180度。但是，產(chǎn)生的電壓的邊緣是這樣尖銳和快速，以至存在一種可能性，即使呈現(xiàn)在點(diǎn)166的短暫允許的450V電壓接地，F(xiàn)ET將在同時(shí)接通。這將是不安全的，并無疑在鎮(zhèn)流器中產(chǎn)生問題或?qū)τ脩羰且粋€(gè)威脅。因此，如圖2所示，電感168和170從每一個(gè)次級(jí)繞組的一端連接到有關(guān)的FET的源極，以插入一點(diǎn)延遲，因此，建立了安全區(qū)，并確保了功率FET158和160不在同時(shí)接通。
功率FET158和160的中點(diǎn)180連接到獨(dú)立變壓器178的初級(jí)端178a，后面將詳細(xì)論述。功率FET158和160的接通-斷開動(dòng)作在450V和地之間驅(qū)動(dòng)點(diǎn)180。電容器176向初級(jí)繞組178a提供了AC耦合。接地的電容器176在點(diǎn)180向電壓擺動(dòng)的中部充電或充到225V。這有效地使AC電壓加到初級(jí)繞組178a，初級(jí)繞組的電壓從0到225V到450V之間變化。二極管172和174非常快速地并分別保護(hù)FET158和160免受任何感應(yīng)沖擊，該感應(yīng)沖擊是由功率FET斷開在初級(jí)繞組178a中引起的突變的電壓變化形成的。
變壓器178是緊密纏繞、限流式的。當(dāng)初級(jí)繞組178a接通時(shí)，變壓器動(dòng)作使得電壓感應(yīng)在次級(jí)繞組178b、178c、178d、178e。在通常穩(wěn)定工作期間，次級(jí)繞組178d兩端的電壓大約是有效電壓280V。燈的主要功率來自次級(jí)繞組178d。次級(jí)繞組178b、178c、178e向燈絲182、184、186、188提供電壓。由繞組178b、178c、178e提供的次級(jí)燈絲電壓是有效電壓5V。如圖2所示，次級(jí)繞組178b連接到燈絲184和186，次級(jí)繞組178c連接到燈絲182，次級(jí)繞組178e連接到燈絲188。
在啟動(dòng)時(shí)，因?yàn)樗蔷o密纏繞的，所以次級(jí)繞組升到大約有效電壓470V，這就是點(diǎn)亮燈和引起燈內(nèi)部氣體電離所需要的電壓。同時(shí)，次級(jí)繞組178b、178c、178e向燈絲提供大約9V的電壓。如前面提到的啟動(dòng)一樣，驅(qū)動(dòng)頻率處于最大值。在啟動(dòng)時(shí)，每一個(gè)電容器190、192、194被認(rèn)為是短路的，結(jié)果在次級(jí)繞組178d的燈兩端電壓為最大以便幫助電離燈內(nèi)的氣體，并導(dǎo)致燈的軟啟動(dòng)。那么，控制電路部分的工作頻率是在最高值，次級(jí)繞組178d的電流是在最低值，保持燈絲處于加熱燈的提升電壓電平，并幫助燈絲增強(qiáng)電子流動(dòng)。
因?yàn)闅怏w放電燈在高頻很容易電離，所以加到燈的啟動(dòng)電壓分布執(zhí)行了所謂的“軟起動(dòng)”。燈的啟動(dòng)電壓被預(yù)置在100KHz的頻率，該頻率振蕩到非調(diào)光鎮(zhèn)流器的工作頻率或?qū)?yīng)于調(diào)光開關(guān)(未示出)和有關(guān)的調(diào)光電路提供的反饋的頻率設(shè)置點(diǎn)。在較高的工作頻率上，次級(jí)消耗較少的電流，這意味著作為變壓器178動(dòng)作的結(jié)果，較少的功率輸送到燈。在燈起動(dòng)期間，這個(gè)“軟起動(dòng)”大大減少了燈的閃爍和噪音。此外，低起動(dòng)電流減少了燈側(cè)壁上熒光粉的損耗，因此，延長了燈的使用壽命。
當(dāng)燈開始消耗電流時(shí)，由于變壓器178的限流性質(zhì)，次級(jí)線圈178d的電壓大約是280V，這是為T8型氣體放電燈選擇的值(對(duì)于其它類型的氣體放電燈該值是不同的)。由于同樣的原因，連接到燈絲的其它次級(jí)繞組電壓同時(shí)降到5V。只要控制點(diǎn)設(shè)置在端點(diǎn)138和140，頻率就開始減少。
名義上，起動(dòng)之后，次級(jí)繞組178b、178c、178e的電壓是5V，即使為控制的目的降低頻率，它們也處于這個(gè)電平上。但是，燈絲電壓取決于電容器190、192、194耦合到各自燈絲呈現(xiàn)的阻抗。將選擇電容器190、192、194的容量值，該值實(shí)際上把燈絲電壓降到大約2.5V用于全照明，或最小控制頻率或在10％照明時(shí)的5V，該電壓對(duì)應(yīng)最小控制頻率，因?yàn)樵诘凸怆娖缴?，重要的是施加全電壓到各自的燈絲，以保持燈內(nèi)部的加熱，因此，避免了燈的閃爍。
一個(gè)等效的非調(diào)光電子鎮(zhèn)流器200顯示在圖4中。鎮(zhèn)流器200的非調(diào)光類型的電源部分與圖2所示的鎮(zhèn)流器2的調(diào)光類型的電源部分相同。除了下述之外，鎮(zhèn)流器200的非調(diào)光類型的控制電源部分的功能在所有方面與調(diào)光類型的控制電路部分相同。比較圖2和圖4，差分放大器106和110與匹配電阻組128和端點(diǎn)138和140一起從鎮(zhèn)流器2的控制電路中除去。再一次比較圖2和圖4，連接到差分放大器110輸出端的電阻142的一端也從該端除去，并連接到IC104的輸入管腳127。管腳126仍然連接在電阻142和電容器144之間。在起動(dòng)開始時(shí)，電容器144被放電并有效地短路，其拉升管腳126到它的電壓范圍的上限，確保在管腳150上的最大頻率輸出電壓，以獲得前面解釋的燈偏愛的范圍內(nèi)掃描。當(dāng)電容器144充電時(shí)，到管腳126的電壓實(shí)際上減小到它的最小值，并且，管腳150上的電壓的頻率以相同的百分比線性地下降到穩(wěn)定工作頻率。如前所述，選擇的電阻122和124的值確定了管腳150上的方波電壓輸出的最大和最小頻率。
同樣，在非調(diào)光結(jié)構(gòu)中，比較圖2和圖4，包括敏感線圈132、電阻134和二極管136的燈電流參考敏感電路連同燈絲電容器190、192、194一起從鎮(zhèn)流器2控制電路中除去。通過除去上面列舉電路單元形成的合成非調(diào)光鎮(zhèn)流器和把電阻142直接重新連接到IC104是與調(diào)光鎮(zhèn)流器2相同的。
選擇的變壓器178的參數(shù)要滿足幾個(gè)性能因數(shù)，包括傳輸?shù)墓β视行У仳?qū)動(dòng)燈、開始接通燈要求的開路電壓、燈電流振幅因數(shù)(峰值燈電流與有效燈電流之比)該因數(shù)應(yīng)低于1.7。此外，因?yàn)樗南蘖髂芰?，在變壓?78的次級(jí)端上的短路或高電流要求的情況，變壓器178按照大約是10的因數(shù)降低向它的次級(jí)繞組傳送的視在功率。當(dāng)然，對(duì)鎮(zhèn)流器存在等效的輸入功率的減少。
使用變壓器178、頻率控制器件、限流器件、鎮(zhèn)流器的頻率控制是改善鎮(zhèn)流器的關(guān)鍵因素。此外，變壓器提供了短路隔離，其隔離了最終電源的負(fù)載，并把短路電流限制到最小。
通過改變壓控振蕩器芯片104的輸入管腳126的電壓獲得控制，以產(chǎn)生恒幅和變化的頻率或在預(yù)定恒頻上保持產(chǎn)生電壓(用于非調(diào)光型鎮(zhèn)流器)的恒壓的輸出驅(qū)動(dòng)電壓。靜效應(yīng)是在變壓器178次級(jí)端感應(yīng)的電流直接依賴于所用方波的頻率。使用這樣的結(jié)構(gòu)把電流和電壓限制為頻率的函數(shù)，而不需要采用脈寬調(diào)制和有關(guān)的諧振電路清除電壓波紋。本電子鎮(zhèn)流器避免了這種需要，而提供了平滑的和有效的工作條件。
在松耦合變壓器中，漏感的概念是一種數(shù)學(xué)的方法，在理論上計(jì)算初級(jí)和次級(jí)繞組之間的較少的磁耦合。圖5(a)和5(b)顯示了松耦合變壓器。變壓器磁芯由兩個(gè)E型的、互相面對(duì)的鐵氧體磁部件502和504組成。如圖5(b)中的520和522所示，中部鐵心由磁芯中的兩個(gè)開口確定。磁芯的中部鐵心可以制成如圖5(a)所示的包括隙縫，或圖5(b)所示的不包括隙縫。如圖5(a)所示，初級(jí)和次級(jí)線圈(分別是506和508)可以位于磁芯周圍的不同位置(也見506a和508a)。初級(jí)線圈506和次級(jí)線圈508沿著中部鐵心或部件位于間隔離開的關(guān)系，并如圖5(b)所是通過磁芯的兩個(gè)開口纏繞。
在圖5(a)的實(shí)施例中，E型磁芯的中部形成了分流器510，中部具有預(yù)定的、適當(dāng)寬度的空氣隙。本領(lǐng)域的技術(shù)人員都知道分流器510中的隙縫512也可由不是空氣的不同材料形成，例如，介電材料或甚至是預(yù)定特性的液體混合材料。此外，通過實(shí)驗(yàn)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，沒有隙縫也可獲得適當(dāng)?shù)穆└?。無隙縫設(shè)計(jì)的一個(gè)例子包括位于磁芯的中心腿上的初級(jí)和次級(jí)繞組，并相互之間間隔放置。
最好使用塑料線軸524固定繞組。導(dǎo)線直接繞在線軸524上，然后插入中心腿上。插入之后，把鐵氧體磁芯粘合在一起并對(duì)準(zhǔn)線管524。在優(yōu)選實(shí)施例中，線管的第一部分526用于初級(jí)繞組506，第二部分528用于次級(jí)繞組508。通過把繞組分成不同的部分，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)變壓器將有相對(duì)高的效率，而仍然可以產(chǎn)生適當(dāng)?shù)穆└小Ｗ詈檬褂盟芰现瞥刹⑽挥诰€管524的第一部分526和第二部分528之間的分隔器530被用于把初級(jí)繞組506和次級(jí)繞組508分隔開。
如后面所述的情況二一樣，在通常的工作狀態(tài)，變壓器500的初級(jí)磁通路線環(huán)繞由虛線514所示的周邊。如后面所述的情況三一樣，在短路條件下，如虛線516所示，初級(jí)磁通線通過分流器510并跨在空氣隙512兩端。對(duì)于不同的應(yīng)用，隙縫512可以適當(dāng)變化，并按照負(fù)載類型和采用的控制方案，移動(dòng)變壓器500的磁阻和響應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意，變壓器磁芯的形狀沒有局限于圖示的E型，在所要求的在磁芯的外緣或內(nèi)緣放置分流器的控制器中可以采用橢圓形、圓形、矩形和其它形狀。對(duì)有興趣詳細(xì)了解變壓器的人員，包括松耦合變壓器，可以參考前面提到的參考資料和由N.R.Grossner撰寫的“用于電子電路的變壓器”一文，第二版，紐約McGraw-Hill 1983年出版。
松耦合變壓器500的等效模型顯示在圖6中。變壓器600的初級(jí)端的電感Lp被認(rèn)為全部包括在繞組602中，它的阻抗分量Rp被認(rèn)為全部包括在電阻604中。因此，為模型和分析的目的，把初級(jí)線圈分成為純電感分量和純阻抗分量。在次級(jí)端，認(rèn)為繞組606代表次級(jí)電感Ls。為模型的目的，假定負(fù)載608是純阻抗，并由次級(jí)繞組阻抗Rs和負(fù)載阻抗RL組成。
下面確定這個(gè)模型的工作特性和變壓器500的耦合。假定匝數(shù)比是1到2，一種升壓變壓器，當(dāng)次級(jí)開路或短路時(shí)，測(cè)量次級(jí)的電感Ls和初級(jí)的電感Lp。由于測(cè)試松耦合變壓器開路的次級(jí)，在40毫亨測(cè)量初級(jí)Lpo的視在電感。由于測(cè)試相同的變壓器短路的次級(jí)，在40毫亨測(cè)量初級(jí)Lps的視在電感。初級(jí)的電感比由下式給出(2)電感耦合比=Lpo/Lps表明了10的耦合比。應(yīng)當(dāng)注意，在相同的次級(jí)開路和短路條件下，考慮變壓器的匝數(shù)比，通過比較次級(jí)電感，可以得到相同的比率。作為一般的經(jīng)驗(yàn)法則，低于10的電感耦合比被認(rèn)為是“松耦合”，而高于30的耦合比被認(rèn)為是“緊耦合”。如所實(shí)施的，變壓器的電感耦合比應(yīng)當(dāng)在10和30之間變化。另一方面說，根據(jù)相對(duì)于負(fù)載要求的變壓器的工作特性，變壓器初級(jí)繞組產(chǎn)生的磁通量的80％到99％應(yīng)當(dāng)通過變壓器的次級(jí)繞組。這個(gè)范圍旨在包括圖7所示的具有一般電特性的變壓器。
泄漏變壓器的許多變化是可能的。熟練技術(shù)人員知道，幾個(gè)因數(shù)可以影響變壓器的固有漏感，包括磁芯的形狀、繞組的位置、隙縫的尺寸和形狀、繞組的性質(zhì)。
存在三種基本的工作情況，可以使用這三種情況確定或描述變壓器500的工作特性。為描述的目的，再一次假定變壓器500是緊纏繞的，以至存在2∶1的匝數(shù)比；既，變壓器的作用就像一個(gè)升壓器件，在該器件中，輸入電壓在次級(jí)繞組606兩端被加倍。為簡化討論變壓器模型的目的，進(jìn)一步假定變壓器500在工作中是完美的(沒有工作損耗，Rp=0)。
在第一種模型的情況中，認(rèn)為負(fù)載608很大，基本上是開路。在這個(gè)例子中，通過負(fù)載608和次級(jí)繞組606的次級(jí)電流非常小。同樣，因?yàn)榧俣ㄗ儔浩魇峭昝赖?，初?jí)電流也相當(dāng)小。因此，在開路負(fù)載條件下，根據(jù)它的線圈匝數(shù)比，變壓器500的作用就像從初級(jí)到次級(jí)轉(zhuǎn)移小量的功率。
跳到情況3，現(xiàn)在認(rèn)為負(fù)載608非常小，基本上是短路。在這種情況下，傳輸?shù)截?fù)載608的功率基本上是零(很低或者為零的電壓乘以次級(jí)電流)，在初級(jí)中的電流Ip由加到初級(jí)繞組的電壓和它的頻率確定。因?yàn)檎J(rèn)為變壓器500被認(rèn)為是完美的，所以，初級(jí)中的電流是次級(jí)中電流的一半(假定2∶1的匝數(shù)比)，因此，電流是很低的。由于繞組602造成流動(dòng)的初級(jí)電流是輸入電壓和頻率的函數(shù)，并且保持仍然很低以及與電壓Vp有90度的相位差。因此，當(dāng)次級(jí)接近短路條件時(shí)，視在初級(jí)電流變得很低，并降向零安培。
在中間的情況2中，次級(jí)負(fù)載608在開路和短路之間變化，初級(jí)電流Ip由加在初級(jí)兩端的電壓Vp、它的頻率、初級(jí)繞組602的短路感抗Lps確定。如圖7所示，在低頻，繞組電流相對(duì)地高，而在高頻，繞組電流相對(duì)地低，因?yàn)樵谌魏谓o定的頻率，變壓器繞組的電感和它們的阻抗隨著初級(jí)電壓的頻率的函數(shù)相反地變化。
例如，負(fù)載608的電阻是1200歐姆、在100KHz的有效輸入電壓是225V、4毫亨的電感Lp、600歐姆的初級(jí)電阻，初級(jí)電流可由阻抗Zp除以初級(jí)電壓確定(3)Ip=Vp/Zp(其中Zp=2 FLp-Rp)=225/(100×103)(6.28)(4×103)+(Rp)=225/(2512+600)=0.0723安培，或大約72毫安。如果在中間情況的頻率增加到200KHz，初級(jí)電流將降到大約40毫安。如果頻率減少到50KHz，初級(jí)電流增加到大約121毫安。因此，改變變壓器驅(qū)動(dòng)電壓的頻率允許控制傳輸?shù)截?fù)載的功率，以及限制工作電流，兩者都作為加到變壓器初級(jí)繞組的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率的函數(shù)。通過改變感抗和阻抗，在驅(qū)動(dòng)電壓中的頻率變化有效地改變了變壓器的工作特性。
變壓器電流和頻率之間的合成關(guān)系顯示在圖7中，在圖7中，圖示了初級(jí)電流Ip和次級(jí)電流Is與初級(jí)電壓的頻率的關(guān)系曲線。應(yīng)當(dāng)注意，Is相對(duì)于Ip位置將是變壓器初級(jí)和次級(jí)繞組的匝數(shù)比的函數(shù)。
松耦合變壓器的繞組感抗和阻抗的控制特性的能力隨頻率的函數(shù)變化，該頻率是前面論述的鎮(zhèn)流器2連接中的在控制器或調(diào)制器中采用的。這種控制器的簡化的示意圖顯示在圖8中。提供在一個(gè)電平上的線電壓V和共同可用的頻率給整流電路802，該整流電路對(duì)其它電路和負(fù)載可能需要的輸入進(jìn)行整流。對(duì)于在特殊應(yīng)用中需要提高電壓的范圍，整流的并可能被提高或減小的電壓被加到一個(gè)電壓調(diào)整和控制電路804。控制電路804輸送參考電壓信號(hào)到受輸出頻率的任何變化影響的頻率控制電路806，按照參考信號(hào)，控制電路806調(diào)整它的輸出頻率，這些調(diào)整是負(fù)載810通過反饋回路812所要求的。
頻率控制電路方塊806的輸出被饋送到控制電路804，其被用于產(chǎn)生輸送到變壓器驅(qū)動(dòng)電路808要求的電壓類型(如方波、變化的脈沖串、半正矢波等)。使用在方塊808中產(chǎn)生的變壓器驅(qū)動(dòng)對(duì)于變壓器500產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)，變壓器500與負(fù)載810耦合從而將功率傳輸?shù)侥抢?。如上所述，很明顯，變壓器工作特性的控制依賴于加在變壓器500的初級(jí)繞組上的電壓的頻率。此外，從圖7唆使的關(guān)系、圖8的控制器示意圖、鎮(zhèn)流器2的調(diào)光類型的連接中可以看出，使用負(fù)載反饋適當(dāng)?shù)母淖兗釉谧儔浩鞯碾妷旱念l率，以改變它的繞組電流，并因此獲得了波形、功率或負(fù)載控制的調(diào)節(jié)和/或控制的轉(zhuǎn)移。
如何使用控制器900的例子圖示在圖9中。在圖9的結(jié)構(gòu)中，一種熱電的冷卻器/加熱器902由使用來自松耦合變壓器500和整流電路904的適當(dāng)電壓控制。當(dāng)外部溫度環(huán)境改變或用戶要求時(shí)，使用來自溫控器906的反饋或一組點(diǎn)信號(hào)調(diào)節(jié)頻率控制器908的輸出，因此，在前面討論的電子鎮(zhèn)流器2的工作連接的方式中，改變了加在變壓器500的驅(qū)動(dòng)電壓的頻率。
如何使用控制器1000的另一個(gè)例子圖示在圖10中。在圖10的結(jié)構(gòu)中，脈沖驅(qū)動(dòng)電路1002通過松耦合變壓器500適合于把變化頻率的脈沖串傳輸?shù)竭h(yuǎn)程接收電路或負(fù)載1004。加到變壓器500的電壓被設(shè)置到最低或由脈沖驅(qū)動(dòng)電路1002傳輸?shù)幕镜拿}沖頻率，以至，限制了最大電流的消耗。在次級(jí)中出現(xiàn)過載或故障的情況中，向上移動(dòng)工作頻點(diǎn)的反饋可以優(yōu)先使用，協(xié)助限制電流。
如何使用控制器1100的另一個(gè)例子顯示在圖11中，來自公共電力提供商1102的電壓源通過松耦合變壓器500傳輸?shù)椒终净蚬I(yè)負(fù)載負(fù)載1104。負(fù)載1104將由電動(dòng)機(jī)或一組電動(dòng)機(jī)組成，這些電動(dòng)機(jī)周期地接通或斷開電線。變壓器500將升高、降低或是全繞組變壓器，但它可由它的頻控特性適應(yīng)，所以，大的輸出負(fù)載或短路將不會(huì)降低或減少對(duì)其它用戶的電壓。
并聯(lián)氣體放電燈的調(diào)光鎮(zhèn)流器參考圖14，圖14顯示了本發(fā)明調(diào)光鎮(zhèn)流器的另一個(gè)實(shí)施例。這個(gè)實(shí)施例采用四個(gè)松耦合變壓器T2、T3、T4、T5，每一個(gè)變壓器具有并聯(lián)連接到功率FET158和160的輸出端的初級(jí)繞組。松耦合變壓器的次級(jí)輸出T2、T3、T4、T5接到連接器J3。如圖15所示，連接器J3連接到插頭P3，同時(shí)連接了四個(gè)負(fù)載，例如，熒光燈1501、1502、1503、1504。
功率FET通過變壓器T1驅(qū)動(dòng)，即，圖2所示的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器的變壓器162。因此，圖2中連接到變壓器162次級(jí)的功率和負(fù)載電路由圖14中連接到變壓器T1次級(jí)的功率和負(fù)載電路所替代，以形成圖14所示的本發(fā)明的實(shí)施例。圖14實(shí)施例和圖2實(shí)施例之間的進(jìn)一步差別是在圖2中沒有延時(shí)電感器168和170連接到FET158和160的源極。這些電感器被用來在FET的開關(guān)之間提供滯后時(shí)間，以確保它們決不同步接通。在圖14的實(shí)施例中，小的延時(shí)或相位漂移將在兩個(gè)輸入152(圖2)之間插入在集成電路94的緩沖器內(nèi)。結(jié)果，變壓器T1或162次級(jí)輸出的方波將在方波的每一個(gè)零電壓交叉點(diǎn)上有一點(diǎn)空載時(shí)間。這確保FET158和160決不在同時(shí)接通。FET兩端的二極管172和174速度很快，并分別保護(hù)FET158和160免受感應(yīng)沖擊的影響，該感應(yīng)沖擊是由功率FET斷開時(shí)引起初級(jí)繞組中的電壓突然變化引起的。
變壓器T3和T5的端子3連接到FET158的源級(jí)。變壓器T2和T4的端子3和變壓器T3和T5的端子6通過電容器176連接到FET160的源極。功率FET158和160的中點(diǎn)180連接到變壓器T2和T4的端子6和變壓器T3和T5的端子3。這種結(jié)構(gòu)使得T4和T5相互之間的相位總是異相180度，因此，在它們之間產(chǎn)生的電壓總是零。同樣，變壓器T2和T3異相180度，因此，它們之間產(chǎn)生的電壓也是零。
功率FET158和160的接通-斷開動(dòng)作激勵(lì)在450V和地之間的中點(diǎn)180。電容器176為變壓器T2、T3、T4、T5提供AC耦合。接地的電容器176充電到在點(diǎn)180或到225V的電壓擺幅的中部。這使AC電壓有效地加在初級(jí)繞祖上，初級(jí)繞組的電壓在225V的電壓擺幅點(diǎn)上下變化225V。此外，次級(jí)繞組的任何兩個(gè)輸出引線的最大電壓不超過225V。
圖14和15中的實(shí)施例是氣體放電燈或熒光燈的實(shí)際并聯(lián)結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)四個(gè)燈中的一個(gè)燈燒毀時(shí)，剩余的三個(gè)燈正常工作，而不管燒毀的燈是短路或開路。
在圖14和15中，通過T5的每一個(gè)變壓器T2都是上述的松耦合變壓器，其初級(jí)次級(jí)匝數(shù)比是1∶1。初級(jí)有363匝，功率次級(jí)(端點(diǎn)2和5)有363匝。每一個(gè)變壓器、T2、T3、T4、T5的燈絲次級(jí)繞組有16匝，包括串聯(lián)的0.1微法電容器。選擇電容器的值，在啟動(dòng)期間的高頻，電容器是低阻抗，以使電流通過燈絲。在燈工作的低頻，電容器的阻抗較高以限制燈絲電流，當(dāng)燈正常運(yùn)行在由每一個(gè)變壓器的主繞組(端點(diǎn)2和5)提供的全工作電壓時(shí)，有效地使燈絲繞組與電路分離。例如，在啟動(dòng)期間，燈1501通過電容器C17從變壓器T5的端點(diǎn)1和2以及通過電容器C21從端點(diǎn)4和5接收電流。當(dāng)燈1501的氣體被電離和等離子在滿功率上形成時(shí)，端點(diǎn)2和5之間的主次級(jí)繞組通過燈1501提供了主電流。在滿功率工作期間，不需要燈絲電流，在這種條件下，電容器C17和C21有效地限制了到燈絲繞組的電流。每一個(gè)變壓器的次級(jí)端點(diǎn)2和5之間的繞組提供了滿次級(jí)電流。
此外，變壓器T5的次級(jí)端點(diǎn)5連接到變壓器T4的次級(jí)端點(diǎn)2，變壓器T3的次級(jí)端點(diǎn)2連接到變壓器T4的次級(jí)端點(diǎn)5，變壓器T2的次級(jí)端點(diǎn)2連接到變壓器T3的次級(jí)端點(diǎn)5。變壓器T5的端點(diǎn)2和5之間的363匝次級(jí)繞組通過插座J3和插頭P3的管腳2和3接在燈1501氣體放電體兩端。變壓器T4的端點(diǎn)2和5之間的363匝次級(jí)繞組通過插座J3和插頭P3的管腳3和5接在燈1502氣體放電體兩端。變壓器T3的端點(diǎn)2和5之間的363匝次級(jí)繞組通過插座J3和插頭P3的管腳5和7接在燈1503氣體放電體兩端。同樣地，變壓器T2的端點(diǎn)2和5之間的363匝次級(jí)繞組通過插座J3和插頭P3的管腳7和9接在燈1504氣體放電體兩端。
變壓器T2、T3、T4、T5是如在圖14的每一個(gè)變壓器T2、T3、T4、T5中通過點(diǎn)調(diào)節(jié)初級(jí)端3和次級(jí)端1、2、5所示的對(duì)應(yīng)連接端，纏繞對(duì)應(yīng)的初級(jí)和次級(jí)。每一個(gè)燈1501、1502、1503、1504由它們自己的變壓器驅(qū)動(dòng)。此外，如圖14和15所示的連接結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)燈電壓加到每一盞燈上，所以，一個(gè)燈電路的故障或開路不影響其它燈的工作。
圖15和16的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例顯示了四盞并聯(lián)氣體放電燈，任何數(shù)量的燈可以并聯(lián)放置。成對(duì)增加燈是它的優(yōu)點(diǎn)，所以，反相變壓器可以平衡燈之間的電壓。燈的數(shù)量只由從電源得到的功率和通過功率FET的功率限制。
在圖16所示的另一個(gè)實(shí)施例中，耦合變壓器T6被放置在輸出中部功率點(diǎn)180和AC耦合電容器176之間。耦合變壓器T6把功率輸出耦合到同軸電纜CA。電纜CA是攜帶高頻功率信號(hào)到松耦合變壓器T2、T3、T4、T5的初級(jí)繞組的傳輸線。傳輸線可以是任何類型的雙線電纜。同軸電纜是最有吸引力的選擇，因?yàn)閺陌踩紤]，同軸電纜的屏蔽可以接地。
圖14的鎮(zhèn)流器控制電路可以放置在一個(gè)盒子內(nèi)，松耦合變壓器T2、T3、T4、T5和圖15所示的燈1501到1504可以簡單地放置在燈支架本身。同軸電纜CA距離鎮(zhèn)流器控制60英尺，或遠(yuǎn)離燈的實(shí)際位置。從維修和控制的觀點(diǎn)看，這樣配置是很方便的。
此外，本描述所用的短語“緊纏繞松耦合變壓器”沒有涉及到匝數(shù)比，緊纏繞松耦合變壓器僅意味著次級(jí)繞組的開路電壓高于由松耦合變壓器驅(qū)動(dòng)的器件的工作電壓。由變壓器的次級(jí)驅(qū)動(dòng)的器件的實(shí)際工作電壓由變壓器的漏感確定。在工作頻率上，緊纏繞松耦合變壓器作為電流源工作。
用于HID(高亮度放電)燈的調(diào)光鎮(zhèn)流器
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例顯示在圖17到20中。這個(gè)實(shí)施例是用于驅(qū)動(dòng)金屬鹵化物高亮度或高亮度放電燈的，這種燈需要連續(xù)的弧光放電保持燈的輸出。圖9所示的單個(gè)HID燈驅(qū)動(dòng)輸出電路1600連接到前述的圖2所示的調(diào)光控制電路。燈驅(qū)動(dòng)輸出電路1600以一個(gè)頻率在端點(diǎn)1612和1614接收225V驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在圖2中，燈驅(qū)動(dòng)控制電路的接收頻率從90KHz到200KHz之間變化。控制電路在大約225V上提供可變頻率輸出。
功率FET158和160通過變壓器T1驅(qū)動(dòng)，即，圖2中的調(diào)光電子鎮(zhèn)流器控制的變壓器162。因此，連接到圖2中變壓器162的次級(jí)的電源和負(fù)載電路由連接到圖17中的變壓器T1次級(jí)的電源和負(fù)載電路替代，以形成圖17所示的本發(fā)明的實(shí)施例。圖17實(shí)施例和圖2實(shí)施例之間的進(jìn)一步差別是在圖2中沒有延時(shí)電感器168和170連接到FET158和160的源極。這些電感器被用來在FET的開關(guān)之間提供滯后時(shí)間，以確保它們決不同步接通。在圖17的實(shí)施例中，小的延時(shí)或相位漂移(未示出)將在兩個(gè)輸入152之間插入在集成電路94的緩沖器內(nèi)(圖2)。結(jié)果，變壓器T1或162次級(jí)輸出的方波將在方波的每一個(gè)零電壓交叉點(diǎn)上有一點(diǎn)滯后時(shí)間。這確保FET158和160決不在同時(shí)接通。FET兩端的二極管172和174速度很快，并分別保護(hù)FET158和160免受感應(yīng)沖擊的影響，該感應(yīng)沖擊是由功率FET斷開時(shí)引起初級(jí)繞組中的電壓突然變化引起的。
電路1600包括松耦合或泄漏變壓器1616，該變壓器的匝數(shù)比在1∶0.75到1∶1.25之間，較好的匝數(shù)比是1∶1。在圖17所示的特殊優(yōu)選的實(shí)施例中，變壓器1616是使用絞合線的緊纏繞繞組變壓器。在圖17所示的實(shí)施例中使用1∶1的匝數(shù)比，在初級(jí)線管上有100匝絞合線，在次級(jí)線管上有100匝絞合線。匝數(shù)與泄漏成比例，匝數(shù)越多提供的泄漏越多。變壓器1616是緊纏繞的，以致使次級(jí)的開路電壓足夠高，以保持弧光電極1630和1632間的電弧。
絞合線是多股線，它的名稱來源于德國詞“Litzendraht”，所說的絞合線由絞在一起的相互絕緣的織物構(gòu)成，以至每一股趨于在整個(gè)導(dǎo)體的橫界面內(nèi)占據(jù)所有可能的位置。這個(gè)設(shè)計(jì)概念導(dǎo)致了每一股有相等的磁通泄漏和相同的電抗，因此，使得電流在每股之間均勻分配。絞合導(dǎo)線的典型應(yīng)用包括高頻電感器和變壓器。絞合線的構(gòu)成是由單獨(dú)絕緣的股線制成的。在股線上使用的絕緣是如Formvar的共用磁線膜絕緣。適用的絞合線可從芝加哥Kerrigan-Lewis導(dǎo)線產(chǎn)品公司獲得。絞合線為繞組提供了大電流容量。其它的導(dǎo)線配置具有大表面面積，例如，導(dǎo)電箔，將也被用來為繞組提供大電流容量。
圖17所示實(shí)施例中的初級(jí)繞組的開路電感Lo大約是58毫亨，短路電感Ls大約是1毫亨。次級(jí)繞組的開路和短路電感最好與初級(jí)繞組相同，分別是58毫亨和1毫亨，因此，提供的磁比也是1∶1。
松耦合變壓器1616的初級(jí)繞組1618連接到輸入端點(diǎn)1612和1614，輸入端點(diǎn)1612和1614從功率FET158和160接收225V輸入電壓。來自FET的功率信號(hào)最好具有90KHz到200KHz之間變化的頻率范圍。輸入端點(diǎn)1614也連接到電容器176的一端。電容器176的另一端連接到電路公共端或接地。在圖17所示的實(shí)施例中，電容器176的值是0.01微法。
松耦合變壓器1616的次級(jí)繞組1622兩端分別接在端點(diǎn)1624和1626。次級(jí)繞組1622也與峰值電容器1628并聯(lián)連接，HID燈弧光電極1630和1632及高亮度放電氣體單元1634通過另一個(gè)0.01微法電容器的一端連接到次級(jí)繞組1622的端點(diǎn)1626。特別地，端點(diǎn)1624連接到峰值電容器1628、電極1630、氣體單元1634的一端。另一端1626連接到電容器1636的一端。電容器1636的另一端連接到峰值電容器1628、電極1632、氣體燈單元1634的一端。本發(fā)明這個(gè)實(shí)施例電路1600的作用對(duì)燈單元1634來說基本上是一個(gè)準(zhǔn)電壓源。
當(dāng)燈1634開始接通時(shí)，通過FET158和160的控制器(圖2)產(chǎn)生一個(gè)150KHz左右的高頻信號(hào)，如圖18所示，在t0，這個(gè)頻率足夠產(chǎn)生一個(gè)高壓，并在圖19所示的弧光電極1630和1632兩端點(diǎn)燃弧光。這個(gè)高頻必須是一致地和可靠地產(chǎn)生要求的啟動(dòng)弧光，圖18是頻率對(duì)時(shí)間的曲線圖，并顯示在弧光啟動(dòng)之后，分別在時(shí)間t2和t1，電源頻率減小到90KHz到120KHz的工作范圍。
圖19是在150KHz啟動(dòng)期間，負(fù)載功率對(duì)頻率的曲線圖。本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路1600特別包括并聯(lián)峰值電容器1628和串聯(lián)電容器1636。在高頻時(shí)，電路諧振出現(xiàn)在150KHz附近，并且是由電容器1628的容量是3300微微法和次級(jí)繞組1622的電感的選擇所選擇的。
一旦擊出弧光，壓控振蕩器(圖2)的頻率輸出減到調(diào)光工作范圍，基本上在90KHz到120KHz。因?yàn)檫x擇了電容器的值，相對(duì)頻率漂移的負(fù)載功率在40KHz附近存在峰值，如圖20所示，工作值是在90KHz到120KHz之間。這主要是因?yàn)殡娙萜?636在驅(qū)動(dòng)電路1600中提供的容量，現(xiàn)在電容器1636成了支配的元件。在燈正常工作期間，選擇電容器1636的值，使次級(jí)繞組1622的電路諧振到非常低的諧振頻率，大約是40KHz，其在工作頻率范圍之下。圖20是在正常驅(qū)動(dòng)電路期間，頻率對(duì)驅(qū)動(dòng)電路LC時(shí)間常數(shù)的曲線圖，可以從這個(gè)曲線中看出，在90KHz和120KHz之間，電路時(shí)間常數(shù)相對(duì)于頻率成比例的變化。這正是所要求的工作區(qū)域，在該區(qū)域內(nèi)，頻率足夠高，排除了熄滅弧光的聲學(xué)諧振和燈的爆炸(如果燈工作在諧振區(qū)域，就會(huì)使燈爆炸)，在功率對(duì)頻率的比例區(qū)域內(nèi)，足夠低的頻率有效地使得電路對(duì)于電容器1628來說是可透過的。
如上所述，電路時(shí)間常數(shù)在150KHz或較高頻率上相對(duì)很短。在150KHz和200KHz之間的區(qū)域由電容器1628支配，因此，電路的諧振移到圖19所示的該區(qū)域。電容器1636在接通燈1634所用的高頻上是透明的。但是，調(diào)光功能是在較低頻率范圍內(nèi)進(jìn)行的，最好是在90KHz和120KHz之間。在這個(gè)頻率范圍內(nèi)，電容器1628的影響可以忽略，電容器1636起支配作用。
負(fù)載功率相對(duì)頻率的曲線顯示在圖20中。這個(gè)曲線顯示，對(duì)于高亮度放電燈1634和選擇的元件值，燈單元1634的最大功率，即最大亮度或照明強(qiáng)度，理論上出現(xiàn)在40KHz。在這個(gè)頻率上的負(fù)載功率對(duì)燈的運(yùn)行是太高了。但是，按照本發(fā)明，燈1634不工作在諧振，因此，不是在最大亮度上。工作在諧振的高功率上肯定使燈爆炸。
燈也不工作在低于諧振頻率下。低于90KHz的低頻工作是不合乎需要的，因?yàn)槁晫W(xué)諧振將熄滅需要連續(xù)保持高亮度放電燈功能的弧光。因此，保持在聲學(xué)諧振發(fā)生的區(qū)域之上的調(diào)光控制的工作區(qū)域顯示在圖20中的虛線，最好在90KHz和120KHz之間。在這個(gè)曲線的工作區(qū)域內(nèi)，圖19所示的90KHz和120KHz之間，傳送到燈單元1634的功率一般按應(yīng)用的頻率比例變化。因此，在端點(diǎn)1612和1614，通過變化調(diào)光控制電路(圖2)的信號(hào)頻率，用戶可以相對(duì)均勻地調(diào)亮或調(diào)暗高亮度氣體放電燈的亮度。
因此，一種操作連接到松耦合變壓器1616的高亮度放電燈的方法，在驅(qū)動(dòng)電路1600中，其具有由輸出電路元件值確定的峰值負(fù)載功率頻率，包括步驟以峰值負(fù)載功率頻率上的接通頻率接通燈1634；燈1634在接通頻率下的頻率和峰值負(fù)載功率頻率上的頻率工作；通過控制電路(圖2)調(diào)節(jié)燈工作頻率，以調(diào)節(jié)燈的亮度輸出。特別是，該方法包括至少在150KHz的頻率接通燈，最好在150KHz和200KHz之間接通燈；在諧振或峰值功率頻率上和接通頻率下的頻率范圍內(nèi)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)頻率以操作燈；操作步驟最好包括在90KHz到120KHz的頻率范圍內(nèi)，調(diào)節(jié)饋送到松耦合變壓器的控制電路輸出頻率。當(dāng)諧振或處于峰值時(shí)，最好使用這個(gè)范圍，燈照明頻率是40KHz。當(dāng)峰值負(fù)載功率頻率不同時(shí)，其它的頻率范圍是適當(dāng)?shù)?。選擇的工作頻率范圍對(duì)應(yīng)于峰值功率頻率上的負(fù)載功率曲線的線性區(qū)域。輸入到變壓器1616的頻率控制基本上由調(diào)節(jié)圖2中壓控振蕩器104的管腳126上的電壓進(jìn)行。輸入管腳126上的電壓確定了輸出電壓的工作頻率和IC芯片104的管腳150上的DC方波。如果管腳126上的電壓是零伏，管腳150上的輸出在電阻122確定的最低頻率上振蕩。如果管腳126上的電壓到達(dá)它的最高值，那么，芯片104的管腳150上的輸出在可能的最高頻率上振蕩。
本發(fā)明可以用不同于上述的方法實(shí)施。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以改變、變化所示的不同結(jié)構(gòu)。例如，根據(jù)驅(qū)動(dòng)高亮度燈的工作特性，可以選用不同的元件值。峰值的值、第一和第二電容器1628、176、1636、松耦合變壓器1616中線圈的匝數(shù)都是用于顯示所用。
例如，HID燈的瓦特?cái)?shù)確定了驅(qū)動(dòng)電路中松耦合變壓器的匝數(shù)。大瓦特?cái)?shù)要求在初級(jí)和次級(jí)繞組中成比例地較少的匝數(shù)，因?yàn)樾枰^少的漏感以供應(yīng)較多的電流。例如，如果在100瓦燈中需要100匝，那么，150瓦燈就需要81匝。
此外，本描述所用的短語“緊纏繞松耦合變壓器”沒有涉及到匝數(shù)比，緊纏繞松耦合變壓器僅意味著次級(jí)繞組的開路電壓高于由松耦合變壓器驅(qū)動(dòng)的器件的工作電壓。由變壓器的次級(jí)驅(qū)動(dòng)的器件的實(shí)際工作電壓由變壓器的漏感確定。在工作頻率上，緊纏繞松耦合變壓器作為電流源工作。
圖17所示的示意圖也可以通過并聯(lián)連接多個(gè)輸出驅(qū)動(dòng)電路1600的端點(diǎn)1612和1614修改，因此，多個(gè)高亮度放電燈可以由調(diào)光鎮(zhèn)流器控制電路控制。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種修改。例如，四盞燈顯示在圖14和15的實(shí)施例中。緊纏繞的松耦合變壓器可以加到以類似的方式連接的附加燈上，以形成五個(gè)或更多的燈的并聯(lián)。同樣，可以使用較少的燈，例如三個(gè)燈，在三個(gè)燈的情況下，四個(gè)變壓器之一可以排除。因此，本發(fā)明沒有局限于為公開的目的所選擇的實(shí)施例，而是覆蓋了所有變化和修改，這些變化和修改沒有遠(yuǎn)離本發(fā)明的范圍。因此，根據(jù)所述的本發(fā)明，專利需要保護(hù)和覆蓋的范圍呈現(xiàn)在權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1．一種控制傳輸?shù)綒怏w放電燈功率的調(diào)光鎮(zhèn)流器，包括a)松耦合的頻率電抗依賴型變壓器，它具有初級(jí)和次級(jí)繞組，初級(jí)繞組在選擇的頻率上接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)，次級(jí)繞組連接到燈；b)產(chǎn)生頻率控制信號(hào)的控制振蕩器；c)變壓器驅(qū)動(dòng)電路，它響應(yīng)頻率控制信號(hào)，并連接到松耦合變壓器的初級(jí)繞組，以在預(yù)定電壓幅度上把驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到變壓器的初級(jí)繞組，驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率由頻率控制信號(hào)控制；d)松耦合變壓器的電抗隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化，因此，松耦合變壓器具有隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化的變壓器阻抗；以及e)除了燈的燈阻抗之外，松耦合變壓器的初級(jí)繞組向變壓器驅(qū)動(dòng)電路反射變壓器阻抗，以至流入初級(jí)繞組的電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化，流入燈內(nèi)的次級(jí)繞組的結(jié)果電流隨驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化，因此，燈的照明亮度由改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率控制。
2．按權(quán)利要求1所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于變壓器包括具有隙縫的分流器。
3．按權(quán)利要求1所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括連接在燈和振蕩器之間的反饋電路，用于把表示照明亮度的信號(hào)加到所述振蕩器，以調(diào)節(jié)頻率控制信號(hào)和驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率。
4．按權(quán)利要求1所述的控制傳輸?shù)蕉鄠€(gè)氣體放電燈功率的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于還包括多個(gè)松耦合變壓器，每一個(gè)變壓器有一個(gè)初級(jí)繞組和多個(gè)次級(jí)繞組，其中，每一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組并聯(lián)電連接到另一個(gè)松耦合變壓器和變壓器驅(qū)動(dòng)電路，其中，每一個(gè)次級(jí)繞組電連接到燈之一，每一個(gè)變壓器的一個(gè)次級(jí)繞組以相反的信號(hào)連接到另一個(gè)變壓器的另一個(gè)次級(jí)繞組，其中，所述照明亮度響應(yīng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率。
5．按權(quán)利要求4所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于每一個(gè)所述松耦合變壓器具有以第一方向纏繞的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組；所述松耦合變壓器成對(duì)的與每一對(duì)次級(jí)繞組串聯(lián)連接；所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路在第一方向在每一對(duì)中連接到一個(gè)變壓器的初級(jí)，并與所述第一方向相反的方向在每一該對(duì)中連接到另一個(gè)變壓器的初級(jí)，因此，在該對(duì)中，一個(gè)變壓器次級(jí)的電壓與該對(duì)中另一個(gè)變壓器次級(jí)電壓的極性相反。
6．按權(quán)利要求5所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于每一個(gè)松耦合變壓器具有包括一對(duì)繞組的次級(jí)繞組和在該對(duì)繞組之間的主繞組，每一對(duì)繞組中的每一個(gè)繞組連接到燈內(nèi)的燈絲，主繞組連接在燈電極的兩端。
7．按權(quán)利要求1所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于所述的燈是需要連續(xù)弧光放電保持燈亮度的高亮度放電燈，所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器還包括所述松耦合變壓器，它具有連接到所時(shí)變壓器驅(qū)動(dòng)電路的初級(jí)繞組，以及連接在一對(duì)次級(jí)繞組之間的次級(jí)繞組；一個(gè)次級(jí)繞組端點(diǎn)連接到在高亮度放電燈中的一對(duì)弧光電極的一個(gè)電極；一組電容器串聯(lián)連接到所述次級(jí)繞組端點(diǎn)對(duì)的另一端點(diǎn)和所述弧光電極對(duì)中的另一個(gè)電極，所述的電容器組把次級(jí)繞組變換到低于調(diào)光工作頻率范圍的諧振頻率；以及峰值電容器與所述的弧光電極對(duì)并聯(lián)連接，峰值電容器在諧振頻率上提供點(diǎn)燃弧光的峰值負(fù)載功率。
8．按權(quán)利要求7所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于松耦合變壓器基本上具有1∶1的匝數(shù)比。
9．按權(quán)利要求7所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于松耦合變壓器是緊纏繞的變壓器。
10．按權(quán)利要求7所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于開始啟動(dòng)信號(hào)是在150KHz和200KHz之間的頻率，工作驅(qū)動(dòng)信號(hào)是在90KHz和120KHz之間的頻率，
11．按權(quán)利要求1所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于松耦合變壓器遠(yuǎn)離變壓器驅(qū)動(dòng)電路，所述的鎮(zhèn)流器還包括從所述變壓器驅(qū)動(dòng)電路向所述松耦合變壓器的初級(jí)傳送驅(qū)動(dòng)信號(hào)的高頻傳輸線。
12．按權(quán)利要求11所述的調(diào)光鎮(zhèn)流器，其特征在于高頻傳輸線是具有接地屏蔽的同軸電纜。
13．一種提供調(diào)光鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的方法，該方法包括步驟a)提供了一種至少有一個(gè)初級(jí)繞組和至少有一個(gè)次級(jí)繞組的松耦合變壓器，并且，還具有隨加到初級(jí)繞組的驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率變化的頻率依賴阻抗；b)按照要求的燈的光亮度，在預(yù)定頻率上產(chǎn)生變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)；c)以基本上是恒壓幅度和在預(yù)定頻率上把變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到松耦合變壓器的初級(jí)繞組，以控制由次級(jí)繞組加到氣體放電燈的電流，因此，控制了燈的照明亮度。
14．按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于松耦合變壓器的阻抗由具有隙縫的變壓器的分流器提供。
15．按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于還包括步驟感測(cè)加到燈上的電流；把感測(cè)步驟感測(cè)到的電流與所要求的參考電流進(jìn)行比較；產(chǎn)生響應(yīng)比較步驟的反饋信號(hào)；響應(yīng)該反饋信號(hào)，調(diào)整變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的預(yù)定頻率。
16．按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于存在多個(gè)并聯(lián)連接的氣體放電燈和多個(gè)松耦合變壓器，一個(gè)變壓器連接到每一盞燈，其中，所述加信號(hào)步驟實(shí)質(zhì)上是以恒壓幅度和以預(yù)定頻率把變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到每一松耦合變壓器的初級(jí)繞組，以控制由次級(jí)繞組加到連接到變壓器的氣體放電燈的電流，從而控制燈的亮度。
17．按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于每一個(gè)松耦合變壓器具有以第一方向纏繞的初級(jí)繞組和次級(jí)繞組，所述松耦合變壓器成對(duì)的與每一對(duì)次級(jí)繞組串聯(lián)連接，其中，所述的加信號(hào)步驟把變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)加到在第一方向在每一對(duì)變壓器中的一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組，并加到與第一方向相反方向的在每一對(duì)變壓器中的另一個(gè)變壓器的初級(jí)繞組，因此，在該對(duì)變壓器中，一個(gè)變壓器次級(jí)的電壓與該對(duì)中另一個(gè)變壓器次級(jí)電壓的極性相反。
18．按權(quán)利要求13所述的方法，其中燈是高亮度氣體放電燈，其特征在于所述的產(chǎn)生步驟包括步驟通過以高于峰值負(fù)載功率頻率的接通頻率產(chǎn)生變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)，接通所述燈；產(chǎn)生在高于峰值負(fù)載功率頻率和低于接通頻率的工作頻率范圍的變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)以操作所述的燈。
19．按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于峰值負(fù)載功率頻率低于90KHz，所述接通頻率高于120KHz，所述的操作步驟產(chǎn)生在頻率范圍90KHz到120KHz內(nèi)的變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
20．按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于第二峰值負(fù)載功率頻率大大高于工作頻率范圍，所述的接通步驟在接近第二負(fù)載功率頻率的接通頻率上產(chǎn)生變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
21．按權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于松耦合變壓器遠(yuǎn)離所述的加信號(hào)步驟，所述方法還包括在傳輸線上從所述加信號(hào)步驟向所述松耦合變壓器傳輸變壓器驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
22．按權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于傳輸線是同軸電纜，所述方法還包括將同軸電纜的屏蔽接地。
全文摘要
簡單和不昂貴的可調(diào)電子鎮(zhèn)流器采用了松耦合變壓器的優(yōu)點(diǎn),控制氣體放電燈的亮度。鎮(zhèn)流器利用了頻率調(diào)制與松耦合變壓器的電特性的組合,控制通過燈的電流和控制燈的照明亮度。通過改變向燈提供功率的松耦合變壓器的初級(jí)線圈中的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率,可以在次級(jí)線圈和燈中控制電流。次級(jí)中的電流由通過變壓器的固有電抗的驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率控制,通過控制到燈的電流,燈的光輸出是可控制的。多個(gè)氣體放電燈可以并聯(lián)連接到調(diào)光變壓器,所以,一個(gè)燈的故障不影響剩余的氣體放電燈的工作。同樣,調(diào)光鎮(zhèn)流器可以控制到高亮度放電燈的電流,并可控制這種燈的亮度。
文檔編號(hào)H05B41/282GK1306733SQ99807674
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期1999年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月21日
發(fā)明者休·帕特里克·亞當(dāng)森 申請(qǐng)人:電源電路創(chuàng)新公司