具有通斷控制的升壓轉(zhuǎn)換器的照明鎮(zhèn)流器及鎮(zhèn)流器操作方法

專利名稱：具有通斷控制的升壓轉(zhuǎn)換器的照明鎮(zhèn)流器及鎮(zhèn)流器操作方法
具有通斷控制的升壓轉(zhuǎn)換器的照明鎮(zhèn)流器及鎮(zhèn)流器操作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種照明鎮(zhèn)流器，特別是涉及一種調(diào)光型電子鎮(zhèn)流器，該調(diào)
光型電子鎮(zhèn)流器具有輸入耦合到交流(AC)電源且輸出提供直流(DC)總 線的前端，所述直流(DC)總線饋給激勵照明負(fù)載的后端，例如，氣體放 電燈負(fù)載，如熒光燈或其它燈負(fù)載。
對電子鎮(zhèn)流器效率最大化的需求與日俱增。特別地，在調(diào)光型電子鎮(zhèn)流 器中，能量的總消耗量源自通過鎮(zhèn)流器電子電路消耗的能量與照明負(fù)載消耗 的能量的結(jié)合。特別地，由于照明負(fù)載的亮度被調(diào)整至較低水平，所以鎮(zhèn)流 器的電路消耗的能量占據(jù)能量總消耗量的比例更大。在亮度為最低水平時， 鎮(zhèn)流器消耗的能量的比例通常最大。因此，希望能減小鎮(zhèn)流器消耗的能量值， 特別是在低照明水平上。
例如，客戶說明中可以要求使用35瓦的高端輸入功率，例如，在完全 燈強(qiáng)度下。這可以等于，例如大約28瓦在燈負(fù)載上消耗以及7瓦在鎮(zhèn)流器 上。
在低亮度水平上，也就是說，例如，10%的亮度水平，所述鎮(zhèn)流器的輸 入功率可以被確定為約10.5瓦或約為高端輸入功率的30%。典型的現(xiàn)有技 術(shù)的電子鎮(zhèn)流器在其低端亮度水平上，大約可以消耗輸入功率中的5瓦。在 所述高端，鎮(zhèn)流器可以消耗大約7瓦或輸入功率的近五分之--。在所述低端， 鎮(zhèn)流器約為5瓦的消耗量占輸入到鎮(zhèn)流器的一半左右。希望減小鎮(zhèn)流器的功 率消耗量，特別是在低端亮度水平當(dāng)鎮(zhèn)流器消耗的可用的輸入能量的比例更 大時。
一些調(diào)光型電子鎮(zhèn)流器具有用于減小輸入線電流的總諧波失真(THD) 和提升功率因數(shù)的主動前端。使用開關(guān)晶體管的升壓轉(zhuǎn)換器經(jīng)常被用于此目
的。然而，所述開關(guān)晶體管通常具有與操作相關(guān)的開關(guān)損耗。這些損耗在貫 穿鎮(zhèn)流器的調(diào)光范圍內(nèi)趨于常量。這些開關(guān)損耗在負(fù)載處于高端時鎮(zhèn)流器及 負(fù)載消耗的總功率中所占的比例明顯可以忽略。根據(jù)改進(jìn)的THD及功率因
數(shù)的優(yōu)勢，這通常被視為可接受的。然而，在低端，THD和功率因數(shù)的改
進(jìn)并非同樣重要，因為由鎮(zhèn)流器和負(fù)載引起的線電流相對低很多。因此，在
沒有THD和功率因數(shù)的附帶改進(jìn)的情況下，升壓轉(zhuǎn)換器中的開關(guān)損耗組成 了鎮(zhèn)流器及負(fù)載功率消耗的很大一部分。

發(fā)明內(nèi)容
依據(jù)本發(fā)明，提供-一種用于照明負(fù)載的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器具有用于將整 流的AC輸入電壓轉(zhuǎn)換成DC總線電壓的升壓轉(zhuǎn)換器。所述DC總線電壓被 提供給反相器輸出級，用于驅(qū)動所述照明負(fù)載。依據(jù)本發(fā)明，為了節(jié)省能量， 特別是當(dāng)照明負(fù)載被調(diào)暗至低于指定亮度水平時，所述升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷，因 此消耗更少功率。當(dāng)所述升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷時，DC總線電壓本質(zhì)地降至整流 AC輸入電壓的峰值。因為所述照明負(fù)載被調(diào)暗，所以不需要要求更高照明 水平的更高的總線電壓。通過關(guān)斷所述升壓轉(zhuǎn)換器，例如給定鎮(zhèn)流器在低端 亮度水平上的功率消耗約為5瓦，由于消除了升壓整流器內(nèi)的開關(guān)損耗，因 此節(jié)省了約1.5瓦的功率。因此，通過本發(fā)明，鎮(zhèn)流器在低端照明水平的損 耗被消除了約25%。
依據(jù)一方面，本發(fā)明包括用于驅(qū)動氣體放電燈的調(diào)光型電子鎮(zhèn)流器，所 述氣體放電燈包括接收具有峰值電壓水平的交流輸入和提供具有比交流輸 入的峰值電壓水平更高的升壓水平的直流電壓輸出的輸入級，用于將直流電 壓輸出轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動照明負(fù)載的高頻AC電壓的輸出級，此外，其中，輸
入級具有用于減小從升壓水平到減壓水平的直流電壓輸出的控制輸入；所述 鎮(zhèn)流器進(jìn)一步包括響應(yīng)于期望的照明水平信號，且具有耦合至所述輸入級的
控制輸入的輸出的控制級，該輸出用于當(dāng)期望照明水平輸入降至第一指定期 望照明水平時，將升壓水平減至減壓水平。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種用于供給照明負(fù)載的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)'流 器包括用于照明負(fù)載的電源，該電源包括具有交流輸入和提供整流輸出電壓 的整流器級，接收整流輸出電壓作為輸入且在DC總線兩端提供升直流輸出 電壓的升壓轉(zhuǎn)換器級，用于將DC總線電壓轉(zhuǎn)換成高頻AC電壓，以便驅(qū)動 照明負(fù)載的反相器輸出級，該鎮(zhèn)流器進(jìn)一步包括接收控制照明負(fù)載的期望照 明水平的期望照明水平輸入且提供用于依賴期望照明水平輸入轉(zhuǎn)變升壓轉(zhuǎn) 換器級開關(guān)的輸出控制信號的控制級。
依據(jù)另一方面，本發(fā)明包括一種用于減小電子調(diào)光型鎮(zhèn)流器的照明負(fù)載 的能量消耗的方法，所述方法包括接收具有峰值電壓水平的交流輸入及提供 具有比交流輸入的峰值電壓水平更高的升壓水平的直流電壓輸出，將所述直
流電壓輸出轉(zhuǎn)變成用于驅(qū)動輸出級的照明負(fù)載的高頻AC電壓，接收相應(yīng)于
照明負(fù)載的期望照明水平的期望照明水平輸入及在期望照明水平基礎(chǔ)上調(diào) 整照明負(fù)載的亮度，并且當(dāng)期望照明水平輸入減小至第一指定期望照明水平 時，將所述升壓水平減小至減壓水平。
本發(fā)明的其它目的特征及優(yōu)點將在以下本發(fā)明的參考附圖的詳細(xì)描述 中變得顯而易見。


本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行以下更為詳細(xì)的描述
圖1是依據(jù)本發(fā)明的鎮(zhèn)流器的結(jié)構(gòu)功能框圖2A是所述前端和圖1中鎮(zhèn)流器的總線電容的簡化的示意圖2B是所述控制電路和圖1中鎮(zhèn)流器的調(diào)光控制部分的簡化的示意圖3A示出了依賴于照明水平的升壓轉(zhuǎn)換器的通/斷狀態(tài)是如何被控制的
曲線圖3B是描述了與照明水平相對的鎮(zhèn)流器及負(fù)載的能量消耗的曲線圖； 圖3C說明了 DC總線電壓作為控制所述升壓轉(zhuǎn)換器通/斷的升壓控制電 流的功能；
圖3D (a)， (b)， (c)及(d)示出了說明DC總線電壓(圖3D (a)) 作為時鐘功能及所述升壓轉(zhuǎn)換器通/斷狀態(tài)(圖3D (b))的曲線圖，且同樣 在圖3D (c)和圖3D (d)中示出了由于圖3D (a)中DC總線電壓的改變 對照明水平的影響；
圖4是圖2A中的升壓轉(zhuǎn)換器通過圖2B中的控制電路的控制的第一實 施方式的流程圖5是圖2A中的升壓轉(zhuǎn)換器通過圖2B中的控制電路的控制的第二實 施方式的流程圖。
具體實施例方式
參考附圖，圖1示出了依據(jù)本發(fā)明的調(diào)光型鎮(zhèn)流器的功能框圖。所述鎮(zhèn) 流器具有前端電路10和后端電路50。所述后端電路包括轉(zhuǎn)換電路和輸出級， 所述輸出級驅(qū)動燈60，例如，熒光燈，高能放電燈，或其它適宜的照明負(fù)載。
前端電路10接收來自AC電源的輸入，例如60赫茲的277伏RMS。然 而，任何適宜的AC輸入電壓和線頻率可以被提供用于激勵所述鎮(zhèn)流器。提 供AC輸入到RF濾波器及整流器級12，例如，本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的EMI 濾波器級和全波整流器。RF濾波器的輸出和整流器級12被饋送給被控制電 路15控制的升壓轉(zhuǎn)換器級14，所述控制電路15包括微處理器16和可轉(zhuǎn)接 的電流源17。所述微處理器16接收來自調(diào)光控制18的輸入，所述調(diào)光控制 18可以包括，例如，與燈照明水平線性相關(guān)的可變DC電壓。任何其它適宜 的調(diào)光控制均可以被應(yīng)用。調(diào)光控制18的輸出同樣被饋送給后端50，用于
控制燈60的照明水平。
升壓轉(zhuǎn)換器14的輸出被提供給具有跨接提供的總線電容器22的DC總 線20。如果輸入AC電壓為227伏RMS，所述升壓轉(zhuǎn)換器級可以提供，例 如，DC總線20兩端的465伏DC的升壓。
DC總線電壓被饋送給后端50，所述后端50包括轉(zhuǎn)換器和輸出級，典 型地包括本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的諧振回路電路。所述后端50提供高頻AC 電壓到燈負(fù)載60。調(diào)光控制18的輸出被用于控制提供給燈負(fù)載60的高頻j AC電壓的幅度，從而控制照明水平。
例如，在美國專利No.6，452,344中示出了典型的轉(zhuǎn)換器的例子，所述專 利的全部公開內(nèi)容作為引用結(jié)合于此。在美國專利No.6,452,344中，相位調(diào) 光器被應(yīng)用于提供調(diào)光水平。相位調(diào)光器的輸出通過相位一DC轉(zhuǎn)換器級被 轉(zhuǎn)換成控制耦合到轉(zhuǎn)換器/輸出級的燈的調(diào)光水平的DC控制水平。然而，包 括提供給燈負(fù)載的半橋構(gòu)造的兩個開關(guān)晶體管的基本轉(zhuǎn)換器/輸出級與本發(fā) 明的后端級50完全一樣。特別地，所述半橋晶體管被驅(qū)動器集成電路(IC) 驅(qū)動，例如，IR2111驅(qū)動器IC，如美國專利No.6,452,344中的圖5所示。 所述IR2111驅(qū)動器IC響應(yīng)于占空比控制輸入，所述占空比控制輸入包括用 于設(shè)置照明調(diào)節(jié)水平的可變DC電壓。同樣的IC可以被用于本發(fā)明的轉(zhuǎn)換 器/輸出級50的電路。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2A，圖2A詳細(xì)示出了圖1中的升壓轉(zhuǎn)換器級14。 RF濾波 器和整流器12的輸出被提供給感應(yīng)器Ll，所述感應(yīng)器Ll與負(fù)極耦合到總 線電容22的升壓二極管D1串聯(lián)耦合。功率開關(guān)晶體管Q1的漏級耦合到感 應(yīng)器L1和二極管D1的正極的接合處，且晶體管Q1的源級通過電流檢測電 阻器R4耦合到電路公共端。
晶體管Ql由控制IC Ul控制?？刂艻C Ul的目的是控制晶體管Ql的 高頻開關(guān)，用以提供總線電容器22兩端的期望輸出電壓。晶體管Q1同樣由
控制ICU1控制，用以獲得功率因數(shù)補(bǔ)償(PFC)，以便使鎮(zhèn)流器的AC輸入 電流在相位上緊隨AC輸入電壓。典型地，期望獲得大于0.95的功率因數(shù)， 例如，為了獲得最大效率?？刂艻CU1的另一個功能是通過維持輸入電流^皮 形盡量接近正弦曲線以最小化總諧波失真(THD)。這有利于減小電磁干勁: (EMI)。
如本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的，例如集成電路34的PFC控制器典型地通過 檢測輸入實現(xiàn)上述功能，所述輸入包括在輸入MULTIN，由電壓分壓電阻 器Rl和R2提供的整流線輸入電壓，在電阻器R4兩端電壓基礎(chǔ)上于輸入 IswsE確定的通過晶體管Ql的電流，由分壓電阻器R5和R6確定的位于 Vs額sE的DC總線電壓，以及通過感應(yīng)器L1的利用輸入DETIN的電流的過 零點，所述輸入DETIN通過電阻器R3耦合到感應(yīng)器的輔助繞組30。這樣， 晶體管Ql的轉(zhuǎn)換用于獲得期望輸出電壓并維持期望AC輸入電流波形和功 率因數(shù)。雖然開關(guān)晶體管Q1有不同規(guī)劃，但是在名為臨界導(dǎo)電模式(CCM) 的常見規(guī)劃中，當(dāng)通過電阻器R4測量的感應(yīng)器電流響應(yīng)于線電壓(從而維 持正弦形包絡(luò)線)時，晶體管Ql關(guān)斷，且當(dāng)通過感應(yīng)器Ll，在輔助繞組 30處測得的電流為零時，晶體管Q1回復(fù)導(dǎo)通，因此，迫使輸入電流波形和 輸入電壓波形相位一致且為充分的正弦曲線。
通過控制ICU1在包括電阻器R5和R6的電壓分壓器的輸出36監(jiān)視反 饋電壓，獲得期望的總線電壓水平。所述反饋電壓與DC總線電壓成比例， 且提供給控制ICU1的輸入Vs,E。功率因數(shù)補(bǔ)償控制器的操作，例如控制 IC Ul，是本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。適宜的功率因數(shù)控制器集成電路的 例子是由英飛凌科技制造的TDA4862。
對升壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)涞幕静僮魇潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的。當(dāng)晶體管 Ql導(dǎo)通時，感應(yīng)器L1充電至最大允許感應(yīng)器電流(取決于晶體管Q1導(dǎo)通 的時間長短)。當(dāng)Q1關(guān)斷時，感應(yīng)器電流流過二極管D1，以便給總線電容
器22充電。因為反emf(反電動勢electro motive force)產(chǎn)生于感應(yīng)器兩端， 與電流變化成比例，因此，在電容器22兩端產(chǎn)生的電壓通過感應(yīng)器兩端的 感應(yīng)電壓上升至RF濾波器和整流器級12的峰值輸出電壓之上。在此例中， 峰值整流電壓約為391伏DC且DC總線兩端的升壓約為465伏DC。
依據(jù)本發(fā)明，圖2A所示的升壓轉(zhuǎn)換器14的導(dǎo)通和關(guān)斷被期望用來改善 效率。特別地，在指定調(diào)光水平以下，升壓轉(zhuǎn)換器14關(guān)斷，以便節(jié)約能量。 當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器14導(dǎo)通時，控制ICU1積極地轉(zhuǎn)換晶體管Q1，用以產(chǎn)生總線 電容器22兩端的升壓DC總線電壓。作為選擇，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷時，控 制ICU1導(dǎo)致晶體管Q1停止轉(zhuǎn)換，由此，DC總線電壓約降至RF濾波器和 整流器級12的輸出的峰值電壓，小于升壓二極管D1里的二極管壓降。升壓 轉(zhuǎn)換器14的控制，從導(dǎo)通狀態(tài)到關(guān)斷狀態(tài)，依據(jù)實施方式所示，由通過提 供控制輸入38到包括電阻器R5和R6的電壓分壓器的輸出36而獲得。
特別地，圖2B中示出了產(chǎn)生控制輸入38的電路。可以應(yīng)用其它方法。 調(diào)光控制18可以包括，例如，可變DC電壓或提供給微處理器U2的數(shù)字控 制信號。當(dāng)調(diào)光水平被調(diào)光控制18而減小時，微處理器U2確定所述調(diào)光水 平達(dá)到了指定調(diào)光水平，且在輸出16發(fā)布命令，以便關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器14。 當(dāng)調(diào)光控制18增加調(diào)光水平時，微處理器U2類似地確定調(diào)光水平達(dá)到了不 同的指定調(diào)光水平，且升壓轉(zhuǎn)換器14導(dǎo)通。
圖2B示出了包括微處理器U2和電流源17的控制電路15的示意圖。 所述電流源17包括PNP晶體管Q2，電阻器R7， R8，和電容器C3。如果 期望升壓轉(zhuǎn)換器14導(dǎo)通，那么微處理器U2的輸出16包括維持PNP晶體管 Q2不導(dǎo)電的高邏輯水平。當(dāng)晶體管Q2不導(dǎo)電時，包括電阻器R5和R6的 電壓分壓器不受影響。當(dāng)晶體管Q2關(guān)斷時，包括電阻器R5和R6的電壓分 壓器完全沒有電流供應(yīng)，且控制ICU1以其常規(guī)的方式運(yùn)行，用以控制晶體 管Q1的高頻開關(guān)操作，以便提供必需的DC輸出電壓，功率因數(shù)補(bǔ)償，以 及THD改進(jìn)。
當(dāng)期望地關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器14，以便節(jié)省能量時，例如在指定調(diào)光水平(伊J 如，10%)，微處理器U2在輸出16上提供低邏輯水平電壓。與此同時，電 容器C3開始通過電阻器R8充電。當(dāng)電容器C3兩端電壓超過晶體管Q2的 基極一發(fā)射極導(dǎo)通電壓(約為0.7伏)時，晶體管Q2開始導(dǎo)電。進(jìn)入到晶 體管Q2的發(fā)射極的電流被電阻器R7兩端電壓設(shè)置，所述電阻器R7兩端電 壓本質(zhì)上為電容器C3兩端電壓減去晶體管Q2的基極一發(fā)射極電壓。晶休: 管Q2的集電極電流簡單地等于發(fā)射極電流減去基極電流(由晶體管Q2的 增益確定)。所述集電極電流被提供給升壓控制輸入38，且因此，電壓分J玉 器的輸出36包括電阻器R5和R6。由于從電流源17提供的電流將流經(jīng)電阻 器R6至電路公共點(circuit-common),所以在電壓分壓器輸出36上的電壓，
及因此，控制ICU1的輸入V，SE將增加。由于VsENSE輸入的電壓增加，控
制IC Ul通過控制升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)Ql減低升壓轉(zhuǎn)換器14的DC總線電壓補(bǔ) 償。最終，控制ICU1將導(dǎo)致升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)Q1停止轉(zhuǎn)換，因此，關(guān)斷升 壓轉(zhuǎn)換器14。
圖3A， 3B和3C示出了如何控制升壓轉(zhuǎn)換器。如圖3A所示，當(dāng)達(dá)到 約10%的第一預(yù)定水平以下的照明水平時，升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷。同樣如圖3A 所示，雖非必須的，但是期望在升壓轉(zhuǎn)換器的控制里提供磁滯現(xiàn)象。因此， 當(dāng)照明水平增加至第二預(yù)定水平時，例如，約20%，則升壓轉(zhuǎn)換器可以導(dǎo)通。 磁滯現(xiàn)象被期望用以防止如果調(diào)光水平嚴(yán)格地位于轉(zhuǎn)換發(fā)生時的水平而可 能發(fā)生的情況。如果沒有磁滯現(xiàn)象，若調(diào)光水平恰好被設(shè)置為轉(zhuǎn)換發(fā)生時的 水平，那么控制電路可以在通/斷狀態(tài)間反復(fù)轉(zhuǎn)換升壓轉(zhuǎn)換器。
圖示的控制電路應(yīng)用微處理器U2。然而，應(yīng)該注意的是微處理器并非 必需的，且可以提供簡單的模擬或數(shù)字電路實現(xiàn)所述控制功能。
圖3B示出了通過控制升壓轉(zhuǎn)換器的通/斷狀態(tài)對鎮(zhèn)流器的輸入功率的影
響。如圖3B所示，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器在圖示的10%到20%調(diào)光水平間關(guān)斷時， 鎮(zhèn)流器在低水平調(diào)光操作中的輸入功率需求減少了約1.5瓦。
圖3C示出了與來自電流源17的升壓控制輸入電流相對的DC總線電 壓。當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通且來自晶體管Q2的升壓控制電流為零時，在圖示的 應(yīng)用277伏ACRMS輸入電壓的實施方式中，DC總線電壓約為465伏。當(dāng) 升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷且晶體管Q2開始向包括電阻器R5和R6的電壓分壓器供應(yīng) 電流時，總線電壓降至接近RF濾波器和整流器12的輸出的峰值電壓，在 277伏RMS AC輸入下，約為391伏。當(dāng)升壓控制輸入電流增大時，DC總 線電壓減小至約為391伏的峰值電壓水平，之后穩(wěn)定于此。當(dāng)升壓控制輸入 電流增大至超過該點時，DC總線電壓不會降至低于391伏的峰值電壓水平， 因為控制IC Ul簡單地維持晶體管Ql處于關(guān)斷狀態(tài)?？偩€電容器22使輸出 電壓平穩(wěn)，且所述輸出電壓仍大致處于整流器輸出的峰值電壓水平。
回到圖2B，依據(jù)本發(fā)明，電阻器R8和電容器C3在升壓控制電路15 中執(zhí)行期望的功能。沒有電阻器R8和電容器C3提供的時間常數(shù)，升壓轉(zhuǎn) 換器將如圖3D (a)中實線所示快速地導(dǎo)通和關(guān)斷。當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器迅速地導(dǎo) 通時，DC總線電壓將出現(xiàn)如圖3D (a)中R所示的振鈴。在DC總線電壓 中的所述振鈴作為圖3D (c)中所示的燈照明水平輸出中的波動而出現(xiàn)。圖 3D (b)示出了在輸出16上的微處理器U2的升壓控制輸出。沒有電阻器 R8和電容器C3提供的時間常數(shù)，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器在開關(guān)間轉(zhuǎn)換吋，照明水平 將表現(xiàn)出如圖3D (c)所示的明顯的擾動。這是由于升壓控制電路(沒有電 阻器R8和電容器C3提供的適當(dāng)大小的時間常數(shù))的時間常數(shù)小于后端電 路50的時間常數(shù)的事實。時間常數(shù)意味著一階系統(tǒng)的輸出所需的時間，通 過施加階梯波(step)或脈沖，增大或延遲其最終或穩(wěn)定狀態(tài)值的63.2%。對于 所述后端，時間常數(shù)是后端的控制電路為響應(yīng)燈電流中的步(step)擾動、 回復(fù)燈電流至其穩(wěn)定狀態(tài)值的63.2%的所需要的時間。對于升壓轉(zhuǎn)換器，時
間常數(shù)是電流源17響應(yīng)于來自微處理器U2的輸入中的步(Step)變化，為
了達(dá)到其穩(wěn)定狀態(tài)電流的63.2%的所需要的時間。
當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器導(dǎo)通和關(guān)斷時，為了避免引起照明水平的擾動，升壓轉(zhuǎn)J奐
器控制電路15的時間常數(shù)應(yīng)該明顯大于后端電路50的時間常數(shù)。電阻器 R8和電容器C3實現(xiàn)這一作用。因此，當(dāng)升壓轉(zhuǎn)換器電路14關(guān)斷和導(dǎo)通吋， 將依據(jù)電阻器R8和電容器C3的RC時間常數(shù)提供的時間延遲緩慢地關(guān)斷和 導(dǎo)通。換言之，期望DC總線電壓改變得足夠緩慢，以便后端50維持燈電 流，且因此在升壓轉(zhuǎn)換器14關(guān)斷和導(dǎo)通時，照明水平充分地恒定。如圖3D (a)中的虛線所示的逐步的關(guān)斷和導(dǎo)通。這使得照明水平變得平滑，如圖 3D (d)所示。
作為一種選擇在此示出的實施方式，同樣可以通過增大總線電容器22 的大小來放慢DC總線對總線電壓變化的響應(yīng)，從而獲得期望的效果。例如， 在優(yōu)選實施例中，DC總線具有約為0.2秒的固有時間常數(shù)，或約為后端時 間常數(shù)的兩倍。所述總線的固有響應(yīng)時間通過升壓轉(zhuǎn)換器控制電路被放慢。 然而，總線電容器可以一直增加，直至DC總線具有適當(dāng)大的時間常數(shù)，優(yōu) 選地，至少為后端時間常數(shù)的十倍。所述可選擇的實施方式的一個缺點是所 需的足夠大的總線電容器變得不希望的大和昂貴。
在一個可效仿的實施方式中，后端電路的時間常數(shù)約為0.1秒，并且為 了避免照明水平中的明顯擾動，期望升壓控制電路的時間常數(shù)比后端電路大 大約一個數(shù)量級，且特別地，約為6秒。這通過提供具有220千歐的電阻 R8和具有30微法的電容C3來舉例說明。這提供了約為后端電路時間常數(shù) 60倍的時間常數(shù)。
圖4是在微處理器U2中執(zhí)行的程序的流程圖，該程序用來控制與照明 負(fù)載的期望照明水平相關(guān)的升壓轉(zhuǎn)換器的通/斷狀態(tài)。如圖所示，當(dāng)期望照明 水平減至約10%時，升壓轉(zhuǎn)換器關(guān)斷，且當(dāng)期望照明水平增至約20%時，
升壓轉(zhuǎn)換器回復(fù)導(dǎo)通。時間延遲同樣可以被執(zhí)行，以便使轉(zhuǎn)換僅在期望照明 水平保持一定延遲時間后發(fā)生。
參考圖4，定義升壓轉(zhuǎn)換器的控制的過程開始于步驟402。在歩驟404， 對一些將在過程中用到的變量初始化。LOW一LIMIT代表升壓轉(zhuǎn)換器將關(guān)斷 時的期望照明水平，被設(shè)置為10%。 HIGHJLIMIT代表升壓轉(zhuǎn)換器將導(dǎo)通時 的期望照明水平，被設(shè)置為20%。假設(shè)升壓轉(zhuǎn)換器在過程開始時是導(dǎo)通的， BOOST—LIMIT被設(shè)置為LOWJJMIT的值，例如，10%。所述期望照明水 平在步驟406被找回。如果期望照明水平在步驟408小于BOOSTJLIMIT， 那么升壓轉(zhuǎn)換器在歩驟410關(guān)斷，且變量BOOST—LIMIT在步驟412被置為 HIGH一LIMIT。然而，如果在步驟406被找回的期望照明水平大于步驟408 的BOOST—LIMIT,那么升壓轉(zhuǎn)換器在步驟414被導(dǎo)通且變量BOOST—LIMIT 在步驟416被置為LOW一LIMIT。所述過程繼續(xù)循環(huán)，導(dǎo)通和關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換 器且在LOW一LIMIT和HIGH—LIMIT間交替BOOST—LIMIT的值。這樣， 將實現(xiàn)圖3A中所示的磁滯現(xiàn)象。
如圖5所示的可選擇的實施方式中，可以期望在關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器前引入 時間延遲。例如，可以期望在關(guān)斷升壓轉(zhuǎn)換器前，實施二到五秒的延遲，以 便進(jìn)-一歩避免不必要的升壓轉(zhuǎn)換器循環(huán)操作。
參考圖5，用于升壓轉(zhuǎn)換器控制的過程包括起始于步驟502的時間延遲。 再一次地，變量LOW—LIMIT, HIGH—LIMIT和BOOSTLIMIT在步驟504 初始化。在步驟506，定時/計數(shù)器被置零，且變量MAX—TIME被置為2秒。 所述定時器在步驟508開始計時。在步驟510，期望調(diào)光水平被找回。如果 所述期望照明水平小于步驟512的變量BOOST—LIMIT，那么所述過程跳至 步驟514，在此將確定定時器的值是否大于變量MAX一TIME。如果為否，所 述過程跳回步驟510。如果所述定時器的值大于步驟514的變量MAX—TIME, 那么升壓轉(zhuǎn)換器在步驟516關(guān)斷，定時器在步驟518被重置為零，且
BOOST—LIMIT在步驟520被置為HIGH一LIMIT。如果期望的照明水平大于 步驟512的BOOST—LIMIT,那么升壓轉(zhuǎn)換器在步驟522被導(dǎo)通，所述定時 器在步驟524被重置為零，且BOOST—LIMIT在步驟526被置為 LOW LIMIT 。
盡管本發(fā)明己通過與其相關(guān)的特定實施例加以描述，但是對于本領(lǐng)域的 技術(shù)人員來說,許多變化和改進(jìn)及其他應(yīng)用將變得顯而易見。因此，本發(fā)明7; 應(yīng)被此處的具體公開限制，而是僅僅由所附的權(quán)利要求限制。
權(quán)利要求
1.一種用于驅(qū)動氣體放電燈的電子鎮(zhèn)流器，該電子鎮(zhèn)流器包括用于接收來自交流電源的交流輸入電壓以產(chǎn)生具有峰值電壓振幅的整流電壓的整流器級；用于接收整流電壓且用于提供具有直流幅度的直流總線電壓的升壓轉(zhuǎn)換器級；所述升壓轉(zhuǎn)換器級具有所述直流總線電壓的直流幅度大于所述整流電壓的峰值電壓振幅的導(dǎo)通狀態(tài)，以及所述直流總線電壓的直流幅度基本上等于所述整流電壓的峰值電壓振幅的關(guān)斷狀態(tài)；用于將所述直流總線電壓轉(zhuǎn)換為用以驅(qū)動所述燈的高頻交流輸出電壓的反相器輸出級；所述電子鎮(zhèn)流器進(jìn)一步包括用于接收代表所述燈的期望照明水平的期望照明水平信號且用于向所述升壓轉(zhuǎn)換器級提供輸出控制信號的控制級；其中，所述升壓轉(zhuǎn)換器級根據(jù)所述期望照明水平信號進(jìn)行導(dǎo)通與關(guān)斷狀態(tài)的變化。
2. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器級在所述期望照 明水平信號代表低于第一預(yù)定照明水平閾值的照明水平時，響應(yīng)于所述期望 照明水平信號而轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。
3. 如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器級在所述期望照 明水平信號代表高于第一預(yù)定照明水平閾值的照明水平時，響應(yīng)于所述期望 照明水平信號而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。
4. 如權(quán)利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器級在所述期望照 明水平信號代表高于第二預(yù)定照明水平閾值的照明水平時，響應(yīng)于所述期望 照明水平信號而轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)，所述第二預(yù)定照明水平閾值大于所述第一 預(yù)定照明水平閾值。
5. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中所述反相器輸出級具有第一時間 常數(shù)，所述控制級包括響應(yīng)于用于引起所述升壓轉(zhuǎn)換器級在所述導(dǎo)通狀態(tài)和 所述關(guān)斷狀態(tài)間以由第二時間常數(shù)確定的速度轉(zhuǎn)換的所述期望照明水平的 電路；其中所述第二時間常數(shù)大于所述第一時間常數(shù)。
6. 如權(quán)利要求5所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二時間常數(shù)至少大于所述第一時間常數(shù)一個數(shù)量級。
7. 如權(quán)利要求5所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二時間常數(shù)由R-C時間常 數(shù)確定。
8. 如權(quán)利要求7所述的鎮(zhèn)流器，其中所述R-C時間常數(shù)比所述第一時 間常數(shù)大大約60倍。
9. 如權(quán)利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制級包括電流源。
10. 如權(quán)利要求9所述的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器級包括具有用于 接收所述直流總線電壓的輸入和用于提供與所述直流總線電壓成比例的反 饋電壓的輸出的電壓分壓器；其中所述升壓轉(zhuǎn)換器根據(jù)所述電壓分壓器的反饋電壓來確定所述直流 總線電壓的直流幅度；以及其中所述電流源的輸出被提供到所述電壓分壓器的輸出。
11. 如權(quán)利要求10所述的鎮(zhèn)流器，其中，當(dāng)所述電流源釋放電流至所: 述電壓分壓器輸出時，所述反饋電壓被驅(qū)動至引發(fā)所述控制電路將所述升壓 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)的電壓水平。
12. 如權(quán)利要求10所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制級包括微處理器，戶A 述微處理器具有用于接收所述期望照明水平信號的輸入和耦合至所述電流 源用于控制電流釋放到響應(yīng)于所述期望照明水平信號的所述電壓分壓器輔丫 出的輸出。
13. —種用于驅(qū)動氣體放電燈的鎮(zhèn)流器，所述鎮(zhèn)流器包括 可操作以接收具有峰值電壓水平的交流輸入電壓且提供具有大于所述交流輸入電壓的峰值電壓水平的升壓水平的直流總線電壓的輸入級；用于將所述直流總線電壓轉(zhuǎn)換成用于驅(qū)動所述燈的高頻交流輸出電壓的輸出級；此外，其中所述輸入級具有控制輸入； 所述鎮(zhèn)流器進(jìn)一步包括響應(yīng)于期望的照明水平信號且具有耦合至所述輸入級的控制輸入的輸 出的控制級，該輸出用于發(fā)送代表期望的輸入級操作模式的輸入級控制信號 其中所述輸入級基于所述輸入級控制信號而在所述升壓水平和減壓水 平間改變所述直流總線電壓。
14. 如權(quán)利要求13所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸入級響應(yīng)于代表低于第一預(yù)定照明水平的照明水平的所述期望照明水平信號而將所述直流總線電 壓從所述升壓水平減小至所述減壓水平。
15. 如權(quán)利要求14所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸入級響應(yīng)于代表高于第 二預(yù)定照明水平的照明水平的所述期望照明水平信號而將所述直流總線電 壓從所述減壓水平增加至所述升壓水平。
16. 如權(quán)利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第一和第二預(yù)定照明水平 是相同的。
17. 如權(quán)利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二預(yù)定照明水平大于所述第一預(yù)定照明水平。
18. 如權(quán)利要求13所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸入級包括用于接收所述交流輸入電壓且用于提供整流電壓的整流器級；以及用于接收所述整流電壓且可操作以在直流總線上提供所述升壓 水平的升壓轉(zhuǎn)換器級；并且進(jìn)一步地，其中所述輸出級包括用于將所述直流總線電壓轉(zhuǎn)換為用以驅(qū)動所述燈的所述高頻交流輸出 電壓的反相器級；其中進(jìn)一步地，所述反相器級根據(jù)所述期望照明水平信號來確定所述照 明負(fù)載的照明水平。
19. 如權(quán)利要求18所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸出級具有第一時間常數(shù)， 所述控制級包括響應(yīng)于用于引發(fā)所述升壓轉(zhuǎn)換器級在所述升壓水平和所述 減壓水平間以某一速度轉(zhuǎn)換所述直流總線電壓的所述期望照明水平信號的 電路，所述速度由大于所述第一時間常數(shù)的第二時間常數(shù)來確定。
20. 如權(quán)利要求19所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二時間常數(shù)至少比所述第一時間常數(shù)大一個數(shù)量級。
21. 如權(quán)利要求19所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二時間常數(shù)通過R-C時間常數(shù)確定。
22. 如權(quán)利要求21所述的鎮(zhèn)流器，其中所述R-C時間常數(shù)比所述第一 時間常數(shù)大大約60倍。
23. 如權(quán)利要求18所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制級包括通過電流源J空 制信號導(dǎo)通和關(guān)斷的電流源。
24. 如權(quán)利要求23所述的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器級包括提供與 所述直流總線電壓成比例的輸出的電壓分壓器，響應(yīng)于所述電壓分壓器的輸 出的控制電路，以及響應(yīng)于用于確定所述直流總線電壓的所述控制電路的升 壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)，且其中所述電流源的輸出被提供到所述電壓分壓器的輸出。
25. 如權(quán)利要求24所述的鎮(zhèn)流器，其中，當(dāng)所述電流源導(dǎo)通時，所述 電壓分壓器的輸出被驅(qū)動至引發(fā)所述控制電路關(guān)斷所述升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)的 電壓水平。
26. 如權(quán)利要求25所述的鎮(zhèn)流器，其中，當(dāng)所述升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)關(guān)斷 時，所述直流總線電壓降至與所述交流輸入的峰值電壓水平基本上相對應(yīng)的 所述減壓水平。
27. 如權(quán)利要求24所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制級包括具有耦合的用 以接收所述期望照明水平信號的輸入的微處理器。
28. —種減小用于驅(qū)動氣體放電燈的鎮(zhèn)流器的功率消耗的方法，所述方 法包括下列步驟接收具有峰值電壓水平的交流輸入電壓并提供具有大于所述峰值電壓 水平的升壓水平的直流輸出電壓；在用于驅(qū)動所述燈的輸出級，將所述直流輸出電壓轉(zhuǎn)換成高頻交流電壓；接收與所述燈的期望照明水平相應(yīng)的期望照明水平信號，并且根據(jù)所述 期望照明水平來控制所述燈的照明水平；以及當(dāng)所述期望照明水平信號低于第一預(yù)定期望照明水平時，將所述直流輸 出電壓從所述升壓水平減小至所述減壓水平。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一歩包括當(dāng)所述期望照明水平信號 高于第二預(yù)定期望照明水平時，將所述直流輸出電壓從所述減壓水平增加至 所述升壓水平。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第一和第二預(yù)定期望照明水 平是相同的。
31. 如權(quán)利要求29所述的方法，其中所述第一和第二預(yù)定期望照明水 平是不同的。
32. 如權(quán)利要求31所述的方法，其中所述第二預(yù)定期望照明水平大于 所述第一預(yù)定期望照明水平。
33. 如權(quán)利要求28所述的方法，進(jìn)一步包括 接收所述交流輸入電壓并提供整流輸出電壓；以及 接收所述整流輸出電壓作為輸入且在升壓轉(zhuǎn)換器級提供直流總線兩端 的具有升壓水平的直流輸出電壓。
34. 如權(quán)利要求33所述的方法，其中所述輸出級具有輸出級時間常數(shù)， 且該方法進(jìn)一步包括以某一速度使所述升壓轉(zhuǎn)換器級導(dǎo)通和關(guān)斷，所述速度 由大于所述輸出級時間常數(shù)的升壓通/斷時間常數(shù)來確定。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述升壓通/斷時間常數(shù)至少大于 所述輸出級時間常數(shù)一個數(shù)量級。
36. 如權(quán)利要求34所述的方法，其中所述升壓通/斷時間常數(shù)通過R-C時間常數(shù)確定。
37. 如權(quán)利要求36所述的方法，其中所述R-C時間常數(shù)比所述輸出級 時間常數(shù)大大約60倍。
38. 如權(quán)利要求33所述的方法，進(jìn)一步包括響應(yīng)于用以導(dǎo)通和關(guān)斷所 述升壓轉(zhuǎn)換器級的升壓通/斷控制信號來轉(zhuǎn)換可轉(zhuǎn)換的電流源。
39. 如權(quán)利要求38所述的方法，進(jìn)一歩包括提供電壓分壓器，所述電 壓分壓器提供與所述直流輸出電壓成比例的輸出，且進(jìn)一步包括接收用以控 制升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)操作的所述電壓分壓器的輸出，且進(jìn)一步包括提供所述可 轉(zhuǎn)換的電流源的輸出至所述電壓分壓器的輸出。
40. 如權(quán)利要求39所述的方法，其中進(jìn)一步地，當(dāng)所述可轉(zhuǎn)換的電流 源導(dǎo)通時，所述電壓分壓器的輸出被驅(qū)動至引發(fā)所述控制電路關(guān)斷所述升壓轉(zhuǎn)換器開關(guān)的電壓水平。
41. 如權(quán)利要求40所述的方法，其中進(jìn)一步地，當(dāng)所述升壓轉(zhuǎn)換器開 關(guān)關(guān)斷時，所述直流輸出電壓降至與所述交流輸入電壓的峰值電壓基本上相 對應(yīng)的減壓水平。
42. 如權(quán)利要求39所述的方法，進(jìn)一步包括使用微處理器，所述微處理器具有耦合的用以接收所述期望照明水平信號以便控制所述升壓轉(zhuǎn)換器 級的操作的輸入。
43. 如權(quán)利要求39所述的方法，進(jìn)一步包括提供所述期望照明水平信 號至所述輸出級的反相器，以便控制所述燈的照明水平。
全文摘要
一種用于驅(qū)動氣體放電燈的鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器包括具有交流(AC)輸入和提供整流的輸出電壓的整流器級(12)，接收整流輸出電壓作為輸入且提供位于DC總線(20)兩端的升壓的直流(DC)輸出電壓的升壓轉(zhuǎn)換器級(14)，用于將DC總線電壓轉(zhuǎn)換為用以驅(qū)動燈(60)的高頻AC輸出電壓的反相器輸出級(50)，所述鎮(zhèn)流器進(jìn)一步包括接收期望照明水平信號用以控制所述燈的期望照明水平且提供用于依據(jù)期望照明水平信號，使升壓轉(zhuǎn)換器級狀態(tài)導(dǎo)通或關(guān)斷的輸出控制信號的控制級(15)。由此，所述鎮(zhèn)流器在低照明水平上減小了功率消耗，獲得更大的能量效率。
文檔編號H05B41/282GK101099417SQ200580046454
公開日2008年1月2日 申請日期2005年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者B·M·加夫雷希, V·奇塔 申請人:路創(chuàng)電子公司