一種熒光燈激勵電路的制作方法

一種熒光燈激勵電路的制作方法
【專利摘要】一種熒光燈激勵電路，提供了一種熒光燈激勵電路的頻率和幅度控制及其使用方法。該發明使用一個供電電源及控制電路來驅動熒光燈，電源由低壓直流電源（DC）例如電池提供。該電路包括一個能將低壓直流電轉換為高壓交流電的轉換器，該轉換器包括一個陶瓷反饋升壓變壓器，該變壓器能將交流信號放大到足夠點亮電燈的程度，并提供一個用來監視變壓器諧振頻率的反饋信號。供電電源和控制電路也包括一個控制電燈電流幅值的第一反饋電路和一個使得轉換器工作在變壓器諧振頻率下的第二反饋電路。
【專利說明】一種熒光燈激勵電路
【技術領域】:
[0001]本發明涉及到熒光燈的驅動電路。更特別的是，該發明涉及到熒光燈電源電路，該電源電路使用第一反饋回路來調整電燈電流振幅，使用第二反饋電路，通過具有獨立電壓反饋的陶瓷升壓變壓器的諧振頻率來同步直流交流電路轉換器電路系統。
【背景技術】:
[0002]熒光燈正逐漸被廣泛使用來提供有效的、大范圍的可見光。例如，便攜式計算機，像是膝上型電腦和筆記本電腦，它們將熒光燈應用在背光或側光液晶顯示器上，以此來改善顯示的對比度和亮度。熒光燈還被用來照亮汽車儀表盤，并且有可能用于靠電池驅動的緊急出口指示燈裝置上。
[0003]因為熒光燈更加高效，比普通白熾燈照明范圍更廣，所以在低壓應用中也非常有用處。尤其在需要長時間靠電池供電的應用中，例如便攜式計算機，熒光燈效率的提高延長了電池的續航時間，減輕了電池的重量，或者兩者能同時得到改善。
[0004]在例如上述所提到的低壓應用中，電源和控制電路必須被用來操控熒光燈。在許多使用熒光燈的應用中，一個電壓范圍在3到20伏之間的直流源提供電源來操控電燈。但是，熒光燈通常需要有效值為1000伏的交流電壓源來啟動，并且需要有效值超過200伏的電壓來維持照明。熒光燈如果由低失真的正弦波輸出來驅動，則其運轉起來最為有效。熒光燈的激勵頻率大多從約20kHz到約100kHz。因此，需要一個交直流電源將有效的低壓直流輸入轉換為高壓、高頻的交流輸出來向熒光燈供電。
[0005]圖1展示了一個已知的用于將低壓直流轉換為高壓、高頻交流的熒光燈電源電路框圖。電燈電路10包括低壓直流源12，穩壓器14，交直流轉換器16，熒光燈18和振幅反饋電路20。低壓直流源12向電路10提供電源，并且有可能是任意直流電源。例如，在使用便攜式計算機比如膝上型電腦或是筆記本電腦時，直流源12就有可能是提供3到5伏電壓的鎳鎘或鎳氫電池。或者，如果電燈電路10用在汽車儀表盤上，那么直流源12就有可能是12到14伏的汽車電池和供電電源直流源12向穩壓器14提供低壓直流電，穩壓器14可以是線性的或是開關式穩壓器。為了獲得最大效率，一般使用開關式穩壓器。
[0006]穩壓器14向交直流轉換器16提供規定的低壓直流輸出電壓Vd。。交直流轉換器16將Vdc轉換成足夠大的高壓、高頻交流輸出電壓\c來驅動熒光燈18。Vac的峰值振幅大約比Vd。的振幅大50到200倍。例如，在便攜式計算機的顯示照明上，熒光燈18就有可能是冷或熱陰極熒光燈。
[0007]穩壓器14和交直流轉換器16向熒光燈18提供高壓交流電源。振幅反饋電路20產生反饋電壓AFB，該電壓與熒光燈電流Iump成正比。電流反饋根據電流Iump的幅值控制穩壓器14的輸出，穩壓器14的輸出轉而控制交直流轉換器16的輸出。最終，由突光燈18傳導的電流Iump的幅值和電燈由此而發出的光的強度就被控制在一個大致不變的值內。
[0008]通過將熒光燈18包含在具有穩壓器的電流反饋回路中，熒光燈的電流及發光強度就能被控制并且維持充分的穩定，盡管有輸入電源的變化，電燈阻抗以及環境因素的影響。電燈電路10同樣地彌補了低壓直流源12的輸出電壓的變化，這些特點延長了熒光燈在某些應用中的使用壽命。
[0009]圖2展示了已知電燈電路10的更加詳細的框圖。特別的是，轉換器16包含了自激振蕩電路22和陶瓷升壓變壓器24。自激振蕩電路22阻斷了穩壓器14提供的低壓直流信號Vd。來產生一個由陶瓷升壓變壓器24提供的低壓、高頻方波交流信號Va。。陶瓷升壓變壓器作為一個高頻選、高增益升壓設備在運行，同時將低壓、高頻交流信號Va。轉化為高壓、高頻交流信號\c。
[0010]圖3提供了一副具有諧振頻率Fk的陶瓷升壓變壓器24的阻抗與頻率關系曲線圖。從理論上說，陶瓷升壓變壓器24在諧振頻率Fk處阻抗為零，在非諧振頻率處阻抗為無窮大。實際上，陶瓷升壓變壓器24在諧振處的阻抗小到可以忽略不計，在其他頻率處為高阻抗。因此，當頻率從任一方向調至諧振頻率時，阻抗就會突然減小至其最小值。阻抗尖峰兩側陡峭的非線性斜坡有時被稱作“裙擺”。
[0011 ] 特別的是，在諧振時，陶瓷升壓變壓器24的壓電特性使其成為一個內阻可忽略的高增益、升壓設備，在非諧振時，陶瓷升壓變壓器24表現為高阻抗電路(理論上接近于開路)。在“裙擺”頻率時，陶瓷升壓變壓器24有阻抗的中間范圍。
[0012]陶瓷升壓變壓器24于是起到一個具有高度選擇性的窄范圍濾波器的作用。因此，陶瓷升壓變壓器24的輸入不需要是充分地正弦曲線。例如，如果Va。是頻率為諧振頻率Fk的方波信號，Va。就有可能被表示為頻率為Fk的正弦曲線(通過傅立葉級數)，加上頻率Fk奇數階諧波的正弦的無窮級數。陶瓷升壓變壓器24放大了 Va。在Fk處的正弦分量，并且減弱了較高頻的諧波。因此，陶瓷升壓變壓器24可以很方便地生成頻率為諧振頻率Fk的低失真、高壓、高頻正弦波來很好地驅動熒光燈18。
[0013]組成自激振蕩驅動電路的電路元件，根本上決定了驅動的振蕩頻率f；s。，理想的振蕩頻率f。,。等于諧振頻率FK。然而，因為元件容差，環境因素以及驅動電路22和陶瓷升壓變壓器24的老化，振蕩頻率f；s。有可能不同于諧振頻率Fk，存在±20%的偏差。如果顯著地非共振，那么圖2中的電燈電路10有可能就不能有效運作，甚至完全不能工作。
[0014]已知的電路已經將非共振操作變為一種控制電燈電流振幅的方法。圖4展示了一個已知的電燈電路，該電路使用頻率控制回路來維持共振與非共振的穩定運行。特別的是，電燈電路40包括低壓直流源12，電燈18，陶瓷升壓變壓器24，運算放大器(0ΡΑΜΡ)30，電壓控制振蕩器(VCO) 32和驅動器34。
[0015]運算放大器30有第一輸入端26和第二輸入端28,其第一輸入端26 f禹合在由低壓直流源12提供的電壓控制信號VC上，第二輸入端28耦合在來自電燈18的反饋信號FB上。正如下面所描述的，VC控制了電壓控制振蕩器32的輸出頻率。運算放大器30產生一個與反饋信號FB和電壓控制信號VC之差成正比的直流電壓信號，并且以此來設置電壓控制振蕩器32的控制頻率。電壓控制振蕩器產生一個交流信號，之后被驅動器34放大。驅動器34的輸出端耦合在陶瓷升壓變壓器24的輸入端。陶瓷升壓變壓器24輸出一個加強的正弦電壓波形來驅動電燈18。反饋信號FB與電燈電流Iump成正比，并且用來調整電燈的驅動。
[0016]低壓直流源12，運算放大器30和電壓控制振蕩器32控制電燈電路40的振蕩頻率。通過調整電壓控制信號VC，電燈電路40可以被校正來使得電燈18工作在陶瓷升壓變壓器24的諧振頻率Fk下。此外，控制信號VC可以用來使得電燈18非共振，以此來改變電燈電流I.的大小以及電燈18的亮度。
[0017]因此，圖4中已知的電燈電路使用復雜的電路來確保電燈電路40可以不共振運行而不會禁用電路或是關閉電燈18。但是，電路不能提供一個簡單的值，既能控制電燈電流的振幅，又能使驅動器的工作頻率與陶瓷升壓變壓器的諧振頻率相匹配。
[0018]考慮到上述事項，因此需要提供一個陶瓷升壓變壓器電燈電路以及通過提供振幅反饋控制和頻率反饋控制來調整電燈電流和振蕩頻率的方法。
[0019]此外，還需要提供一個陶瓷升壓變壓器電燈電路以及具有最小復雜度的調整電燈電流和振蕩頻率的方法。

【發明內容】
:
[0020]本發明的一個目的是提供一個陶瓷升壓變壓器電燈電路以及通過提供振幅反饋控制和頻率反饋控制來調整電燈電流和振蕩頻率的方法。
[0021]本發明的另一個目的是提供一個陶瓷升壓變壓器電燈電路以及具有最小復雜度的調整電燈電流和振蕩頻率的方法。
[0022]本發明的技術解決方案:
[0023]這些目的以及其他目的根據本發明的原理，通過熒光燈電源和控制電路得以實現，該電路使用第一反饋回路來調整電燈電路的振幅，使用第二反饋回路來使交直流轉換器電路系統與帶有獨立電壓反饋的陶瓷升壓變壓器的諧振頻率同步(反饋變壓器)。
[0024]特別的是，直流源為耦合在直流轉交流轉換器上的調整電路提供電源，即驅動熒光燈電路的輸出端。交直流轉換器包含一個反饋變壓器，該反饋變壓器將一個由同步振蕩激發器提供的低壓交流信號轉換成高壓正弦交流信號，并且足以使熒光燈工作。反饋變壓器提供一個頻率為變壓器諧振頻率的正弦反饋信號。交直流轉換器還包括一個頻率反饋電路，該電路將反饋信號與同步振蕩激發器相耦合，并且使得激發器工作在反饋變壓器的諧振頻率下。此外，一個獨立的振幅控制回路電燈電路的振幅控制在一個大致穩定的值上，不受工作環境和電燈阻抗改變的影響。
[0025]對比專利文獻:CN2402096Y熒光燈用的調光器99253844.0，CN201674707U可適應在不同電源下的低壓熒光燈驅動裝置201020189037.0
【專利附圖】

【附圖說明】:
[0026]下面將更詳盡的描述本發明的上述目的和優點，采取相應的【專利附圖】

【附圖說明】，各元件的參考符號都在圖中標明。
[0027]圖1所示為一個已知的熒光燈電源及控制電路的框圖。
[0028]圖2所示為圖1中熒光燈電源及控制電路更為詳細的框圖。
[0029]圖3所示為阻抗與圖2中陶瓷升壓變壓器頻率關系的示意圖。
[0030]圖4所示為另一個已知的熒光燈電源及控制電路的框圖。
[0031]圖5所示為一個集合了當前發明原理的雙回路熒光燈電源及控制電路的框圖。
[0032]圖6A和6B所示為圖5中反饋變壓器實施例的示意圖。
[0033]圖7所示為圖5中雙回路突光燈電源及控制電路說明性實施例的示意性框圖。[0034]圖8所示為圖5中雙回路熒光燈電源及控制電路另一種說明性實施例的示意性框圖。
[0035]圖9所示為集合了當前發明原理的雙回路熒光燈電源及控制電路另一種說明性實施例的示意性框圖。
【具體實施方式】:
[0036]圖5所示為當前發明中電燈電路的說明性實施例。電燈電路70包括低壓直流源12，穩壓器42，交直流轉換器44。電燈18和振幅反饋電路20。穩壓器42可以是市場上能買到的任意線性或開關式穩壓器。在先前的電燈電路10中，穩壓器42向交直流轉換器44提供一個調整過的低壓直流輸出V1，交直流轉換器將V1轉換成足夠驅動熒光燈18的高壓、高頻交流輸出\。但是，與電燈電路10不同的是，電燈電路70同時提供頻率反饋控制和振幅反饋控制。
[0037]下面將對振幅反饋控制進行更詳細的描述。頻率反饋控制由交直流轉換器電路44提供，交直流轉換器電路44包括振蕩激發器46，反饋變壓器48和頻率反饋電路50。振蕩激發器46的第一、第二輸入端與穩壓器42的輸出節點52^52;^?禹合,第一、第二輸出端與反饋變壓器的輸入節點54p542相耦合，第三輸入端與頻率反饋電路50的輸出端FFB上的節點58相稱合。振蕩激發器46將一個電壓介于52i和522節點的低壓直流信號V1轉換成電壓介于輸入節點54和542的低壓交流信號V2，V2與節點58處的輸出FFB的頻率同步。
[0038]反饋變壓器48提供一個接在電燈18處的節點56上的輸出信號V3和一個接在頻率反饋電路50處的電壓反饋節點60上的頻率反饋輸出VFB。如果V2是一個頻率為諧振頻率Fk的交流信號，反饋變壓器48就會在輸出節點56上產生一個頻率為諧振頻率Fk的高壓輸出信號V3，在電壓反饋節點60上產生一個頻率反饋輸出Vfb，頻率反饋輸出Vfb是一個頻率為諧振頻率Fk的交流信號，并且獨立于輸出節點56上的任何變化。反饋變壓器48的輸入輸出電壓增益G的值為:
【權利要求】
1.一種熒光燈激勵電路，其特征是:用一個直流(DC)電源和一個陶瓷升壓變壓器控制熒光燈，陶瓷升壓變壓器具有第一、第二輸入端，第一、第二輸出端以及諧振頻率，陶瓷變壓器的第一輸出端I禹合在突光燈上，陶瓷變壓器的第二輸出端提供一個與第一輸出端相獨立的電壓反饋信號，電燈傳導電流，其方法如下:產生一個與電燈電流成正比的振幅反饋信號；通過直流電源調整直流電壓；將調整的直流電壓轉換成交流信號；向陶瓷變壓器的第一和第二輸入端提供交流信號；測得電壓反饋信號，使交流信號頻率與諧振頻率同步；根據振幅反饋信號控制調整的直流電壓；轉化步驟包括產生頻率為第一頻率的第一、第二方波信號，兩個方波信號的相位相差180° ;同步步驟包括調整第一頻率，使其與諧振頻率相匹配；測得信號步驟進一步包括測得獨立于電燈電流振幅的諧振頻率；轉化步驟包括經帶通濾波后的電壓反饋信號提供一個經過濾波的反饋信號；通過放大濾波反饋信號和直流基準信號的差來生成交流信號。
2.根據權利要求1所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:一個使用直流(DC)電源和陶瓷升壓變壓器的熒光燈電路具有第一、第二輸入端，第一、第二輸出端和諧振頻率，陶瓷變壓器的第一輸出端I禹合在突光燈上，陶瓷變壓器的第二輸出端提供一個與第一輸出端相獨立的電壓反饋信號，電燈電路包括:一個耦合在直流電源上的穩壓器；一個耦合在穩壓器和陶瓷變壓器第一、第二輸入端的振蕩激發器；一個耦合在振蕩激發器和陶瓷變壓器第二輸出端的頻率反饋電路；還有一個耦合在電燈和穩壓器上的振幅反饋電路。
3.根據權利要求2所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:頻率反饋電路包括一個電阻；一個有一個輸入端和一個輸出端的半波整流器，其輸入端耦合在陶瓷變壓器的第二輸出端上；一個有一個輸入端和一個輸出端的反向放大器，其輸入端I禹合在半波整流器的輸出端上，輸出端耦合在振蕩激發器上；一個帶通濾波器，該帶通濾波器有一個大體上與陶瓷變壓器諧振頻率相等的中心頻率。
4.根據權利要求2所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:振幅反饋電路包括:第一和第二二極管，每個二極管都有正負極，第一二極管的正極接地，第一二極管的負極耦合到電燈和第二二極管的正極上；一個有第一接線端和第二接線端的電阻，其第一接線端耦合在第二二極管的負極上，第二接線端耦合在穩壓器上；一個接在第二二極管負極和地之間的可變電阻；一個接在電阻第二接線端和地之間的電容器；一個有一個輸入端和一個輸出端的半波整流器，其輸入端稱合在電燈上；一個有一個輸入端和一個輸出端的低通濾波器，其輸入端I禹合在半波整流器的輸出端上，輸出端I禹合在穩壓器上；一個有第一接線端和第二接線端的可變電阻，其第一接線端耦合在半波整流器的輸出端，第二接線端接地。
5.根據權利要求2所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:振蕩激發器有第一、第二輸入端和第一、第二輸出端，振蕩激發器的第一、第二輸出端分別I禹合在陶瓷變壓器的第一、第二輸入端上；穩壓器包含第一、第二輸入端和第一、第二輸出端，穩壓器的第一輸入端率禹合在直流電源上，穩壓器的第一、第二輸出端分別稱合在振蕩激發器的第一、第二輸入端上；振幅反饋電路包含一個輸入端和一個輸出端，其輸入端I禹合在電燈上，輸出端I禹合在穩壓器的第二輸入端上；一個第三輸入端；頻率反饋電路包括一個輸入端和一個輸出端，其輸入端I禹合在陶瓷變壓器的第二輸出端，輸出端I禹合在振蕩激發器的第三輸入端。
6.根據權利要求3所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:頻率反饋電路包括:一個具有集電極、基極和發射極的雙極型晶體管，其發射極接地；一個有正負極的二極管，其正極接地，負極耦合在雙極型晶體管的基極；一個耦合在陶瓷變壓器第二輸出端和雙極型晶體管基極間的第一電阻；一個耦合在直流電壓源和雙極型晶體管集電極間的第二電阻；一個耦合在雙極型晶體管集電極和振蕩激發器第三輸入端間的第三電阻；振幅反饋電路包括:第一和第二二極管，每個二極管都有正負極，第一二極管的正極接地，第一二極管的負極耦合到電燈和第二二極管的正極上；一個耦合在第二二極管陰極和穩壓器第二輸入端間的電阻；一個接在第二二極管負極和地之間的可變電阻；一個接在穩壓器第二輸入端和地之間的電容器；振蕩激發器包括:一個具有一個輸入端和一個輸出端的同步振蕩器，其輸入端率禹合在頻率反饋電路的輸出端；一個具有一個輸入端和第一、第二輸出端的驅動電路，其輸入端I禹合在同步振蕩器的輸出端，第一、第二輸出端分別I禹合在穩壓器的第一、第二輸出端上；振蕩激發器進一步包括:一個具有第一、第二電源輸入端，一個反相輸入端，一個同相輸入端和一個輸出端的高增益電路，其第一、第二電源輸入端分別稱合在穩壓器的第一、第二輸出端上，反相輸入端耦合在直流電位源上，同相輸入端耦合在頻率反饋電路的輸出端上；一個具有一個輸入端和一個輸出端的功率級，其輸入端I禹合在高增益電路的輸出端上，輸出端耦合在陶瓷變壓器的第一輸入端上；振蕩激發器的第二輸出端接地。
7.根據 權利要求5所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:振蕩激發器進一步包括:一個具有第一、第二和第三接線端的第一三極管，第一三極管的第一接線端耦合在穩壓器的第一輸出端，第一三極管的第二接線端耦合在驅動電路的第一輸出端，第一三極管的第三接線端接地；一個具有第一、第二和第三接線端的第二三極管，第二三極管的第一接線端耦合在穩壓器的第二輸出端，第二三極管的第二接線端耦合在驅動電路的第二輸出端，第二三極管的第三接線端接地，一個具有漏極、柵極和源極的第一三極管，第一三極管的漏極率禹合在穩壓器的第一輸出端，第一三極管的柵極I禹合在驅動電路的第一輸出端，第一三極管的源極接地；一個具有漏極、柵極和源極的第二三極管，第二三極管的漏極耦合在穩壓器的第二輸出端，第二三極管的柵極耦合在驅動電路的第二輸出端，第二三極管的源極接地。
8.根據權利要求7所述的一種熒光燈激勵電路，其特征是:高增益電路包括一個比較器；高增益電路包括一個運算放大器；頻率反饋電路包括一個帶通濾波器；帶通濾波器擁有一個大體上與陶瓷變壓器諧振頻率相等的中心頻率。
【文檔編號】H05B41/295GK103619115SQ201310617448
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月27日 優先權日:2013年11月27日
【發明者】李志鵬 申請人:蘇州貝克微電子有限公司