專利名稱：電路裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種控制燈的電路裝置，包括連接低頻外加電壓源的輸入端；與以上所說的輸入端相連的整流機構，它可將低頻外加電壓源施加的低頻外加電壓整流為第一DC電壓；一個可將以上所說的第一DC電壓轉換為第二DC電壓的DC-DC轉換器，在燈的工作過程中，第二DC電壓具有一個基本不變的平均值，DC-DC轉換器包括一個電感元件，一個單向元件，一個配有控制電極的開關元件和與開關元件的控制電極相連的控制電路，該控制電路可產生使開關元件高頻導通或不導通的控制信號；一個與DC-DC轉換器輸出端相連的逆變器，它可將第二DC電壓轉換為燈電流；與控制電路的輸入端和產生信號S的輸入端相連的信號產生裝置，可根據低頻外加電壓的瞬時幅值影響控制信號的占空比。
這種電路裝置在US5,363,020中可看到。通常在這類電路裝置中，輸入端連到低頻外加電壓源后還需要一段時間第二DC電壓才能達到燈點燃和工作的值。在燈的點燃和穩定工作中這段相對較長的延時可以說是缺陷。
本發明的目的在于提供一種僅需較短延時即可點燃燈的電路裝置。
因此在開篇中介紹的電路裝置的特征在于，信號產生裝置包括在電路接通后的時間間隔Δt內增加控制信號占空比的裝置，以此可提高第二DC電壓平均值平均值從零增加到燈工作期間基本穩定的數值的速度。由于接通后第二DC電壓增加得很快，僅經過相對較短的時間間隔燈被點燃并很快穩定工作。時間間隔Δt后，控制信號的占空比不再增加。
依照本發明的優選電路裝置包括信號產生裝置，而該信號產生裝置包含產生第一信號S1的第一裝置，信號S1與整流過的低頻外加電壓的瞬時幅值成正比；產生第二信號S2的第二裝置，第二信號S2與第一信號S1具有相同的極性，在時間間隔Δt后基本為零；以及合成信號S1和S2的裝置。已發現這種信號產生裝置工作十分可靠。
在優選實施例中，逆變器包括產生AC電壓的裝置并且以上所說的第二裝置包括從所說的AC電壓中產生第二信號S2的裝置。當逆變器包括一個變壓器，且第二裝置包含變壓器的次級繞組時，結果會更好。
現已發現當第二裝置包括整流裝置、電阻性裝置和容性裝置時，那么第二裝置可以相對簡化且十分可靠。
優選的第二裝置也包括鉗位裝置，當它們包括一個穩壓二極管時，很容易實現鉗位裝置。
關于本發明的這些和其它目的、特征和優點在以下實施例圖解性的詳細介紹中將很容易看出，可結合附圖一起閱讀。
在圖中，
圖1為依照本發明形成的電子鎮流器的示意圖；圖2常規電子鎮流器燈中電流IL和電路電壓(Vcc)與時間的關系曲線，圖示出了達到穩定的燈電流前的延時；圖3為本發明的電子鎮流器的燈電流IL、直流(DC)總線(也就是DC干線)電壓和電路電壓(Vcc)與時間的關系圖。
參考圖1可以看出，依照本發明的電子鎮流器包括三個主要部分-一個濾波器和電源部分，一個預處理器和可驅動一個或多個熒光燈或其它同類裝置，或甚至其它形式的電路的逆變器。
濾波器和電源部分包括一個跨接在AC電源線(WHT和BLK)上的壓敏電阻V1。壓敏電阻器V1可為電子鎮流器提供瞬時保護。
電源線(WHT和BLK)提供給共模扼流圈T1。扼流圈T1作為防止電磁干擾(EMI)的濾波器并且濾掉共模噪聲。
扼流圈T1也與串聯電容C1和C2相連。電容C1和C2為旁路電容，它們可旁路掉噪聲，確保噪聲不進入與電子鎮流器相連的電源線。
電容C3與串聯的電容C1和C2相并聯。電容C3是用于濾波的微分電容。
經過扼流圈T1和電容C1-C3的濾波信號提供給橋式結構的全波整流電路，該電路包括二極管D1、D2、D3和D4。如圖1所示，二極管D2和D4的陽極接地，二極管D1和D3的陰極接在一起并提供全波整流信號。電容C4接在地和二極管D1和D3的陰極之間，可使高頻短路。
至于277伏AC線電壓，全波整流器的輸出電壓，也就是，跨接在電容C4上的電壓為390伏峰值電壓的有效值277伏。該電壓提供給本發明電子鎮流器的預處理器部分。
具體地說，預處理器部分包括升壓扼流圈T3，它的外加電壓為全波整流電路的輸出電壓。升壓扼流圈T3是本發明預處理器部分的關鍵元件。扼流圈T3可存儲能量，并且構成升壓電路的一部分，升壓電路可將電壓提升為較高的DC干線電壓，用于驅動逆變器和熒光燈。
更具體地說，升壓扼流圈T3有升壓功能，且扼流圈T3與鉗位二極管D6的陽極相聯。升壓扼流圈T3的初級繞組(也就是，繞組1F-1S)用于升高電壓，扼流圈T3的次級繞組(也就是，繞組2F-2S)與集成電路IC1相接，從而檢測通過扼流圖T3的過零電流。
升壓電路可將峰值電壓從390伏升至例如二極管D6陰極的480伏左右。480伏構成驅動逆變器電路和熒光燈的DC干線電壓。
鉗位二極管D6的陰極與電阻分壓網絡相接，電阻分壓網絡包括串聯的電阻R11、R12和R13。電阻R13的一端接地，另一端接電阻R6的一端，這將在下面進行說明。
雖然電阻R11和R12可以合并，但在這里分開是為了將基本的480伏DC干線電壓分別降落在兩個電阻上，而不是全部電壓都降落在一個電阻上，因為電阻上的電壓不應超過大約350伏(電阻R11和R12為1/2瓦電阻)。
電阻R13和R6節點處的電壓大約為2.5伏。電阻R13上的電壓信號，由于電阻分壓網絡，和DC干線電壓成正比。該信號通過電阻R6提供給集成電路IC1。
集成電路IC1為功率因數控制器，例如LinfinityMicroelectronics，Inc.，Garden Grove，California生產的型號SG3562A.顯示在圖1中的集成電路IC1相關的管腳數與以上提到的功率因數控制器的管腳數相對應。以上提到的功率因數控制器的部件說明和應用內容介紹了在電子鎮流器中如何使用有源功率因數控制器。
集成電路IC1的管腳1接到電路IC1內部誤差放大器的反相輸入端，反相輸出端接管腳2。因此，電阻R6為誤差放大器的輸入電阻，而跨接電路IC1管腳1和2的電阻R4則作為內部誤差放大器的反饋電阻。改變電阻R6和R4可改變誤差放大器的增益。
與電阻R4并聯的電容C6用于集成電路IC1內部誤差放大器的頻率補償。
功率因數控制器IC1驅動作為預處理器升壓電路開關的場效應晶體管(FET)．具體地說，集成電路IC1的管腳7通過柵極電阻R8接到晶體管Q3的柵極。晶體管Q3的源極接到電阻R9的一端，電阻R9的另一端接地。電阻R9作為電流檢測電阻可以檢測出流過晶體管Q3的電流(當Q3導通時，這也是流過扼流圈T3的電流)。電阻R9的阻值很小，例如一歐姆或更小。電阻R9的壓降正比于流過FET開關晶體管Q3的電流。例如，如果電阻R9為一歐姆，且電阻R9的壓降為一伏，那么我們知道當晶體管Q3導通時流過的電流為一安培。
跨接電流檢測電阻R9的是串聯的電阻R7和電容C7。電阻R7和電容C7為低通濾波器。低通濾波器可濾掉晶體管Q3導通時出現的任何電流尖峰。然而，流過晶體管Q3的正常電流信號通過低通濾波器時不會有顯著衰減。
低通濾波器的輸出信號，也就是電阻R7和電容C7節點處的輸出信號，輸入到集成電路IC1的管腳4。功率因數控制器集成電路IC1控制流過升壓電路(預處理器的一部分)的FET開關Q3的電流。管腳4接集成電路IC1內部的比較器。
輸入到集成電路IC1的管腳4的信號為三角波，和扼流圈T3一樣，T3為一個電感，限制流過晶體管開關Q3的電流，因此，電流的增加基本為線性并在管腳4上產生三角波。
當集成電路IC1使晶體管Q3導通時，電流流過扼流圈T3，扼流圈T3開始儲存能量。集成電路IC1在流過扼流圈T3的電流過零時使晶體管Q3導通，電流是否為零可由集成電路IC1內部的過零檢測器檢測出。
一旦施加到集成電路IC1的管腳4的信號達到設計的峰值，集成電路IC1將關斷晶體管Q3。那么升壓扼流圈T3的磁場開始減弱，電流將流過鉗位二極管D6，并進入串聯的電解電容C10和C9，串聯的C10和C9一端接鉗位二極管D6的陰極，另一端接地。由于有電流流過，跨接在電容C10和C9上的電壓增大，這樣電容上和鉗位二極管D6的陰極處的電壓大約為480伏。該電壓即為本發明電子鎮流器驅動逆變器和熒光燈的DC干線電壓。
電容C10和C9維持升到480伏的電壓。當二極管D6關斷時，逆變器從電容C10和C9得到電流。
集成電路IC1根據它檢測流過升壓扼流圈T3的電流重復地導通和關斷晶體管Q3。實際上，集成電路IC1控制的晶體管Q3開關頻率在大約30KHz和70KHz間變化。因此集成電路IC1控制和形成流過晶體管Q3的電流波形，從而基本上消除了線電流和線電壓間的任何相差。鎮流器的功率因數接近1(100％)。
因此，本發明的預處理器為電子鎮流器提供了很高的功率因數。如果不使用預處理器，跨接在全波橋式整流上的電容C10和C9的容性負載將使線電壓滯后線電流。那么電子鎮流器的功率因數會很低，也就是大約60％。使用了本發明的預處理器，可使用的功率因數接近100％，DC干線的電壓也同樣增加。
本發明電子鎮流器的預處理器接逆變器部分，該部分最好為一個并聯、諧振、電流反饋半橋式電路。更具體的說，電流反饋半橋式電路包括串聯的電容C11和C12，并跨接480伏的DC干線電壓。電容C11和C12完全相同，所以每個電容的壓降為DC干線電壓的一半。
鎮流器電源，也就是，給熒光燈供電的電源，由逆變器電路的變壓器T4提供。變壓器T4的初級，圖1顯示的由2S-2F定義的繞組，與電容C11和C12的節點相連。跨接初級繞組2S-2F的為電容C13。初級繞組和電容C13形成并聯諧振回路，自振蕩的諧振頻率大約為25Khz。
具體的說，電容C13的一端和變壓器T4的初級繞組2F側與晶體管Q1和Q2的節點相連，形成逆變器電路的部分。晶體管Q1和Q2交替導通和關斷，從而為變壓器T4的初級繞組和電容C13定義的并聯諧振回路提供交流電。
變壓器T4為升壓變壓器，這樣圖1中1S和1F間的次級繞組可產生約600伏的電壓提供給熒光燈。該電壓用來點燃熒光燈。變壓器T4的初級繞組和電容C13形成的并聯諧振回路的電壓大約為240伏，也就是，約為DC干線電壓的一半。
電容C14和C15，一端與變壓器T4的次級繞組相連，而另一端分別接每個熒光燈，為補償電容。電容C14和C15可提供限制流過燈的電流的阻抗。
變壓器T4也包括另外兩個繞組，見圖1中的3F-3S和4F-4S。這兩個繞組為驅動晶體管Q1和Q2的電路提供正反饋，以便使逆變器特別是晶體管Q1和Q2能維持自振蕩。
具體的說，繞組3F-3S為晶體管Q1提供驅動電流。繞組接電阻R15，R15的另一端接晶體管Q1的基極。類似地，繞組4F-4S通過電阻R16為晶體管Q2的基極提供驅動電流。
電阻R17和R18，串聯接在晶體管Q1的集電極和基極之間，類似地，電阻R19和R20，串聯接在晶體管Q2的集電極和基極之間，通過電流通路觸發晶體管Q1和Q2的振蕩，電流通路由DC干線通過電阻R17-R20到達晶體管Q1和Q2的基極。
電阻R19的一端接晶體管Q1的發射極。因此，通過晶體管Q1的電流流過電阻R19和R20，并流入接在晶體管Q2的發射極和電阻R20間的電容C16，并對電容C16充電。雙向擊穿二極管D10接在晶體管Q2的基極和電阻R20和電容C16的節點間。當電容C16的電壓增加到約40伏時，這將達到雙向擊穿二極管D10的擊穿電壓。雙向擊穿二極管D10將擊穿，電容C16上的電荷通過雙向擊穿二極管D10進入晶體管Q2的基極，從而使晶體管Q2開始振蕩。這樣，變壓器T4的繞組3F-3S和4F-4S幫助啟動晶體管Q1和Q2的振蕩，并維持晶體管的振蕩。
二極管D7和D8分別與電阻R15和R16并聯，用于快速關斷晶體管Q1和Q2。晶體管Q1和Q2基極的任何電荷積累都會被快速導通的二極管D7和D8釋放掉。
二極管D9，接在雙向擊穿二極管D10和晶體管Q1的發射極之間，晶體管Q1的發射極與晶體管Q2的集電極相連，在晶體管Q2導通時，維持電容C16的放電狀態，以便雙向擊穿二極管D10不被再次觸發。雙向擊穿二極管D10僅用于啟動晶體管Q2振蕩。
二極管D11和D12分別跨接在晶體管Q1和Q2的集電極和發射極上。二極管D11和D12為鉗位二極管，用于去除晶體管Q1和Q2開關時產生的尖峰，從而不超過晶體管Q1和Q2的擊穿電壓。這樣，二極管D11和D12可分別保護晶體管Q1和Q2。接在晶體管Q1集電極和晶體管Q2發射極間的電容C17可減少晶體管Q1和Q2變換狀態時產生的電壓尖峰。
變壓器T2，由T2A和T2B兩部分組成，分別具有繞組1F-1S和2F-2S，它們分別接在DC干線和晶體管Q1的集電極及晶體管Q2的發射極和地之間。變壓器的T2A和T2B部分用于限制流過晶體管Q1和Q2的電流。
本發明的特征之一是電子鎮流器的“快速啟動”能力。換句話說，電子鎮流器供電100毫秒內，熒光燈將點燃并工作。
集成電路IC1，即功率因數控制器，在電子鎮流器中根據R9的電流限制峰值電流。當鎮流器最初導通時，電容C9和C10未充電，需要一段時間充電達到480V左右。結果，熒光燈需要正常工作期間三到四倍的能量點燃。集成電路IC1控制這個能量在正常級別，這個級別不足以馬上穩定DC干線電壓并啟動熒光燈。因此，本發明電子鎮流器的功能之一是加速熒光燈點燃，這可通過調節功率因數控制器，集成電路IC1的起始操作來來實現，以提供最大能量快速穩定DC干線電壓，并點燃熒光燈。使用本發明，DC干線電壓很快升到480伏。
根據本發明，集成電路IC1的管腳3為參考電壓輸入端，它與由串聯的電阻R1、R2和R3組成的位于全波橋式整流器和地之間的分電壓器相接。分別的電阻R1和R2最好在電阻的最大電壓規格內。電容C5與電阻R3并聯用于濾波。電阻R1-R3和電容R5形成電子鎮流器的預處理器的一部分。
集成電路IC1的管腳3接在電阻R2和R3的節點上，在正常工作中，通過電阻分壓網絡給它施加一伏電壓。集成電路IC1的管腳3的電壓決定流過扼流圈T3和FET開關Q3的電流。依照本發明，啟動時；集成電路IC1管腳3的電壓增加到大約4伏，從而流過扼流圈T3和集成電路IC1控制的開關Q3的初始電流升到遠大于正常工作的值。
在集成電路IC1的管腳3上升高該電壓的優選方式是在變壓器T4上使用一個附加繞組，該繞組為圖1中的5F-5S。繞組5F-5S可提供大約20伏頻率25KHz左右的電壓。繞組5F-5S接二極管D14的正極，該二極管整流5F-5S繞組輸出的信號，整流后的信號流過限流電阻R10。限流電阻R10的另一端與穩壓二極管D13的負極相聯，該穩壓管的正極接地。穩壓管D13的穩壓值為13V，從而使R10的一端電壓為13V。該電壓提供給集成電路IC1的電源輸入端8Vcc。并聯在穩壓二極管D13上的電容C8為濾波電容。接在繞組5F-5S與ICI的5腳之間的電阻R14提供了使集成電路開始工作的觸發信號。
在本發明中，使用電容C18和電阻R21組成的串聯阻/容電路來提升3腳的電壓。電容C18的一端與電阻R10相聯，電阻R21的一端與集成電路IC1的3腳相聯。
啟動時，由變壓器T4的繞組5F一5S提供的電壓信號經二極管D14整流和穩壓二極管D13穩壓，一部分電壓信號經過還未充電的電容C18和電阻R21加到集成電路IC1的管腳3，使3腳的電壓升到大約4V。由于該電壓的升高，使集成電路IC1允許更大的電流流過扼流圈T3和晶體管Q3。
電容C18然后充電，當其被充滿時，表現為開路，切斷了由變壓器T4的繞組5F-5S提供的到集成電路IC1的3腳的電壓信號。于是，管腳3的電壓恢復到通常狀態下的1V左右。電容C18和電阻R21組成的RC電路的時間常數最好約為10到20毫秒。
用抽頭式變壓器T4給代替扼流圈T3集成電路IC1供電。其原因是，電子鎮流器在啟動過程中，扼流圈T3的工作很不穩定，因為流過扼流圈T3的電流是由FET開關Q3控制的，而Q3又是由集成電路IC1控制的，在啟動時，集成電路IC1是不穩定的。可是，在啟動過程中變壓器T4的工作是穩定的，由逆變電路使其自激振蕩。換句話說，變壓器T4的自激振蕩獨立于集成電路IC1，且不受集成電路IC1的穩定性的影響。因為在啟動過程中變壓器T4的工作是穩定的，所以可由變壓器T4的繞組5F-5S向集成電路IC1供電。如果集成電路IC1由扼流圈T3供電，由于扼流圈T3提供給8腳的電壓較低(低于穩定工作所要求的)，集成電路IC1在最初是不穩定的。另一方面本發明克服了這個問題。即使DC干線電壓還未達到所要求的電壓，加入了變壓器T4的逆變電路仍會振蕩，即使變壓器T4產生的電壓還不足以點亮燈。
應注意到，在某些通常的電子鎮流器中，沒有提供包括扼流圈T3在內的升壓電路或預處理器。全波整流后的電壓，即390V峰值，直接加到相當于變壓器T4的升壓變壓器上，將峰值電壓由390V升到600V以點亮熒光燈。如果未包括像集成電路IC1那樣的有源功率因數控制器，電子鎮流器的功率因數將很低，例如約60％。如果電子鎮流器的預處理器中包括有源功率因數控制器集成電路IC1，則其功率因數將增加到幾乎為1，或100％。而且，由電容C18和電阻R21提供的快速啟動能力，使DC干線電壓升高得更快，為點燃熒光燈提供必需的能量。
圖2為燈電流IL、電路電壓Vcc與時間的關系圖。該圖是在測試接入有源功率因數控制器預處理器但沒接本發明中的由電容C18和電阻R21組成的啟動電路的電子鎮流器時，示波器上顯示的波形。圖2顯示出從接入電源(Vcc)到熒光燈開始穩定工作這段時間內，有175毫秒的啟動延時。
圖3是由示波器顯示的燈電流IL、DC干線電壓和電路電壓Vcc與時間的關系圖，其中電子鎮流器包括根據本發明的具有瞬時啟動電路的有源功率因數控制器預處理器。圖3顯示出熒光燈從啟動到開始穩定工作之間的延時明顯減少，只有大約30毫秒。
根據本發明構成的電子鎮流器不僅提供了使用有源功率因數控制器的預處理器，用于將DC干線電壓提升到更高的電壓點燃熒光燈，而且明顯減少了由電子鎮流器驅動的熒光燈的啟動時間。
雖然在此結合附圖介紹了本發明說明性的實施例，但是應知道，本發明并不局限于這些特定實施例，本領域的技術人員都能對各實施例作出其它的改變或修改，而不會脫離本發明的構思范圍。
權利要求
1.一種控制燈的電路裝置，包括連接低頻外加電壓源的輸入端；與以上所說的輸入端相連的整流裝置，它可將低頻外加電壓源施加的低頻外加電壓整流為第一DC電壓；可將以上所說的第一DC電壓轉換為第二DC電壓的DC-DC轉換器，在燈的工作過程中，第二DC電壓具有一個基本不變的平均值，DC-DC轉換器包括一個電感元件，一個單向元件，一個配有控制電極的開關元件和與開關元件的控制電極相連的控制電路，該控制電路可產生使開關元件高頻導通或不導通的控制信號；一個與DC-DC轉換器輸出端相連的逆變器，它可將第二DC電壓轉換為燈電流；與控制電路的輸入端和輸入端相連的產生信號S的信號產生裝置，可根據低頻外加電壓的瞬時幅值影響控制信號的占空比，其特征在于，信號產生裝置包括電路接通后的時間間隔△t內增加控制信號占空比的裝置，由此可提高第二DC電壓的平均值從零增加到燈工作期間基本穩定的數值的速度。
2.根據權利要求1的電路裝置，其中信號產生裝置包含產生第一個信號S1的第一裝置，信號S1與整流過的低頻外加電壓的瞬時幅值成正比；產生第二信號S2的第二裝置，第二信號S2與第一信號S1具有相同的極性，時間間隔Δt后基本為零；以及合成信號S1和S2的裝置。
3.根據權利要求2的電路裝置，其中逆變器包括產生AC電壓的裝置，并且以上所說的第二個裝置包括從所說的AC電壓中產生第二個信號S2的裝置。
4.根據權利要求3的電路裝置，其中逆變器包括一個變壓器，第二裝置包含變壓器的次級繞組。
5.根據權利要求3或4的電路裝置，其中第二裝置包括整流裝置、電阻性裝置和容性裝置。
6.根據權利要求3、4或5的電路裝置，其中第二裝置包括鉗位裝置。
7.根據權利要求6的電路裝置，其中鉗位裝置包括一個穩壓二極管。
全文摘要
一個驅動熒光燈的電子鎮流器包括一個電磁干擾(EMI)濾波器和電源電路，一個與EMI濾波器和電源電路相聯接的預處理器和一個與預處理器相聯接用于激發熒光燈的逆變器電路。預處理器包括一個有源功率因數控制器和一個至少部分由有源功率因數控制器控制的升壓電路，有源功率因數控制器有一個加參考電壓的參考電壓輸入端。啟動時，逆變器能提供一個整流過并隨時間變化的信號。至少整流信號的部分反饋到有源功率因數控制器的參考電壓輸入端，從而將參考電壓升至正常以上，這樣有源功率因數控制器將產生更大的電流流過升壓電路，導致升壓電路更快的產生直流(DC)干線電壓，而干線電壓提供給逆變電路從而點燃和控制熒光燈。
文檔編號H05B41/282GK1158211SQ96190723
公開日1997年8月27日 申請日期1996年5月21日 優先權日1995年5月31日
發明者周維凡, 夏永平, 胡逢康 申請人:菲利浦電子有限公司