專利名稱：鎮流電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及給燈點火和使燈工作用的鎮流電路，包括電壓發生裝置，用于產生頻率為f1的電壓，負載電路，與電壓發生裝置耦連，包括第1電感裝置和第1電容裝置構成的第1串聯裝置，所述第1串聯裝置有第1諧振頻率f10，其中頻率f1與f10的數量關系是nf1＜f10＜(n+1)f1，其中n是整偶數。
以EP0583838 A2已知這種鎮流電路。由已知鎮流電路產生的頻率為f1的電壓在點火和工作中有相同的頻率f1而且基本上是矩形波。當n＝2時，由頻率為f1的電壓的三次諧波使燈點火。然后，由頻率為f1的相同電壓使燈工作。因此，現有的鎮流電路比較簡單和比較便宜。但是，現有的鎮流電路只能用于一盞燈。
常規的向能預熱兩只以上的熒光燈供電的快速起動的鎮流電路二通常與跨接在除一只燈外的其它燈兩端的啟動電容器串聯地使燈工作。燈起動時，用起動電容器通常使發光電流增大。發光電流的這種增大往往使燈預期的壽命縮短。
常規的瞬時起動鎮流器操作并聯的兩只以上的熒光燈。每只燈的工作條件與其它每只燈的工作狀態有關。并聯的任何一只燈不能工作時，燈的負載就會變化。鎮流器輸出的功率與燈負載不匹配。使仍處于工作中的每只并聯連接的燈的工作受到有害的影響。換言之，燈不能單獨操作。
因此，要求提供一種能使兩只以上的預熱熒光燈供電的燈鎮流器。使燈能相互單獨工作，燈的壽命隨發光電流的上升而縮至最小。鎮流器應具有安全開路(即預點火)電壓和電流電平，有較小的轉換損失。改進的燈用鎮流器應按低于L-C串聯電路的諧振頻率的單一頻率進行工作。
本發明開篇所述鎮流電路的特征是，負載電路包括由第2電感裝置和第2電容裝置構成的第2串聯裝置，所述第2串聯裝置與第1串聯裝置并聯，并有第2諧振頻率f20，其頻率的數量關系是nf1＜f20＜(n+1)f1。
在預點火中，選擇工作頻率f1與諧振頻率之間的這種關系，能保持安全電壓和電流電平。產生的信號引起點火之前的安全非諧振操作和點火后的正確燈電流。不必提供檢測燈負載點火以便轉換不同的穩態燈工作的頻率的反饋電路。
每只燈設置單獨的諧振串聯電路，使每只燈能單獨工作。因而，與常規瞬時起動、燈并聯工作不同，一只或多只燈出故障不會對鎮流器的性能造成危害，因此，能正確地對燈負載供電。
滿足以下的關系時獲得良好效果。
2f1＜f10＜3f1和2f1＜f20＜3f1。
頻率為f1的電壓最好基本上是矩形波。這種電壓容易產生，而且，頻率為(n+1)f1的這種電壓的諧波量高到足以點火的程度。
按本發明的鎮流電路的優選實施例，工作中，第1電容裝置耦連在第1只燈的兩端，第2電容裝置耦連在第2只燈的兩端。這使負載電路的結構較簡單。由于在頻率為(n+1)f1的諧波的影響下給燈點火，因此，第1和第2電容裝置的容量選得較小，使流過第1和第2電容裝置的電極加熱電流也較小，從而延長了燈的預期壽命。
按本發明的另一優選實施例中，為至少操作兩只燈，每只燈有第1和第2燈絲，負載電路還包括裝有次級繞組的變壓器，第1扼流線圈，第2扼流線圈，第3扼流線圈，作為第1電感裝置的一部分的第1電感元件，第2電感裝置的一部分的第2電感元件，和所述次級繞組的一部分的第3電感元件，燈工作中，第1燈的第1燈絲由包括第1扼流線圈和第1電感元件的串聯裝置橋接，第2燈的第1燈絲由包括第2扼流線圈和第2電感元件的串聯裝置橋接，兩只燈的第2燈絲各由第3扼流線圈和第3電感元件的串聯裝置橋接。對數值適當選擇，可使其在燈點火之前電感元件上的電壓與扼流線圈上的電壓基本彼此同相，而燈點火之后，電感元件上的電壓與扼流線圈上的電壓基本不同相。因此，燈點火后，燈絲加熱明顯下降，使其有較高的系統效率。用包括兩個分開的電感元件的第3扼流線圈時獲得了好的結果。
按本發明的鎮流電路的電壓發生裝置最好包括DC-DC轉換器和DC-DC轉換器用的激勵裝置，在鎮流電路導通后的預定時間激勵DC-DC轉換器。DC-DC轉換器的功能是從幅度較低的第1DC-電壓中產生有較大幅度的第2DC-電壓。DC-DC轉換器可增大穩態工作中的燈電流幅度。然而，鎮流電路導通后立即激勵DC-DC轉換器時，電極加熱電流有較高的幅度，對燈的預期壽命有不良影響。只在鎮流電路導通后的預定時間內激勵DC-DC轉換器，可使電極加熱電流的幅度保持在較低電平，在穩態工作中燈電流能增大到規定電平。
通過結合附圖的以下說明將能更充分理解發明。
圖1是按本發明的鎮流輸出電路的電路圖；圖2(a)至2(c)分別是半橋倒相器輸出電壓的時序圖，及在其基頻的輸出電流圖，和在其三次諧波的輸出電路圖；圖3是按本發明的鎮流電路的原理圖。
圖示本發明的優選實施例。該優選實施例中，n＝2。圖中相同的部件和元件用相同數字和字母指示，有相同的結構和相同的運作。
參見圖1，2(G)，2(b)和2(c)，鎮流器輸出電路10包括電感器L和電容器C的至少兩個串聯的裝置，連接到方波發生器13的兩端。方波發生器13最好是，但不限于，產生電壓E(即倒相器輸出電壓)的半橋倒相器。燈負載16通過開關SW連在各電容器C的兩端。開關SW只是為了顯示模擬燈的預點火和點火態。流過每個電感器L的電流I包括基頻分量If1和基頻的三次諧波分量I3f1。存在較高的奇次諧波的其它電流，但很小。為更簡潔地說明鎮流器10的工作，以下只用一個L-C串聯裝置來說明，每個L-C串聯裝置應看成是相同的。
方波電壓13產生基頻f1正弦波和包括三次諧波3f1的正弦波的基頻的奇次諧波。
為使燈負載16預點火中方波發生器13中的轉換損失小(通常在電壓E的后沿ET)，在電壓E的轉換中電流I最好是感性電流(即，電流滯后驅動電壓)而不是容性電流(即電流超前驅動電壓)。因此，選擇諧振頻率f0高于2f1。
為確保在諧振頻率f0不產生不安全的電壓和電流，諧振頻率f0也應不等于三次諧波頻率3f1和不等于電壓E的其它奇次諧波。因此，按本發明的一個優選實施例，電感器L的電感量和電容器C的電容量選擇成滿足2f1＜f0＜3f。
將鎮流器電路10設計成使諧振頻率f0處于上述方程規定的頻率范圍內，以避免燈負載16預點火中在諧振頻率f0出現不安全電壓和電流，使方波發生器13提供的總電流保持電感性。因而，電壓E的頻率不會像常規鎮流電路那樣在燈負載16預點火中的諧振頻率f0與隨后立即出現的不同頻率之間變化。可以取消設計來檢測燈負載16的點火以確定何時電壓E的頻率從諧振頻率f0變到不同操作頻率時的反饋電路。按本發明的一個優選實施例，提供使諧振頻率f0保持在等式8規定的范圍內的更安全和更簡單的電路。
圖3所示的本發明的鎮流電路20中，虛線框內的部件包括抑制電磁干擾(EMI)的濾波器23，全波整流器30，預調節器50和半橋電路70。
A、C電源21正常電壓為120伏，60Hz，與鎮流器20的輸入端的火線(L)和中性線(N)相連。120伏的A、C電壓(VLN)在此僅僅是作為例子，但不限于此，加到抗EMI的濾波器23上。濾波器23濾掉輸入的高頻分量，因而使EMI的導入和輻射減少。
濾波器23的輸出通過引出端24和25加到包括二極管D1，D2，D3和D4的全波整流器30。二極管D1的陽極和D2的陰極連到引出端24。D3的陽極和D4的陰極連接到出端25。D1和D3的陰極連到預調節器40的輸入端31。D2和D4的陽極連到接地母線32，還構成預調節器40的另一輸入端。
預調節器40是有輸出端41和42的升壓變換器，它包括扼流線圈L3，預調節晶體管Q1，二極管D5，電解電容器CE和預調節控制器50。扼流線圈L3和二極管D5的串聯裝置連接在輸入端31到輸出端41之間，并與電解電容器CE的陽極連接。扼流線圈L3和二極管D5的公共引出端連接到晶體管Q1的第1主電極。Q1的另一主電極連接到輸入端32，輸出端42和電解電容器CE的陰極。預調節控制器50的輸出端連到晶體管Q1的控制電極。
圖3所示鎮流電路的剩余元件一起構成倒相器電路80。輸出端41和42經開關元件Q6和Q7的串聯裝置和電容器C5和C6的串聯裝置相連。開關元件Q6的控制電極連接到電平移相器60的輸出端。開關元件Q7的控制電極連接到半橋驅動器70的輸出端。開關元件Q6和Q7的公共引出端A由包括變壓器T4的負載電路連到電容器C5和C6的公共引出端B。
變壓器T4包括初級繞組71和次級繞組73，次級繞組73有繞組75和77。在次級繞組73的抽頭79使繞組75和77連在一起。變壓器T4的初級繞組71連接在引出端A與B之間。繞組77的一端連到將一對隔直流(DC)電容器C11和C12連在一起的節點上。電容器C11和C12分別隔直流，結果，燈1和2起整流器作用。由此防止變壓器T4飽和。
一對鎮流/限流扼流線圈L4和L5分別與電容器C11和C12串聯。扼流線圈L4包括在抽頭85處連在一起的兩部分96和97。扼流線圈L5包括在抽頭87處連在一起的兩部分98和99。變壓器T4的次級繞組73的抽頭79與將打1的燈絲LF2與燈2的燈絲LF4連接在一起的節點之間串聯有一對輔助繞組91和93和電阻器R27。燈絲LF2與LF4并聯。輔助繞組91和93分別與扼流線圈L4和L5耦連。
電容器C15的一端連到將電阻器R25和扼流線圈L4的抽頭85連在一起的節點。電容器C15的另一端連到將繞組75，燈絲LF2和LF4和電容器C16連在一起的節點。電容器C16的另一端連到將電阻器R26和扼流線圈L5的抽頭87連在一起的節點。輔助繞組95與次組繞組73耦連，連接在扼流線圈L4的繞組部分97與燈1的燈絲LF1之間。繞組部分97、輔助繞組95、燈絲LF1和電阻器R25串聯在一起，構成控制燈絲LF1加熱的閉合回路。同樣，輔助繞組101耦連到次級繞組73，連接在扼流線圈L5的繞組部分99與燈2的燈絲LF3之間。繞組部分99、輔助繞組101、燈絲LF3和電阻器R26串聯在一起，構成控制燈絲LF3加熱的閉合回路。
繞組部分75，輔助繞組91和93，電阻器R27和燈絲LF2串聯在一起、構成控制燈絲LF2加熱的閉合回路。同樣，繞組部分75，輔助繞組91和93，電阻器R27和燈絲LF4串聯在一起，構成控制燈絲LF4加熱的閉合回路。
用電阻器R25、R26和R27限制分別因燈絲LF1，LF3和LF2/LF4的兩端短路而造成的電流流動。瞬時短路的結果，這些電阻器限制流過輔助繞組的總電流，因此防止串聯繞組受損。燈絲兩端之間短路的結果是相關電阻器斷開，而不會使鎮流器電路20中的其它元件過熱或燒毀。
扼流線圈L4和電容器C15構成已調諧的諧振電路。同樣，扼流線圈L5和電容器C16構成已調諧的諧振電路。各諧振電路都調諧至相同的諧振頻率。選擇元件參量，使按本發明的鎮流器電路的本實施例的已調諧的諧振頻率約為倒相器工作頻率的兩倍。選擇電容器C15和C16的電容量，提供安全開路操作，即，在由方程2f1＜f0＜3f1限定的諧振頻率范圍內。因而，不需用附加電路保護鎮流器20。
鎮流器20導通時，整流器30對引出端L和N之間的低頻電源電壓整流。電解電容器CE充電，半橋驅動器70和電平移相器60使晶體管Q6和Q7交替地導通和不導通。結果，交流電流流過初級繞組71。鎮流器電路20導通后燈絲LF1，LF2，LF3預熱約第1個750毫秒。只在圖3中未畫出的延遲裝置產生的該750毫秒延遲周期后預調節控制器50導通。可按各種方式構成這些延遲裝置。例如，瞬時延遲裝置的實現可借助于在鎮流電路導通后通過電阻器充電的電容器，當電容器的電壓達到預定電平，預調節控制器導通時，用于激勵預調節控制器的裝置。按本發明，應了解，預熱周期不限于750毫秒，為使熒光燈快速起動操作，可用任何合適的周期。預調節控制器50的延遲周期之后使晶體管Q1交替地導通和不導通，使電解電容器CE上的電壓升高。輔助繞組91和92繞制成使輔助繞組91和93兩端引出的電壓基本同相，在該預加熱周期中，主要加到由繞組部分75兩端引出的電壓上。同樣，輔助繞組95和101繞制成使由輔助繞組95和101兩端引出的電壓基本同相，在該預熱周期中，分別主要加到以繞組部分97和99引出的電壓上。預熱周期中，從這些輔助繞組兩端引出的電壓由于這些繞組的線匝數少因而較小。
一旦燈點火，由輔助繞組91和93，95和101兩端引出的電壓基本不同相，并分別主要從繞組部分75，97和99兩端引出的電壓中減去。每只燈絲兩端的電壓明顯下降。燈絲加熱減少的結果使系統效率提高。
鎮流器電路20首先導通時，先于預調節控制器50導通，輸入電壓約120伏，引起約170伏的峰值電壓，使變壓器T4的初級繞組71兩端加上峰值電壓，它階梯式地升到約400伏的峰值，使次級繞組73的兩端的電壓達到峰值電壓。
約750毫秒后，激勵預調節控制器50。電容器CE的兩端產生約235伏的已調節的直流電壓，產生約566伏的峰值電壓、峰值電壓出現在次級繞組73的兩端。次級繞組73兩端的電壓足以使燈1和2點火。一旦燈1和2點火(即，在燈的穩態工作中)每根燈絲兩端的電壓明顯減小。燈絲電壓的這種減少和隨后的燈絲加熱減少均是基于輔助繞組91，93，95和101的不同相位電壓的結果，基本消除了否則將加于燈絲兩端的電壓。每根燈絲兩端的電壓可看成是第1電壓與第2電壓之和，其中，第1電壓和第2電壓在燈點火之前基本同相位，在燈點火之后相位基本不同。繞組75、97和99產生第1電壓。輔助繞組91、93、95和101產生第2電壓。
點火之后，每只燈電壓(即，燈1或2兩端的電壓)隨扼流絨線L4或L5兩端的次級繞組73的電壓剩余量分別降到約+220伏的峰值電壓。選擇各串聯連接的扼流線圈的參量可按要求改變并聯連接的燈的數量，以提供燈穩態工作中的預定燈電流。
現在已經知道，使倒相器的正弦基頻f1保持在低于L-C串聯輸出電路的諧振頻率f0之下，可避免燈預點火時常規鎮流電路出現的不需要的和不安全的高電壓和電流電平。特別是，分別選擇扼流線圈L4和L5和電容器C15和C16的參量，使L4，C15的諧振頻率f0和L5，C16的諧振頻率符合2f1＜f0＜3f1的關系，便能安全地確定預點火時扼流線圈L4和L5和電容器C15和C16兩端的電壓電平和流過的電流。
按本發明使燈的起動迅速，能并聯和單獨操作。與常規的快速起動操作不同，其中的燈是串聯連接，按本發明不用起動電容器，減少了燈起動時產生的發光電流電平，具有極長的燈壽命。與常規瞬時起動，燈并聯工作不同，一只或多只燈出了故障不會對仍在工作中的其它任何一只燈造成危害。特別是，每只燈有單獨的諧振串聯電路(如扼流線圈L4和電容器C15)，因而，每只燈均能獨立操作。按本發明的鎮流器電路能使4只并聯的燈快速起動。結果，若4只燈中的一只，兩只或三只燈出了故障、按本發明的鎮流器電路還能操作剩下的燈，正如為三只燈，兩只燈或一只燈工作所作的設計一樣。換言之，改變燈的負載不會損壞鎮流器的性能，能適當地保持燈負載。按本發明的鎮流器電路最通用的諧振頻率f0至少是從方波發生器產生的方波倒相器基頻f1的n倍到n+1倍，(n是整偶數)，但這些頻率應不等于基頻f1的更高的奇數諧振頻率。因而能防止鎮流電路20的不安全操作(即，L-C串聯輸出電路的諧振工作)。
正如已知的，所產生的電壓的頻率(即，圖1的電壓E的頻率)比L-C串聯電路的諧振頻率低得多，因而，能提供安全開路(預點火)電壓和電流電平。由于該產生的信號的頻率不是串聯連接的L-C電路的諧振頻率f0或接近f0。因此，預點火后，該頻率不變。無需檢測燈負載LL點火以便轉換至不同的穩態燈工作頻率的反饋電路。燈負載預點火中不需在各個串聯連接的LC電路諧振頻率f0操作，串聯連接的L-C電路用的電容器的容量和尺寸可以比常規串聯連接的L-C電路所用的電容器的容量和尺寸小得多。
權利要求
1.燈點火和工作用的鎮流器電路，包括電壓發生裝置，產生頻率為f1的電壓，負載電路，與電壓發生裝置耦連，包括由第1電感裝置和第1電容裝置構成的第1串聯裝置，所述第1串聯裝置有第1諧振頻率f10，其中，頻率f1和f10在數量上滿足nf1＜f10＜(n+1)f1的關系，式中n是整偶數，其特征是，負載電路包括第2電感裝置和第2電容裝置構成的第2串聯裝置，第2串聯裝置與第1串聯裝置并聯，所述第2串聯裝置有第2諧振頻率f20，在數量上滿足nf1＜f20＜(n+1)f1的關系。
2.按權利要求1的鎮流器電路，其特征是頻率在數量上滿足2f1＜f10＜3f1，和2f1＜f20＜3f1。
3.按權利要求1或2的鎮流器電路，其特征是，有頻率f1的電壓基本上是矩形波。
4.按上述權利要求的一項或多項的鎮流器電路，其特征是，工作中，第1電容裝置耦連到第1燈的兩端，第2電容裝置耦連到第2燈兩端。
5.按上述權利要求中一項或多項的鎮流器電路，用于至少兩只燈的工作，每只燈有第1和第2燈絲，其特征是，負載電路還包括變壓器，它裝有次級繞組，第1扼流線圈，第2扼流線圈，第3扼流線圈，第1電感裝置一部分的第1電感元件，第2電感裝置的一部分的第2電感元件和所述次級繞組的一部分的第3電感元件，燈工作中，由包括第1扼流線圈和第1電感元件的串聯裝置橋接第1燈的第1燈絲，由包括第2扼注線圈和第2電感元件的串聯裝置橋接第2燈的第1燈絲，由包括第3扼流線圈和第3電感元件的串聯裝置橋接兩只燈的第2燈絲。
6.按權利要求5的鎮流器電路，其特征是，第3扼流線圈包括分開的兩個電感元件。
7.按以上權利要求的一項或多項的鎮流器電路，其特征是，電壓發生裝置包括DC-DC轉換器，和鎮流電路導通后按預定時間激勵DC-DC轉換器的激勵裝置。
全文摘要
至少兩只并聯連接的熒光燈快速起動用的電子鎮流器。有關的各只燈與扼流線圈和電容器串聯組合，由倒相器產生的有基頻的極性交替的脈沖串加到每個串聯組合上。每個串聯組合的特征是，諧振頻率不是基頻的奇次諧波但至少是基頻的兩倍。燈點火后，燈的加熱降低，給每根燈絲加相位基本不同的電壓。
文檔編號H05B41/285GK1159279SQ96190779
公開日1997年9月10日 申請日期1996年5月30日 優先權日1995年6月2日
發明者C·B·梅特斯, R·A·埃哈特 申請人:菲利浦電子有限公司