专利名称：放电灯的镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及放电灯的镇流器，特别涉及提供有电压转换器的电子镇流器，该电压转换器从DC源电压提供用于使放电灯工作的DC电源。
日本专利No.10-511220公开了一种放电灯的镇流器，该镇流器包括电压转换器和控制器，电压转换器从DC源电压提供用于操作放电灯的DC电源，控制器基于电压转换器的输出条件按反馈方式用于控制DC电源。电压转换器包括电感和开关元件，开关元件由控制器控制其导通和截止，以便在电感中积累能量和容许能量从电感中释放，用于施加所得到的功率以使放电灯工作。控制器基本上被构成以提供开关元件的变化的OFF周期，用于实现开关晶体管根据检测到流过电感的零电流而被导通的模式，由此提高开关效率。控制器还被构成为提供用于变化的OFF周期的强制OFF终止极限，以便在预定周期过后即使来自电感的电流没有减少到零，也强制导通开关元件，由此避免由于延长的时间而使OFF周期变得太长的情况，经过该延长的时间来自电感的电流减少到零，以防止开关元件的开关频率太低。此外，控制器构成为截止开关元件，从而只在馈送到电感的电流增加到预定高的水平之后，终止ON周期。但是，这可能出现这样的问题，当流到电感的电流没有增加到预定高的水平时，开关元件会截止失败，如在DC源电压提供高阻抗的情况那样。另外，如果在长的周期之后开关元件截止，即ON周期变得非常长，开关频率变得低到可听范围，这是镇流器不能接受的。
鉴于上述问题，已经实现了本发明，提供放电灯的改进的镇流器。根据本发明的镇流器包括从DC源电压提供DC功率的电压转换器。电压转换器包括开关元件和具有电感的储能元件。开关元件被控制操作，用于重复切换DC源电压以便将能量储存在储能元件中。镇流器中包括电源转换器，以接收能量并将其转换成驱动放电灯的操作功率。而且镇流器中还包括控制器，该控制器提供指令值并根据指令值在变化时间周期内导通和截止开关元件，以便调整产生放电灯所需功率的电压转换器的输出。控制器提供截止开关元件的可变OFF周期和导通开关元件的可变ON周期。控制器提供最小OFF终止极限和用于终止OFF周期的强制最大OFF终止极限，还提供最小ON终止极限和用于终止可变ON周期的强制最大ON终止极限。当从电感流过的次级电流降低到零时的时刻被定义为最小OFF终止极限，而当流过开关元件的初级电流或穿过开关元件的初级电压达到对应指令值的水平时被定义为最小ON终止极限。控制器用于在最小OFF终止极限或在强制最大OFF终止极限时，无论哪种情况先出现，则终止OFF周期，并在最小ON终止极限或在强制最大ON终止极限，无论哪种情况先出现，则终止ON周期。通过重复为可变OFF周期和ON周期提供强制最大OFF终止极限和强制最大ON终止极限，开关元件可以按可容许的开关频率操作，同时适当的电流流过开关元件而不会引起开关频率的实质性降低，因此这是本发明首要目的。
最好是，控制器提供根据电压转换器的输出条件变化的最大OFF终止极限，即使次级电流没有降低到零，也可以在最佳时间终止OFF周期以保持适当开关频率。为此，控制器监控电压转换器的输出功率作为输出条件的指示，并基于输出功率提供指令值。在指令值要求增加的电流流过开关元件时，控制器使强制最大OFF终止极限根据指令值在缩短OFF周期的方向变化。这样，可以提高输出功率而不会随之使开关频率降低。这特别适合于在灯电压很低的所谓冷启动条件快速增加灯亮度。
控制器还包括电压检测器，该电压检测器检测开关元件的初级电压并将该初级电压与参考值相比较，以便在初级电压降低到参考值时判断次级电流是否降低到零。或者，控制器可以包括电压变量检测器，检测开关元件的电压变量并将该变量与参考值相比较，以便在变量达到参考值时判断次级电流是否降低到零。
最好是，控制器可以包括比较器，比较电压转换器的输出电压和可容许的最大电压，并在输出电压超过可容许的最大电压时发送限制信号。响应于该限制信号，控制器操作以延长后来的OFF周期，直到输出电压降到可容许的最大电压以下为止，由此防止电压转换器在启动电灯时提供过量的输出电压。
还最好是，控制器提供根据DC源电压变化的强制最大ON终止极限，从而当DC源电压变高时，较早终止ON周期。由此，可以在DC源电压大幅度变化的条件下适当调节ON周期。
此外，控制器可以被构成为提供指令值，该指令值具有确定容许流过开关元件的最大电流的上限。因此，可以避免过量电流流过开关元件。
控制器可以包括延迟电路，当电压转换器开始操作时该延迟电路延迟指令值的增加，由此激活镇流器的软启动，用于减少施加于开关元件和电压转换器的其它部件的应力(stresses)。
此外，控制器可以包括电阻器，为从开始操作镇流器的预定启动周期使指令值的上限减小到低水平，之后使上限恢复到高水平，由此减小在镇流器开始操作时施加于开关元件和电压转换器的其它部件的应力。
而且，控制器可以包括输出电压监视器，监视电压转换器的输出电压，以便在输出电压变大时使上限减小到低水平。这样，可以在镇流器开始操作即无负载条件时限制ON周期，将开关电流限制到中等水平，由此减小施加于开关元件和电压转换器的其它部件的应力。
另外，控制器可以包括输出电压监视器，监视电压转换器的输出电压并在输出电压超过最大电压即比电灯工作的工作电压高时提供激励信号。根据激励信号，控制器在与没有激励信号时相比延长ON周期的方向改变ON周期的最小ON终止极限。这样，控制器可以提供延长的ON周期，以便在接近于无负载条件下即在电灯刚刚启动之后给电灯输送足够的输出电流，以便成功地使电灯工作。
通过下面结合附图对实施例的详细介绍使本发明的这些和其它目的和优点更明显。
图1是根据本发明第一实施例的放电灯的镇流器的示意电路图；图2是在镇流器中使用的振荡器的示意电路图；图3和4是表示振荡器的操作的曲线图；图5是表示在镇流器中使用的延迟电路的细节的示意图；图6是表示延迟电路的操作的曲线图；图7是镇流器中使用的电流监视器的示意图；图8是表示电流监视器的操作的曲线图；图9是可以用在镇流器中的修改的极限值发生器的示意图；图10是可用在镇流器中的另一修改的极限值发生器的示意图；图11是表示图10的极限值发生器的操作的曲线图；图12是可用在镇流器中的又一修改的极限值发生器的示意图13是表示图12的极限值发生器的操作的曲线图；图14是表示可与镇流器的限制器连接使用的衰减器的示意图；图15-18是分别表示用在镇流器中的开关电压检测器的修改的示意图；和图19是根据本发明第二实施例的镇流器的示意图。
本申请基于在日本申请的申请号为No.11-147193的申请，在此引用其内容供参考。
现在参照图1，其中示出了根据本发明第一实施例的放电灯的镇流器。该镇流器包括电压转换器20和反相器30，电压转换器20从来自电池10的DC源电压提供平滑DC电压，反相器30接收DC电压并提供AC电压，通过启动器40施加该AC电压以操作放电灯5，例如用作汽车头灯的高亮度放电灯。
转换器20被构成为反馈转换器，包括变压器和开关元件或晶体管23，变压器带有初级线圈21和次级线圈22，开关元件23与初级线圈串联横跨电池10。晶体管23由控制器50驱动以导通或截止，用以重复切断从电池10流过初级线圈21的初级电流I1，由此在次级线圈22中累积所得到的感应电压。平滑电容器24与二极管25串联并横跨次级线圈22，给反相器30提供平滑DC电压。在图1中线圈21和22的绕向由带极性的点表示，以便在晶体管23的OFF周期期间，二极管25导通使来自次级线圈22的次级电流I2流进平滑电容器24中，从而对电容器24充电。
反相器30是具有四个开关31、32、33和34的全桥结构，四个开关31、32、33和34由驱动器35按如下方式驱动以导通和截止，该方式使得一对对角对置的开关31和34与另一对对角对置的开关32和33交替被导通和截止，以给电灯5提供AC电压。
启动器40从反相器30接收AC电压并工作，产生高压脉冲以启动电灯5并在电灯启动之后停止产生脉冲。
控制器50以反馈方式控制电压转换器20以调整施加于电灯5的功率。控制器50包括功率指令发生器51，确定用于电灯的转换器20的输出功率并发布表示输出功率的功率指令。电流指令计算器52被连接以接收功率指令和被输出电压监视器53监视和通过放大器54放大的电容器24的输出电压，用以产生作为用于转换器20的输出电流的目标电流值的电流指令。电流指令馈送给误差放大器55的一端，误差放大器55的另一端接收在电流传感器56被监视并通过电流监视器57馈送的转换器20的输出电流。在电流指令和输出电流基础上，误差放大器55提供用于转换器20的初级电流的指令值，即峰值电流指令值。峰值电流指令值通过限制器100和延迟电路120馈送给第一比较器61的反相输入端(-)，延迟电路120的功能将在后面介绍。
控制器50包括开关电压检测器70，其被连接以检测转换器20的晶体管24上产生的电压，即指示通过晶体管24的初级电流I1的晶体管24漏-源电压。漏-源电压还可以指示在通过次级线圈22的次级电流I2由于下面的原因减少到零的定时。当晶体管24截止以使次级电流I2流过次级线圈22时，初级线圈21经受添加给电池10的源DC电压的反电动势，从而漏-源电压变得比源DC电压高得多。之后，当次级线圈22将其能量释放到次级电流I2减少到零的程度时，漏-源电压快速变得接近等于电池10的源DC电压。因此，当漏-源电压的变量ΔV为某一电平(由参考电压Vdd给出的)时，次级电流I2被确定为零。漏-源电压在开关电压检测器70被处理以指示初级电流以及减少到零的次级电流的定时，并输送到第一比较器61的非反相输入端(+)和第二比较器62的反相输入端(-)。这样，当表示初级电流I1的漏-源电压达到表示来自误差放大器55的峰值电流指令的指令值时，第一比较器61给振荡器80提供高电平输出。来自第一比较器的高电平输出在振荡器80中使用以在特殊定时截止晶体管23，如后面介绍的。第二比较器62在其非反相输入端(+)接收参考电压Vdd，用该参考电压Vdd比较漏-源电压的变量ΔV，从而当变量ΔV降低到参考电压Vdd并指示次级电流I2降低到零时，第二比较器62提供高电平输出。
为了监视初级电流I1，开关电压检测器70包括一对串联二极管71和72，它们通过上拉电阻器73连接在电压源Vcc和晶体管23的漏极之间。上拉电阻器73和二极管72之间的接点连接到第一比较器61的非反相输入端(+)，用于提供指示初级电流的电压。在电压检测器70中包括箝位二极管76和77，以便分别固定在检测器70被监视的漏-源电压的过量电压和最低电压。为了监视漏-源电压的变量ΔV，检测器70包括由电容器74和电阻器75构成的微分器。
振荡器80具有确定晶体管23的最大ON周期和最小ON周期和晶体管23的最大OFF周期和最小OFF周期的功能。利用来自第一比较器61的高电平输出确定晶体管23的最小ON周期，而利用来自第二比较器62的高电平输出确定晶体管23的最小OFF周期。如图2所示，振荡器80包括RS触发器81，其Q输出端连接到晶体管23的栅极，使晶体管23导通和截止；复位比较器82，其输出端连接到触发器81的复位输入端(R)；和设置比较器83，其输出端连接到触发器81的设置输入端(S)。
包括在振荡器80中的是第一开关84和第二开关85，它们提供选择地施加于复位比较器82的反相输入端(-)的参考电压Vr1、Vr2、和Vr3。这些参考电压被设置成具有以下关系Vr1＜Vr3＜Vr2。连接到复位比较器82的非反相输入端(+)的是由电流源86和电容器87与跨接在电流源86两端的开关88的并联组合构成的定时器。开关88连接到RS触发器81的Q(-)输出端，从而根据触发器81而打开以使晶体管23导通，由此电容器87开始被来自电流源86的电流Ir充电，以便提供增加的电压给复位比较器82的非反相输入端(+)，如图3所示。当复位比较器82的反相输入端(-)连接到参考电压Vr1时，在电容器87的电压达到Vr1的时刻t1时，复位比较器82提供高电平输出给触发器81的复位输入端(R)，使晶体管23截止，即终止该晶体管的ON周期。同样，当复位比较器82的反相输入端(-)连接到Vr2和Vr3时，分别在时刻t2和t3时终止晶体管23的ON周期。
根据来自第一比较器61的低电平输出，即初级电流I1没有达到指令值或来自误差放大器55的峰值电流指令值，第一开关84由第一比较器61激活以给复位比较器82的反相输入端(-)施加最大参考电压Vr2。当第一比较器61根据初级电流I1达到峰值电流指令值而提供高电平输出时，第一开关84被转向，从而利用第二开关85施加最低参考电压Vr1或中等参考电压Vr3给复位比较器82的反相输入端(-)。即，第二开关85被设置成连接最低参考电压Vr1。因此，在初级电流已经达到峰值电流指令值或目标电流值时的最短定时t1，晶体管23被截止。反之，晶体管23在最迟定时t2被截止。在这种情况下，晶体管23的ON周期具有由定时t1确定的最小ON终止极限和由定时t2确定的最大ON终止极限。通过给ON周期提供最大ON终止极限，可以避免晶体管23保持导通过长时间周期。在DC源电压阻抗高以至于初级电流可在达到峰值电流指令值之前饱和并保持晶体管23连续导通的条件下，这是特别有利的。选择最小ON终止极限，以便避免发生晶体管在不稳定ON条件之后立刻截止的不希望的情况。
第二开关85由电压比较器63激活，如图1所示，该电压比较器63比较转换器20的输出电压和参考电压Vlr1，从而当输出电压达到Vlr1时提供高电平输出。设置参考电压Vlr1，以便当转换器20的输出电压增加到表示电灯没有被启动的无负载条件的电平时，比较器63提供高电平输出。根据无负载条件，比较器63激励第二开关85以便给复位比较器82的反相输入端(-)施加中间参考电压Vr3。这样，在定时t3触发器81使晶体管23截止，即ON周期比其它相反情况的长，由此使初级电流充分地流过，以使电灯稳定工作。
此外，振荡器80包括功能单元89，功能单元89接收输送到转换器20的输入电压并提供随着输入电压增加而增加从电流源86输送的电流Ir的输出。这样，在输入电压即DC源电压增加时，电容器87以增加的速率被充电，由此缩短分别由定时t1、t2和t3确定的ON终止极限，在定时t1、t2和t3电容器被充电到参考电压Vr1、Vr2和Vr3。换言之，晶体管23的ON周期、特别是最大ON周期随着输入电压增加而缩短，并随着输入电压降低而延长，容许根据输入电压适当地流过初级电流。
简言之，当初级电流达到峰值电流指令值或当最大ON周期终止时，不管哪种情况先出现，则晶体管23截止。而且，晶体管23被提供以在定时t1终止的最小ON周期。在晶体管23刚刚被截止之后，开关88被触发器81闭合以使电容器87放电，从而电容器87为确定截止晶体管23的定时的下一定时操作做准备。
下面介绍确定OFF终止极限的方案，即在晶体管23截止之后使晶体管23导通的定时。为此，振荡器80包括开关94，开关94将参考电压Vs1和Vs2与Vs3之间的可变参考电压选择地施加于设置比较器83的反相输入端(-)。参考电压Vs1、Vs2和Vs3被设置成具有以下关系Vs1＜Vs3＜Vs2。连接到设置比较器83的非反相输入端(+)的是由电流源86和电容器97与穿过电流源96连接的开关98的并联组合构成的定时器。开关98连接到RS触发器81的Q输出端，从而根据触发器81而打开，使晶体管23截止，由此电容器97开始被来自电流源96的电流Is充电，以便提供增加的电压给设置比较器83的非反相输入端(+)，如图4所示。当设置比较器83的反相输入端(-)连接到参考电压Vs1时，设置比较器83在电容器97的电压达到Vs1的定时T1时给触发器81的设置输入端(S)提供高电平输出，使晶体管23导通，即终止该晶体管OFF周期。同样，当设置比较器83的反相输入端(-)连接到Vr2与Vr3之间的电压时，在T2和T3之间的定时终止晶体管23的OFF周期。
根据来自第二比较器62的高电平输出，即次级电流降低到零时，开关94被第二比较器62激活，并将最低参考电压Vs1施加于设置比较器83的反相输入端(-)。当第二比较器83根据没有降低到零的次级电流I2提供低电平输出，开关94被转向以将Vs2和Vs3之间的变化参考电压施加于设置比较器83的反相输入端(-)。因此，在次级电流已经达到零的最早定时T1时晶体管23导通。反之，晶体管23在T3和T2之间的较迟定时截止。在这种情况下，晶体管23的OFF周期具有由定时T1确定的最小OFF终止极限和由定时T2确定的最大OFF终止极限。因此，在定时T1次级电流降低到零时或在达到最大OFF终止极限时，不管哪种情况先出现，则晶体管23导通。这就消除了在次级电流已经降低到零并保持在零之后晶体管23截止的可能性。反之，在接下来的ON周期，具有过高的峰值的开关电流将必须流过转换器20，减小了开关效率。此外，除了最大ON终止极限以外还提供最大OFF终止极限，可以保持开关频率在可接受的范围内。
在功能单元95产生Vs3和Vs2之间的可变参考电压，从而随着指令值或目标峰值电流指令值增加时从Vs2降低到Vs3。利用该可变参考电压确定OFF终止极限，即在次级电流没有降低到零时终止OFF周期。与基本上在次级电流降低到零的定时时晶体管23被导通的边界模式相比，这被称为连续模式，其中晶体管23被导通同时次级电流仍然流过。当初级电流在先前的ON周期以增加的量流过时，出现连续模式，以便输送在所谓灯的冷启动时用于快速增加电灯发光度的增加的功率。通过初级电流的增加，在次级电流减少到零之前需要增加的时间周期。因此，在没有连续模式时，即如果只可以使用边界模式，则开关频率降低。但是通过提供强制OFF终止极限以在特殊条件下实现连续模式，限制晶体管23的OFF周期，以便不降低开关频率。参考电压Vs3被设置为中等电平，容许流过的次级电流为足够的水平，不使开关频率降低。设置由定时T1确定的最小OFF终止极限以容许OFF周期继续而没有出现由于晶体管23刚刚截止之后出现的回路而产生的不稳定开关现象。
简言之，当次级电流降低到零或当由定时T2确定的最大OFF周期终止时，不管哪种情况先出现，则晶体管23导通。在晶体管23刚刚导通之后，开关98被触发器81闭合以使电容器97放电，从而电容器97为确定导通晶体管23的定时的下一定时器操作做准备。
此外，为了避免转换器20的输出电压太高，振荡器80包括在电流源96两端连接的失效开关99，以便当被监视的输出电压超过预定最大电平时使电容器96的充电失效。开关99被电压比较器64激活，如图1所示，电压比较器64将转换器20的输出电压与对应最大电平的参考电压Vlr2相比较，以便当输出电压达到Vlr2时提供高电平输出。当输出电压增加到最大电平Vlr2时，这将发生在晶体管23的ON周期过程中，比较器64激活以闭合开关99，由此在晶体管23的下一OFF周期中使确定OFF终止极限的定时操作失效，直到输出电压变得比最大电平低。
参照图1，详细介绍为限制从误差放大器55提供的峰值电流指令值提供的限制器100。除了接收以电压形式的峰值电流指令值之外，限制器100还接收以在极限值发生器101产生的电压的形式的极限值，以便使两个电压的较低一个作为新的峰值电流指令值传给比较器61，以便防止初级电流过量流过晶体管23。极限值发生器101是功能单元，其接收转换器20的输出电压并提供极限值Vlim，极限值Vlim随着输出电压在VlimH和VlimL之间的限制范围内增加而降低。因此，当转换器20的输出电压相对较低时，表示电灯刚好启动，极限值升高，使初级电流充分流过，用于快速达到预定的电灯发光度。在转换器20的输出电压相对较高以使小量初级电流流过的稳定电灯工作条件过程中，极限值Vlim降低，以便初级电流保持稳定而不会突然增加。设置最低极限值VlimL以避免不希望的应力施加于晶体管，同时设置最高极限值VlimH以防止晶体管的ON周期太短。
图5表示延迟电路120的细节，延迟电路120设置在限制器100和比较器61之间，使峰值电流指令值逐渐增加到希望的水平。电路120包括电阻器121、122、123、和124的分压器，电阻器121、122、123、和124分配表示来自误差放大器55的峰值电流指令值Voe和极限值Vlim的较低一个的限制器100的输出电压Vol。一对串联二极管126和127与电阻器122串联连接，横跨电阻器123，将二极管的正向电压加到来自限制器100的输出电压上，将得到的电压Vc2作为新的峰值电流指令值提供给比较器61。电容器125与电阻器121-124合作以产生时间常数，用于延迟峰值电流指令值Vc2的升高。虽然未示出，当镇流器断开时，电容器125被连接以放电。延迟电路120的操作示于图6中。在输入电压Vin升高时，极限值Vlim升高到aV。同时误差放大器55的输出Veo升高到比aV高的bV，因此限制器的输出Vol升高到aV。然后，延迟电路120动作以提供峰值电流指令值Vc2，峰值电流指令值Vc2逐渐增加到被减小到比aV低的cV。通过峰值电流指令值的逐渐增加，可以进行晶体管23的软开关，因此减少施加于晶体管23和转换器20的其它部件的应力。选择二极管126和127以使它们具有与在开关电压检测器70中使用的晶体管71和72相同的特性，以便偏置二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量，由此确保在比较器61中进行被监视的初级电流和峰值电流指令值之间的可靠比较。
图7表示电流监视器57的细节，在刚刚打开电灯5之后的短暂过渡周期过程中，该电流监视器57给误差放大器55提供表示来自转换器20的实际输出电流的监视输出电流。电流监视器57包括通过电阻器132连接到电流传感器56的放大器131，用于提供对应放大电压。放大器131的输出端通过开关136连接到误差放大器55，用于给误差放大器55提供监视电流值Ila。提供与放大器31相关的滤波器，并由电阻器132、反馈电阻器133、偏置电阻器135和反馈电容器134构成。开关136被电灯打开/关闭检测器58激活，检测器58基于转换器20的输出电压检测电灯是否打开或关闭。当检测到电灯打开时，开关136将放大器131的输出连接到误差放大器55。反之，即当检测到在电灯启动之后电灯仍然为关闭时，开关136将电流指令计算器52的输出通过衰减器137连接到误差放大器55。衰减器137动作以产生电流指令值KIla的k倍(其中0＜k＜1)，从而通过开关136给误差放大器55提供模拟监视电流值Ila。现在参照图8介绍电流监视器57的操作。在灯启动之后但在灯被打开之前的电灯关闭周期期间，实质上没有输出电流从转换器20流过。在该周期期间，误差放大器55接收是乘以k的电流指令值KIla的b′V的模拟监视电流值Ila。这样，在电灯刚刚打开之后，放大器131馈送监视电流值Ila，通过滤波器的作用该电流值Ila从b′V增加到实际输出电流的aV。因此，电灯一被打开，监视输出电流Ila就可以快速跟随实际输出电流，以确保可靠的电灯控制。在电灯关闭周期期间没有提供模拟监视输出电流时，馈送给误差放大器55的监视电流值将在实际输出电流后面延迟，如图8中的虚线表示的。
图9表示极限值发生器101A的修改，可以利用该极限值发生器101A代替上述发生器101以给限制器100提供极限值Vlim。发生器101A包括提供参考电压Vref的分压的电阻器102和103的分压器。一对串联二极管104和105被连接以将二极管的正向电压加到分压上，用于产生馈送给限制器100的极限值Vlim。提供上拉电阻器106以将二极管105的阳极连接到电压源Vcc，以使二极管导通。选择二极管104和105，使它们具有与在开关电压检测器70中使用的二极管71和72相同的特性，以便偏置二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量，由此确保在比较器61中进行被监视的初级电流和峰值电流指令值之间的可靠比较。
图10表示极限值发生器101B的另一修改，可以利用该极限值发生器101B代替图1的发生器101，给限制器100提供极限值Vlim2，极限值Vlim2在电灯刚刚启动之后逐渐增加。发生器101B包括电阻器141和142的分压器，该分压器提供参考电压Vref的分压以产生参考极限值Vlim。连接一对串联二极管143和144，将二极管的正向电压加到参考电压Vlim上。提供上拉电阻器145以将二极管144的阳极连接到电压源Vcc上，以使二极管导通。连接电容器146，从而与电阻器141、142和145合作以提供用于延迟参考极限值Vlim的升高的时间常数，通过逐渐增加的上缘将参考极限值Vlim修改为新的极限值Vlim2。虽然未示出，电容器146被连接成在镇流器断开时放电。发生器101B的操作示于图11中。当输入电压Vin升高时，控制电压Vcc和参考极限值Vlim分别升高到dV和aV。而且，极限值Vlim2逐渐升高到cV。在误差放大器55的输出Veo是比cV高的bV时，峰值电流指令值Vc2将是极限值Vlim2。通过峰值电流指令值Vc2的逐渐增加，可以进行晶体管23的软开关，因此减少了施加于晶体管23和转换器20的其它部件的应力。选择二极管143和144，使它们具有与在开关电压检测器70中采用的二极管71和72相同的特性，以便偏置二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量，由此确保在比较器61中进行被监视的初级电流和峰值电流指令值之间的可靠比较。
图12表示极限值发生器101C的另一修改，可以利用该极限值发生器101C代替图1的发生器101，给限制器100提供极限值Vlim2，极限值Vlim2在电灯启动之后在限制时间周期T内降低，以便逐步升高峰值电流指令值，用于减少施加于晶体管23和转换器20的其它部件的应力。发生器101C包括电阻器151和152和156的分压器，该分压器提供参考电压Vref的分压，用以产生参考极限值Vlim。连接一对串联二极管153和154，将二极管的正向电压加到分压上，用以产生要馈送到限制器100的极限值Vlim2。提供上拉电阻器155以将二极管154的阳极连接到电压源Vcc，用以导通二极管。横跨电阻器156连接开关157，以在限制时间周期T时闭合，之后打开，由此在时间周期T过程中产生降低的极限值Vlim2和参考极限值Vlim，并随后产生升高的极限值Vlim2和参考极限值Vlim。发生器101C的操作示于图13中。在输入电压Vin升高时，控制电压Vcc升高到dV。在电灯刚刚启动之后的时间周期T期间，参考极限值Vlim升高到a′V，并随后逐步升高到aV。因而，极限值Vlim2在周期T期间升高到c′V并随后升高到cV。当误差放大器55的输出电压为比cV高的bV时，限制器100提供极限值Vlim2作为峰值电流指令值Vc2。这样，在电灯刚刚启动之后的初始周期T期间，极限值被保持在低电平，然后以逐步方式增加到高电平，以便进行晶体管23的软开关，因此减少了施加到晶体管23和转换器20的其它部件的应力。选择二极管153和154，使它们具有与在开关电压检测器70中采用的二极管71和72相同的特性，以便偏置二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量，由此确保在比较器61中进行被监视的初级电流和峰值电流指令值之间的可靠比较。
图14表示与限制器100连接的衰减器110，以便偏置开关电压检测器70中的二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量。在这种情况下，极限值Vlim是被电阻器107和108分配的参考电压Vref的分压。衰减器110使从限制器100输出的电压即极限值Vlim和来自误差放大器55的峰值电流指令值的较低一个作为新的峰值电流指令值传给比较器61。衰减器110包括电阻器111、113和116的分压器，该分压器分配表示误差放大器输出Veo和极限值Vlim的较低一个的输出电压。一对串联二极管114和115横跨电阻器113与电阻器112连接，将二极管的正向电压加到出现在电阻器113和116之间的接点的电压上，将得到的峰值电流指令值提供给比较器61。而且在这种情况下，选择二极管114和115，使它们具有与用在开关电压检测器70中的二极管71和72相同的特性，以便偏置二极管71和72的正向电压的与温度等相关的变量，由此确保在比较器61中进行被监视的初级电流和峰值电流指令值之间的可靠比较。
图15表示修改的开关电压检测器170，可用该开关电压检测器170代替图1的实施例中所示的检测器70。晶体管23的漏-源电压通过电阻器171馈送给第一比较器61的非反相输入端(+)，在那里它将比较峰值电流指令值或来自误差放大器55的指令值，用以改变晶体管23的ON终止极限。而且，晶体管23的漏-源电压通过由电容器172和电阻器173构成的微分器馈送给第二比较器62的反相输入端(-)，以产生漏-源电压的变量Δ。然后变量ΔV在比较器62与由参考电压Vnl所给的某一电平比较，以便确定次级电流降低到零时的定时，以便改变晶体管23的OFF终止极限，如参考第一实施例的介绍。在电路中提供由二极管174和175构成的第一二极管箝位，防止过高和过低的电压输送给比较器61，以保护比较器61。同样，在电路中提供由二极管176和177构成的第二二极管箝位，防止过高和过低电压输送给比较器62，以保护比较器62。
图16表示另一修改的开关电压检测器170D，该开关电压检测器170D可用于代替图1实施例的检测器70并与图15的改型基本上相同，除了二极管178连接于电容器172D两端之外。相同部件用相同标号增加字母“D”表示。通过增加二极管178，输送给第二比较器62的反相输入端(-)的电压除了表示变量ΔV的分量之外可包括表示漏-源电压本身的分量。众所周知，漏-源电压本身也可以表示通过次级线圈22的次级电流I2减少到零时的定时。就是说，在晶体管23截止以使次级电流I2流过次级线圈22时，初级线圈21遇到附加给电池10的源DC电压的反电动势，从而漏-源电压变得比源DC电压高很多。此后，在次级线圈22将其能量释放到次级电流I2降低到零的程度时，漏-源电压变得接近等于电池10的源DC电压。因此，在漏-源电压降低到对应源DC电压的某一电平时可得到次级电流降低到零时的定时。考虑到这一点，可以利用该改型，在变量ΔV或晶体管23的漏-源电压基础上，通过适当设置包括参考电压Vnl的电路常数，比较器62可确定次级电流降低到零的定时。
图17表示另一修改的开关电压检测器170E，该开关电压检测器170E可用于替代图1的实施例的检测器70，并且基本上与图16的改型相同，除了偏置电压179与电阻器171E串联之外。相同的部件由相同的标号加上字母“E”表示。通过给漏-源电压填加偏置电压，保证了镇流器的可靠操作。特别是遇到即使输出电流流过但输出功率几乎为零的条件下，即输出电压非常低，在误差放大器55产生的峰值电流指令值相当低，并将对应的低电平电压施加到第一比较器61的反相输入端(-)。在这个条件下，漏-源电压加上偏置电压必定超过峰值电流指令值的低电平电压，从而比较器61可发送高电平输出，用于使晶体管23的ON周期最小化。利用这个结果，转换器的输出被由第二比较器62的输出确定的变化OFF周期控制。在这种情况下，应该注意，第一实施例的检测器70中使用的二极管71和72给晶体管的漏-源电压提供相同的偏置电压，用于在第一比较器61进行比较。
图18表示又一修改的开关检测器170F，该开关检测器170F可代替第一实施例的检测器70。开关检测器170F包括电阻器171F，晶体管23的漏-源电压通过该电阻器171F输送给第一比较器61的非反相输入端(+)和第二比较器62的反相输入端(-)。在电路中提供由二极管174F和175F构成的二极管箝位，防止过高和过低电压输送给比较器61和62，用于保护比较器61和62。在该改型中，指示初级电流的漏-源电压在第一比较器61与峰值电流指令值比较，用于改变晶体管23的ON周期，并在第二比较器62中与参考电压Vnl比较，以确定次级电流是否降低到零，用以改变晶体管23的OFF周期。
图19表示根据本发明第二实施例的镇流器，该镇流器基本上与第一实施例的相同，除了第二比较器62G直接与电流传感器66连接之外，其中该电流传感器66位于次级线圈22G的一端，用于接收指示流过次级线圈的次级电流的对应电压。相同部件用相同标号加上“G”表示。比较器62G的非反相输入端(+)接地，当次级电流降低到零时比较器62G提供高电平输出，改变晶体管23G的OFF周期，如参考第一实施例的图2所描述。第一比较器61G与邻近晶体管23G的电流传感器67连接，以接收指示流过晶体管23G的初级电流的对应电压，以与峰值电流指令值比较，以便改变ON周期，如参考第一实施例图2所介绍的。而且在该实施例中，极限值发生器1001G包括比较器109，比较器109比较转换器20G的输出电压和参考电平以切换VlimH和VlimL之间的极限值，从而当输出电压比参考电平低时高极限值VlimH输送给限制器101G，反之低极限值VlimL输送给限制器100G。
虽然上述实施例公开了反馈型电压转换器，但本发明应该不限于此，本发明可以包括其它类型的电压转换器，如其中电感器横跨DC源电压与平滑电容器和开关元件串联连接的升降压转换器，其中在说明书和权利要求书中使用的初级电流被定义为在开关元件导通时流过开关元件的电流，而次级电流被定义为在开关元件截止时从电感器释放的电流。
标号列表5 电灯70 开关电压检测器10 电池71 二极管20 电压转换器 72 二极管21 初级线圈73 上拉电阻器22 次级线圈74 电容器23 晶体管 75 电阻器24 电容器 76 二极管25 二极管 77 二极管30 反相器 80 振荡器31 开关81 RS触发器32 开关82 复位比较器33 开关83 设置比较器34 开关84 第一开关35 驱动器 85 第二开关40 启动器 86 电流源50 控制器 87 电容器51 功率指令发生器 88 开关52 电流指令计算器 89 功能单元53 输出电压监视器 94 开关54 放大器 95 功能单元55 误差放大器 96 电流源56 电流传感器 97 电容器57 电流监视器 98 开关58 电灯打开/关闭检测器 99 失效开关61 比较器 100 限制器62 比较器 101 极限值发生器63 比较器 102 电阻器64 比较器 103 电阻器66 电流传感器 104 二极管67 电流传感器 105 二极管106 电阻器107 电阻器108 电阻器109 比较器 155 电阻器110 衰减器 156 电阻器111 电阻器 157 开关112 电阻器113 电阻器 170 开关电压检测器114 二极管 171 电阻器115 二极管 172 电容器116 电阻器 173 电阻器174 二极管120 延迟电路175 二极管121 电阻器 176 二极管122 电阻器 177 二极管123 电阻器 178 二极管124 电阻器 179 偏置电压125 电容器126 二极管127 二极管131 放大器132 电阻器133 电阻器134 电容器135 电阻器136 开关137 衰减器141 电阻器142 电阻器143 二极管144 二极管145 电阻器146 电容器151 电阻器152 电阻器153 二极管154 二极管
权利要求
1.一种放电灯的镇流器，包括从DC源电压提供DC功率的电压转换器，所述电压转换器包括开关元件和具有电感的储能元件，所述开关元件操作以重复切换DC源电压，以便将能量储存在所述储能元件中；功率转换器，接收所述能量并将其转换成用于驱动所述放电灯的操作功率；控制器，提供指令值并导通和截止所述开关元件，用于根据指令值改变时间周期，以便调整所述电压转换器的输出，产生所述放电灯所需功率；所述控制器提供其中所述开关元件截止的可变OFF周期和其中所述开关元件导通的可变ON周期，所述控制器提供最小OFF终止极限和强制最大OFF终止极限，用于终止所述可变OFF周期，所述控制器提供最小ON终止极限和强制最大ON终止极限，用于终止所述可变ON周期，所述最小OFF终止极限被定义为当从所述电感流过的次级电流减少到零时的定时，所述最小ON终止极限被定义为当流过所述开关元件的初级电流或所述开关元件两端产生的初级电压达到对应所述指令值的水平时的定时，所述控制器在所述最小OFF终止极限或在所述最大强制OFF终止极限时，无论哪种情况先出现，则终止OFF周期，所述控制器在所述最小ON终止极限或在所述强制最大ON终止极限时，无论哪种情况先出现，则终止ON周期。
2.根据权利要求1的镇流器，其中所述控制器监视所述电压转换器的输出条件并提供随着输出条件变化的所述指令值。
3.根据权利要求1的镇流器，其中所述强制最大OFF终止极限根据所述电压转换器的输出条件变化。
4.根据权利要求3的镇流器，其中所述控制器监视表示所述输出条件的所述电压转换器的输出功率，并基于所述输出功率提供所述指令值，和当所述指令值要求使增加的电流流过开关元件时，所述控制器使所述强制最大OFF终止极限根据所述指令值在缩短OFF周期的方向变化。
5.根据权利要求1的镇流器，其中所述控制器包括电压检测器，检测开关元件的所述初级电压并比较所述初级电压与参考值，以便当所述初级电压减少到所述参考值时判断次级电流是否减少到零。
6.根据权利要求1的镇流器，其中所述控制器包括电压变量检测器，检测开关元件的电压变量并比较所述变量与参考值，以便当所述变量达到所述参考值时判断次级电流是否减少到零。
7.根据权利要求1的镇流器，其中所述控制器包括比较器，比较所述电压转换器的输出电压与可容许的最大电压，并在输出电压超过所述可容许最大电压时发送限制信号，所述控制器根据所述限制信号延长下一OFF周期，直到所述输出电压低于所述可容许最大电压为止。
8.根据权利要求1的镇流器，其中所述强制最大ON终止极限根据所述DC源电压变化，以使当所述DC源电压变大时，它变得较早。
9.根据权利要求1的镇流器，其中所述指令值具有确定容许流过所述开关元件的最大电流的上限。
10.根据权利要求9的镇流器，其中所述控制器包括延迟电路，在所述电压转换器开始操作时延迟所述指令值的增加。
11.根据权利要求9的镇流器，其中所述控制器包括电阻器电路，在从镇流器开始操作的预定启动周期内将所述上限减小到低电平，并在所述启动周期过后将所述上限恢复到高电平。
12.根据权利要求9的镇流器，其中所述控制器包括输出电压监视器，监视所述电压转换器的输出电压，以便在所述输出电压变大时将所述上限减小到较低电平。
13.根据权利要求1的镇流器，其中所述控制器包括输出电压监视器，监视所述电压转换器的输出电压并在所述输出电压超过预定电压即比操作电灯的操作电压高时提供信号，所述控制器根据所述信号在与没有所述激励信号时相比延长ON周期的方向改变所述ON周期的所述最小ON终止极限。
全文摘要
一种镇流器包括从DC源电压提供DC功率的电压转换器。该转换器包括开关元件和具有电感的储能元件。开关元件被控制操作,用于重复切换DC源电压,以便将能量储存在储能元件中。在镇流器中包括功率转换器,以接收能量并将其转换成驱动放电灯的操作功率。控制器提供指令值并分别根据指令值为可变周期导通和截止开关元件,用于产生电灯所需功率。
文档编号H05B41/282GK1275879SQ0011923
公开日2000年12月6日 申请日期2000年5月26日 优先权日1999年5月26日
发明者中村俊朗, 小西洋史, 盐见务 申请人:松下电工株式会社