专利名称：气体放电灯的高频驱动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种气体放电灯的高频驱动器，所述气体放电灯与电感器串联，并且具有与其并联的电容器。
背景技术：
US5138235公开了一种电弧放电灯的起动和工作电路。该电路包括与AC输入端相耦合的DC电源装置；与所述DC电源相耦合的振荡器装置，以接收DC电压；振荡器开始装置，以及与振荡器的输出端相耦合并且包括与放电灯串联的电感器和与该灯并联的电容器的负载装置。当接通该电路的AC电源时，该电容器具有低阻抗，通过该电感器的初始电流大，并且位于该灯端部的灯丝电极上的电压大。利用足够大的所述电压，该灯将点亮。然后，负载的阻抗降低，这反映到振荡器的工作上，使得其振荡频率从点亮频率降低到较低的正常工作频率。在一个实例中，点亮频率为46kHz，正常工作频率为25kHz(根据所述文献的电子文件)。这意味着这些频率之比为1.84。
US5438243公开了一种即时开始气体放电灯的电子镇流器。该镇流器不同于US5138235所公开的电路，不同之处在于该振荡器，在US5438243中称作反相器，在其输出端处包括变压器，其次级线圈向与多个电感器和电容器串联的几个气体放电灯供电。该反相器包括两个交换共振部分，用于在该灯的正常工作时将反相器的共振频率提高到超过50kHz。根据该文献(第4列第33-36行)“提高频率减少了变压器以及镇流器电感器和电容器的值。提高频率还改善了性能并且降低了镇流器的成本。”US6437520公开了一种具有交叉耦合输出端的电子镇流器，其包括两个反相器，其中每个反相器在另一反相器的AC输出端提供低压交流电流。例如，在点亮时的频率为80kHz，而正常工作时的频率为40kHz。这意味着这些频率之比为2。
发明目的对于低成本、节能的放电灯的需求仍然不断增长，这种灯通常缩写为CFL(“紧凑型荧光灯”)，尤其是CFL-I(具有集成驱动器的CFL设备)。而且，还需要尺寸更小和/或散热更少和/或成本更低的这种灯。一部分需求已经通过包含许多灯驱动器部件的集成电路的发展实现了。其实例是与外部振荡器输出晶体管一起使用的PhilipsUBA2021，以及具有内部振荡器输出晶体管的UBA2024。然而，包含在CFL-I中的电路的尺寸、散热和成本的主要一部分是由于与灯串联的电感器的存在造成的。
设计者的一般经验是提高流过电感器的交流电流的频率，以获得更小尺寸和/或更低温度和更低成本的电感器。这种经验明确地在以上相关引用部分提到的US5438243中公开了。
然而，本发明人发现，当应用所述一般经验时，与预期的情况是相反的。也就是说，随着振荡频率的增大，电感器的温度也会提高，反之亦然。然而，不能使用不足以使灯点亮的频率。
因此，本发明的目的是提供一种适合上述要求、同时消除现有技术的缺点的驱动器。
发明概述本发明的一个方面，所述目的是通过提供一种气体放电灯的高频驱动器来实现的，所述灯与电感器串联并且具有与其并联的电容器，该高频驱动器包括振荡器，其具有用于连接到DC源的DC输入端和用于连接到负载的AC输出端，负载包括灯、电感器和电容器，该振荡器在灯的点亮过程中以第一高频振荡，在灯点亮之后的正常工作过程中以第二高频振荡，其中第一频率比第二频率大至少2.2倍。
这样，允许使用具有尺寸更小、成本更低和温度更低中的一个或多个特性的电感器。而且，可以减小紧凑型荧光灯(CFLCompactFluorescent Lamp)的尺寸，尤其是该灯的灯组件(CFL-I)和与其集成的根据本发明的驱动器的尺寸。
根据本发明的另一方面，提供了一种根据权利要求7所述的方法。
根据本发明的又一方面，提供了一种具有集成在其中的根据本发明的驱动器的气体放电灯组件。
通过以下结合附图的示例性描述，将逐渐理解本发明。在附图中图1是与气体放电灯相连接并且适用于本发明的高频驱动器的第一实施例的示意图；
图2是与气体放电灯相连接并且其中应用了本发明的高频驱动器的第二实施例的示意图；图3是与图1和2所示的高频驱动器的所述第一和第二实施例一起使用的受检点亮频率和工作频率对的视图。
具体实施例方式
图1所述的电路包括与负载相结合的典型高频驱动器，该负载包括气体放电灯2，其尤其为紧凑型荧光灯(CFL)。图1所示的电路1，包括灯2，能够集成到单一的设备中，因而称作CFL-I。
该驱动器在没有灯2、与灯2串联的电感器3和与灯2并联的电容器4的情况下不能工作。因此，能够将电感器3和具有与其并联的电容器4的灯2的串联电路既当作驱动器的负载，又当作驱动器的一部分。
图1所示的电路包括分别用于接收高DC正电压和地电压的接线端6和7。利用整流桥(未示出)能够提供这些高DC电压和地，该整流桥具有与电源的AC电压相连接的接线端。
电感器11的第一接线端与电源电压接线端6相连接。电感器11的第二接线端与反相器控制器12的输入端HV相连，该反相器控制器例如为Philips制造的集成电路UBA2021。反相器控制器12的地输入端GND与地接线端7相连。反相器控制器12生成在输出端VDD处提供的较低正DC电压。电阻器14和电容器15的串联电路连接在所述输出端VDD与地接线端7之间，其中电阻器14与输出端VDD相连。电阻器14与电容器15之间的连接节点与反相器控制器12的输入端RC相连。
反相器控制器12具有分别与场效应晶体管(FET)16和17的栅极相连的控制或时钟输出端CL1和CL2。FET 16和17串联，其中FET16的漏极与反相器控制器12的高电压输入HV相连，并且FET 17的源极与地接线端7相连。FET 16和17的中间节点与包括灯2、电感器3和电容器4的负载的接线端相连。所述负载的另一接线端通过电容器18与反相器控制器12的高电压输入端HV相连，并且通过另一电容器19与地接线端7相连。电容器18和19用于DC退耦。
电容器4也称作灯电容器，其仅在灯2点亮过程中起作用。电感器3也称作镇流器电感器或阻流器，其在灯的点亮过程中以及灯2的正常工作过程中用于使通过该灯2的电流稳定。
电阻器14和电容器15的值结合如图所示的其它部件，确定了在向接线端6和7施加DC电压时该电路振荡的点亮频率fig和正常工作频率fop。当向接线端6和7提供DC电源电压时，该电容器具有低阻抗，通过该电感器的初始电流高，并且在灯2的端部处的灯丝电极上的电压高。利用所述足够高的电压，该灯将点亮。然后，负载的阻抗将降低，这反映到振荡器的工作，使得其振荡频率从点亮频率降低到较低的正常工作频率fop。
在图1所示的驱动器电路的所有部件中，即除了灯2之外，电感器3是体积最大的一个部件。也就是说，包含驱动器电路的壳体的尺寸主要由电感器3的尺寸确定。电感器3可以包括铁氧体磁心，其可能具有E形状，例如EE14磁心，其带有具有多匝的绕组。当确定该驱动器电路的部件的尺寸使得点亮频率fig增大时，生成与前述相同的足够大点亮电压所必须的电感器3的匝数降低。因此，如果电感器3的尺寸没有降低，则电感器3的损失也会降低。相应地，电感器3的温度以及驱动器电路及其壳体的温度由此也会降低。所以，当为特别的灯的电源设计包含在灯中的小型驱动器电路(称作CFL-I)时，这是重要的。
作为可选方案，通过提高点亮频率并且降低电感器3的匝数，同时接受由于电感器3造成的如前所述大小的损失和温度上升，就能够使电感器3的尺寸更小。
因此对于设计者而言，在优化电感器3的损失降低和温度上升与电感器3的尺寸降低的优选组合时存在折中的方案。
广泛得到相信的是，提高频率可以降低电感器和电容器的值。在US5538243的第4列第33-35行中可以找到明确的阐述。
然而，本发明人已经发现，当使点亮频率提高到一定程度以上时，电感器3的磁心的损失将增大。一般的经验是点亮频率fig的增大将使正常或稳定工作频率fop也增大，因此在正常工作过程中电感器3的损失，尤其是磁心和导线的损失也增大。因此，本发明人考虑到了一定存在一种点亮频率fig、正常工作频率fop与可接受的损失的优化组合。
因为FET 16、17明确地接通或断开，所以将生成多个谐波，这会造成与其它电子装置的射频干扰(RFI)和电磁干扰(EMI)。因此，必须设计一种驱动器电路，从而将RFI和EMI保持在国际标准之内。
通过计算机模拟和实际的试验，本发明人测量了具有EE-14磁心的电感器3对于点亮频率fig和工作频率fop的不同组合的温度。在以下的表I中给出并且在图3中表示了对于许多这种组合中的三种的结果P1、P2和P3。
表I
注意，表I中表示的温度T是驱动器电路的环境温度以上的温升。本发明人考虑到了电容器3的大约30℃的温升是可以接受的。这意味着，点亮频率与正常工作频率的比R＝fig/fop应为约2.2或更大。
如果频率比表I中提到的频率更高，则不可能符合RFI和EMI标准。
图2表示了与图1所示的类似的驱动器电路。图2所示的电路包括取代了图1的反相器控制器12和FET 16、17的反相器22。也就是说，反相器22具有与其集成的驱动器晶体管，并且公共节点OUT向电感器3提供高电压交流电流。反相器22可以是Philips制造的集成电路UBA2024。
图2所示的驱动器电路还包括高DC电压接线端6与反相器22的输入端RC之间连接的电阻器24和电容器25的串联电路。电容器25对DC电压退耦。因此，将从接线端6向反相器22的输入端RC提供本质上为电源频率两倍的波。这使得输出频率为经过所述电源波的频率调制的频率。
通过调制提供给灯2的电流的频率，所述电流中由于驱动晶体管的切换而产生的谐波中包含的能量将渗透到更大的频率范围中。已经发现，通过这样做，能够使用高得多的点亮频率，同时仍然符合RFI和EMI标准。
本发明人已经利用100Hz的调制频率和7％的调制比计算并且实施了实际的试验，从而产生了点亮频率fig、fop和电感器3的温升的几种组合，按照7％的调制比，图2所示的驱动器电路仍然符合RFI和EMI标准。此处，频率比是相对于通过导体3的输出电流的最大频率fmax和最小频率fmin限定的，尤其是通过(fmax-fmin)/(fmax+fmin)×100％限定的。下表II中给出了所发现的组合P4-P7并在图3中示出。
表3
根据表II和图3，显而易见的是通过对通过灯2的电流频率的调制，能够获得点亮频率的显著提高。点亮频率的提高，同时保持与图1所示的驱动器电路中使用的相同的正常工作频率，能够显著地减少电感器3的尺寸和/或其损失和温升。这样可以给设计者更大的空间来发现针对其目标的最佳设计方案。
图1所示的驱动器电路的反相器控制器12和图2所示的驱动器控制器的反相器22可以由集成电路组成，例如分别为Philips制造的UBA2021和UBA2024，能够对其进行编程或设计，以实施特定的操作，以获得特定的点亮和正常的工作条件。因此，显而易见的是反相器控制器12和反相器22可以包括内部电路，以生成工作中所需的点亮和正常工作频率，并且生成具有不同于以上提到的值的调制频率和调制比。
本发明人发现，调制比R＝fig/fop优选在2.2到7之间的范围内。更为优选的是，该比值约为5。
本发明人还发现，小于振荡频率平均值的15％的调制频率工作得较好。
观察到，尽管已经参照附图中所示的一些实施例描述了本发明，但本领域技术人员能够在权利要求限定的本发明实际精神和范围内进行各种修改。例如，点亮、正常工作和调制的频率均可以由驱动灯2、电感器3和电容器4的负载的集成电路的内部电路来生成并监测。
权利要求
1.一种气体放电灯的高频驱动器，所述气体放电灯与电感器串联，并且具有与其并联的电容器，该高频驱动器包括振荡器，其具有用于连接到DC源的DC输入端和用于连接到负载的AC输出端，负载包括灯、电感器和电容器，该振荡器在灯的点亮过程中以第一高频振荡，在灯点亮之后的正常工作过程中以第二高频振荡，其中第一频率比第二频率大至少2.2倍。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中该倍数在2.2到7的范围内。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其中该倍数约为5。
4.根据权利要求1所述的驱动器，其中利用小于振荡频率平均值15％的频率来频率调制该振荡频率。
5.根据权利要求4所述的驱动器，其中该频率调制约为振荡频率平均值的7％。
6.根据权利要求4所述的驱动器，其中该调制频率是从AC电源到DC电源获得的。
7.一种利用驱动器驱动气体放电灯的方法，该灯与电感器串联，并且具有与其并联的电容器，该驱动器包括振荡器，其具有用于连接到DC源的DC输入端和用于连接到负载的AC输出端，负载包括灯、电感器和电容器，该振荡器在灯的点亮过程中以第一高频振荡，在灯点亮之后的正常工作过程中以第二高频振荡，其中第一频率比第二频率大至少2.2倍。
8.根据权利要求7所述的方法，其中该倍数在2.2到7的范围内。
9.根据权利要求7所述的方法，其中该倍数约为5。
10.根据权利要求7所述的方法，其中利用小于振荡频率平均值15％的频率来频率调制该振荡频率。
11.根据权利要求10所述的方法，其中该频率调制约为振荡频率平均值的7％。
12.根据权利要求10所述的方法，其中该调制频率是从AC电源到DC电源获得的。
13.一种气体放电灯组件，其包括气体放电灯、与该灯串联的电感器和与该灯并联的电容器、DC电源电路和根据权利要求1到6中任一项所述的驱动器，该驱动器串联在DC电源电路与灯之间。
全文摘要
一种利用DC电压供电的用于气体放电灯的高频驱动器。该驱动器将输入DC电压转变为AC电压，并且向负载提供AC电压，该负载包括气体放电灯、与灯串联的电感器以及与灯并联的电容器。AC电压在灯点亮过程中具有第一高频，在灯点亮之后的正常工作过程中具有第二高频。第一频率比第二频率大至少2.2倍。通过调制AC电压的频率，能够提高该倍数，同时仍然符合EMI和RFI要求。
文档编号H05B41/282GK1910965SQ200580003102
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月19日 优先权日2004年1月23日
发明者J·M·范穆尔斯, D·B·帕维勒克 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司