专利名称：电子变流器的改进的保护电路及相应方法
技术领域：
本公开内容涉及电子变流器的保护。
背景技术：
文献EP-A-I 811816 (权利要求1的前序部分根据该文献撰写)公开了一种结构， 用于在例如用于卤素灯的电子变流器中将DC(直流)和AC(交流)过载/热保护结合起来。这些器件可以经由调光器连接到主电源，以便调节由其驱动的光源(比如传统的 白炽灯)的亮度。尤其是当光源被调节到最小亮度值时，确保这种结构的正确工作却可能 变得十分关键。图1的框图在很大程度上复制了下文中将再次描述的EP-A-I 811816的图3的框 图。此外，在此图1明确指示了存在通常被标记为P的能量供应器级(EST)，其产生为图中 示出的两个运算放大器10和32供电的电压Vcc。可以在器件的正常工作期间根据由电压 泵线路产生的高频AC电压Vpump或根据连续电压Vbus (针对变流器的m个输入级得到) 来达到给供电电容器Cs充电的能量。电压Vbus还在器件处于保护状态时(即Vpump降低到零时)保证Vcc供应。可能与所示的变流器相关联的调光器通常通过“砍去”AC干线相位来工作，使得 当由变流器驱动的光源被调节为最小亮度值时镇流器只工作很短的时间(每IOms工作 l-2ms)。在这些情形下，可能很难确保能量供应器级(EST)的正确工作，并且Vcc可能降至 非常低的值(即便不至于为零)。如果Vcc下降，则被供应到运算放大器(比较器)10的反相输入端12的、标记为 VrefCT )的参考值也会显著下降，因而变得小于非反相输入端14上的电压，使得来自运 算放大器10的输出信号Vo升高。所有这些可能在电压Vcc仍比零大出足够引起开关Tdl和Td2被激励的量时发 生，使得镇流器停止工作(即变流器被切换为关闭)。这导致由变流器驱动的灯出现不希望 的闪烁。可以通过以如下方式改进能量供应器级P来在理论上消除该缺点即使当镇流器 工作于干线正弦波的短部分上时，也提供足够的能量。然而，该方法会导致对该级内部部件 的需求相应地增加，这转而会转化为在成本和在PC(个人计算机)主板上占用的空间方面 的增加。
发明内容
因而本发明的目标是提供一种没有前文中所述缺点的改进的结构。根据本发明，借助于具有在所附权利要求中所陈述的特征的电路来达成上述目 标。本发明还涉及相应的方法。权利要求是在此提供的发明的公开内容的不可或缺的部分。
现在将参照附图、仅以示例方式来描述本发明，在附图中_前文中已经部分讨论过的图1是结合了在此描述的改进的示例性电子变流器的 框图；以及-图2进一步详细描述了图1的电路图中的一个图框的示例性实施例。
具体实施例方式在以下描述中，给出了大量具体细节，以帮助清楚地理解实施例。这些实施例在被 实施时，可以没有一个或多个具体细节，或者使用其它方法、部件、材料等。在其它实例中， 未详细示出或描述公知的结构、材料或操作，以避免模糊实施例的内容。贯穿本说明书的提及“一个实施例”或“实施例”时，意味着结合该实施例所描述 的具体特征、结构或特性被包括在至少一个实施例中。因而，贯穿本说明书的不同地方出现 的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不需要指同一实施例。此外，具体特征、结构或 特性可以以任何适当的方式组合成一个或多个实施例。在此提供的标题只是为了方便起见，并不说明实施例的范围或含义。图1的框图在很大程度上复制了 EP-A-I 811816的图3的框图。因而，为了清楚 描述该较早申请所公开的元件和部件的结构和操作，明确地引用了该申请的描述。为了本公开内容，重复以下内容就足够了 图1中所示的变流器经由线路滤波器 22和半桥整流器24将来自于电源20 (例如干线电压)的电力提供给光源26，光源26被连 接到变换器Tr的次级绕组。光源26可例如包含一个或多个卤素灯、荧光灯、高通量LED等。该结构是基于半桥拓扑的开关变流器的示例。该变流器布局本身在本领域中是公 知的，因而不需要在此提供更详细的描述。变换器Tr的初级绕组具有极化电感Lc，并且经由包括两个电子开关(例如 MOSFET (金属氧化物半导体场效应管)或BJT (双极结型晶体管))Ta、Tb和两个电容器Ca、 Cb的半桥配置来驱动初级绕组，每个电子开关Ta、Tb都具有相关联的栅极电感La、Lb，每个 电容器Ca、Cb都具有相关联的保护二极管Da、Db。两个电子开关Ta、Tb被借助于驱动双向击穿二极管30的控制电路38交替地切换 为导通和关断。双向击穿二极管30被置于电子开关Ta、Tb的栅极和分压器的中间点之间， 该分压器包含连接到整流器24的输出端的“上”电阻器Rs和可经由开关Td2连接到接地 端的“下”电阻器Rdl。电容器Cs与电阻器Rdl并联连接。另一电阻器Rd2被连接到电子 开关Tb的栅极；电阻器Rd2适合于经由开关Tdl连接到接地端。开关Tdl和Td2都由起比较器作用的运算放大器(op-amp) 10的输出电压Vo驱动， 优选地提供的保护二极管D2(图中以虚线示出)的阳极连接到比较器10的输出电压Vo而 其阴极连接到控制电路38。运算放大器/比较器10的反相输入端12接收以连续并依赖于温度的电压(例如， 随温度增加而下降)的形式的信号VrefCT )。非反相输入端14接收代表负载从而代表在变流器电路的输出端处的功率的连续 电压(按照下文中更详细描述的方式产生)形式的信号。特别地，依赖于负载的信号Vi (P) 被经由电阻器Rl施加给非反相输入端14。
另一电阻器R2连接到非反相输入端14。电阻器R2串联到稳压二极管Vz，稳压二 极管Vz转而连接到运算放大器10的输出端Vo。在所示实施例中，借助于单一供电电压Vcc为运算放大器10供电。在一种实施例 中为双重供电+/-Vcc ；然而单一供电电压比双重供电电压更易于获得。部件10、R1、R2和Dz形成如下电路，其输出Vo用来在检测到反常电流和/或温度 负载导致Vo达到值Voh时取消激励变流器。阴极连接到比较器10的输出端的稳压二极管Dz可以被看作等价于电压源Vb (Vb 为稳压二极管的雪崩电压)和具有等于V的正向电压的二极管Do的并联连接。包含部件Rs、Cs和双向击穿二极管30的电路允许在供电电压的每个零点处启动 半桥。在Ca和Cb的之间的中间点处存在具有叠加于其上的高(振荡)频率波动的DC电 压，波动的幅度依赖于被施加在变流器输出端处的负载。该依赖关系可被用来生成用于给比较器10的非反相输入14端馈电的依赖于负载 的信号Vi (P)。相关的感测结构除了并联连接到二极管Da的第一电阻器Ral之外还包括连 接到变换器Tr的次级绕组的电容器Cd加上实质上包含两个电阻器Ra2和Rb的网络，电阻 器Ra2和Rb形成了被置于电容器Cd和接地端之间的分压器。包含电阻器Ra2和Rb的分压器对出现在电容器Ca和Cb之间的中间点处的起伏 信号进行调节，并经由电阻器Rc将其馈送到准峰值检测器网络，该准峰值检测器网络包括 负载了阻容(RC)网络的二极管Dp。RC网络包括共同限定检测器的充放电时间常数的电容 器Cp和电阻器Rd的并联连接。结果，电容器Cp两端的连续电压代表了(事实上，与下述 负载成正比)施加在变流器输出端(即变换器Tr)处的负载。充当电压跟随器(即阻抗分离器)的又一运算放大器32被用来将作为依赖于负 载的信号Vi(P)的施加的信号经由电阻器Rl传递给比较器10的非反相输入端14。被置于供电电压Vcc和接地端之间的另一分压器包括两个电阻器R3和R4，电阻 器R3和R4具有与R4并联的NTC (负温度系数)电阻器(如实线所示)和/或与R3并联 的PTC(正温度系数)电阻器(如虚线所示)，以产生要被施加到比较器10的反相输入端 12的依赖于温度的信号Vref (T° )。在此所讨论的示例性实施例中，信号Vref (T° )随着 温度的增加而下降。与NTC和/或PTC电阻器并联的固定电阻器R3和R4使NTC/PTC电阻器的热电压 /温度特性线性化，并且使公差平滑掉。在图1的电路图中，从比较器10的输出端到开关Tdl和Td2的连接被以虚线示 出，以表明这些连接可被提供为可选的，它们是否存在取决于所寻求的保护是只在有变流 器的AC供电时工作，还是也在有DC供电时工作。电阻器Rdl和Rd2代表有源部件(比如MOSFET或BJT)在其输出端表现出的天然 电阻。如果存在与电容器Cs并联的低阻抗路径，则无法在供电电压为零之后重新启动 半桥，使得变流器停止工作。这无法应用于下述DC操作的情况例如通过将开关Tdl切换 为接通(即闭合Tdl)来与“低侧”开关Tb的基极和发射极并联地创建低阻抗路径。该阻 抗可以低到使得所有来自双向击穿二极管30和/或来自电感Lb的电流都流经电阻器Rd2， 以便在确保由于过热导致的自毁的风险的情况下，避免例如由于对Tb (M0SFET或BJT)的不良驱动对半桥持续地进行操作导致的半桥的故障或对Tb的不合时机的重新启动。如所指出的，可能与图1中所示的变流器相关联的调光器通常通过“砍去”AC干线 相位来工作，使得在由变流器驱动的光源被调节到最小亮度值时镇流器只工作很短的时间 (每IOms工作l-2ms)。在这些情形下，Vcc可能降至非常低的值，从而达到下阈值且可能 降至下阈值以下。如果Vcc下降，则标记为VrefCT )的参考值也会显著下降，使得运算放大器10 的反相输入端12上的电压可能变得小于非反相输入端14上的电压，因此来自运算放大器 的输出信号Vo升高。这可能在电压Vcc仍比零大出足够引起开关Tdl和Td2被激励的量 时发生，使得镇流器停止工作从而关闭变流器。在图1中图示的改进的结构中，通过提供被置于电压Vcc和运算放大器10的非反 相输入端14之间的Vcc感测级100消除了上述缺点。特别地，级100具有连接到运算放大器10的非反相输入端14的浮动输出端102， 使得在镇流器的正常工作期间该级不产生影响。级100包括输入引线104以感测电压Vcc。在Vcc降至给定的下阈值以下时，级 100的输出102变为零，使得在任何情况下运算放大器10都免于被激励，即便Vref (Τ ° ) 略微下降。该结构确保即便当镇流器连接到调光器并被调节到由其驱动的光源的最小亮度 等级时，保护级也不对镇流器的工作有不利影响。使用该结构的优点在于其在维持镇流器与传统调光器连接的可能性以能像正常 白炽灯一样调节光源的同时，确保DC和AC操作中的过载/热保护。在图2中示出的示例性实施例中，使用三个SMD(表面贴装器件)来实现感测级 100，因而EST级P的改进并不昂贵。所讨论的部件是-阴极连接到输入线路104的稳压二极管106，其感测Vcc；-基极连接到稳压二极管106的阳极而发射极连接到输出线路102的双极p-n-p 晶体管(BJT) 108;以及_连接在晶体管108的基极和集电极之间的电阻器110，该集电极短接至接地端 GND。只要通过电阻器110两端的电压VRs (其是Vcc减去稳压二极管106两端的电压 Vdzs)高于运算放大器10的反相输入端12处的最大电压，则晶体管108被切断(即被截 止)，从而什么也不发生。作为调暗镇流器的结果，当电压Vcc可能开始下降且运算放大器10的反相输入端 12上的电压(由于其与Vcc直接成正比)倾向于变得低于非反相输入端14上的电压时，因 为电阻器110两端的电压变得充分地低于(V14+V γ代表阈值)运算放大器10的非反相输 入端14的电压，所以晶体管108被激励。当被激励(即，变得导通)时，晶体管108将运算 放大器10的非反相输入端14 “拉”至接地端GND，非反相输入端14立即变为零，从而禁止 输出Vo。可以选择稳压二极管106，以保证在运算放大器10的非反相输入端14处的电压 达到其最高值(这意味着包括比较器10的施密特触发器结构的最高阈值电压)时，晶体管
6108不被激励，因而确保了保护级的正常工作不受不利影响。 在不偏离本发明的基本原理的情况下，细节和实施例可以，甚至是最好，相对于仅 以示例的方式描述的内容进行不偏离所附权利要求限定的本发明的范围的变化。
权利要求
一种用于电子变流器的保护器件，该器件包括具有供电电压(Vcc)的比较器(10)，所述比较器(10)具有输出端(Vo)、非反相(14)输入端和反相输入端(12)，所述非反相(14)和反相(12)输入端对指示所述变流器的输出负载的第一信号(Vi(P))和指示所述变流器的温度的第二信号(Vref(T°))敏感，从而所述输出端(Vo)是可切换的，以根据所述第一信号(Vi(P))和所述第二信号(Vref(T°)的值来将所述电子变流器切换为关闭，该电路以被置于所述供电电压(Vcc)和所述比较器(10)的所述非反相输入端(14)之间的感测级(100)为特征，所述感测级(100)具有对所述供电电压(Vcc)下降以及达到下阈值敏感的输入端(104)，以及可被激励以在所述供电电压(Vcc)达到所述下阈值时防止所述比较器(10)的所述输出端(Vo)将所述电子变流器切换为关闭的输出端(102)。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，当所述供电电压(Vcc)高于所述下阈值时，所述 感测级(100)具有连接到所述比较器(10)的所述非反相输入端(14)的浮动输出端(102)。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其中，当所述供电电压(Vcc)达到所述下阈值时， 所述感测级(100)的输出端(102)可被强制变为零。
4.根据权利要求1至3之一所述的电路，其中，所述感测级(100)包括电子开关(108)， 当所述供电电压(Vcc)达到所述下阈值时，所述电子开关(108)可切换为连接到接地端 (GND)和所述感测级(100)的输出端。
5.根据权利要求4所述的电路，其中，所述电子开关(108)是双极晶体管。
6.根据前述权利要求之一所述的电路，其中，所述感测级(100)包括-稳压二极管(106)，其阴极连接到所述感测级(100)的输入端(104)，以感测所述供电 电压(Vcc)；-双极晶体管(108)，其基极连接到所述稳压二极管(106)的阳极，其发射极和集电极 连接在所述感测级(100)的输出端(102)和接地端(GND)之间；-电阻器(110)，其连接在所述晶体管(108)的基极与接地端(GND)之间。
7.一种借助于具有输出端(Vo)、非反相输入端(14)和反相输入端(12)的比较器 (10)来保护电子变流器的方法，所述方法包括将指示所述变流器的输出负载的第一信号 (Vi(P))和指示所述变流器的温度的第二信号(Vref(T° ))施加到所述非反相输入端 (14)和反相(12)输入端的步骤，从而所述输出端(Vo)是可切换的，以根据所述第一信号 (Vi(P))和第二信号(VrefCT )的值来将所述电子变流器切换为关闭，其中，所述比较器 (10)由供电电压(Vcc)供电，该方法的特征在于包括如下步骤感测(100)所述供电电压(Vcc)下降和达到下阈值， 以及在所述供电电压(Vcc)达到所述下阈值时防止所述比较器(10)的所述输出端(Vo)将 所述电子变流器切换为关闭。
全文摘要
一种用于电子变流器(例如用于卤素灯的电子变流器)的保护器件包括由供电电压(Vcc)供电的比较器(10)。比较器(10)具有输出端(Vo)、非反相(14)和反相(12)输入端，非反相(14)和反相(12)输入端对指示变流器的输出负载的第一信号(Vi(P))和指示变流器的温度的第二信号(Vref(T-))敏感。比较器(10)的输出端(Vo)因而可以根据第一(Vi(P))和/或第二(Vref(T-))信号的值将电子变流器切换为关闭，以实现防过载和过热的保护。电路包括感测级(100)，其在供电电压(Vcc)达到下阈值时防止比较器(10)的输出端(Vo)将电子变流器切换为关闭。
文档编号H05B41/298GK101983541SQ200880128505
公开日2011年3月2日 申请日期2008年4月1日 优先权日2008年4月1日
发明者拉法埃莱·皮瓦, 马可·法钦 申请人:奥斯兰姆有限公司