专利名称：一种荧光灯启动扫频控制电路及其控制方法
技术领域：
本发明涉及集成电路，尤其涉及一种电子镇流器内部的荧光灯启动扫频控制电路
及其控制方法。
背景技术：
众所周知，荧光灯的驱动依靠的是电子镇流器，如今，为了实现高效节能的照明方 式，电子镇流器通常需要将工频信号转换为高频方波信号以驱动荧光灯负载电路，并且由 于荧光灯的启动需要经过预热、点火、正常工作三个阶段，所以电子镇流器需要分别为荧光 灯启动的三个过程提供高频、扫频、低频的方波信号，作为电子镇流器中的控制驱动电路， 在现有技术中，是通过压控振荡器来实现的，即采用压控振荡器产生上述的标准方波信号。
现有技术中的压控振荡器的结构如图1所示，该压控振荡器包括控制模块10'、外 接电容Ct'、第一 比较器2'、第二比较器3'和逻辑电路4'，其中，控制模块包括外接震荡电 阻Rt、运算放大器l'、源极跟随晶体管Mnl、晶体管Mn2至Mn4以及晶体管Mpl至Mp4，压控 振荡器工作时，先通过运算放大器l'和源极跟随晶体管Mnl将控制电压Vc转换为控制电 流Vc/Rt，再经电流镜拷贝，即晶体管Mn2至Mn4以及晶体管Mpl至Mp4，分别转化为给外接 电容Ct'充、放电用的第一电流源II'和第二电流源12'，该第一电流源II'和第二电流源 12'的估算表达式分别见下式 /1 =
/2 =
及，
(紐)p2 (『/丄) 3 &
(『/Z)pl (『/化2 i ,
式中，W/L——晶体管的宽长比；Vc——压控振荡器控制电压；Rt——外接震荡电 阻。 当外接电容Ct'上的电压超过第一 比较器2'的上门限电压VI ，即压控震荡器的上 限翻转电平V1时，则第一比较器2'翻转，控制逻辑电路4'输出高电平，并打开晶体管Mn4， 关断晶体管Mp4，使外接电容Ct'放电；当外接电容Ct'上的电压小于第二比较器3'的下 门限电压V2，即压控震荡器的下限翻转电平V2时，则第二比较器3'翻转，控制逻辑电路4' 输出低电平，并打开晶体管Mp4，关断晶体管Mn4，使外接电容Ct'充电；综上所述，压控振荡 器输出一个标准的方波信号Vout，由下式可推导出方波信号Vout的频率表达式
已知，
Q = CU = It ; 所以，每个时钟周期内，外接电容ct'的充、放电时间t。tf分别为 ~=
G =
/ /1
丁_ ，
3
则一个时钟周期7^ = ~+~ =^~^^ + ^~~ 选择电流镜晶体管的尺寸使得/1 = /2 = ;
则输出的方波信号Vout的频率f的表达式如下 11 wK . 从上式可以看出，方波信号Vout的频率f与控制电压Vc成正比，与压控震荡器的 上、下限翻转电平VI 、 V2的差值成反比。 荧光灯启动通常要经过高频预热、扫频点火、低频正常工作三个阶段。通常的实现 方法是先通过对预热电容(受预热时间较长的影响，此电容较大)的充、放电产生压控振荡 器的控制电压，因为压控振荡器输出信号的频率与控制电压的大小成正比，所以最终控制 电压与信号频率变化如图2所示，图中Vc表示压控振荡器的控制电压，f表示压控振荡器 输出信号的频率。 然而，由图1、图2可知，使用压控振荡器产生时钟信号来实现扫频点火的功能，则 必须要先产生一个由高到低的扫描电压，这个电压通常要通过对很大的电容充、放电来产 生，从而增加了电子镇流器内芯片的管脚或增大芯片的面积，因此现有技术已越来越不能 满足使用者的需要。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明旨在提供一种荧光灯启动扫频控制电 路及其控制方法，以实现用数字化的方法控制实现荧光灯启动所需的高频预热、扫频点火、 低频工作等过程的目的。 本发明之一所述的一种荧光灯启动扫频控制电路，它包括依次串联的振荡器、计 数器和数模转换器，且所述振荡器的输出端连接到其输入端，所述数模转换器的输出端向 所述振荡器输出 一反馈控制信号。 在上述的荧光灯启动扫频控制电路中，所述的振荡器包括依次串联的第一电流 源、第一开关、第二开关和第二电流源，还包括一振荡电容、第一比较器、第二比较器和逻辑 电路， 所述振荡电容的一端连接在所述第一开关和第二开关之间，其另一端接地； 所述第一 比较器和第二比较器的同相输入端相连，并同时连接在所述第一开关和
第二开关之间，第一比较器和第二比较器的输出端分别连接到所述逻辑电路的输入端； 所述逻辑电路的输出端分别向所述第一开关和第二开关反馈一时钟信号。 在上述的荧光灯启动扫频控制电路中，所述的数模转换器的输出端与所述第二比
较器的反相输入端连接。 本发明之二所述的一种荧光灯启动控制方法，它包括高频预热控制步骤、扫频点 火控制步骤和低频工作控制步骤， 所述的高频预热控制步骤是通过给一计数器预置某一数值，将该计数器输出的计数信号进行数模转化后控制产生恒定的上限翻转电平V10，并根据该上限翻转电平V10输出频率恒定的初始的时钟信号，控制荧光灯进入预热状态； 所述的扫频点火控制步骤是对所述高频预热控制步骤中计数器的预置数值进行N-l次加1运算，计数器输出的计数信号经数模转化后控制产生逐次递增的上限翻转电平Vln，并根据该上限翻转电平Vln输出频率顺次递减的时钟信号，控制荧光灯进入扫频点火状态，直至该时钟信号的频率稳定在荧光灯的正常工作频率，N为大于1的自然数；
所述的低频工作控制步骤是对所述扫频点火控制步骤中计数器的预置数值进行第N次加1运算，计数器输出的计数信号经数模转化后控制产生恒定的上限翻转电平VIN，并根据该上限翻转电平VIN输出频率恒定的时钟信号，控制荧光灯进入正常工作状态。
在上述的荧光灯启动控制方法中，在所述扫频点火控制步骤和低频工作控制步骤中所述的加1运算通过所述高频预热控制步骤中的计数器实现。 由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过在振荡器的基本结构上增设一计数器和一数模转换器，以调节震荡器充电上限翻转电平来实现扫频点火功能，替代了现有的压控振荡器，从而节省了电子镇流器内芯片管脚或芯片面积，同时，也使得对荧光灯保护功能的开发更为方便。
图1是现有技术中的压控振荡器的结构示意图； 图2是现有技术中荧光灯启动过程中压控振荡器的控制电压与输出的信号频率的变化曲线示意图； 图3是本发明的一种荧光灯启动扫频控制电路的结构示意图； 图4是本发明的一种荧光灯启动扫频控制电路在控制荧光灯启动过程中上、下限
翻转电平和输出的时钟信号的波形图； 图5是本发明的一种荧光灯启动扫频控制电路在控制荧光灯启动过程中输出的时钟信号频率的变化曲线示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
进行详细说明。 如图3所示，本发明之一的一种荧光灯启动扫频控制电路包括依次串联的振荡器1、计数2器和数模转换器3，其中，振荡器1的输出端连接到其输入端，数模转换器3的输出端向振荡器1输出一反馈控制信号。 具体地说，振荡器1包括依次串联的第一电流源11、第一开关K0、第二开关K1和第二电流源12，还包括一振荡电容Ct、第一比较器11、第二比较器12和逻辑电路13，其中，
振荡电容Ct的一端连接在第一开关KO和第二开关Kl之间，其另一端接地；
第一比较器11和第二比较器12的同相输入端相连，并同时连接在第一开关KO和第二开关K1之间，第一比较器11和第二比较器12的输出端分别连接到逻辑电路13的输入端； 逻辑电路13的输出端分别向第一开关KO和第二开关Kl反馈一时钟信号CK。
数模转换器3的输出端与 二比较器12的反相输入端连接。
由上述控制电路的结构可知，如果用于对震荡电容Ct充、放电的第一电流源Il和第二电流源12的值(通常取第一电流源II和第二电流源12的值均为I)、震荡电容Ct的电容值、第一比较器11和第二比较器12的上、下限翻转电平VI、 V2的大小均不变时，则振荡器1输出的时钟信号CK的频率稳定在某一固定数值，并且由之前的推导可知，输出时钟信号CK的周期T为<formula>formula see original document page 6</formula> 时钟信号CK的频率f为
<formula>formula see original document page 6</formula><formula>formula see original document page 6</formula> 请参阅图3至图5，在本实施例中，以上述的荧光灯启动扫频控制电路为例，对本发明之二的一种荧光灯启动控制方法进行详细说明，控制方法包括高频预热控制步骤、扫频点火控制步骤和低频工作控制步骤，其中， 高频预热控制步骤(Stagel)是通过给计数器2预置某一数值，将该计数器2输出的计数信号经过数模转换器3数模转化后反馈控制第二比较器12的反相输入端产生一恒定的上限翻转电平V10，然后振荡器1根据该上限翻转电平V10输出一频率恒定的初始的时钟信号CK，以控制荧光灯进入预热状态； 由之前的推导可知，在高频预热控制步骤中，振荡器1输出的时钟信号CK的周期T。的表达式为 <formula>formula see original document page 6</formula>
时钟信号CK的频率f。的表达式为<formula>formula see original document page 6</formula> 扫频点火控制步骤(Stage2)是通过控制高频预热控制步骤中的计数器2对预置数值进行N-l次加1运算，计数器2输出的计数信号经数模转化后反馈控制第二比较器12的反相输入端产生逐次递增的上限翻转电平Vln，即VI (N-l)，然后振荡器1根据该上限翻转电平Vln输出频率顺次递减的时钟信号CK，控制荧光灯进入扫频点火状态，直至该时钟信号CK的频率fN—工稳定在荧光灯的正常工作频率，N为大于1的自然数；
由之前的推导可知，在扫频点火控制步骤中，当计数器2进行第一次加1运算，即预置数值+1时，上限翻转电平VI1 = V10+ A V，振荡器1输出的时钟信号CK的周期1\的表达式为
<formula>formula see original document page 6</formula>
时钟信号CK的频率^的表达式为
<formula>formula see original document page 6</formula> 当计数器2进行第二次加1运算，即预置数值+2时，上限翻转电平V12V10+2 A V，振荡器1输出的时钟信号CK的周期T2的表达式为
时钟信号CK的频率f2的表达式为
<formula>formula see original document page 7</formula> <formula>formula see original document page 7</formula> 当计数器2进行第三次加1运算，即预置数值+3时，上限翻转电平V13V10+3 A V，振荡器1输出的时钟信号CK的周期T3的表达式为2C; .(713 —72)
<formula>formula see original document page 7</formula>
时钟信号CK的频率f3的表达式为 <formula>formula see original document page 7</formula> 当计数器2进行第N-1次加1运算，即预置数值+ (N-1)时，上限翻转电平V1(N-1)=V10+(N-1) A V，振荡器1输出的时钟信号CK的周期TN—工的表达式为 时钟信号CK的频率fN—工的表达式为
<formula>formula see original document page 7</formula> 由上述表达式可知，在本步骤中，上限翻转电平Vln是逐渐增大的，而震荡电容Ct上的充、放电周期与这个电平的大小是成正比的，所以最终产生的时钟信号CK的频率与其成反比，即逐次递减。 低频工作控制步骤(Stage3)是通过控制扫频点火控制步骤中的计数器2对预置数值进行第N次加1运算，计数器2输出的计数信号经数模转化后反馈控制第二比较器12的反相输入端产生恒定的上限翻转电平V1N，然后振荡器1根据该上限翻转电平V1N输出频率恒定的时钟信号CK，控制荧光灯进入正常工作状态； 由之前的推导可知，在低频工作控制步骤中，计数器2进行第N次加1运算，即预置数值+N，此时，计数器2停止计数，维持输出，上限翻转电平V1N = V10+N A V，振荡器1输出的时钟信号CK的周期TN的表达式为 <formula>formula see original document page 7</formula>
<formula>formula see original document page 7</formula>
时钟信号CK的频率fN的表达式为<formula>formula see original document page 7</formula> 综上所述，如图5所示，时钟信号CK的频率f在上述三个步骤中的变化，使得本发明最终实现了对荧光灯启动过程的高频预热、扫频点火、低频正常工作的控制。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围'
权利要求
一种荧光灯启动扫频控制电路，其特征在于，所述的控制电路包括依次串联的振荡器、计数器和数模转换器，且所述振荡器的输出端连接到其输入端，所述数模转换器的输出端向所述振荡器输出一反馈控制信号。
2. 根据权利要求1所述的荧光灯启动扫频控制电路，其特征在于，所述的振荡器包括依次串联的第一电流源、第一开关、第二开关和第二电流源，还包括一振荡电容、第一比较器、第二比较器和逻辑电路，所述振荡电容的一端连接在所述第一开关和第二开关之间，其另一端接地；所述第一比较器和第二比较器的同相输入端相连，并同时连接在所述第一开关和第二开关之间，第一比较器和第二比较器的输出端分别连接到所述逻辑电路的输入端；所述逻辑电路的输出端分别向所述第一开关和第二开关反馈一时钟信号。
3. 根据权利要求2所述的荧光灯启动扫频控制电路，其特征在于，所述的数模转换器的输出端与所述第二比较器的反相输入端连接。
4. 一种荧光灯启动控制方法，所述的控制方法包括高频预热控制步骤、扫频点火控制步骤和低频工作控制步骤，其特征在于，所述的高频预热控制步骤是通过给一计数器预置某一数值，将该计数器输出的计数信号进行数模转化后控制产生恒定的上限翻转电平VIO，并根据该上限翻转电平V10输出频率恒定的初始的时钟信号，控制荧光灯进入预热状态；所述的扫频点火控制步骤是对所述高频预热控制步骤中计数器的预置数值进行N-1次加1运算，计数器输出的计数信号经数模转化后控制产生逐次递增的上限翻转电平Vln，并根据该上限翻转电平Vln输出频率顺次递减的时钟信号，控制荧光灯进入扫频点火状态，直至该时钟信号的频率稳定在荧光灯的正常工作频率，N为大于1的自然数；所述的低频工作控制步骤是对所述扫频点火控制步骤中计数器的预置数值进行第N次加1运算，计数器输出的计数信号经数模转化后控制产生恒定的上限翻转电平V1N，并根据该上限翻转电平V1N输出频率恒定的时钟信号，控制荧光灯进入正常工作状态。
5. 根据权利要求1所述的荧光灯启动控制方法，其特征在于，在所述扫频点火控制步骤和低频工作控制步骤中所述的加1运算通过所述高频预热控制步骤中的计数器实现。
全文摘要
本发明涉及一种荧光灯启动扫频控制电路及其控制方法，所述的控制电路包括依次串联的振荡器、计数器和数模转换器，且所述振荡器的输出端连接到其输入端，所述数模转换器的输出端向所述振荡器输出一反馈信号。所述的振荡器包括依次串联的第一电流源、第一开关、第二开关和第二电流源，还包括一振荡电容、第一比较器、第二比较器和逻辑电路，所述振荡电容的一端连接在所述第一开关和第二开关之间，其另一端接地。本发明用数字化的方法控制实现了荧光灯启动所需的高频预热、扫频点火、低频工作等过程，另外，还节省了电子镇流器内芯片管脚或芯片面积，同时，也使得对荧光灯保护功能的开发更为方便。
文档编号H05B41/24GK101720158SQ20091020128
公开日2010年6月2日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者康明利, 王小明 申请人:上海贝岭股份有限公司