专利名称：一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及集成电路，尤其涉及一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器及其
控制方法。
背景技术：
众所周知，电子镇流器是一种用于控制荧光灯正常启动和稳定工作的设备， 一般， 电子镇流器控制驱动荧光灯负载电路工作的示意图可如图1所示，电子镇流器10'包括主 控制模块1'(即电子镇流器芯片)、第一功率开关管M1、第二功率开关管M2和续流电容C2， 荧光灯负载电路2包括电感L、第一隔直电容Cl、第二隔直电容C3和灯管等效电阻Rlamp， 主控制模块l'输出一高控制信号H0和一低控制信号L0，以控制驱动第一功率开关管Ml和 第二功率开关管M2交替导通；电子镇流器工作时，高控制信号HO的电平VH0、低控制信号 L0的电平VL0以及A点处的电压VA的波形图如图2所示 (1)当电平VH0为高电平，电平VL0为低电平时，第一功率开关管Ml导通，第二功 率开关管M2关闭，此时电源Vcc通过第一功率开关管Ml向荧光灯负载电路2供电，续流电 容C2两端的电压为高电平； (2)当电平VH0由高变低，电平VL0还未变高时，第一功率开关管Ml和第二功率开 关管12均关闭，续流电容02通过第二隔直电容03-电感L-(第一隔直电容C1、灯管等效电 阻Rlamp)的回路放电，直至电平VL0变高； (3)当电平VH0为低电平，电平VL0为高电平时，第一功率开关管Ml关闭，第二功 率开关管M2导通，此时电流的流向是接地端经由荧光灯负载电路2向第二隔直电容C3充 电，续流电容C2两端的电压为低电平； (4)当电平VL0由高变低，电平VH0还未变高时，第一功率开关管Ml和第二功率开 关管M2均关闭，电流通过(第一隔直电容Cl、灯管等效电阻Rlamp)-电感L-第二隔直电容 C3的回路给续流电容C2充电，直至电平VH0变高。 当电平VH0和电平VL0同时为低电平时，此段时间称为死区时间(Tdeadtime)，死 区时间的作用是保证电平VHO和电平VLO不能同时为高电平，因为若出现这样的情况，第一 功率开关管M1和第二功率开关管M2将同时导通，会有巨大电流通过第一功率开关管M1和 第二功率开关管M2，造成第一功率开关管M1和第二功率开关管M2的发热，从而影响其使用 寿命，甚至烧坏，因此，显然，死区时间是保护电路的一种必要手段。 通常死区时间的大小是由主控制模块l'内部电路决定的，在固定死区时间的情况 下，续流电容C2不同的放(充)电速度会对电路产生不同的影响。图3为在续流电容C2 的不同放电速度情况下的各点电压变化示意图 (1)放电速度较慢电压VA沿曲线A的轨迹变化，当电平VL0出现高电平，第二功 率开关管M2导通时，电压VA不为零，此时，有较大的电流流过第二功率开关管M2 ;
(2)放电速度适中电压VA沿曲线B的轨迹变化，当电平VLO出现高电平，第二功 率开关管M2导通时，电压VA恰好变为零，即ZVS (零电压开关)状态，此时，理论上没有电流流过第二功率开关管M2 ; (3)放电速度较快电压VA沿曲线C的轨迹变化，当电平VLO出现高电平，第二功 率开关管M2导通时，电压VA在之前的某个时刻已经为零，也是ZVS状态，此时，理论上也没 有电流流过第二功率开关管M2 ; (4)充电的过程和放电的过程相似，故不再重复。 很显然的，上述情况(1)中，由于在一个周期中，将出现大电流流过第一功率开关 管Ml或者第二功率开关管M2，此时第一功率开关管Ml、第二功率开关管M2非常容易发热 损坏，因此，不希望出现这种情况。在实际应用中，续流电容C2、电感L、第一隔直电容C1、第 二隔直电容C3和灯管等效电阻Rlamp的大小都会对续流电容C2的放(充)电速度产生影 响，因此，假定选取这些元件的参数为合适值。 由图1可知，经过第二隔直电容C3， B点处形成交流电压，从经典电路理论可以知 道，由电感L、第一隔直电容Cl、灯管等效电阻Rlamp构成的荧光灯负载电路2对一定频率 的交流电源具有不同性质的电抗，可以分为感抗，容抗和阻抗三种类型，这个电抗特性由电 感L、第一隔直电容Cl、灯管等效电阻Rlamp的大小以及交流电源的频率共同决定，荧光灯 负载电路2的电抗特性不同，则对续流电容C2的放(充)电速度的影响也不同，图4为在 荧光灯负载电路2不同的电抗特性下的各点电压和电流的相位图 以荧光灯负载电路2呈现感性为例，由经典电路理论可以知道，由图1中B点处流 入荧光灯负载电路2的电流IB与B点处电压VB将不同相，其电流相位将滞后于电压相位， 即在Tdeadtime里，电流IB将晚于电压VB下降；因为，此时电平VHO、 VL0同时为低电平， 第一功率开关管M1、第二功率开关管M2同时关闭，实际流过B点处的交流电由续流电容C2 提供。 根据公式"2=C2 (l)，可知， 续流电容C2提供的电流值i2越大，续流电容C2两端电压的变化(下降)速度~/
也越快，即电压变化率越大； 又根据公式Q = (^AVa(2)，可知， 维持电路稳定所需的电量Q越大，续流电容C2两端电压的变化(下降)量AVa也 越大。 同理可得，在Tdeadtime开始的时刻，电流IB感性> IB阻性> IB容性；根据 公式(1)可知，此时不同电抗负载状态下，续流电容C2两端电压下降的速度大小排序为
^感性〉^阻性〉^容性，即感性负载状态下的续流电容C2两端电压下降最快。
^ (A d 由经典电路理论可知，电流对时间的积分即为电量，在图4中表示为阴影覆盖的 面积，因此可知，在Tdeadtime时间段内，感性负载所需电量>阻性负载所需电量>容性负 载所需电量；根据公式(2)可知，续流电容C2两端电压的变化量AVAStt> AVa阻性〉AVaS 性° 鉴于上述情况，针对不同电抗特性负载可得出以下结论 (1)当荧光灯负载电路2呈现感抗性质时，B点处电流波形滞后于电压波形，即电 流IB将晚于电压VB下降；A点处电压VA下降速度最快，变化量也最
(2)当荧光灯负载电路2呈现阻抗性时，B点处电压和电流同相；A点处电压VA下降速度较慢，变化量也较小； (3)当荧光灯负载电路2呈现容抗性时，B点处电流波形超前于电压波形，即电流IB将早于电压VB下降；A点处电压下降速度最慢，变化量也最小。 综上所述，当荧光灯负载电路2呈现感抗特性时，第一功率开关管Ml和第二功率开关管M2的中点A处的电压下降速度最快。因此，如何增强荧光灯负载电路感抗特性，以确保第一功率开关管Ml和第二功率开关管M2 (即半桥驱动电路功率开关管)在死区时间内工作于ZVS状态，从而避免第一功率开关管Ml和第二功率开关管M2发热损坏，已成为业内人士重点研究的课题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明旨在提供一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器及其控制方法，以避免电子镇流器中功率管开关时，功率管的两端存在高电压的问题，从而使得功率开关管的损耗降到最低，进而有效提高荧光灯负载电路工作的安全可靠性，并延长其使用寿命。 本发明之一所述的一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器，它包括主控制模
块、第一功率开关管、第二功率开关管和续流电容，其中，所述主控制模块的输出端分别与
所述第一功率开关管的栅极和第二功率开关管的栅极连接，且该第一功率开关管的源极和
第二功率开关管的漏极连接，所述续流电容连接在第二功率开关管的漏极与地之间， 所述的电子镇流器还包括一串联在所述第二功率开关管的源极与地之间的采样
电阻； 所述的主控制模块包括串联连接的比较器和逻辑控制单元，所述比较器的输入端与所述采样电阻的输入端连接，并接受一外部的预设电压信号；所述逻辑控制单元根据比较器输出的比较信号，控制所述主控制模块输出信号的频率。 本发明之二所述的一种荧光灯负载电路的控制方法，它包括下列步骤 步骤一，采样步骤，采样所述荧光灯负载电路工作在死区时间后的某一时间TO内
时的检测电压VRtest ; 步骤二，比较步骤，将步骤一中所述的检测电压VRtest与一预设电压Vr比较，并根据比较结果输出一控制信号； 步骤三，控制步骤，根据步骤二中所述的控制信号，调整所述荧光灯负载电路的驱动频率，使该荧光灯负载电路工作在感抗特性区。 在上述的荧光灯负载电路的控制方法中，在步骤二和步骤三中，当所述检测电压VRtest小于预设电压Vr时，维持所述荧光灯负载电路的驱动频率，当所述检测电压VRtest大于预设电压Vr时，提高所述荧光灯负载电路的驱动频率。 由于采用了上述的技术解决方案，本发明通过增设一采样电阻，并反馈该采样电阻的电流或电压来检测系统是否进入了 ZVS的工作状态，同时通过电子镇流器内部的逻辑控制单元根据检测结果实时提高功率开关管的开关频率，确保荧光灯负载电路呈现感性，从而达到ZVS的效果，以提高荧光灯负载电路工作的安全可靠性。
图1是现有技术中电子镇流器控制驱动荧光灯负载电路的工作示意图； 图2是图1的电子镇流器工作时，高控制信号HO的电平VHO、低控制信号LO的电
平VLO以及A点处的电压VA的波形图； 图3是在图1的续流电容不同放电速度情况下的各点电压变化示意 图4是在图1的荧光灯负载电路不同的电抗特性下的各点电压和电流的相位 图5是本发明的一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器控制驱动荧光灯负载电路的工作示意图； 图6是图5的电子镇流器工作时各点电压变化示意图。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例进行详细说明。 如图5所示，本发明之一的用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器，荧光灯负载电路2包括电感L、第一隔直电容Cl、第二隔直电容C3和灯管等效电阻Rlamp，电子镇流器10包括主控制模块l、第一功率开关管Ml、第二功率开关管M2、采样电阻Rtest和续流电容C2，其中， 第一功率开关管Ml、第二功率开关管M2和采样电阻Rtest依次串联，且第一功率开关管Ml的漏极与电源Vcc连接，采样电阻Rtest的输出端接地；续流电容C2连接在第二功率开关管M2的漏极与地之间，且续流电容C2的输入端还与第二隔直电容C3的输入端连接； 主控制模块1包括串联连接的比较器11和逻辑控制单元12，其中，比较器11的输入端与采样电阻Rtest的输入端连接，并接受一外部的预设电压信号Vr ;逻辑控制单元12根据比较器11输出的比较信号，控制分别向第一功率开关管M1的栅极和第二功率开关管M2的栅极输出的高控制信号H0和低控制信号L0的频率。
由荧光灯负载电路2的结构可得荧光灯负载电路2的阻抗Z的表达式为
均为C
7 ^, r r five，.Z = "-^——+ [w丄--J ,
式中，R为灯管等效电阻Rlamp的值；取第一隔直电容C1和第二隔直电容C3的值f = 2 Ji f ， f为荧光灯负载电路2的驱动频率；由上式可知， 当w丄、丑露、2 > 0时，荧光灯负载电路2表现为感抗，即/ > ^_、空一]时，
负载表现为感抗； 当w丄-^DW\2 =0时，荧光灯负载电路2表现为阻抗;
当wZ - c< 0时，荧光灯负载电路2表现为容抗。 因此，在一定的频率范围内，增加驱动频率f，荧光灯负载电路2感性就会增强，图5中A点处电压的下降速度也会加快，由此可见，在实际的应用中，只要利用改变驱动频率f的方法，就可以避免荧光灯负载电路2进入容性状态。 请参阅图5、图6，在本实施例中，以上述结构的电子镇流器为例，对本发明之二的
一种荧光灯负载电路的控制方法进行详细说明，本控制方法包括下列步骤， 步骤一，采样步骤，采样当荧光灯负载电路2工作在死区时间后，即主控制模块1
输出低控制信号L0的电平VL0上升沿后的某一短暂时间TO内时的采样电阻Rtest两端的
检测电压VRtest ; 步骤二，比较步骤，将步骤一中检测电压VRtest传递给比较器11 ，并通过比较器11将该检测电压VRtest与一预设电压Vr进行比较，逻辑控制单元12根据该比较结果输出一控制信号； 步骤三，控制步骤，根据步骤二中控制信号，调整荧光灯负载电路2的驱动频率f，即第一功率开关管M1和第二功率开关管M2的开关频率，使该荧光灯负载电路2始终工作在感抗特性区。
具体地说 当检测电压VRtest小于预设电压Vr时，即流过采样电阻Rtest的电流IRtest由0缓慢增大，对应地，检测电压VRtest由0缓慢增大，此时，低控制信号LO的电平VLO为高电平，第二功率开关管M2打开，A点处电压VA为0，且荧光灯负载电路2呈感性，电压VA曲线沿轨迹B、 C变化，即满足ZVS状态，则比较器11不动作，逻辑控制单元12输出的控制信号用于维持荧光灯负载电路2的驱动频率f ; 当检测电压VRtest大于预设电压Vr时，即流过采样电阻Rtest的电流IRtest会先产生一个瞬时脉冲，然后再缓慢增大，对应地，检测电压VRtest产生瞬时脉冲，此时，低控制信号LO的电平VLO为高电平，第二功率开关管M2打开，A点处电压VA不为0，电压VA曲线沿轨迹A变化，即未满足ZVS状态，因此，当出现这个瞬时脉冲，就表明电路的工作状态即将进入容性状态或者已经进入容性状态，则此时比较器11翻转，逻辑控制单元12输出的控制信号用于提高高控制信号HO和低控制信号LO的频率，从而提高第一功率开关管Ml和第二功率开关管M2的开关频率。 随着第一功率开关管Ml和第二功率开关管M2的开关频率，即荧光灯负载电路2的驱动频率f的提高，荧光灯负载电路2会逐渐呈现感性且不断加强，在死区时间内续流电容C2的充、放电速度会逐渐加快，直到检测电压VRtest在时间TO内没有脉冲出现(或只有很小幅度的脉冲)为止。 综上所述，本发明能够非常迅速且可靠得保证整个系统进入(或接近)ZVS的工作
状态，进而确保荧光灯负载电路工作在感性区，并使得功率开关管的损耗降到最底。 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
一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器，它包括主控制模块、第一功率开关管、第二功率开关管和续流电容，其中，所述主控制模块的输出端分别与所述第一功率开关管的栅极和第二功率开关管的栅极连接，且该第一功率开关管的源极和第二功率开关管的漏极连接，所述续流电容连接在第二功率开关管的漏极与地之间，其特征在于，所述的电子镇流器还包括一串联在所述第二功率开关管的源极与地之间的采样电阻；所述的主控制模块包括串联连接的比较器和逻辑控制单元，所述比较器的输入端与所述采样电阻的输入端连接，并接受一外部的预设电压信号；所述逻辑控制单元根据比较器输出的比较信号，控制所述主控制模块输出信号的频率。
2. —种荧光灯负载电路的控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括下列步骤 步骤一，采样步骤，采样所述荧光灯负载电路工作在死区时间后的某一时间TO内时的检测电压VRtest ;步骤二，比较步骤，将步骤一中所述的检测电压VRtest与一预设电压Vr比较，并根据 比较结果输出一控制信号；步骤三，控制步骤，根据步骤二中所述的控制信号，调整所述荧光灯负载电路的驱动频 率，使该荧光灯负载电路工作在感抗特性区。
3. 根据权利要求2所述的荧光灯负载电路的控制方法，其特征在于，在步骤二和步骤 三中，当所述检测电压VRtest小于预设电压Vr时，维持所述荧光灯负载电路的驱动频率， 当所述检测电压VRtest大于预设电压Vr时，提高所述荧光灯负载电路的驱动频率。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制荧光灯负载电路的电子镇流器及其控制方法，所述的电子镇流器包括主控制模块、第一功率开关管、第二功率开关管和续流电容，所述的电子镇流器还包括一串联在所述第二功率开关管的源极与地之间的采样电阻；所述的主控制模块包括串联连接的比较器和逻辑控制单元。本发明通过增设一采样电阻，并反馈该采样电阻的电流或电压来检测系统是否进入了ZVS的工作状态，同时通过电子镇流器内部的逻辑控制单元根据检测结果实时提高功率开关管的开关频率，确保荧光灯负载电路呈现感性，从而达到ZVS的效果，以提高荧光灯负载电路工作的安全可靠性。
文档编号H05B41/36GK101778523SQ20091026559
公开日2010年7月14日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者康明利, 李民立, 王小明, 陈聪 申请人:上海贝岭股份有限公司