专利名称：驱动气体放电灯的变暗电路的制作方法
逆变器电路广泛地用于激励荧光灯。将第一频率(一般约60Hz)的AC(交流)功率通常转变为DC(直流)功率，逆变器再将此DC功率转变为第二较高频(一般约为24KHz)的AC功率。因荧光灯在第二较高频率工作时更高效，故实现了显著地节能。
为了再进一步最大限度地节能，驱动气体放电灯的电路可以提供可变的输出功率。采用这种可变的功率输出，该灯可按需变暗或变亮。
在带有逆变器的镇流器电路中使灯变暗的一种方法是改变逆变器输出的频率。该灯经串联谐振电路耦合到逆变器上，供给灯的功率值随着逆变器输出频率变化而变化，因而使灯的亮度发生变化。为驱使变暗，使用了一种控制装置，来改变灯的亮度。非常希望使该控制装置与镇流器电路的其余部分电隔离。
变暗镇流器的一个明显的问题发生在“灯熄灭”(lamp out)状态期间。通常，灯是在镇流器被激励的同时被拆除的。当灯被重新插接到电路中时，电路必须能“触击”(strike)该灯。众所周知，必须施加高压来触击荧光灯。在变暗电路中，触击该灯的问题是复杂的，因为灯的亮度可能处于非最大亮度等级。如果灯处于低的亮度，则可能会导致镇流器的输出电压不足以触击该灯。
在电路被激励时在灯从电路中拆除的情况下，电路还必须防止高压可能导致电路元件损坏。
据此，现在非常希望有一种变暗电路，在灯拆除状态后重新插入到电路内时，不管灯的亮度等级如何，该电路均能触击该灯；在灯拆除状态期间保护该电路不致受高电压的破坏；并对变暗控制装置与镇流电路的其余部分提供电气隔离。
图1示出具有变暗能力的镇流器电路。
图2示出图1的镇流器电路的变暗控制电压与最大灯电流百分率的关系曲线图。
为实现上述目的，镇流器电路使用了一个光耦合器，来提供变暗控制装置与镇流器的其余部分的电气隔离。光耦合器工作于线性范围内，以提供灯的连续变暗。该电路还采用二极管和二极管桥的组合在灯拆除状态期间控制从电流传感器来的电流，以使逆变器保持以低频工作，借此，使输出电压最大。利用一个箝位绕组来确保电压不超过DC干线电压。
图1示出一种用于驱动气体放电灯的电路。半桥逆变器100经输出电路104驱动灯102。变暗接口控制装置106为提供到灯102的功率提供模拟控制。灯电流感测电路108对流经灯102的电流取样，并对变暗接口控制电路106提供反馈。
半桥逆变器100是一个被驱动的串联谐振半桥。控制集成电路(IC)110交替地驱动晶体管112、114(图中示出两个场效应晶体管，也可用其它的半导体开关也可使用。变压器116将控制IC110与晶体管112、114相耦合。变压器116为晶体管112提供了与地的隔离。谐振电感器118耦连在晶体管112的源极与晶体管114的漏极之间。谐振电感器118中心抽头，此抽头连到半桥电容器120上。半桥电容器120为谐振电路119提供AC耦合。谐振电路119由谐振电感器118和谐振电容器122构成。逆变器的输出是谐振电容器122两端的电压。
逆变器100的输出经变压器124耦合至灯102。变压器124具有初级绕组126、次级绕组128、箝位绕组130和辅助变暗电压绕组132。次级绕组128通过抑制整流(anti—rectification)电容器134驱动灯102。
当灯接近其寿命终点时，抑制整流电容器134阻止灯102的二极管操作的影响。随着灯102接近其寿命终点，它起类似二极管的作用。抑制整流电容器134阻止从灯102来的DC电压，以便不影响镇流器的工作。
变暗接口控制装置106通过控制由逆变器100供给灯102的功率来控制灯102的变暗。辅助变暗电压绕组132提供电压用于驱动光耦合发光二极管(LED)140。二极管142和电容器144对来自变暗电压绕组132的AC电压进行整流。电阻器146限制光耦合LED140的电流。齐纳二极管148限制光耦合LED140的最大电压。
晶体管150工作作为一个放大器，以控制流经光耦合LED140的电流。晶体管150的基极耦连到模拟变暗控制装置152。电阻器154限制流到变暗控制装置152的电流。电容器156抑制从变暗控制装置到变暗接口控制装置106的噪声。齐纳二极管158通过限制变暗控制装置152上的最大电压来保护变暗控制装置。
电阻器160、162的工作如图2所示。图2的X轴示出变暗控制电压，它是跨在变暗控制装置152上的电压。图2的Y轴示出通过灯102的最大灯电流的百分率。
VU是上限电压阈值，VL是下限电压阈值。当跨在变暗控制装置上的电压在VU和VL之间时，改变跨在变暗控制装置上的电压能改变通过灯的电流，在该电压是在VU与VL之间时，流过灯的电流正比例于跨接在变暗控制装置上电压。但是，当跨在变暗控制装置电压大于VU时，灯电流为最大，类似地，当跨在变暗控制装置上的电压小于VL时，灯电流最小。
VU是由电阻器160对电阻器162的电阻比率决定的。电阻器160、162给晶体管150施加偏压。电阻器160、162的偏压控制通过晶体管150的电流。
光耦合LED140和光电晶体管检测器164在变暗控制装置152与镇流器之间提供隔离。当电流流过光耦合LED140时，便会发光。光由光电晶体管检测器164接收。由光电晶体管检测器164接收的光量控制容许从光电晶体管检测器164的集电极流到发射极的电流的数量。电阻器166、168组成分压器。电阻器166与168的电阻值的比值决定电压VL，如图2所示。
光电晶体管检测器164的发射极耦连到电阻器166与168之间的结点和运算放大器170的正输入端。运算放大器170的负输入端耦连到灯电流检测电流108的输出端。电阻器172和电容器174组成低通补偿网络。该补偿网络可使运算放大器170的输出电压跟随其输入电压。运算放大器170的输出端耦合到控制IC110上。
当运算放大器170的正输入端的电压高于其负输入端的电压时，运算放大器170便在其输出端产生一个正电压。控制IC110响应于此电压，降低逆变器100的工作频率。当逆变器100的频率降低时，流经灯102的电流增大，直到运算放大器170的负输入端的电压等于其正输入端的电压。运算放大器170的输出还等于其输入端之一上的电压。
灯电流检测电路108检测经过灯102的电流并向运算放大器170提供电压输出。检测电阻器200将流经灯102的电流转换为电压。电阻器202和电容204组成运算放大器170的输入滤波器。
箝位绕组130设置得可使次级绕组128和初级绕组126具有高的漏磁通。这种高的漏磁通为初级绕组126和次级绕组128提供了无畸变的正弦波电压。
箝位绕组130连到二极管桥206的输入端。二极管桥206的阴极侧连接正输入DC电压。二极管桥206的阳极连到检测电阻200。二极管桥206箝制箝位绕组130上的电压，使其不得超过输入DC电压。箝位绕组130与次级绕组128的匝数比确定镇流器的开路电压(即灯被拆除时)。
二极管208在初级绕组126和检测电阻器200之间串联连接。二极管210与电阻器200和二极管208的串联组合结构相并联。
当灯102安装就位时，箝位绕组130上的电压小于DC干线电压，而使二极管桥206不导通。流过初级绕组126的电流通过二极管208和检测电阻器200的串联组合。这使运算放大器170的负输入端的电压与经过灯102的电流成比例。
但是，如果灯102未安装就位，就无电流经过电阻器200，因此运算放大器170的输入端上无电压，这会使逆变器100的频率降低。频率的降低将导致耦连至初级绕组126的谐振电容器122上的电压升高。如果不限制此电容器上的电压，镇流器将损坏。
二极管桥206、箝位绕组130和二极管208、210对上述的这类损坏提供了防范措施。流过检测电阻器200的电流维持为零可使运算放大器170的输出维持逆变器100于低频。而逆变器100在低频工作会导致高输出电压。采取处于最大值的逆变器100的输出，当灯102被插装入电路中时，则将很快启动。
二极管桥206的阳极连到二极管208的阴级和检测电阻器200之间。
根据绕组128、126的匝数比，输出绕组128上的电压也会增大，从而导致箝位绕组130上的电压增大。当箍位绕组130上的电压超过DC干线电压时，二极管桥206将导通，从而将此绕组箝制于DC干线电压。
逆变器100的输出为AC。在灯拆除情况下的保护必须在AC输出的两个半周内均要实现。
在半周期间，在逆变器的输出高于地时，正向电流从绕组130流到DC干线在初级绕组126中产生电流，此电流通过二极管208，流到二极管桥206的阳极，而无电流流过感测电阻器200。
在逆变器的输出低于地的半周期间，电流经过二极管210，因此，在灯拆除状态期间，由于二极管208、210的作用，此电流从检测电阻器200中通过。
权利要求
1.一种用于由一个直流功率源驱动气体放电灯的电路，其特征在于，该电路包括一个逆变器，具有一个逆变器输入端和一个逆变器输出端，该逆变器输入端耦连到该直流功率源，该逆变器输出端产生具有逆变器频率的交流电压的交流功率；一个逆变器控制装置，用于控制该逆变器的输出功率；一个变压器，具有一个初级绕组和一个次级绕组，该初级绕组连到该逆变器的输出端，次级绕组连至灯，其设置适于使灯电流流过灯；一个传感器，耦连到上述的初级绕组，用于感测灯电流，还耦连到逆变器控制装置，以使逆变器的输出功率由灯电流来控制。
2.根据权利要求1的电路，其特征在于，还包括一个箝位网络，用以在故障状态期间将逆变器的输出电压箝制在箝位电压上。
3.根据权利要求1的电路，其特征在于，还包括一个变暗控制装置，用以控制逆变器的输出功率。
4.根据权利要求3的电路，其特征在于，逆变器输出端通过谐振电路耦连到灯上，此谐振电路具有谐振频率，逆变器的输出功率是通过改变逆变器的输出电压的频率来控制的。
5.根据权利要求2的电路，其特征在于，还包括引导电路，用以将电流从传感器引至箝位网络中。
6.根据权利要求2的电路，其特征在于，箝位网络包括一个绕组，耦合到变压器上。
7.根据权利要求4的电路，其特征在于，箝位网络还包括一个二极管桥，该二极管桥耦连到箝位网络上，该二极管桥以DC源电压为基准。
8.根据权利要求7的电路，其特征在于，还包括引导电路，用以引导箝位网络中的电流离开检测器。
9.根据权利要求6的电路，其特征在于，引导电路包括的一个第一二极管，与检测器相串联，一个第二二极，与第一二极管和检测器的串联组合相并联，二极管的极性安排列得可引导箝位电流离开传感器。
10.一种用于由一个直流功率源驱动气体放电灯的电路，其特征在于，该电路包括一个逆变器，具有一个逆变器输入端和一个逆变器输出端，该逆变器输入端耦合到该直流功率源，该逆变器输出端产生具有逆变器频率的交流电压的交流功率；一个逆变器控制装置，用于控制该逆变器的输出功率；一个变压器，具有一个初级绕组和一个次级绕组，该初级绕组连接到逆变器的输出端，该次级绕组耦合到该灯，它们安排得可使灯电流流过该灯，该逆变器输出端经谐振电路耦合到该灯，该谐振电路具有一个谐振频率，该逆变器的功率输出通过改变该逆变器的电压输出频率来受到控制；一个传感器，耦合到上述的初级绕组，用以感测灯电流，还耦合到逆变器控制装置，以使逆变器输出的功率受到灯电流的控制；一个箝位网络，用以在故障状态期间将逆变器输出的电压限制到箝位电压上；及一个变暗控制装置，用以控制逆变器的频率。
全文摘要
一种镇流器电路利用光耦合器提供变暗控制装置与镇流器电路的其余部分的电气隔离。光耦合器工作在线性区内，提供灯的连续变暗。该电路还利用二极管和二极管桥的组合，在灯拆除状态期间控制从电流传感器来的电流，以使逆变器保持工作在低频，以使输出电压最大。利用箝位绕组确保电压不超过直流干线电压。
文档编号H05B41/392GK1124560SQ95190174
公开日1996年6月12日 申请日期1995年2月1日 优先权日1994年3月10日
发明者休伯特斯·诺托哈米普德乔, 约翰·M·王, 丹尼斯·L·斯蒂芬 申请人:摩托罗拉照明公司