专利名称：用于供电和启动放电灯的电源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一供电和启动一放电灯的电源，其含有一带有接触脚以与外电路合作的集成电路，该外电路带有用于放电灯的输出端，该集成电路含有耦合到外电路中的开关的至少一个接触脚，以当位于第一逻辑电平时将开关置于第一切换状态和当位于第二逻辑电平时将开关置于第二切换状态。
这样的一种电源公开在美国专利4952849中。该电源包含两个输入级和一个输出级。该输入级通过将从电源线上得到的AC信号转变为DC信号提供一个用于输出级的DC电源。能够为半桥变换器类型的该输出级驱动该灯。其中的控制电路控制了灯丝的加热以形成启动之前的条件(预热)。当该灯启动之后控制电路也可以控制灯丝所消耗的功率的反馈。电源的小型化是通过将其中的控制电路作成集成电路实现。集成电路的尺寸大部分是由接触脚的数量决定，下文中称呼为脚。
本发明的目的是提供上文所述的一电源电路，其中的集成电路只需较少的接触脚。根据本发明此任务是通过如下方式完成所述的至少一个接触脚当位于其第二逻辑电平时也用于接收代表外电路中的工作条件的至少一个第二信号。通过把一个或更多个的接触脚作为一个输出端和作为一个输入端，就需要更少的接触脚而且集成电路很少的表面积就足够了。
权利要求2描写了一个实施例。为了使所述的至少一个接触脚达到第一逻辑电平，连接到相应于第一逻辑电平的电压的半导体开关通过一般的控制信号导通。同时，相反类型的另一个半导体开关不导通。当控制信号的逻辑电平改变时，与该电压相连的半导体开关根据第一逻辑电平变为不导通，所以该接触脚不再位于它的第一逻辑电平。该控制信号然后使其它的半导体开关导通，所以它可以将检测信号传递到进行处理的电路。
按照本发明的电源的有利的实施形式由权利要求3特征化。所述的实施形式的实现如权利要求4所述。
权利要求5描述了根据本发明的电源的有利的实施形式。优选的，第二谐振频率高于第一谐振频率。在预加热期间，当该脚位于第一逻辑电平时，输出电路的辅助元件耦合到电感器和电容器的组合上，所以输出电路的特征在于第一的、相对低的谐振频率，而不象一个高电压在预热期间供给到该放电灯。在预加热之后，该脚表现为第二逻辑电平，以使输出电路中的辅助元件从电感器和电容器的组合去耦合。现在输出电路的特征在于第二个、相对高的谐振频率。在启动期间，变换器的切换频率从预热期间的高频向下降的无载谐振频率下滑。通过无载的谐振频率在预加热之后的下滑很容易提高用于灯的启动的高电压。当位于低的逻辑电平时所述的至少一个接触脚也接收一个代表电灯两端的电压条件的信号，该信号是用于功率调整的目的，其也可以用于过压检测的目的。
根据本发明的电源的这些和其他的方面下面参照附图进行更详细的描述。
图1为根据本发明的电源的方框图，图2为根据本发明的变换器及相连的驱动控制电路的示意图。
如图1所示，电源10被以AC电源20表示的AC电源线供电。该电源含有一带有与外电路合作的接触脚的集成电路109，即变换器60和负载70，通过驱动控制电路65。
该电源10进一步含有一EMI滤波器30、一全波二极管桥40和一预处理器50。负载70含有一电感器75、一电容器80和一用于放电灯即荧光灯85的输出端88、170。EMI滤波器30消除由预处理器50和变换器60所产生的谐波。二极管桥40将滤波的正弦电压变化为脉动的直流电压。预处理器50有几个功能。由二极管桥40输出的整流的AC电压都被升压并变为基本衡定的输给变换器60的DC电压。预处理器50也提高了电源10的功率系数。例如，提供给EMI滤波器30的120、220、277RMS电压通过AC电源20分别形成提供给变换器60的大约250、410和490V的DC电压。
在灯85以大约45KHz的切换频率进行全电弧放电期间，由驱动控制电路65驱动的变换器60将DC电压转变为提供给负载70的方波电压。该灯的照明水平的上升和下降可以通过上升和下降此方波电压的频率实现。
在图2中更详细地描述了变换器60、负载70和驱动控制电路65。由预处理器50提供的一基本衡定的电压VDC通过一对输入端61和62供给到变换器60。变换器60为半桥结构并且含有一B+母线101，一接地母线102和在母线101和102之间串联连接的一对开关(例如功率MOSFET)100和112。开关100和112在节点110相连接并一般作为图腾柱装置识别。作为开关100和112的MOSFET分别具有一对门G1和G2。母线101和102分别连到输出端61和62。电阻103和电容106在节点104连结到一起并在母线101和102串联连接。一对电容115和118在节点116连结在一起并在节点110和母线102之间串联连接。齐纳二极管121和二极管123在节点116连结在一起并在节点104和母线102之间串联连接。
电感器75、电容器80、电容器81、灯85和电阻174在输出端70连接在一起。一对线圈76和77耦合到线圈75以在预热期间为灯85的灯丝(未示出)两端提供电压。一DC阻塞电容器126和电感器75串联连接在节点110和输出端170之间。电容器80和一对电阻153和177共同连接在节点179。灯85和电阻153共同连接在输出端88和在输出端170和节点179之间串联。电阻174和177共同连接在节点175且串联在输出端170和节点179之间。电容器81和开关82(例如MOSFET)串联在输出端170和节点179之间。电阻器162连在母线102和节点179之间。二极管180和电容器183共同连到节点181并在节点175和地之间串联。
与外电路合作的集成电路(IC)109的接触脚含有一脚VDD，其与节点104相连，该节点为驱动IC109提供电压。接触脚RIND接收一为流经电感器75的电流的测量值的信号。也是用于流经灯丝的电流的测量值的信号连接到耦合电感器75的线圈76和77。在接触脚RIND接收的信号提供给IC109中的反馈电路(未示出)以使在预热期间保持灯丝中的电流在一预定值。
该集成电路含有至少一个耦合到外电路中的开关82的接触脚VL，以在第一逻辑电平时将开关置于第一切换状态和在第二逻辑电平时将开关置于第二切换状态。当电容器81与电容器80并联时，在VL脚上的电压提供给开关82的门G3。脚VL通过电阻189与节点181相连。脚VL位于其第二逻辑电平时也用于接收代表外电路的工作条件的至少一第二信号Sig。该检测信号反映了灯85的峰值电压。另外一个脚LI2通过电阻168与输出端88相连。脚LI1通过电阻171与节点179相连。输入到脚LI1和LI2的电流差反映了流经灯85的检测电流。集成电路109含有一根据第一逻辑电平连接到电压VDD的第一主电极的第一个半导体开关S1。IC109另外含有一带有一与电路(未示出)相连的以处理检测信号Sig的主电极的第二个半导体开关S2。所述主电极另外与一导体相连，该导体根据第二逻辑电平通过阻性装置R承载电压RND。该半导体开关S1、S2分别另外具有一个与接触脚VL相连的主电极。该半导体开关S1、S2分别带有与一般控制信号Ctrl相连的主电极。该半导体开关之一例如S2是N沟道型，而另一个，此处为S1是P沟道型。通过一电阻195和电容192的并联组合从CRECT脚流到地里的电流代表了灯85的功率(例如灯电流和电压的乘积)。脚GND直接与地相连，一对脚G1和G2分别直接与开关100和112的门G1和G2相连。提供到DIM的电压反映了所希望的照明水平。
变换器60和驱动控制电路65的工作如下所示。开始时(即启动期间)，因电容器106基于电阻103和电容106的时间常数RC被充电，开关100和112分别处于不导通和导通状态。在此启动期间流到IC109的脚VDD的输入电流保持在一低水平(小于500μA)。当电容器106的电压超过一电压导通阈值(例如12V)时，IC109进入工作状态(振荡/切换)，开关100和112分别在导通和不导通状态之间以稍高于由电感器75和电容器80所确定的谐振频率的频率反复切换。
一旦变换器60开始振荡，IC 109就开始进到一预热循环(即预热状态)。节点110根据开关100和112的切换状态在0V和VDC之间变化。电容器115和118减缓了上升率和在节点110的电压降，以此减小了切换损耗和由变换器60产生的EMI水平。齐纳二极管121建立了在节点116上的脉动电压，其通过二极管123提供给电容器106。相当大的工作电流例如10-15mA提供给IC 109的脚VDD，电容器126用于阻碍DC电压分量传到灯85。
在预热期间，信号Ctrl使第一半导体开关S1导通而第二个半导体开关S2不导通。因此脚VL根据第一逻辑电平表现为电压VDD，所以开关82被置于第一切换状态，即导通状态。电容器81现在与电容器80并联。电感器75和电容器80、81的并联组合形成了一谐振电路。
在预热期间，灯85处于未启动状态，即在灯85中没有产生电弧。IC109驱动变换器60的工作频率被初始在一初始频率上，例如100KHz。该初始频率可以由IC 109的外部或内部设置决定。IC 109以一IC内部设定的比例立即减小工作频率。频率持续减小直到在脚RIND接收的信号达到一由反馈电路设定的值，其中此信号提供给该电路。开关100和112的切换频率被调整以使该信号保持在所述预定值，结果使节点110保持大约80-85KHz(由预加热频率确定)的相对衡定的频率。一流经耦合到线圈76和77的电感器75的相对衡定的RMS电流允许了灯85的灯丝(即阴极)为了后面的灯85的启动而进行足够的预处理并保持灯的长寿。预处理状态的时间由连接到接触脚CP的电容器165设定。当电容器165的值为0(即开路)时，灯丝有效地没有预热过程，结果使灯85立即启动工作。
在预加热结束时，信号Ctrl使第一个半导体开关S1不导通和第二个半导体开关S2导通。然后脚VL通过电阻装置R连到接触脚GND。脚VL位于它的第二逻辑电平，则将开关82设在第二切换状态即关断。电容器81不再与电容器80相并联。IC 109现在开始在预加热时以IC 109内部设定的比例从它的切换频率向无负载谐振频率下滑(即在灯85启动之前的电感器75和电容器80的谐振频率，例如60KHz)。当该切换频率达到谐振频率时，灯85的电压快速上升(例如峰值600-800V)并且足够启动灯85。一旦灯85启动，流经的电流会从几毫安升到几百毫安。流经电阻153的与灯电流相等的电流在脚LI1和LI2基于分别与电阻168和171成比例的电流差检测。灯85的电压通过由电阻174和177组成的分压器划分以在节点181形成与峰值电压成比例的DC电压。该电压在节点181通过电阻189转变为电流流入到脚VL并且通过半导体开关S2导通到电路(未示出)以处理该电流的信号。因此当接触脚VL位于它的第二逻辑电平时也用于接收至少一个代表外电路的工作条件的检测信号Sig。该处理含有一带有脚LI1和LI2之间的不同电流的IC 109内部的乘法，以把从脚CRECT引出的AC电流整流流入到电容器192和电阻器195的并联组合。电容器192和电阻器195把AC整流电流转变为与灯85的功率成比例的DC电压。在脚CRECT的电压通过包含在IC 109内的反馈电路/回路被迫使等于脚DIM处的电压，实现灯85所消耗的功率的调整。
代表所需照明水平的DIM脚的信号可以通过不同的方法产生，包括例如相角降低，其中AC输入线电压的相位的一部分被切掉。这些方法将输入线电压的切掉的相位角转变为提供到脚DIM的DC信号。产生用于脚DIM的信号的该设备例如通过一个变换器可以提供一个电流绝缘。
当灯85启动时脚CRECT上的电压为零。在脚CRECT产生的与灯电压和灯电流的乘积成比例的电流对电容器192充电。变换器60的切换频率上升或下降直到脚CRECT处的电压等于脚DIM处的电压。
权利要求
1.用于为放电灯(85)供电和启动的电源，其含有一带有与外电路(60，70)合作的接触脚的集成电路(109)，该外电路含有用于放电灯的输出端(88，170)，该集成电路含有与外电路的一个开关(82)耦合的至少一个接触脚(VL)，以在第一逻辑电平时将该开关置于第一切换状态和在第二逻辑电平时将该开关置于第二切换状态，其特征在于，所述的至少一个接触脚(VL)当位于它的第二逻辑电平时也用于接收代表外电路工作条件的至少一个检测信号。
2.如权利要求1所述的电源，其特征在于，该集成电路(109)含有第一个半导体开关(S1)，其带有的一主电极根据第一逻辑电平与载有一电压(VDD)的导体相连；和第二个半导体开关(S2)，其带有的一主电极与处理该检测信号(Sig)的一个电路相连并且进一步根据第二逻辑电平通过电阻装置(R)与载有一电压(GND)的导体相连，该半导体开关分别具有与至少一个接触脚(VL)相连的另外一个主电极，该半导体开关分别具有一个与一般控制信号(Ctrl)相连的控制电极，该半导体开关中的一个为N沟道型，另外一个为P沟道型。
3.根据权利要求1或2所述的电源，其特征在于，该检测信号(Sig)代表该灯(85)的工作条件。
4.根据权利要求3所述的电源，其特征在于，所述工作条件为该灯(85)的电压。
5.根据上述权利要求之一所述的电源，其特征在于，该外电路含有一为带有电感器(75)和电容器(80)组合的一输出电路(70)提供电能的变换器(60)，当该开关(82)位于其第一切换状态时，另外包含一个耦合到该组合的辅助元件(81)，该组合和辅助元件由第一谐振频率特征化，当该开关位于其第二切换状态时该辅助元件耦合到该组合，该组合由第二谐振频率特征化。
6.根据权利要求5所述的电源，其特征在于，第二谐振频率比第一谐振频率高。
全文摘要
按照本发明的用于为一个放电灯(85)供电和启动的电源,含有一个集成电路(109),其带有的接触脚通过用于放电灯的输出端(88,170)与外电路(60,70)合作。该集成电路(109)含有至少一个与外电路中的开关(82)耦合的脚(VL),以在第一逻辑电平时使开关置于第一切换状态和在第二逻辑电平时将开关置于第二切换状态。所述的至少一个接触脚(VL)当位于其第二逻辑电平时也用于接收代表外电路的工作条件的至少一个检测信号(Sig)。
文档编号H05B41/392GK1190521SQ97190471
公开日1998年8月12日 申请日期1997年4月30日 优先权日1996年5月3日
发明者D·J·伊安诺普洛斯, P·R·费尔德曼 申请人:菲利浦电子有限公司