专利名称：具有改进的过流保护电路的逆变器及用于其的电源和电子镇流器的制作方法
技术领域：
本发明涉及的总体对象是用于对放电灯供电的电源和镇流器电路。更 具体地，本发明涉及包括改进的过流保护电路的逆变器、以及包括这种逆 变器的电源和电子镇流器。
背景技术：
许多用于气体放电灯的电源和电子镇流器釆用桥式逆变器。桥式逆变 器包括全桥逆变器(需要四个电源开关器件)和半桥逆变器(需要两个电源开关器件)。电源开关器件通常是通过诸如双极结晶体管(BJT)或场 效应晶体管(FET)等的功率晶体管来实现。通常根据用于提供功率晶体 管的换向(即，导通和关断)的方式而将桥式逆变器分成两类自激振荡 式或驱动式。驱动式桥式逆变器釆用专用驱动器电路来使逆变器晶体管换向，并且 典型地包括电流反馈布置(耦合在逆变器晶体管与驱动器电漆t间)，以 确保在导电期间流过逆变器晶体管的峰值电流保持在适当的P艮度内。这是必须的，以便防止晶体管的过;OL热(由于导电功耗)，更为根本地是以便确保不超过晶体管的最大额定电流。在任何情况下都需要电流反馈布置 以保持逆变器的长期可靠性和保护逆变器晶体管不受破坏。常见的电流反馈布置采用与一个或更多个逆变器晶体管(例如，图1中的晶体管120)串联连接的电流感测电阻器(例如，图1中的电阻器 150 )。电流感测电阻器两端出现的瞬时电压与在导电期间流过逆变器晶体 管的瞬时电流成比例。借助于RC滤波网络(例如，图1中的电阻器154 和电容器156)，将电流感测电阻器两端的电压^R供到驱动器电路(例如， 图1中的驱动器电路130 )的电流感测输入端(例如，图1中的输入端132 ), 所述RC滤波网络基本上防止了高频噪声或其它寄生信号到达所述驱动 器电路的电流感测输入端。在操作期间，驱动器电路连续地监测电流感测 输入端处的电压。如果电流感测输入端处的电压试图超过预定的限度(例 如约0.6伏，但是有时可基于操作模式而变化)，则驱动器电路以使得流 过逆变器晶体管的瞬时电流减小的方式来更改用于逆变器晶体管(例如，图1中的晶体管110、 120)的驱动信号(例如，通过图1中的驱动输出 端140、 144提供的驱动信号)的特性。
前述方法通常在多种操作条件下良好地执行。但是已经发现在特定 条件下(例如当逆变器以所谓的"电容式切换"才莫式操作时)，此方法不 能有效地限制流过逆变器晶体管的瞬时电流。对于逆变器对谐振输出电路 (例如图1中的电感器210和电容器212)进行驱动(这在多种类型的电 子镇流器和某些类型的电源中的布置中是常见的)的那些应用而言，当供 应给逆变器的直流(DC)输入电压(例如图1中的VraIL )显著地降低到 其正常值之下时(即，当Vra江"降低到失调"时)，倾向于发生电容式切 换。
在电容式切换期间，流过逆变器晶体管的电流(在导电期间)通常具 有以下特征具有高振幅(即，高峰值)和短的持续时间(即，窄的脉冲
宽度)。同时，DC输入电压VRAJL已显著减小(这是引起电容式切换的首
要原因)。在这些情况下(在此期间通过逆变器开关的电流的峰值可能达 到其正常工作值的许多倍(例如8到25倍))，常规的方法(即，利用耦 合到驱动器电路的电流感测输入端的电流感测电阻器和RC滤波器)不能 有效地限制通过逆变器晶体管的电流的峰值。结果，逆变器晶体管经历一
定程度的功耗(以;M目关的发热)，这可能导致晶体管内的结温度变高以
至于使晶体管损坏。
因此，需要一种具有保护电路的逆变器，该保护电路能够可靠地保护
逆变器晶体管不受在电容式IMt期间发生的过流情况的影响。与现有技术 相比，这种逆变器以及包括这种逆变器的电源或电子镇流器将呈现相当大 的进步。
图i为根据本发明优选实施例的、包括逆变器和输出电路的布置的电 路图，其中所述逆变器包括改进的过流保护电路。
具体实施例方式
图1描述了用于对负载20供电的电路10。可用作用于对一个或更多 个气体放电灯供电的电源或电子镇流器的后端部分的电路10包括逆变器 100和输出电路200。
8逆变器100包括第一输入端子102和第二输入端子104;逆变器输 出端子106;第一逆变器晶体管110和第二逆变器晶体管120的串联布置； 驱动器电路130;主电流感测电路150、 154、 156;以及辅助电流感测电 路160。如在此将更详细地描述的，辅助电流感测电路160用于在主电流 感测电路不能胜任的情况(例如电容式切换)下、保护逆变器晶体管110、 120使之免于过量的功耗和可能的损坏。如下文所述，现在将参照图1来描述逆变器100的详细结构和^^t。第一输入端子102和第二输入端子104用于接M本上为直流(DC ) 的电压源vra仏。通常通过整流电路(其接收常规的交流(AC)电压源， 所述交流电压例如是在60赫兹时的277伏的有效值)和直流-直流转换器 (例如升压转换器)的组合来提供VraIL。第二输入端子104也耦合到电 #地端50。逆变器输出端子106耦合到输出电路200,输出电路200对 逆变器的输出电压进行处理，以向负载20提供适当的电源。第一逆变器晶体管IIO和第二逆变器晶体管120的串联布置被耦合在 第一输入端子102与第二输入端子104之间。第一逆变器晶体管110在逆 变器输出端子106处耦合到第二逆变器晶体管120。如图1中所描述的， 第一逆变器晶体管110和第二逆变器晶体管120构成半桥布置；然而， 应当理解，在此描述的本发明的原理还可以应用于全桥布置。优选地，通过适当的器件来实现驱动器电路130，所述适当的器件例 如是由ST Microelectronics制造的集成电路L6570。驱动器电路130经由 驱动输出端140、 142、 144而耦合到第一逆变器晶体管110和第二逆变器 晶体管120。在操作期间，驱动器电路130以基本上互补的方式(即，使 得当晶体管110导通时晶体管120关断，反之亦然)按驱动频率使逆变 器晶体管110、 120换向；优选地，所述驱动频率被选择以使之大于约20000 赫兹。驱动器电路130包括许多其它的输入端，为了清晰地阐述本发明起 见，在此未示出或描述这些输入端，但是这些输入端是在本领域的技术人 员的知识范畴之内的。然而，涉及本发明的是驱动器电路130包括电流 感测输入端132和频率控制输入端134。驱动器电路130还包括用于接收 预定的基准电压VreF (其通常为约1伏左右或更小)的基准电压输入端 136;在驱动器电路130内部，由(图1中的假想线所描述的)运算放大 器138在对供应给频率控制输入端134的信号U。ntw)进行逻辑处理时使用Vref。主电流感测电路150、 154、 156耦合在第二逆变器晶体管120与驱动200780035745.X
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器电路130的电流感测输入端132之间。更具体地，主电流感测电路包括 电流感测电阻器150和RC滤波器，所述RC滤波器包括电阻器154和电 容器156。电流感测电阻器150耦合在第二逆变器晶体管120与电#地 端50之间。电阻器154耦合在电流感测电阻器150的顶端与驱动器电路 130的电流感测输入端(ISENSE) 132之间。电容器156耦合在驱动器电路 130的电流感测输入端132与电路接地端50之间。先前在"背景技术" 中已描述了主电流感测电路150、 154、 156的基本操作，并且所述基本操 作对于本领域的技术人员而言是众所周知的。
显然，如同先前在"背景技术，，中所论述的，当逆变器100以电容式 切换模式操作(这例如在VR^降低到失调时发生)时，主电流感测电路 150、 154、 156不能有效地限制通过逆变器晶体管110、 120的峰值电流。
辅助电流感测电路160耦合在第二逆变器晶体管120与驱动器电路 130的频率控制输入端U。ntr。》134之间。在操作期间，当流过逆变器晶 体管IIO、 120的电流超过预定的峰值极限时，辅助电流感测电路160触 发辅助信号，并将该辅助信号提供给驱动器电路130的频率控制输入端 134。提供给频率控制输入端134的辅助信号的作用是提高驱动器电路130 使逆变器晶体管110、 120换向所按照的驱动频率，由此减小流过晶体管 110、 120的蜂，值电流。
优选地，如图l所述，辅助电流感测电路160包括电阻器162、电压 击穿器件170和二极管18。电阻器162耦合在电流感测电阻器150与第 一节点164之间。电压击穿器件170耦合在第一节点164与第二节点166 之间。二极管180具有耦合到第二节点166的正极182和耦合到驱动器电 路130的频率控制输入端134的负极184。
预期可以通过许多适当的元件中的任何元件来实现电压击穿器件 170。优选地，如图1所描述，通过具有耦合到第一节点164的负极174 和耦合到第二节点166的正极172的齐纳二极管来实现电压击穿器件170。 齐纳二极管170被选择以使之具有齐纳击穿电压(例如3.3伏)，所述齐 纳击穿电压低到足以提供与逆变器100中的其它电路(例如驱动器电路 130)之间的兼容性，但也高到足以确保在逆变器100的正常起动过程期 间辅助电流感测电路160不会4皮抢先启动。关于后一点，应当理解，逆变 器100的初始操作(即，在向电路10供电之后不久发生的操作)典型地 伴随有峰值电流(通过晶体管IIO、 120)，所述"^值电流至少稍高于在逆 变器100的正常稳态操作期间出现的峰值电流。辅助电流感测电路160的显著优点在于辅助电流感测电路160在逆变器100的正常起动过程期 间通常不会启动(因此不会妨碍或干扰逆变器100的正常起动过程)。该 有利性能主要可归因于电压击穿器件170的使用，所述电压击穿器件170 被选择以使之具有击穿电压(例如，3.3伏)，所述击穿电压高到足以在逆 变器起动期间避免可被称为"误检测"的情况。在操作期间，如果通过逆变器晶体管110、 120的瞬时电流超过预定 的《%值极限，则电流感测电阻器150两端的电压(该电压与通过逆变器晶 体管的电流成比例)将试图超过启动辅助电流感测电路160所必需的对应 的电压阈值(例如，当选择齐纳二极管170以使之具有3.3伏的齐纳电压 时，所述电压阈值为约3.9伏左右)。在辅助电流感测电路160中，当电 流感测电阻器150两端的电压接近于电压阈值(例如3.9伏)时，齐纳二 极管170将击穿并变得导电，并且二极管180将变为正向偏置且导电；换 言之，辅助电流感测电路160将被启动，由此向驱动器电路130的频率控 制输入端134提供信号。这样，辅助电流感测电路160对通过逆变器晶体 管的过量的峰值电流进行响应，并提皿号，驱动器电路130 (通过适当 地更改对逆变器晶体管的驱动)对该信号进行响应，以保护逆变器晶体管 使之免于可能造成损坏的发热。再参照图l，下文详细描述了尤其适用于电子镇流器(即，其中负载 20包括一个或更多个气体放电灯)的输出电路200的优选实现。优选地，输出电路200包括至少两个输出连接202、 204;谐振电 路210、 212;直流(DC)隔离电容器214;以及负载电流监测电路220。输出连接202、 204用于连接到负载20。谐振电路包括谐振电感器210 和谐振电容器212。谐振电感器210耦合在逆变器输出端子106与第一输 出连接202之间。谐振电容器212耦合在第一输出连接202与电#地端 50之间。负载电流监测电路220耦合到第二输出连接204、电#地端 50和驱动器电路130的频率控制输入端134。直流(DC )隔离电容器214 耦合在第二输出连接204与负载电流监测电路220之间。对于与电源和电 子镇流器相关的领域的技术人员而言，谐振电感器210、谐振电容器212 和DC隔离电容器214的效用和操作是众所周知的。在操作期间，负载电流监测电路220监测流过负载20的AC电流， 并向驱动器电路130的频率控制输入端134提供相应的负载相关的信号。 换言之，负载电流监测电路220向频率控制输入端134提供表示流过负载 20的电流的量值的电压，由此允许驱动器电路130调节负载电流(保持负载电流处于期望的值)。
如图1中所描述的，优选地，负载电流监测电路220包括第二二极管 230、第三二极管240和第三电阻器250。第二二极管230具有耦合到电 3^#地端50的正极232和耦合到第三节点222的负极。第三二极管240 具有耦合到第三节点222的正极242和耦合到第四节点224的负极244; 第四节点224耦合到驱动器电路130的频率控制输入端134。电阻器250 耦合在第四节点224与电珞接地端50之间。在操作期间，负载电流监测 电路220用作半波整流电路，其中通过二极管240使负载电流的正半周期 通过并到达电阻器250，以在电阻器250两端产生相应的正电压；通过二 极管230而允许负载电流的负半周期流过并到达电i^地端50 (因此不 会影响电阻器250两端的电压)。因此，负载电流监测电路220向频率控 制输入端134提供表示负载电流的正半周期的电压。
再参照图l，基于前述论述，应当理解，频率控制输入端134—般接 收两个电压信号 一个来自负载电流监测电路220，另一个(但是如同前 述地只是在特定条件下)来自辅助电流感测电路160。
在电路IO的正常操作期间，当流过逆变器晶体管的峰值瞬时电流处 于指定的碎Ht极限之内时，不启动辅助电流感测电路160 (即，齐纳二极 管170是不导电的)，因此不从辅助电流感测电路160向频率控制输入端 134提供信号。在这些时段期间，负载电流监测电路220向频率控制输入 端134提供表示负载电流的电压信号，并且驱动器电路130使用该电压信 号来调节负载电流。
相反地，在特定的操作模式(例如电容式切换模式)期间，当通过逆 变器晶体管的峰值瞬时电流试图超过所述指定的峰值极限时，辅助电流感 测电路160被启动(即，齐纳二极管170和二极管180变得导电)，因此 从辅助电流感测电路160向频率控制输入端134提供信号。该信号被叠加 在(即，添加到)负载电流监测电路220所提供的信号上。
下面列出了用于实现主电流感测电路150、 154、 156和辅助电流感测 电路160以及负载电流监测电路220的优选的元件和/或元件值
主电流感测电路150、 154、 156:
电阻器150: 0.68欧姆，5%， 1瓦特
电阻器154: 3.9千欧，5%, 0.125瓦特
电容器156: 470皮法，5%， 50伏200780035745.X
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辅助电流感测电路160:
电阻器162: 220欧姆，5%, 0.25瓦特
电压击穿器件170: 1N5226B (3.3伏齐纳二极管)
二极管180: 1N4148 负载电流监测电路220:
二极管230、 240:额定50伏，600毫安，4亳微秒
电阻器250: 1.1欧姆，1%， 0.5瓦特
尽管已参照一些优选实施例描述了本发明，但是，本领域的技术人员 可以在不背离本发明的新颖的精神和范围的情况下进行各种更改和变化。
权利要求
1.一种逆变器，包括第一输入端子和第二输入端子，适用于接收基本上为直流(DC)的电压源；逆变器输出端子；第一逆变器晶体管和第二逆变器晶体管的串联布置，所述串联布置耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间，其中所述第一逆变器晶体管在所述逆变器输出端子处耦合到所述第二逆变器晶体管；耦合到所述第一逆变器晶体管和所述第二逆变器晶体管的驱动器电路，所述驱动器电路能够操作用于以基本上互补的方式按驱动频率使所述逆变器晶体管换向，所述驱动器电路包括电流感测输入端和频率控制输入端；耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的电流感测输入端之间的主电流感测电路；以及耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的所述频率控制输入端之间的辅助电流感测电路，其中，作为对流过所述逆变器晶体管的电流超过预定的峰值极限的情况的响应，所述辅助电流感测电路能够操作用于向所述驱动器电路的所述频率控制输入端提供辅助信号，由此提高驱动频率并减小流过所述逆变器晶体管的电流。
2. 如权利要求1所述的逆变器，其中所述主电流感测电路包括耦合在所述第二逆变器晶体管与电路接地 端之间的电流感测电阻器，其中电珞接地端耦合到所述第二输入端子；以 及所述辅助电流感测电路包括耦合在所述电流感测电阻器与第 一节点之间的电阻器；耦合在所述第一节点与第二节点之间的电压击穿器件；以及二极管，所述二极管具有耦合到所述第二节点的正极和耦合到所 述驱动器电路的所述频率控制输入端的负极。
3. 如权利要求2所述的逆变器，其中所述电压击穿器件包括齐纳二 极管，所述齐纳二极管具有耦合到所述第一节点的负极和耦合到所述第二节点的正极。
4. 如权利要求3所述的逆变器，其中所述齐纳二极管具有约3.3伏左 右的齐纳击穿电压。
5. 如权利要求1所述的逆变器，其中所述辅助电流感测电路还能够 操作用于允许在不向所述驱动器电路的所述频率控制输入端提供所述辅 助信号的情况下使所述逆变器起动。
6. —种用于向负载供电的电源，包括逆变器，所述逆变器包括第一输入端子和第二输入端子，适用于接收基本上为直流(DC ) 的电压源；逆变器输出端子；第一逆变器晶体管和第二逆变器晶体管的串联布置，所述串联布 置耦合在所述第一输入端子与所述第二输入端子之间，其中所述第一逆变 器晶体管在所述逆变器输出端子处耦合到所述第二逆变器晶体管；耦合到所述第一逆变器晶体管和所述第二逆变器晶体管的驱动 器电路，所述驱动器电路能够操作用于以基本上互补的方式按驱动频率使 所述逆变器晶体管换向，所述驱动器电路包括电流感测输入端和频率控制 输入端；耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的所述电流感 测输入端之间的主电流感测电路，其中所述主电流感测电路包括耦合在所 述第二逆变器晶体管与电珞接地端之间的电流感测电阻器，其中电路接地 端耦合到所述第二输入端子；以及耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的所述频率控 制输入端之间的辅助电流感测电路，其中所述辅助电流感测电路包括耦合在所述电流感测电阻器与第一节点之间的第 一电阻器；耦合在所述第 一节点与第二节点之间的电压击穿器件；以及第一二极管，所述第一二极管具有耦合到所述第二节点的正 极和耦合到所述驱动器电路的所述频率控制输入端的负极；以及耦合到所述逆变器输出端子的输出电路，所述输出电路包括第一输出连接和第二输出连接，适用于连接到所述负载；以及耦合到所述第二输出连接、电#地端以及所述驱动器电路的所 述频率控制输入端的负载电流监测电路，所述负载电流监测电路能够操作 用于向所述驱动器电路的所述频率控制输入端提供负载相关的信号。
7. 如权利要求6所述的电源，其中所述电压击穿器件包括齐纳二极 管，所述齐纳二极管具有耦合到所述第 一节点的负极和耦合到所述第二节 点的正极。
8. 如权利要求7所述的电源，其中所述齐纳二极管具有约3.3伏左右 的齐纳击穿电压。
9. 如权利要求6所述的电源，其中所述辅助电流感测电路还能够操 作用于允许在不向所述驱动器电路的所述频率控制输入端提供所述辅助 信号的情况下使所述逆变器起动。
10. 如权利要求6所述的电源，其中所述负载电流监测电路包括第二二极管，所述第二二极管具有耦合到电珞接地端的正极和耦合到 第三节点的负极；第三二极管，所述第三二极管具有耦合到所述第三节点的正极和耦合 到第四节点的负极，其中所述第四节点耦合到所述驱动器电路的所述频率 控制输入端；以及耦合在所述第四节点与电珞接地端之间的第二电阻器。
11. 如权利要求6所述的电源，其中 所述负载包括至少一个气体放电灯；以及 所述输出电路还包括谐振电路，所述谐振电路包括耦合在所述逆变器输出端子与所述第一输出连接之间的谐 振电感器；以及耦合在所述第一输出连接与电珞接地端之间的谐振电容器；以及耦合在所述第二输出连接与所述负载电流监测电路之间的直流 (DC)隔离电容器。
12. —种用于对至少一个气体放电灯供电的电子镇流器，所述镇流器 包括桥式逆变器，所述桥式逆变器包括第一输入端子和第二输入端子，适用于接M本上为直流(DC ) 的电压源；逆变器输出端子；耦合在所述第一输入端子与所述逆变器输出端子之间的第一逆 变器晶体管；耦合在所述逆变器输出端子与电路接地端之间的第二逆变器晶 体管，其中电路接地端耦合到所述第二输入端子；耦合到所述第一逆变器晶体管和第二逆变器晶体管的驱动器电 路，所述驱动器电路能够操作用于以基本上互补的方式按驱动频率使所述 逆变器晶体管换向，所述驱动器电路包括电流感测输入端和频率控制输入，耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的所述电流感 测输入端之间的主电流感测电路，其中所述主电流感测电路包括耦合在所 述第二逆变器晶体管与电珞接地端之间的电流感测电阻器；以及耦合在所述第二逆变器晶体管与所述驱动器电路的所述频率控 制输入端之间的辅助电流感测电路，其中所述辅助电流感测电路包括耦合在所述电流感测电阻器与第 一节点之间的第 一 电阻器；齐纳二极管，所述齐纳二极管具有耦合到所述第一节点的负 极和耦合到第二节点的正极；以及第一二极管，所述第一二极管具有耦合到所述第二节点的正 极和耦合到所述驱动器电路的所述频率控制输入端的负极；耦合到所述逆变器输出端子的输出电路，所述输出电路包括第一输出连接和第二输出连接，适用于连接到所述负载；谐振电路，所述谐振电路包括耦合在所述逆变器输出端子与所述第一输出连接之间的谐 振电感器；以及耦合在所述第一输出连接与电5^地端之间的谐振电容器；耦合到所述第二输出连接的直流(DC)隔离电容器；以及耦合到所述DC隔离电容器、电珞接地端和所述驱动器电路的所 述频率控制输入端的负载电流监测电路，所述负载电流监测电路能够操作 用于向所述驱动器电路的频率控制输入端提供负载相关的信号。
13. 如权利要求12所述的电子镇流器，其中所述齐纳二极管具有约 3.3伏左右的齐纳击穿电压。
14. 如权利要求12所述的电子镇流器，其中所述负载电流监测电路 包括第二二极管，所述第二二极管具有耦合到电路接地端的正极和耦合到 第三节点的负极；第三二极管，所述第三二极管具有耦合到所述第三节点的正极和耦合 到第四节点的负极，其中所述第四节点耦合到所述驱动器电路的所述频率 控制输入端；以及耦合在所述第四节点与电珞接地端之间的第二电阻器。
15. 如权利要求12所述的电子镇流器，其中所述辅助电流感测电路 还能够操作用于允许在不向所述驱动器电路的所述频率控制输入端提供 所述辅助信号的情况下使所述逆变器起动。
全文摘要
本发明公开了一种逆变器(100)，其包括第一输入端子和第二输入端子(102、104)、逆变器输出端子(106)、第一逆变器晶体管(110)和第二逆变器晶体管(120)的串联布置、驱动器电路(130)、主电流感测电路(150、154、156)以及辅助电流感测电路(160)。主电流感测电路(150、154、156)耦合在第二逆变器晶体管(120)与驱动器电路(130)的电流感测输入端(132)之间。辅助电流感测电路(160)耦合在第二逆变器晶体管(120)与驱动器电路(130)的频率控制输入端(134)之间。在操作期间，如果流过逆变器晶体管(110、120)的电流超过预定的峰值极限，则辅助电流感测电路(160)向驱动器电路(130)的频率控制输入端(134)提供辅助信号，由此提高驱动器电路(130)使逆变器晶体管(110、120)换向所按照的驱动频率。驱动频率的提高使流过逆变器晶体管(110、120)的峰值电流减小，由此保护逆变器晶体管(110、120)使之免于过量的功耗和可能造成损坏的发热。
文档编号G05F1/40GK101517853SQ200780035745
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月5日 优先权日2006年9月28日
发明者巴德雷什·梅赫塔 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司