感应灯调光镇流器的制作方法

1.本实用新型涉及一种感应灯调光镇流器，更具体地涉及一种并非通过突发开/关方式，而是通过高/低方式在关灯时保持低输出，并控制关灯而稳定实现感应灯的调光控制的利用半桥式电路的感应灯调光镇流器。


背景技术：

2.近来，对于大型建筑、隧道及工厂等安装大规模照明设备的场所，根据自然照度等周边条件而控制灯的光输出，由此，对于用于节省耗电的光照控制技术的关注和发明广泛进行。
3.现有的荧光灯与通过根据灯两端电极之间的电场发生的热电子而荧光体发光不同，通过在灯内部或外部安装的线圈发生的强力的磁场而亮灯的感应灯被广为熟知。
4.因此，在确定现有的荧光灯寿命时，能够在感应灯(induction lamp)避免产生影响最大的黑化现象。
5.感应灯与荧光灯不同，作为在充气的放电管外部代替电极而安装缠绕线圈的铁氧体磁芯的灯，在从外部的逆变器施加高频率电压的情况下，作为在灯形成磁场而因放电管内部的充气发光的光源与现有的荧光灯相比，具有长寿命，小型且适合高输出。
6.并且，进行瞬间亮灯，电光速及效率、光致变色、温度特性等比现有普通的荧光灯优秀。
7.由此，感应灯与现有的普通的荧光灯相比，尽管存在各种优点，但存在不容易控制功率即亮度的问题。
8.图1为现有技术的感应灯驱动电路图，如图示所示，包括：功率因数改善线路(pfc circuit)1，将外部输入电源(l、n)转换为用于感应灯驱动的规定的直流电压(dc 400v)而供应；两个切换元件(fet1、fet2)，串联连接设置在所述功率因数改善线路1的输出两端之间；控制电路2，根据灯控制信号而将所述两个切换元件(fet1、fet2)按规定的频率切换；共振电路3，将所述两个切换元件 (fet1、fet2)的中间接点的输出信号通过扼流线圈(choke)和共振电容器(c1、 c2)共振而供应至感应灯4。
9.由此构成的现有的感应灯驱动电路在功率因数改善线路1中将外部普通电源转换为直流电源而供应至切换元件(fet1、fet2)，控制电路2按规定的频率对切换元件(fet1、fet2)进行切换，由此，满足共振电路3的共振条件，而对感应灯4进行亮灯控制。
10.如上所述的感应灯，作为不具有灯丝(filament)的荧光灯，为通过感应线圈(i nduction coil)的间接负荷方式。因此，因感应传输至灯的功率而反馈(feed bac k)控制的方式的调光控制为不可能的，为了调光，需使用突发开/关方式(burst o n/off)的调光方式。在突发开启(burst on)区间长时变亮，在短时变暗。
11.图2的(a)为现有感应灯的突发方式调光特性图，图2的(b)为例示各个现有感应灯的开/关区间的镇流器运行特征的表。
12.控制电路2按规定的频率对切换元件(fet1、fet2)进行切换，如图2的特性图所示，
按开启空间a和关闭空间b控制。在开启空间a正常运行，但关闭空间b如图2所示，按电压水平为零即完全关闭状态控制功率而关闭。
13.即，如图2的(b)显示的表所示，在开启空间a中，为了调光控制而按220khz 频率，将高侧晶体管即fet1和低侧晶体管即fet2分别按占空比50％控制而正常进行调光控制。但在关闭空间b中，作为完全关闭状态，按“0”khz(关闭状态)控制。
14.现有的方式在突发开启空间a中正常运行镇流器输出，在突发关闭空间b 中，按完全关闭(off)镇流器输出的方式进行调光控制。因此，在调光时，为需无数次反复开/关运行镇流器的方式。由此，施加至镇流器的损害(damage)较大，随着关闭空间增加而电路的运行更不稳，由此，调光范围不大，根据周边温度及灯的条件而导致关灯或镇流器破损等，其可靠性非常低。
15.因此，越是输出大的灯，越难控制调光，在热或冷的情况下，在不得不急剧控制调光的使用条件下，因问题一定会发生，而成为难以稳定使用的状况。
16.现有技术文献
17.【专利文献】
18.(专利文献1)韩国注册专利10-0825378号


技术实现要素：

19.实用新型要解决的技术问题
20.本实用新型提供一种感应灯的调光镇流器，为了控制本技术人注册的韩国注册专利10-0825378号的输出而运用一起控制频率和脉冲宽度的半桥式技术而控制非开/关方式的高/低方式的突发调光，由此，能够全部解决在现有感应灯进行调光时发生的问题。
21.用于解决问题的技术方案
22.本实用新型的感应灯的调光镇流器包括：
23.桥式二极管，通过保险丝和线性滤波器接收所输入的交流电源(ac)而转换为直流电源；
24.直流稳定器，将所述桥式二极管的直流电源通过电抗器l和二极管d及电容器c稳定化；
25.功率因数矫正(pfc；power factor corrector)电路，用于矫正所述直流稳定器的功率因数；
26.直流电源部，将所述桥式二极管的直流输出按5v直流电源稳定化而输出；
27.半桥式电路，接收所输入的所述直流稳定器的直流电源而通过高侧晶体管和低侧晶体管的串联连接而进行开关而输出；
28.共振电路，接收所输入的所述半桥电路的功率而通过共振线圈(共振l)及共振电容器(共振c)共振而使感应灯亮灯；
29.控制器，接收所输入的调光信号而根据调光电压而设定使感应灯亮灯的高区间和使感应灯关灯的低区间的增益，设定高区间和低区间的半桥式电路切换频率及高侧晶体管和低侧晶体管各自的切换增益而发生控制信号；
30.频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部，根据所述控制器的控制，而在高区间按设定切换频率的第一频率进行，将半桥式电路的高侧晶体管和低侧晶体管按第一切换增益控制，
在低区间按设定切换频率的第二频率进行，半桥式电路的高侧晶体管按以比所述第一切换增益低的增益设定的第二切换增益控制，将低侧晶体管52按以比所述第一切换增益高的增益设定的第三切换增益控制。
31.实用新型的效果
32.由此，本实用新型在突发调光(burst dimming)时输出并非为开/关方式，而是高(high)/低(low)方式，电路的运行不存在人为完全停止的情况。因此，在从低区间转换为高区间的过程中，施加至镇流器的负担小，而使电路稳定运行，由此，调光范围非常宽，且与苛刻的条件和灯的瓦数无关，能够完全进行调光控制。在低区间中，从镇流器向灯供应小量的电流的一个灯本身保持亮度低即关灯状态。
33.如上说明所示，并非以开/关而是以高/低方式控制感应灯调光，由此，在不存在共振电路的开/关的情况下，能够控制调光，由此，减少施加至电路的负担，并能够有效进行亮度控制。
34.并且，本实用新型为了低区间的稳定运行而控制高侧晶体管的占空比减少至40％以下，低侧晶体管的占空比增加至60％以上，由此，在低区间通过共振电路保持低功率，并且，灯保持关灯状态。
35.而且，本实用新型从高区间至低区间，从低区间至高区间转换频率和切换增益时，为了更稳定运行电路，轻柔地转换频率和占空比，由此，能够稳定进行调光控制。
附图说明
36.图1为现有技术的感应灯驱动电路图；
37.图2的(a)为现有感应灯的突发方式调光特性图；
38.图2的(b)为例示现有感应灯的开/关区间的镇流器运行的特性的表；
39.图3为本实用新型的感应灯的调光镇流器框图；
40.图4为说明利用本实用新型的半桥式电路的感应灯调光控制方法的流程图；
41.图5的(a)为本实用新型的感应灯的高-低控制方式调光特性图；
42.图5的(b)为例示用于控制本实用新型的感应灯的调光的区间的镇流器运行特性的表。
43.附图标记说明
44.10:桥式二极管
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20:直流稳定器
45.30:功率因数矫正电路
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40:直流电源部
46.50:半桥式电路
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51:高侧晶体管
47.52:低侧晶体管
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60:共振电路
48.70:感应灯
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80:保护电路
49.90:频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部
50.100:控制器
具体实施方式
51.下面，参照附图而对本实用新型的实施例进行如下具体说明。
52.图3为本实用新型的感应灯的调光镇流器框图。
53.包括：桥式二极管10，通过保险丝和线性滤波器接收所输入的交流电源 (ac)，而将其转换为直流电源；
54.直流稳定器20，通过电抗器l和二极管d及电容器c而使所述桥式二极管 10的直流电源稳定化；
55.功率因数矫正(pfc；power factor corrector)电路30，用于矫正所述直流稳定器20的功率因数；
56.直流电源部40，将所述桥式二极管10的直流功率按5v直流电源稳定化而输出；
57.半桥式电路50，接收所输入的所述直流稳定器20的直流电源而通过高侧晶体管51和低侧晶体管52的串联连接切换并输出；
58.共振电路60，接收所输入的所述半桥式电路50的功率而通过共振线圈(共振l)及共振电容器(共振c)共振而使感应灯70亮灯；
59.控制器100，接收所输入的调光信号而根据调光电压，设定使感应灯亮灯的高区间和使感应灯关灯的低区间的增益，设定高区间和低区间的半桥式电路50 切换频率及高侧晶体管51和低侧晶体管52各自的切换增益而发生控制信号；
60.频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部90，根据所述控制器100的控制而在高区间以设定切换频率的第一频率进行，按第一切换增益控制半桥式电路50的高侧晶体管51和低侧晶体管52，在低区间以设定切换频率的第二频率进行，半桥式电路50的高侧晶体管51按以比所述第一切换增益低的增益设定的第二切换增益控制，将低侧晶体管52按以比所述第一切换增益高的增益设定的第三切换增益控制。
61.在此未说明附图标记80为半桥式电路50的保护电路，由普通的半桥式电路保护电路构成。
62.如上所述构成的本实用新型的感应灯的调光控制装置接收所输入的交流电源(ac)而在桥式二极管10整流为直流电源，并将直流电源通过电源稳定化部20 而输入至半桥式电路50，半桥式电路50通过受控制器100的控制的频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部90而控制高侧晶体管51和低侧晶体管52，半桥式电路 50的功率被输出至共振电路60而通过共振电路60的共振而使感应灯70亮灯。所述频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部90为韩国注册专利10-0825378号具体记载的技术，本实用新型为利用其而控制频率和脉冲宽度，分离高侧晶体管和低侧晶体管而通过各自的脉冲宽度切换信号控制。
63.本实用新型为并非通过突发开/关方式而是通过突发高/低方式控制，通过频率/脉冲宽度控制半桥式驱动部90而控制半桥式电路50的驱动而控制感应灯70 的调光控制。调光控制方法通过控制器100反复交替使感应灯亮灯的高区间和使感应灯关灯的低区间，根据高区间和低区间的脉冲增益而调节亮度。
64.但如图2所示，在现有的调光控制方法中，亮灯的开启区间通过所设定的频率和所设定的切换增益而控制高侧晶体管和低侧晶体管而使感应灯亮灯，但使感应灯关灯的关闭空间为频率和切换增益为零的完全关闭信号，而控制半桥式电路。因此，高速反复控制开启空间和关闭空间而难以稳定使用。
65.由此，本实用新型在使感应灯关灯的关灯区间中，并非完全关闭半桥式电路的功率，按保持共振电路60的共振并使感应灯70关灯的低功率状态进行控制，由此，能够解决所述现有的问题。
66.利用本实用新型的半桥式电路的感应灯调光控制方法根据调光信号而反复控制使灯亮灯的亮灯区间和使灯关灯的关灯区间，并调节亮灯区间和关灯区间的增益而控制亮度，
67.所述亮灯区间通过提前设定的第一共振频率，而按第一切换增益控制半桥式电路50的高侧晶体管51和低侧晶体管52而使感应灯70亮灯，
68.所述关灯区间通过按以比所述第一共振频率低的频率提前设定的第二共振频率，所述半桥式电路50的高侧晶体管51按以比所述第一切换增益低的增益提前设定的第二切换增益控制，同时所述低侧晶体管52通过按以比所述第一切换增益高的增益提前设定的第三切换增益控制而控制所述关灯区间。
69.如上所述的本实用新型，在将半桥式电路50一起执行频率和脉冲宽度控制而在亮灯区间以高状态，在关灯区间以低状态保持输出而与共振电路的开/关无关，控制感应灯70的调光。同时控制半桥式电路50的切换频率和切换脉冲宽度，即切换增益的技术具体记载于本实用新型人申请注册的韩国注册专利 10-0825378号具体公开，因而，在本实用新型中省略具体说明。
70.将半桥式电路50的高侧晶体管51和低侧晶体管52按规定的共振频率切换而输出至共振电路60，通过共振电路60的共振而使感应灯70亮灯。
71.在使感应灯70亮灯的亮灯区间中，与当前相同，按提前设定的共振频率，即第一共振频率(例如；200khz)，高侧晶体管51和低侧晶体管52的切换增益同样地以占空比为50％控制而将亮灯区间作为高区间控制。
72.在使感应灯70关灯的关灯区间，当前关闭半桥式电路50而关闭共振电路 60，由此，因反复开/关的问题，而无法很好地控制感应灯的调光。由此，在本实用新型中，保持共振电路60的共振状态，并通过使感应灯70关灯的低功率控制半桥式电路50为核心的特征。
73.对于普通灯的调光方式即突发开/关方式，在亮灯区间，即高区间中现有的技术当然不成问题。但在制造低区间时，以现有的技术为不可能的。感应灯 (induction lamp)与直接负荷方式即一般荧光灯不同，为不存在灯丝(filament)的结构，为通过感应线圈(induction coil)的间接负荷方式。在间接负荷方式中，为了保持灯不亮的低(low)功率，运行频率增加至200％，在该条件下，超过当初电路设定的频率-l-c-灯之间的共振条件范围，在该状态下，供应至高侧晶体管 (high side transistor)51的能源无法消耗，并传输至低侧晶体管(low sidetransistor)52，由此，只能破坏晶体管。
74.由此，本实用新型运用在韩国注册专利10-0825378号提出的同时控制半桥式电路的频率和脉冲宽度的技术，而在使感应灯关灯的关灯区间中保持为低功率。
75.本实用新型在低区间中将高侧晶体管的占空比减少至40％或以下，而低侧晶体管的占空比增加至60％或其以上，大幅减少通过高侧晶体管供应的能源。此时，将频率上升至不偏离共振点的范围即50％左右，并且非常稳定地在低区间中运行电路。
76.并且，从高区间a转换为低区间c的减少区间b和从低区间c转换为高区间a的增加区间d轻柔地转换频率和切换增益即占空比转换，更稳定保持电路的运行。该结果，使该期间显示的水平的感应灯的调光实用化。以轻柔地转化增减的变化的方式，频率转化宽度和增益转化宽度以在相同的时间内转化的方式预设倾斜的时间，根据该倾斜时间，按步骤即逐渐改变而轻柔地转化，而稳定运行电路。
77.由此，本实用新型为了按低功率状态制造，切换信号的频率比第一共振频率(200khz)高，且不对共振电路60产生大的负担，增加至能够共振的程度的第二共振频率(例如：300khz)。将共振电路60在第一共振频率和第二共振频率全部引起共振的情况下设计电路，在关灯区间中，按第二共振频率(300khz)增加频率，半桥式电路50的高侧晶体管51的切换增益从第一切换增益即占空比50％至减少至占空比20％的第二切换增益控制，而低侧晶体管52的切换增益从第一切换增益即占空比50％增加至占空比80％的第三切换增益，由此，保持低状态的输出。
78.由此，频率高，高侧切换增益低，低侧切换增益高而向共振电路60保持低输出，由此，未关闭共振电路60，并将感应灯70按关灯状态控制。在此，并非限定第二共振频率和第二切换增益及第三切换增益，根据镇流器即电源电路-半桥式电路-共振电路-感应灯的共振特性及电路特性设计，在第一共振频率为 200khz的镇流器中，第二共振频率大致范围为250～350khz，第二切换增益为 40～5％范围，第三切换增益按60～95％范围改变，其根据感应灯的功率大小或电路设计而设定频率和占空比。
79.因此，本实用新型为以亮灯区间为高状态，关灯区间为低状态控制功率，由此，在不控制共振电路的开/关的状态下保持开启状态，并仅控制输出，而将感应灯70区分为亮灯区间和关灯区间而根据亮灯区间的长度和关灯区间的长度，即亮灯增益而调节亮度。
80.具体的示例，参照图4及图5作如下说明。
81.图4为说明利用本实用新型的半桥式电路的感应灯调光控制方法的流程图。
82.本实用新型涉及一种感应灯调光控制方法，其将半桥式电路50的功率与共振电路60连接，根据共振电路60的共振而控制感应灯70的亮灯或关灯，控制所述半桥式电路50而通过感应灯70的亮灯区间和关灯区间的增益控制而控制亮度，
83.该方法包括如下过程：
84.亮度增益设定过程(s10)，根据调光信号而将使感应灯70亮灯的高区间a 和使感应灯70关灯的低区间b的长度按与亮度程度对应的增益设定；
85.在所述亮度增益设定过程(s10)设定的高区间a，
86.高区间控制过程(s20)，为使所述共振电路60共振的第一共振频率，以切换增益为第一切换增益的切换信号切换所述半桥式电路50的高侧晶体管51和低侧晶体管52；
87.减少区间控制过程(s30)，从结束所述高区间a的时点至提前设定的第二共振频率，所述第一共振频率增加频率，同时所述半桥式电路50的高侧晶体管51 的切换增益与所述频率增加呈比例，而按提前设定的第二切换增益减少，所述半桥式电路50的低侧晶体管52的切换增益与所述频率增加成比例而按提前设定的第三切换增益增加；
88.低区间控制过程(s40)，在所述减少区间控制过程(s30)按设定切换信号的频率、高侧晶体管及低侧晶体管的切换增益的频率及切换增益完成改变的情况下，切换信号的频率按所设定的第二共振频率，高侧晶体管51的切换增益按所设定的第二切换增益，低侧晶体管52的切换增益按所设定的第三切换增益在所述亮度增益设定过程(s10)保持所设定的低区间长度并控制；
89.增加区间控制过程(s50)，从所述低区间控制过程(s40)结束的时点，所述第二共振频率向所述第一共振频率减少频率，同时所述半桥式电路50的高侧晶体管51的切换增益与所述频率减少成比例而在所述第二切换增益按所述第一切换增益增加，所述半桥式电路
50的低侧晶体管52的切换增益与所述频率增加成比例，在所述第三切换增益按所述第一切换增益减少而完成频率及切换增益改变的情况下，过度至所述高区间控制过程(s20)。
90.图5的(a)为本实用新型的感应灯的高-低控制方式调光特性图，图5的(b) 为例示用于本实用新型的感应灯的调光控制的区间的镇流器运行特性的表。
91.如上所述本实用新型，如图5的(a)及(b)显示所示，大致区分为：高区间a，使感应灯亮灯；低区间c，使感应灯关灯；减少区间b，从高区间至低区间减少输出；增加区间d，从低区间至高区间增加输出。
92.首先，在输入调光控制信号的情况下，控制器100按调光控制信号的调光电压转换，并执行根据调光电压而设定亮度增益，即亮灯区间即高区间a的长度和设定关灯区间即低区间c的长度的亮度增益设定过程(s10)。
93.使感应灯亮灯的亮灯区间即高区间a控制过程(s20)为使所述共振电路60 共振的第一共振频率(例如；200khz)，切换增益按第一切换增益(占空比50％) 即切换信号使所述半桥式电路50的高侧晶体管51和低侧晶体管52切换而使感应灯70亮灯。
94.之后，在按亮度增益设定过程(s10)中设定的高区间a的长度经过时间的情况下，执行减少区间b控制过程(s30)。减少区间b将切换信号的频率从第一共振频率即200khz增加至提前设定的第二共振频率即300khz增加。此时，频率并非直接从200khz增加至300khz，而是逐渐增加。同样地，对于切换增益，高侧晶体管51也从占空比50％即第一切换增益至占空比20％即第二切换增益改变脉冲宽度而减少切换增益，低侧晶体管52从占空比50％即第一切换增益至占空比80％即第三切换增益改变脉冲宽度，而增加切换增益。在尽可能的情况下，优选地，以频率和切换增益的改变时间相同的情况下控制。
95.由此，在减少区间控制过程(s30)增加频率，高侧晶体管的切换增益减少，低侧晶体管的切换增益增加而以低水平的输出改变。
96.在通过所述减少区间控制过程(s30)而频率和切换增益的改变结束的情况下，此时，作为减少区间控制过程(s40)，在所述亮度增益设定过程(s10)设定的减少区间长度程度的时间内保持为低输出。在低输出，即频率为300khz，高侧晶体管为20％的占空比，低侧晶体管52按80％的占空比控制的情况下，共振电路60为进行共振或感应灯70为渐弱输出而为关灯状态。因此，在低区间c内保持关灯状态。
97.在经过所述减少区间控制过程(s30)所设定的减少区间长度相应的时间的情况下，执行增加区间控制过程(s50)。
98.增加区间控制过程(s50)也与所述减少区间控制过程(s30)相同，以逐渐改变增加功率的形式逐渐增加亮度，进入亮灯区间即高区间a。在该增加区间d控制过程(s50)中，所述切换频率从第二共振频率(300khz)向高区间的切换频率即第一共振频率(200khz)改变，对于高侧晶体管51的切换增益，从第二切换增益即占空比20％至第一切换增益即占空比50％增加切换增益，低侧晶体管52的切换增益从第三切换增益即占空比80％至第一切换增益即占空比50％改变。
99.切换频率为第一共振频率(200khz)，高侧晶体管51和低侧晶体管52全部切换增益从按占空比50％的时点进入高区间控制过程(s20)而在高区间a内保持。
100.由此，本实用新型，在突发调光(burst dimming)时功率并非为开/关方式，为高(high)/低(low)方式，由此，不会发生人为完全停止电路运行的情况。因此，在从低区间向
高区间转换的过程中，施加至镇流器负担少，电路稳定运行，由此，调光范围也非常宽，与苛刻的条件和灯的瓦数无关，能够完全进行调光控制。在低区间中，在镇流器中，向灯供应小量的电流的一个灯本身关闭亮度即保持关灯状态。
101.如上说明所示，并非将感应灯的调光控制方式通过开/关方式而是通过高/低方式控制，由此，与共振电路的开/关无关能够控制调光，由此，减少施加至电路的负担，并能够有效进行亮度控制。
102.并且，本实用新型为了低区间的稳定运行，高侧晶体管的占空比减少至40％以下，低侧晶体管的占空比增加至60％以上而进行控制，由此，在低区间通过共振电路而保持低的输出，而使灯保持关灯状态。
103.并且，本实用新型在从高区间至低区间，从低区间至高区间转换频率和切换增益时，为了更稳定运行电路而轻柔地转化频率和占空比，从而，能够进行稳定的调光控制。