节能灯具用电子镇流器的双谐振电路的制作方法

专利名称：节能灯具用电子镇流器的双谐振电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及在普通交流供电线路使用的单级电子能量变换器，其 在输出端能够为气体放电灯之类的负载供电。
背景技术：
电子能量变换器，有时被称作"开关电源"，需要直接运行在交流 供电线路。针对受用电设备影响的电能质量，电力公司为这些用电设 备中的特定类型制定了技术要求。
作为用电设备之一，该电子镇流器大量应用于照明灯具。通常对 于电能质量而言，为了满足工业技术要求，电子镇流器必须满足两个 基本技术条件(i)从供电线路获取功率时，功率因数(PF)至少为 0.9， (ii)从供电线路获取电流时，总谐波失真(THD)小于20%。
电子镇流器必须满足与灯具负载的兼容性相关的其它技术要求。 其所提供的电灯电流的波峰系数应小于1. 7，这里波峰系数等于电灯 电流的峰值与有效值(方均根)的比值。这涉及电灯电流的最大容许 调制幅度，调制是导致灯光闪烁与发光效率低的原因，其中的发光效 率用消耗每瓦功率所产生的光的流明来表示。理想的是，在供电线路 提供的电压的整个周期中向电灯负载提供的功率为恒定功率。
为了将低频的供电线路交流电压(120V/60Hz或220V/50Hz)转 换为高频的(一般从10kHz到100kHz)交流电压或电流源，人们必 须将来自供电线路的信号整流为直流电压，随后该直流电压由开关晶 体管转换为高频电源。
传统的离线式整流器都在二极管整流器之外设电容性平滑滤波 器。在整流输出高于滤波电容器电压期间以及该电容器充电期间，该 滤波电容器会引起电流波形的谐波畸变。如果采用大电容器，充电时 间或导通角非常小，并且所有所需的电荷必须在短时间内加载到电容器中，从而导致来自经整流的供电线路源产生大电流输出。这些电流 尖峰会使电源谐波含量增加，并且当大量镇流器工作在供电线路上 时，增大的谐波畸变会使供电的功率因数降低。这种情况，电力供应 部门是不能接受的，还会干扰其它电气设备。
改善功率因数的方法包括无源波形整形方法。这些方法之一在授
予B0BEL的第5， 150， 013号美国专利中进行了描述。该方法要求电感 线圈与电容的运行在谐振状态，并且当供电线路的频率是60赫兹时， 谐振频率大约为180赫兹。这是廉价且可靠的方法。然而该电感线圈 的电感量必须足够的大。
使用存储转换原理众所周知，其中为了在较宽的导通角内使滤波 电容器充电，要在高频下对电感线圈进行控制。可是，该系统需要用 于存储变换器(也称作"升压变换器")的控制电路，以调节存储电感 中的能量释放。应用存储转换原理需要额外的噪声过滤，因为开关装 置会产生大量的噪声。生产该电路非常复杂、昂贵。此外，为了将直 流电压电源转换为高频交流电压或电流源，必需使用第二级变换器。 该类型电路在授予Herfurth的第5, 049， 790号美国专利中进行了描 述。
非常需要结构简单、成本低的单级电子能量变换器。这样的电路 应当部件少和成本低，应当适合于所有的供电线路电压和灯具种类， 应该按照行业质量标准易于大量重复制造，应该满足电能质量标准并 从供电线路获取有近似正弦电流波形的功率，而且在供电线路电压波 形的整个周期中向灯具提供近恒定的功率。

发明内容
根据本发明，提供一种能量转换装置，其在直流输入端具有直流 脉动电压，并适于为负载提供高频信号，所述装置包括
整流器装置，其从交流电源接收源电压并在第一直流输出端提供 第一脉动直流电压；
升压整流器装置，其具有升压输入端并在第二直流输出端提供第
9二脉动电压，其中适当定位所述的第一和第二直流输出端，在电路中 连接二者，并将二者连接到直流输入端，第一和第二直流输出端提供 等于第一直流脉动电压和第二直流脉动电压之和的直流脉动电压；
电容器装置，其连接到直流输入端并接收所述的直流脉动电压；
半导体开关装置，其连接到电容器装置；
谐振振荡器装置，其用作从直流输入端获取脉动电流并生成第二 直流脉动电压，所述振荡器电路包括(i)谐振负载电路，其连接到 直流输入端和半导体开关装置，并具有串联连接的电感器和第一电容 器，还具有与所述第一电容器有效并联连接的负载，(ii)谐振升压 电路，其具有与第二谐振电容器串联的电感器，并连接到升压输入端 和半导体开关装置，及(iii)开关反馈回路，其连接到半导体开关 装置并响应脉动电流的瞬时值，还用作将开关信号传送给半导体开关
号。— 、、-、、、。 、n 、 -、目
该装置还包括以普通桥式电路的形式连接的单向元件组成的整 流器装置，并具有分别为正极和负极的第一直流输出端，该整流装置 的每一个单向元件都执行开关动作，所述开关动作由传导电流时的开
通时间和不传导电流时的关断时间表征。
该装置还包括通过升压输入端串联连接的两个单向元件构成的 升压整流器装置。
该装置还包括电容器装置，其为极化电解电容器。
该装置还包括半导体开关装置，其是以半桥结构连接的一对NPN 双极晶体管，用于交替运行。
该装置还包括具有开关反馈回路的谐振振荡器装置，反馈回路十. 安装不饱和电流互感器。
该装置还包括具有开关反馈回路的谐振振荡器装置，反馈回路上 安装饱和电流互感器。
该装置还包括用环形铁氧体铁心制造的饱和电流互感器，所述铁 氧体铁心的起始磁导率为5000或更大，尺寸为直径6毫米、高度3
10毫米。
该装置还包括具有饱和电流互感器的谐振振荡器装置，所述电流 互感器的初级绕组为一匝、每个次级绕组为几匝。
该装置还包括具有开关反馈回路的谐振振荡器装置，所述反馈回 路上安装控制电路。
本发明的装置配合谐振振荡器装置的振荡频率瞬时值运行，与第 二直流脉动电压的瞬时值的调制成比例地调制谐振振荡器装置的振 荡频率的瞬时值。
本发明的装置具有执行瞬时开关占空比的半导体开关装置，与第 二直流脉动电压的瞬时值的调制成比例地调制瞬时开关占空比。
在这样的装置中，输入电流的瞬时值与供电线路电压的瞬时值成
比例，而电流的总谐波畸变低于20%。结果从供电线路获取的功率的 功率因数是99%，电灯电流的波峰因数低于1. 7。
结合附图，参考各个实施例，本发明的其他目的及优点将在以下 本发明的详细说明中变得清楚。


图1示意性地表示本发明的主要优选实施例；
图2示意性地表示本发明的第二实施例；
图3示意性地表示本发明的第三实施例；
图4表示图1中发明的可选形式；
图5表示图3中发明的可选形式；
图6表示图3中发明的另一个可选形式；
图7 (a) - 7 (d)和图8 (a) - 8 (d)表示与主要优选实施例 的运行有关的多个电流和电压波形。
具体实施例方式
图1用电路图的形式示意性地说明本发明的主要优选实施例。 在图1中，电压源101表示一个普通120V/60 Hz的市电供电线路并通过RFI/EMI滤波器102连接到全波整流桥103的交流输入端 Pl和P2。整流桥103由四个整流二极管组成并具有一对直流输出端 P+、 P-，其中P+端是正极，而P-端是负极。两个二极管D5、 D6通过 升压输入端A串联。二极管D5的阴极连接到P-端，而二极管D6的 阳极连接到直流输入端V-。整流桥103的P+端连接到另一直流输入 端V+。
二极管104的阳极连接到V+端，阴极连接到结点VDC。存储电容 器108连接在结点VDC和V-端之间。
半桥开关晶体管逆变器106有双极晶体管(MJE 13005类型)，其 集电极连接到结点VDC。晶体管105的发射极连接到结点C。所述逆 变器的另一NPN型晶体管107 (和晶体管105—样，属于MJE 13005 类型)的集电极连接到结点C。晶体管107的发射极连接到V-端。
谐振振荡电路由两个集成耦合谐振电路组成。第一谐振振荡电路 具有隔直电容器BC (电容值为约O.luF)、第一谐振电容器1M (电 容值为约18nF)、谐振电感器110 (电感值为约lmH)和反馈变压器 109的初级绕组W1，所有元件通过气体放电灯113的灯丝116、 115 串联在V+端和结点C之间。从而气体放电灯(类型DuluxE26W，锇 钨灯丝合金)通过两对灯具线端子a-b、 c-d有效地跨接在谐振电容 器114的两端。第二谐振电路有相同的谐振电感器IIO、第二谐振电 容器112和反馈变压器的初级绕组Wl，所有元件串联连接在结点C 和升压输入端A之间。反馈变压器109安装有两个次级绕组W2、 W3， 次级绕组W2、 W3分别跨接在开关晶体管105、 107的基极发射极结两 端。结点F是装装有公共电感器110和两个谐振电容器114和112的 两个谐振电路的公共端。该装置在制造上既可采用饱和铁芯也可采用 反馈变压器设计中所用的不饱和铁芯。所使用的饱和铁芯由宾西法尼 亚州巴特勒的Magnetics, Inc.生产的型号是0W40603-TC的材料制 造。不饱和铁芯反馈变压器在设计上可以选用Magnetics, Inc.生产 的型号为J-42510-EC的铁芯。
图2表示了本发明的第二实施例，其结合了本申请发明人的第
1208/005, 817号专利申请中所描述和请求保护的发明。谐振电感器210 的次级绕组N22与整流桥206的一对交流输入线端F1、 F2相连。该 实施例中也有两个谐振电路,这两个谐振电路由两个谐振电容器214、 212和一个公共谐振电感器210组成。安装两个串联的气体放电灯215 和216，其具有三对灯丝端a-b、 c-d和e-f，这些灯丝端连接到谐振 电感器210的相关灯丝绕组上。
图3表示了本发明的另一个实施例，其中两个升压电容器306和 311通过升压输入端A串联连接，并连接在直流输入端V+， V-之间。在
该电路中，如同在图l中所示的电路，安装了具有第一、第二谐振电 容器314， 312和一个公共谐振电感器310的两个谐振电路。第二谐振 电容器312连接到升压输入端A。
图4表示了图1中所示的本发明的可选形式。谐振振荡器安装了 具有至少有四个接线端的控制电路，这些接线端分别是信号输入端 SIT、接地端GT、和两个门极端子G1，G2。
图5表示了本发明的一个可选形式，其中谐振振荡器电路包括两 个谐振电路。第一谐振电路有与谐振电感器510的第一绕组N15和反 馈变压器509的第一绕组串联的隔直电容器BC，全部元件连接在Vi 端和结点C之间。第一谐振电容器与谐振电感器510的初级绕组N15 并联。第二谐振电路串联反馈变压器的连接绕组Wl、同一谐振电感 器510的初级绕组N15和第二谐振电容器512，全部元件连接在结点 C和升压输入端A之间。谐振电感器510也安装次级绕组N25并具有 通过限流电容器517连接到该绕组上的气体放电负载513。
图6表示了本发明的另一个可选形式，其中取消了反馈变压器， 而通过磁耦合到谐振电感器610的次级绕组W16、 W26向开关晶体管 提供开关反馈信号。
显然，本领域的技术人员能建立更多的可选形式或不同的组合， 例如图6中的改进措施和谐振振荡器可以与图1中的升压输入端A和 二极管D5， D6的组合使用。运行详情
为了清楚描述图1中的装置，第二谐振电容器112将不连接到升压输入端A。
图7 (a) -7 (d)表示了说明图1中的装置组的运行的多个电流和电压波形，其中电容器112没有被连接到端A。参考图7 (a) -7(d)中的波形，图1中的装置的运行与授予Grunwaldt的第3， 084, 283号美国专利中所描述的装置很类似。区别在于通过提供与二极管D5和D6串联的整流桥103以及与存储电容器108串联的二极管104实现本发明的目标。通过使用这些改进措施，发现了装置的新性能。根据图7 (a)，在直流输入端V+、 V-两端产生的直流输入电压是由交流电压源101传送并由电容器108滤波的公知整流电压的结果。
该装置是通过公知的两端开关电路(未显示)提供的触发开始振荡。变换器向电灯负载113提供大小恒定的电压和电流。开关逆变器106的频率等于串联谐振电路的谐振振荡频率，该谐振电路包括与谐振电容器112并联且与谐振电感器110串联的负载113。
该装置从能量存储电容器108获取脉动电流，并通过整流桥103从电源线中获取脉动电流。脉动电流周期性流经二极管D6和D5。每当二极管D5和D6传导脉动电流时，直流输入端V-有效连接到整流桥103的P-端。因此，由于脉动电流的流动，二极管产生切换通/断
的动作。在V+、 v-端之间的直流输入电压的峰值等于整流交流电压
源101的峰值。
整流桥103的P+、 P-端之间的电压波形见图7 (b)。 P-、 V-(两二极管D5、 D6)端之间产生的电压波形见图7 (c)。该装置运行期间的任何时刻，直流输入电压的瞬时值(根据图7 (a))都等于整流交流电压源的瞬时值(根据图7 (b))与两二极管D5、 D6两端产生的电压瞬时值(根据图7 (c))之和。输入电流的波形见图7 (d)。
这种串联谐振电路的振荡频率(/，)可以用下列公式表示
14其中，
L-谐振电感器110的电感量；C-谐振电容器114的电容量；
R-负载电阻。
通过用于变频器自激振荡的反馈变压器109的开关反馈绕组W2、W3得到的反馈信号与在输出端I、 F所传递的输出电流同相。从而，所得到的频率总是与V+、 V-端的直流输入电压瞬时值的成比例地并根据跨接在第一谐振电容器114两端的负载113的变化自动调整。在这些条件下，可以证明如果谐振电感器110和谐振电容器没有损耗，那么加在负载114上的电流取决于负载的电阻。该电流只取决于V+、V-端的直流输入电压和L/C的商。此外，输出电压大小是相对固定的，因为这是气体放电负载的特性。从而，谐振电感线圈两端的电压大小相对固定，因为这是该串联谐振电路的特性，其中谐振电容器两端的电压大小直接与谐振电感器两端的电压大小成正比。该串联谐振电路属于高品质因数类型，能够在谐振元件110、 114两端产生远火于直流输入电压的电压。通过调制负载113、电感器110或者电容器114中任一的瞬时值，可以很容易地调制谐振元件114、 llO两端的电Jk。通过对谐振元件之一两端的电压大小上进行限定和调制，也能得到同样的结果。
在升压输入端A上连接第二谐振电容器112时，图1中装置的运行参见图8 (a) - 8 (d)的波形。
每当在A端连接电容器112时，装置的输入和输出开始相互作用。
这种相互作用的效果是形成升压谐振电路，该电路能够存储并释放能量。二极管D6担当升压电路的开关元件，在晶体管107导通时二极管D6开通，在晶体管105导通时二极管D6关断。两个晶体管周期性地交替传导电流，这是本领域技术人员公知的双晶体管逆变器。然而二极管D5担当常见升压电路的升压二极管。每当A和V-端之间产生的瞬时电压高于存储电容器108、 二极管D5、和整流桥103的二极管及二极管104之间出现的瞬时电压v (t)时，所有的电流都传导电
15容器充电电流iCH，直到上述电压相等为止。可能情况是，在特定振荡周期的末期，当两个晶体管颠倒其状态时，电流会从A端继续流出，但此时是通过电容器BC流入到负载113。每当晶体管107传导电流时，第二谐振电路就会存储能量，该能量会在晶体管105传导电流时释放。两谐振电路通过公共谐振电感器110结合为一体。第一谐振电路是串联谐振，其中负载114与谐振电容器并联。然而，第二谐振电路是串联谐振，其中升压负载与谐振电容器和谐振电感器二者串联。升压负载是存储电容器的阻抗表示的复合负载，等效于串联电阻、所有有源和无源电路元件的损耗以及负载113，按照图1电路它们均连接在装置内。因此，这种随时动态变化的复杂可变的负载构造影响对谐振电路增益的调制。所以，整个谐振振荡器的阻抗特性(或多或少感性)也会正比于上述的变化而变化。开关二极管D6和升压二极管D5两端产生的电压的瞬时值有效转换成升压负载的瞬时值，其中升压负载与第二谐振电路串联。然而即使做了这样调制，由于通过反馈变压器109谐振振荡器的开关频率可瞬时自调节，流经谐振电感器的脉动电流il的大小和负载电流的大小也会保持相对稳定，所以与第一串联谐振电路关联的阻抗有效值也会保持相对稳定。P-和V-端之间的电压大小(根据图8 (C))再次等于V+、 V-端之间产生的直流输入电压的瞬时值减去P+和P-端之间的整流但未滤波的瞬时值之差，后者由整流交流电压源提供并表示在图8 (b)中。
直流输入电压的峰值等于或高于整流交流电压源的峰值。根据图8 (a)确定电压大小的参数是第一和第二串联谐振电路的瞬吋值、有效负载值及品质因数。上述参数是保证设备稳定和正常运行的最宽要的因素。
应当认识到由于第二谐振电路用作升压谐振电路，电容器108充电所达到的电压部分由交流电压源提供、部分由谐振升压作用提供。因次，电容器108的充电电流iCH部分由交流电压源提供、部分由谐振升压电路提供。因此，来自交流电压源的输入电流波形(根据图8(d))实质上与交流电压源的电压波形成比例。从电源抽获取的功率
16的功率因数是99%,从电源传送给装置的电流的总谐波失真低于20%。应当认识到根据本发明由于使用与驱动负载的谐振电路结为一体的谐振升压电路，随电路阻抗特性变化的频率的调制与电压瞬时值的调制成比例，电压瞬时值等于直流输入电压瞬时值和整流交流电压源瞬时值之差。因此，应当认识到由于使用与驱动负载的其它谐振电路结为一体的谐振升压电路，与电压瞬时值成比例地调制所述电路形成的谐振振荡器的振荡频率，其中电压瞬时值等于直流输入电压的瞬时值和整流交流电压的源瞬时值之差。结果从交流电压源中获得的电流瞬时值实质上与所述交流电压源提供的电压瞬时值成比例，且传送给负载的电压和电流幅值相对稳定。
关于图2中的装置，其是本发明的又一实施例，结合图1中装置的谐振升压电路提供谐振电感器210的反馈绕组n22。除了耦合到谐振电感器且连接到整流桥206的交流端的反馈绕组，电路的运行类似于图1中所述的电路，与f+、 f-端的电压调节成比例地调节谐振电感器的有效电感值。实际上，该装置运行产生的效果与图1中装置产生的结果相同。当需要改进反馈能量以提供适当的装置的输入和输出参数时，其可以作为一种设计选择。
关于图3中的装置，其是本发明的另一实施例，整流桥303的二极管实现升压开关和整流功能。升压电容器306、 311由谐振升压电路通过电容器312进行周期性充电，并且每当存储电容器两端的电压低于直流输入端v+、 v-两端的电压时，进行周期性放电。当相对于功率等级和尺寸大小要求该装置驱动各种不同类型的灯具时，采用该实施例。具有公共谐振电感器的两个集成谐振电路相互作用，其方式是在输出功率的较大范围内，输入输出参数保持在所需的技术耍求范围内。
图4的装置是图1的装置的可选形式，其中的控制电路实现图1中装置的反馈变压器的功能。该控制电路检测p-和v-端的电压瞬时值大小并向晶体管q1、 q2按所述大小成比例地提供开关信号。因而，该振荡电路的开关频率的调制与p-和v-之间的电压幅值的调制成比例。有关该装置运行的所有其它方面与图1中装置的运行一致。
图5中的装置是图4中的装置的可选形式，该装置使用并联谐振电路作为第一谐振电路和串联谐振电路作为谐振升压电路。该并联谐振电路包括电容器514，该电容器在运行上与初级绕组N15的电感并联谐振。但是，串联谐振电路用作升压谐振电路，其中同一电感器与电容器512的相互作用。连接与结合这些谐振电路形成了谐振振荡电路，其中开关信号通过反馈变压器509提供给晶体管。类似于图3中所述的实施例，该实施例中，存储在包含升压电容506和511的升压谐振电路中的能量自然释放，并当作补充电压提供给整流交流电压源。
此处所附的图6表示图5中的装置的可选形式。除了采用次级绕组W16、 W26实现切换反馈的情况除外，在此给出的电路在运行l:与图5中的电路一致，其中次级绕组W16、 W26的作用是提供与并联谐振电路的两谐振元件614、 N61两端产生的脉动电压成比例的开关信号。
应当认识到，尽管a)标称交流电压源变化较大、b)应用于非标称类型负载、c)装置会置于低温和高温下，但在此所述的设各也能够提供其重要参数(输入功率、功率因数、总谐波失真、负载电流波峰因数)的实质稳定性。
应当认识到，在此所述的装置非常简单，零件个数非常少，易适用于所有类型的供电线路电压和负载，制造过程可重复，并且廉价。
应当认识到，在不背离在此所述的发明理念的情况下，本领域的技术人员对上述实施例进行多种修改或替代是显而易见的。
权利要求
1、在直流输入端具有直流脉动电压并适于向负载传送高频信号的能量转换装置，所述装置包括整流器，其从交流电源接收源电压并在第一直流输出端提供第一脉动直流电压；升压整流器，其具有升压输入端并在第二直流输出端提供第二脉动电压，其中适当定位所述的第一和第二直流输出端，在电路中连接二者，并将二者连接到直流输入端，第一和第二直流输出端提供等于第一直流脉动电压和第二直流脉动电压之和的直流脉动电压；电容器，其连接到直流输入端并接收所述的直流脉动电压；半导体开关装置，其连接到电容器装置；谐振振荡器，其用于从直流输入端获取脉动电流并生成第二直流脉动电压，所述振荡器电路包括(i)谐振负载电路，其连接到直流输入端和半导体开关装置，并具有串联连接的电感器和第一电容器，还具有与所述第一电容器有效并联连接的负载，(ii)谐振升压电路，其具有与第二谐振电容器串联的电感器，并连接到升压输入端和半导体开关装置，及(iii)开关反馈回路，其连接到半导体开关装置并响应脉动电流的瞬时值，还用于将开关信号传送给半导体开关装置，与第二直流脉动电压的瞬时值的调制成比例地调制所述开关信号。
2、 根据权利要求1所述的装置，其中整流器具有以普通桥式电 路的形式连接的单向元件，并具有分别为正极和负极的第一直流输出 端，所述整流器使每一个单向元件都执行开关动作，所述开关动作Ftl 传导电流时的开通时间和不传导电流时的关断时间表征。
3、 根据权利要求1所述的装置，其中升压整流器具有通过升压 输入端串联连接的两个单向元件。
4、 根据权利要求1所述的装置，其中电容器是极化电解电容器。
5、 根据权利要求1所述的装置，其中半导体开关装置具有以半 桥结构连接的一对NPN双极晶体管，用于交替运行。
6、 根据权利要求1所述的装置，其中谐振振荡器具有开关反馈回路，反馈回路上装配不饱和电流互感器。
7、 根据权利要求1所述的装置，其中谐振振荡器具有开关反馈 回路，反馈回路上装配饱和电流互感器。
8、 根据权利要求7所述的装置，其中饱和电流互感器用环形铁 氧体铁心制造，所述铁氧体铁心的起始磁导率为5000或更大，尺寸 为直径6毫米、高度3毫米。
9、 根据权利要求7所述的装置，其中谐振振荡器具有饱和电流 互感器，所述电流互感器的初级绕组为一匝、每个次级绕组为.一匝以 上的多匝。
10、 根据权利要求1所述的装置，其中谐振振荡器装置具有开关 反馈回路，所述反馈回路上安装控制电路。
11、 根据权利要求1所述的装置，其中与第二直流脉动电压的瞬 时值的调制成比例地调制谐振振荡器的瞬时振荡频率。
12、 根据权利要求1所述的装置，其中半导体开关装置执行瞬时 开关占空比，与第二直流脉动电压的瞬时值的调制成比例地调制瞬时 开关占空比。
13、 在直流输入端具有直流脉动电压并适于向负载传送高频信号 的能量转换装置，所述装置包括整流器装置，其从交流电源接收源电压并在第一直流输出端提供 第一脉动直流电压；升压整流器装置，其具有升压输入端和第二直流输出端，其屮在 电路中适当定位和连接所述第一和第二直流输出端，并将二者连接到 直流输入端，第一和第二直流输出端提供等于第一直流脉动电压和第 二直流脉动电压之和的直流脉动电压；电容器装置，其连接到直流输入端并接收所述直流脉动电压；半导体开关装置，其连接到电容器装置；谐振振荡器装置，其用作从直流输入端获取脉动电流并生成第二 直流脉动电压，所述振荡器电路包括(i)谐振负载电路，其连接到 直流输入端和半导体开关装置，并具有串联连接的电感器和第--电容器，还具有与所述电容器有效并联连接的负载，(ii)谐振升压电路， 其具有串联连接的电感器与第二谐振电容器，并连接到至少一个升压 输入端和半导体开关装置，(iii)能量反馈绕组，其磁耦合到电感器并连接到升压输入端，及(iv)开关反馈回路，其连接到半导体开关 装置并响应脉动电流的瞬时值，还用作将开关信号传送给半导体开关 号。— 、、-、、、。 、。
、 目
14、 根据权利要求13所述的装置，其中整流器装置具有以普通 桥式电路的形式连接的单向元件，并具有分别为正极和负极的第一直 流输出端。
15、 根据权利要求13所述的装置，其中升压整流器装置具有以 普通桥式电路的形式连接的单向元件，并具有分别为正极和负极的第 二直流输出端。
16、 适用于从低频交流电压源向气体放电负载供电的电子装置， 所述装置具有直流端并包括整流器装置，其具有单向元件并实现开关动作，所述开关动作由 传导电流时的开通周期和不传导电流时的关断周期表征；升压电容器装置，其具有升压输入端，用于在直流端之间提供脉 动直流电压，所述脉动直流电压的绝对峰值高于交流电压源的整流电 压的绝对峰值；能量存储装置，其具有输入端，并在串联电路中与二极管装^相 连，所述串联电路连接在直流端之间，所述二极管装置的阳电极连接 到直流端正极，所述二极管装置与能量存储装置共同用于在输入端之 间产生从脉动直流电压中分离出的直流输入电压，在关断周期期间以 及每当脉动直流电压的瞬时值高于直流输入电压的瞬时值时，所述能量存储装置从升压电容器装置接收能量；半导体开关装置，其与能量存储装置相连，并具有两个相连的、 交替导通的晶体管以在其间形成公共点；谐振振荡器装置，其用于从直流端获取脉动电流并生成脉动直流电压，所述振荡器电路包括(i)谐振负载电路，其连接到直流端的正极和半导体开关装置的公共点，并具有串联连接的电感器和第一电 容器，还具有与所述第一电容器有效并联连接的负载，(ii)谐振升压电路，其具有与第二谐振电容器串联连接的电感器，并连接到升压 输入端和半导体开关装置的公共点，及(iii)开关反馈回路，其连 接到半导体开关装置并响应脉动电流的瞬时值，还用于将开关信号传 送给半导体开关装置，与脉动直流电压的瞬时值的调制成比例地调制 所述开关信号；其中从直流端获取脉动电流时，会引起单向元件执行开关动作， 从而使升压电容器装置在开通和关断周期内存储和释放能量，开通和 关断周期与半周期时间成比例，所述半周期时间与谐振振荡器装置的 振荡频率相关；每一交替导通的晶体管具有与导通时间相关的占空 比，与脉动直流电压的调制幅值成比例地自动调制所述占空比；谐振 振荡器装置的振荡频率远快于交流电压电源的半周期频率；其中，从 交流电压源获取的电流瞬时值与交流电压源的电压瞬时值成比例。
17、 根据权利要求16所述的装置，其中升压电容器装置具有通 过升压输入端串联连接的两个电容。
18、 根据权利要求16所述的装置，其中开关反馈回路上装配饱 和电流互感器，所述饱和电流互感器用环形铁氧体铁心制造，所述铁 氧体铁心的起始磁导率为5000或更大，尺寸为直径6毫米、高度3 毫米。
19、 根据权利要求16所述的装置，其中所述谐振振荡器装置具 有开关反馈回路，所述开关反馈回路上安装控制电路。
20、 适用于从低频交流电压源向气体放电负载供电的电子装置， 所述装置具有直流端并包括整流器装置，其具有单向元件并实现开关动作，所述开关动作由 传导电流时的开通周期和不传导电流时的关断周期表征；升压电容器装置，其具有升压输入端，用于在直流端之间提供脉 动直流电压，所述脉动直流电压的绝对峰值高于交流电压源的整流电压的绝对峰值；能量存储装置，其具有输入端，并在串联电路中与二极管装置相 连，所述串联电路连接在直流端之间，所述二极管装置的阳电极连接 到直流端正极，所述二极管装置与能量存储装置共同用于在输入端之 间产生从脉动直流电压中分离出的直流输入电压，在关断周期期间以 及每当脉动直流电压的瞬时值高于直流输入电压的瞬时值时，所述能 量存储装置从升压电容器装置接收能量；半导体开关装置，其与能量存储装置相连，并具有两个相连的、 交替导通的晶体管以在其间形成公共点；谐振振荡器装置，其用于从直流端获取脉动电流并生成脉动直流 电压，所述振荡器电路包括(i)并联谐振负载电路，其连接到直流 端的正极和半导体开关装置的公共点，并在并联电路中具有电感器和 第一电容器，还具有与所述并联电路有效并联连接的负载，(i.J)串 联谐振升压电路，其具有与第二谐振电容器串联连接的电感器，并连 接到升压输入端和半导体开关装置的公共点，及(iii)开关反馈回 路，其连接到半导体开关装置并响应脉动电流的瞬时值，还用于将开 关信号传送给半导体开关装置，与脉动直流电压的瞬时值的调制成比 例地调制所述开关信号；其中从直流端获取脉动电流时，会引起单向元件执行开关动作， 从而使升压电容器装置在开通和关断周期内存储和释放能量，开通和 关断周期与半周期时间成比例，所述半周期时间与谐振振荡器装置的 振荡频率相关；每一交替导通的晶体管具有与导通时间相关的占空 比，与脉动直流电压的调制幅值成比例地自动调制所述占空比；谐振 振荡器装置的振荡频率远快于交流电压源的半周期频率；其屮，从交 流电压源获取的电流瞬时值与交流电压源的电压瞬时值成比例。
21、 根据权利要求20所述的装置，其中开关反馈回路上安装具 有一个初级绕组和两个次级绕组的不饱和或饱和电流互感器。
22、 根据权利要求20所述的装置，其中开关反馈回路上安装分 别磁耦合到电感器和连接到半导体开关装置的两个次级绕组。
23、用于从低频供电线路源向气体放电负载供电的电子装置，所 述装置与供电线路的电压成比例的获取电流，并由包括两个集成同步 谐振电路的振荡器电路组成，所述振荡器电路具有两个谐振电容器和 一个公共谐振电感器，其中一个电路用于驱动负载，另一个用于提供 增大的脉动直流电压，所述脉动直流电压自然地加入供电线路源的整 流电源，并与其相结合。
全文摘要
用于电供电线路的电子变换器，其适合于将幅值相对恒定的高频信号传递给负载(113)，并用于从交流电压源(101)中获取实质上为正弦的电流。所述变换器包括其间连接电容器(108)的直流输入端(V+，V-)、连接到直流输入端的整流桥(103)和升压整流器(D5，D6)、连接到直流输入端和晶体管逆变器(106)的谐振振荡器电路，所述晶体管逆变器采用两个集成同步的谐振电路，所述谐振电路具有两个谐振电容器(114，112)和一个公共谐振电感器(110)，其中一个电路用于驱动负载，另一个用于提供增大的脉动直流电压，所述脉动直流电压电压自然地加入交流电压源的整流电源，并与其相结合。
文档编号H05B41/295GK101652013SQ20081013335
公开日2010年2月17日 申请日期2008年8月11日 优先权日2008年8月11日
发明者安德鲁·鲍拜尔 申请人:安德鲁·鲍拜尔