专利名称：用于感应耦合的无电极灯的对称rf电源的制作方法
用于感应耦合的无电极灯的对称RF电源本申请请求2007年5月10日申请的U.S.临时申请60/928， 063的优先权，
其全部内容m引用被结合。
背景技术：
本发明关注的是用于运行无电极灯的射频(RF)电源，例如荧光的，好的，或高亮度的放电无电极灯。RF电源为该灯将一DC电压转换为一合适的射频，并且典型地作为该灯电TM流器的一部分。该RF电源包括一镇流电感，其耦合至该无电极灯以使在该灯的放电气体中的等离子体发光并保持，而不用在该灯泡中提供电极。
由于完整的电子镇流器除了该RF电源之外包括很多组成(例如，EMT滤波器，整流器，PFC助推器级，DC总线电解电容)，因此该RF电源的效率期望为95%或更多，这在商用的可得电源中并不能达到。己经发现提高效率的一个重要因素是在耦合到该灯的该镇流电感中减小功率损失。
图1示出了一已知的RF电源电路，其效率大约为91.7%。 DC电源E利用一电解电執寄生电S)C()传送一DC电压至一对DC导轨。在运行期间，第--电感L,被感应地耦合至灯D。晶体管S,和S2被由驱动^ffi器Dt传送的正弦电压(8-9Vp)驱动，该驱动变压器fflil电容Cp， Cg，以及C股被调谐至一个特定的频率(2.6MHz)。反馈电容d以输出电压V!与驱动变压器Dt相耦合。谐振电容CR并联至该第一电感b ，耦合电容Cc iM镇流电感LjJ每该驱动变压器Dt的输出连接至第一电感U的输入端子之一。该谐振电路被调谐至一频率fes(约2.45MHz)，其稍低于最后的运，，员與^2.5MHz)。该RF电源具有一 13.5W的损失，其中的7.8W归因于该镇流电感k。该电路进一步在US.专利5， 962，987中被解释。该电路的详细参数在表1(图5中)中示出，其包括该现有技^图l-2)以及本发明(图34)的RF电源的相同输入参数集的运行特性，从而可以很容易地比较结果。
图2示出了图1中电路的一种变化，其中从半树CR上的电压VcO观测的电压iM插入一额外的与该第一电感b串联的电容Cs而被减小，从而避免大的耦
3合电容Cc。这减小了镇流电感LL的感应系数，并从而减小了在该镇流电感Ll上的损失。Cs上的电压下降为Vcs,Xcs，在这个例子中其约为190V。这将CR上的观测电压Vo从550V减小至360V,减小了 35%。依次地，这将镇流电感LL的感应系数从37mH减小为24mH，减小了 35%。也可通过减小IL与包含在半桥中点电压中的基正弦波Vof之间的相位角将镇流电感LL上的电流从3.8App减小为3.4App，由于ZVS的缘故该半桥中点电压为梯形。结果该镇流电感的损失被减小到约4.4W(晶体管S,和S2中进一步具有3.6W的损失)，因此总共损失为9.4W，从而将效率从91.7%提高至94.1%。该电路进一步在U.S.专利5， 446，350中被解释。图2的电路的详细参数也在表1中示出。发明相，
本发明的一个目的是提供一新颖的用于无电极灯的RF电源，其具有至少95%的效率。
本发明的进一歩目的是提供一新颖的用于无电极灯的RF电源，其中该灯的电感线斷该第一电感LO被连接在一对称兀滤波器中以进一步减小该镇流电感Lh的损失。
本发明的更进一步目的是提供一新颖的用于无电极灯的RF电源，其包括一对DC导轨， 一具有连接在该导轨之间的电源输入端子的RF变换器， 一布置为感应地与一无电极灯耦合的第一电感，其中该对称71滤波器包括第一和第二谐振电容，^电容将该第一电感的两个输入端子中的各一个连接至该对DC导轨的同一第一导轨，以及将该RF变换器的一输出连接至该第一电感的两4it入端子之一的第二(镇流)电感。
在考虑下列附图和对优选实施方式的说明之后，本发明的这些以及其它目的和优点对本领域技术人员来说是显而易见的。附图简述
图1是现有技术的RF电源的电路图。图2是现有技术的另一RF电源的电路图。图3是本发明RF电源的一实施方式的电路图。图4是本发明RF电源的第二实施方式的电路图。图5示出了表1。
图6示出了本发明RF电源的第二实施方式的一种变化。tt^实施方式描述
参考图3 ，在本发明中用于无电极灯D的RF电源包括一对DC导轨从DC电源E接收DC能量，一 RF变换器，具有连接在该对DC导轨之间的功率输入端子(该变换器包括驱动变压器Dt以及晶体管开关S,和S2 )， 一感应耦合至灯D的第一电感U，第一和第二谐振电容d和C2，其每一个将第一电感的两个输入端子中的各一个连接至该对DC导轨的同一第一导轨，以及一第二(镇流)电感Ll，期每该RF变换器的一输出连接至第一电感L的两，入端子之一。该RF变换器可以是一个全桥或半桥变换器。
图3实施例的运行特性针对图1和2中的相同输入参数而在表1中示出(图5中)，以进行一个直观的比较。表1中列出的运行特性是本领域技术人员所熟知的，不需要详细解释。然而，需要指出的是该镇流电感的损失被减小至2.7W(开关S]和S2的损失被减小至2.4W)，从而效率增加至96.0%。
显然地，该灯电感，第一电感L,，被连接在一对称兀滤波器中，并由两个相同但是相位相反的电压Vd和Vc2供电，其和是灯的电压^。灯的电流是在第二谐振电容C沖的电流；也就是，I产k。在具有表l中输入参数的实施例中，该半桥仅分担V,的一判277V)，该第二(镇流)电感LL仅为18.4^H。继续这个实施例，并进一步参考表L电流It尸1.13A，其是Ic尸3.1A和I尸2.25A的矢量和，但其是最小的一个，为3.2App。在第二电感k有2.7W损失，开关S!和S2中有2.4W损失，Dt中有0.4W损失，以及在谐振电容d和C2中有0.3W损失的这样的结构中，总^^员失为6.3W，从而效率达到96%。
由于电感线圈和等离子体之间低的磁耦合，这种布置尤其适于具有低功率因子(PF二cos^ <0.2)的无电极灯。适合度可以通过低的线圈电感和低的运行频率得到提高。
本发明在施加到第一电感L，的HF电势被减半，以使灯中荧光体的离子轰击减少4倍时提供进一步的优势。这给灯提供了更长的寿命，并减少了维护费用。涉及EMI抑制的另外一个优点是对地仅一半的RF电势，这使得在灯镇流器中的共模干扰抑制更容易。因此，在一些灯中能够避免使用E场补偿双线电感线圈。
图4示出了本发明RF电源的进一步实施方式。在这个实施方式中，谐振电容C,和C2被分开并连接到各自的DC导轨。即，该电源包括第三和第四谐振电容，其每一个将i織一电感U两^tf入端子中的各一个连接至该对DC导轨的
同一第二导轨(不同于第一实施方式中C,和C2连接到的导轨)。类似地，反馈电
容G可以被分开并连接到相反的导轨。这种布置减小了电解电容Q中的高频纹波电流，并再次使得EM抑制更容易。
进一步，可增加一低通滤波器，包括电容Cf和电感Lf，用来对2.5MHz上由ESR弓胞的其余干^a行滤波，以对寄生电感Q进疗滤波从而使得iA^f传导的EMI的角度来看，该RF电源是中性的。
更重要地，图4的电路还在Cq中减小了很可观的0.5W的损失从而效率更进一步提高至96.3%。
图6中示出了图4电路的一种变化，另一电容C5被连接在一对反馈电容Q/2之间的一第一节点与谐振电容CV2之间的一第二节点之间。该另一电容Cs是可选的，可用于减小S,和S2的导通栅极控制之间的死时间(图6中的Q！和Q2)。
本发明中的对称布局使得一些实现成为可能，这些实现是通过最小化存储在镇流电感中的能量达到低损失和长寿命，通过灯的电感线圈减小离子轰击，减小谐振电容中的应力，并降低干扰电平以使EMI抑制更容易。
本发明的实施方式已在前述说明书和附图中描述，同时可以理解，本发明ffiil后续的权利要求结合阅读说明书和附图来定义。
权利要求
1.一种用于无电极灯的射频(RF)电源，包括一对DC导轨；一具有连接在该对DC导轨之间的功率输入端子的RF变换器；一被布置为与一无电极灯感应耦合的第一电感；第一和第二谐振电容，其每个将所述第一电感的两个输入端子中的各一个连接至该对DC导轨的同一第一导轨；以及一将所述RF变换器的一输出连接至所述第一电感的两个输入端子之一的第二电感。
2.如权利要求1所述的电源，进一步包括第三和第四谐振电容，其每个将所述第一电感的两^Ml入端子中的各一个连接至该对DC导轨的同一第二导轨。
3. 如权利要求2所述的电源，其中所述第一和第三谐振电容具有相同的电容值。
4. 如权禾腰求3所述的电源，其中所述第二和第四谐振电容具有相同的电容位。
5. 如权利要求2所述的电源，进一步包括两个反馈电容，其每一个将所述RF变换器的驱动'变压器分别连接至该对DC导轨中的各一个。
6. 如权利要求5所述的电源，其中所述两个反馈电容具有相同的电容值。
7. 如权利要求5所述的电源，进一步包括另一电容，其被连接在所述第一和第二反馈电容之间的一第一节点与所述第一和第三谐振电容之间的一第二节点之问。
8. 如权利要求1所述的电源，其中所述RF变换器包括一驱动^E器和两个控制所述驱动变压器运行的开关，所述两个开关M5i反馈灯的输入电压的导数来控制，所述导数通过一高通电容来提供，其包括一连接在所述驱动变压器和该对DC导轨的第一导轨之间的第一反馈电容，以及连接在所述驱动变压器和该对DC导轨的第二导轨之间的第二反馈电容。
9. 如权利要求1所述的电源，其中所述RF变换器是全桥和半 换器之一。
10. 如权利要求1所述的电源，其中电源效率至少为95%。
全文摘要
一种用于无电极灯的射频(RF)电源，包括一对DC导轨，一具有连接在该导轨之间的功率输入端子的RF变换器，一被布置为与一无电极灯感应耦合的第一电感，第一和第二谐振电容，其每个将该第一电感的两个输入端子中的各一个连接至该对DC导轨的同一第一导轨，以及一将该RF变换器的一输出连接至该第一电感的两个输入端子之一的第二(镇流)电感。因此该第一电感被连接在一对称滤波器中，并由两个相同但是相位相反的电压供电，该电压之和是灯的电压。该镇流电感的感应系数被有效地减小，从而该RF电源的效率为96％。
文档编号H05B41/28GK101682970SQ200880015443
公开日2010年3月24日 申请日期2008年4月29日 优先权日2007年5月10日
发明者E·斯塔特尼, F·弗兰克, V·A·戈德亚克 申请人:奥斯兰姆施尔凡尼亚公司