專利名稱：數(shù)字電燈鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及熒光燈鎮(zhèn)流器且特別是可以實(shí)時(shí)獲取有效電燈功率計(jì)算結(jié)果的數(shù)字控制電路。
模擬鎮(zhèn)流器可以實(shí)現(xiàn)低成本和低功率損耗。然而，模擬鎮(zhèn)流器的性能由于寄生成份和噪聲靈敏度對(duì)精確度的影響而受到限制。更進(jìn)一步，模擬鎮(zhèn)流器的功能性、靈活性以及可編程性也都受到限制，因?yàn)槟M鎮(zhèn)流器使用了多個(gè)電阻和電容，這使得難以實(shí)現(xiàn)使用標(biāo)準(zhǔn)的集成電路(IC)處理技術(shù)。另外，模擬鎮(zhèn)流器復(fù)雜且笨重。
大多數(shù)可調(diào)光高頻(HF)電子鎮(zhèn)流器使用模擬IC來(lái)控制熒光燈的各種操作。這些控制操作可包括預(yù)熱、點(diǎn)亮、燃燒支持、功率調(diào)節(jié)以及減低亮度。一些電子鎮(zhèn)流器可使用標(biāo)準(zhǔn)的CPU或者微控制器來(lái)對(duì)熒光燈的操作進(jìn)行控制。對(duì)這些鎮(zhèn)流器來(lái)說(shuō)，功能性、靈活性以及可編程性被大為提高。然而，由于受到速度的限制，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的CPU無(wú)法實(shí)時(shí)處理交流(AC)電燈信號(hào)來(lái)獲取所需要的信息，例如電壓或電流的相位，峰值電壓或電流，有功功率等等。這些信息對(duì)可調(diào)光鎮(zhèn)流控制來(lái)說(shuō)是非常重要的。因此，這些類型的數(shù)字鎮(zhèn)流器必須對(duì)更多的信號(hào)進(jìn)行取樣，并且需要很難集成的復(fù)雜的信號(hào)狀態(tài)電路。
更進(jìn)一步，市場(chǎng)上的具有片內(nèi)模一數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器的標(biāo)準(zhǔn)微控制器使用很慢的片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器，并且實(shí)在太慢而無(wú)法處理高速A/D轉(zhuǎn)換器的輸出。具有了慢速片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器，模擬輸出信號(hào)是在外部被濾波的，這需要附加的外部元件。另外，濾波從輸出的模擬信號(hào)中移除了有用的信息，由此限制了可以被調(diào)整的成分，例如有效電燈功率不能被調(diào)整。
需要有一種能夠使用快速A/D轉(zhuǎn)換器的電燈信號(hào)處理器，它可以實(shí)時(shí)獲取有效電燈功率的計(jì)算結(jié)果。
為了獲得實(shí)時(shí)的電燈信號(hào)處理，本發(fā)明提出了一種特殊的數(shù)字鎮(zhèn)流控制IC，它被設(shè)計(jì)并與模擬數(shù)字鎮(zhèn)流器聯(lián)合起來(lái)使用。
發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器實(shí)時(shí)檢測(cè)電燈電壓和電燈電流。這兩個(gè)信號(hào)對(duì)獲取信息，例如有效電燈功率的計(jì)算結(jié)果來(lái)說(shuō)是足夠的，并且對(duì)控制鎮(zhèn)流操作和故障監(jiān)測(cè)來(lái)說(shuō)是必要的。本發(fā)明測(cè)量電燈電流和電壓的相位，并計(jì)算平均電燈電流和電壓。
發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器消除了電力布線中寄生電容的影響并免除了信號(hào)狀態(tài)電路。它可以檢測(cè)和控制硬切換，并提供過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。本發(fā)明直接處理AC信號(hào)以進(jìn)行簡(jiǎn)單和容易的集成單片設(shè)計(jì)。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明的前述目的和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)接下來(lái)結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述而被更為容易的理解，附圖中相似的元件通過(guò)貫穿幾幅視圖的識(shí)別參考數(shù)字而被標(biāo)明，其中

圖1是使用發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器的電子鎮(zhèn)流器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器的結(jié)構(gòu)圖。
發(fā)明的數(shù)字鎮(zhèn)流電路1使用數(shù)字電燈信號(hào)處理(DLSP)技術(shù)以實(shí)時(shí)處理AC電燈電流2和電燈電壓3。盡管除了電燈電流之外的電流，例如電感器電流，或者同時(shí)電流的組合，例如，電燈和電容器電流，是通過(guò)DLSP來(lái)處理的，但為了簡(jiǎn)化，術(shù)語(yǔ)電燈電流將被用于描述所有的情況。鎮(zhèn)流電路1僅僅需要檢測(cè)電燈電流i12和電燈電壓v13信號(hào)以獲取對(duì)鎮(zhèn)流操作進(jìn)行控制和故障檢測(cè)所需要的信息。
當(dāng)發(fā)明的DLSP被與對(duì)i12和v13的取樣結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)峰值電燈電流和電壓、有效電燈功率以及已整流的平均電燈電壓和電流的控制。DLSP也可以對(duì)點(diǎn)火故障，電容模式和電燈存在，以及電燈壽命中止時(shí)的正、負(fù)電燈電流進(jìn)行檢測(cè)。
更進(jìn)一步，由于鎮(zhèn)流器可以直接對(duì)AC信號(hào)進(jìn)行處理，因此信號(hào)狀態(tài)電路可以非常簡(jiǎn)單，并且很容易被集成到一塊單獨(dú)芯片上。因此，發(fā)明的鎮(zhèn)流器的成本、尺寸以及元件計(jì)數(shù)可以顯著被減少。
圖1顯示了被用于鎮(zhèn)流電路1的發(fā)明的低壓數(shù)字電燈信號(hào)處理器電路20，該電路中包括一個(gè)快速A/D轉(zhuǎn)換器23，用于重復(fù)取樣，例如32X重復(fù)取樣。模擬輸出信號(hào)，例如電燈電壓3、電燈電流2以及半橋電源開關(guān)電流4，可以從一個(gè)功率級(jí)5中獲取。A/D轉(zhuǎn)換器23的數(shù)字輸出信號(hào)被發(fā)送到DLSP電路20，該電路在一個(gè)預(yù)周期的基礎(chǔ)上，通過(guò)將兩路輸出模擬信號(hào)2，3相乘并將其平均來(lái)計(jì)算功率；并計(jì)算每個(gè)輸入信號(hào)的平均值。DLSP電路20更進(jìn)一步整流從A/D轉(zhuǎn)換器23接收到的輸入信號(hào)，之后對(duì)整流過(guò)的輸入信號(hào)的平均值及其峰值進(jìn)行計(jì)算，并檢測(cè)兩個(gè)輸入信號(hào)的相位。
脈寬調(diào)制(PWM)電路31產(chǎn)生輸出信號(hào)6。PWM信號(hào)的頻率和工作周期取決于DLSP電路20中所進(jìn)行操作的輸出。通過(guò)改變PWM信號(hào)的頻率/工作周期，電燈功率或電燈電流可以被調(diào)整到一個(gè)被選的電平。
由PWM電路31所產(chǎn)生的信號(hào)G1、G2、GE1、GE26是通過(guò)一個(gè)低壓為3.3V或是更低的低壓集成電路而被創(chuàng)建的，并被參考作為接地電壓。電平移動(dòng)器8可以被用于在信號(hào)6被提供給電源開關(guān)門電路T1、T2、TE1、TE27之前對(duì)其進(jìn)行電平移動(dòng)，以便控制這些開關(guān)的開/關(guān)狀態(tài)。
調(diào)整器9為電壓為3.3V或更低的低壓集成電路10產(chǎn)生電源電壓，并且從預(yù)調(diào)節(jié)器功率因數(shù)校正(PFC)電路12的輸出電壓中，提供高壓為12V或更高的電源電壓給集成電路11。加電復(fù)位(POR)電路13產(chǎn)生一個(gè)復(fù)位脈沖，它可以在集成電路10、11都被加電時(shí)提供給低壓集成電路10的一個(gè)復(fù)位管腳。
微控制單元(MCU)14可以被用于設(shè)置以下功能和參數(shù)1.鎮(zhèn)流器操作的順序，例如電極加熱、點(diǎn)火、電燈輸出調(diào)整；2.操作模式，例如對(duì)稱PWM或非對(duì)稱PWM、頻率偏移或PWM控制；3.電極預(yù)熱周期；4.慢速信號(hào)處理，例如用于反饋環(huán)路補(bǔ)償?shù)臑V波；以及5.慢速保護(hù)，例如對(duì)電燈壽命終止的檢測(cè)。
圖2顯示了本發(fā)明DLSP電路20，包括一個(gè)數(shù)字減法電路，用于接收來(lái)自高速A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)電路20的數(shù)據(jù)取樣電流2和電壓3信號(hào)，并移除由模擬數(shù)據(jù)取樣所造成的偏移。改變偏移值使得DLSP電路20能夠?qū)τ蟹?hào)和無(wú)符號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。數(shù)字減法器21也可用于提取電燈電流2和電壓3的峰值，它們被用于過(guò)壓保護(hù)，較大和較小的電壓和電流操作模式的開關(guān)控制等等。
32×8比特先入先出(FIFO)緩沖器22可以被用于存儲(chǔ)取樣電流和電壓數(shù)據(jù)。使用FIFO緩沖器22消除了對(duì)不止一個(gè)ADC電路23的需要，這是本發(fā)明的鎮(zhèn)流電路中最昂貴和最復(fù)雜的電路部分。FIFO緩沖器22可用DRAM、SRAM或者觸發(fā)器晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)。一個(gè)數(shù)字乘法器電路24可以被連到FIFO緩沖器22上，并被用于將存儲(chǔ)在那里的電燈電壓和電流值相乘，以獲取用于鎮(zhèn)流控制的動(dòng)態(tài)電燈功率。
一個(gè)數(shù)字平均電路25用于計(jì)算平均電燈功率，以及將結(jié)果發(fā)送到功率寄存器26中。DLSP也可被控制來(lái)計(jì)算平均電流和電壓信息，這些信息對(duì)數(shù)字鎮(zhèn)流操作來(lái)說(shuō)是非常重要的。一個(gè)控制邏輯電路27被用于產(chǎn)生控制信號(hào)，例如大/小信號(hào)轉(zhuǎn)換(LS S)28，ADC時(shí)鐘(ADCLK)29以及電流/電壓轉(zhuǎn)換(IV S)30。
盡管參考示范性和優(yōu)選的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述和展示，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可以理解的是不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍，而在細(xì)節(jié)和形式上對(duì)本發(fā)明所作的前述變化和其他變化，應(yīng)該被限制在附加權(quán)利要求的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種用于鎮(zhèn)流器操作控制和故障檢測(cè)的數(shù)字電燈信號(hào)處理器，所述處理器包括一個(gè)用于接收取樣電流信號(hào)(2)和取樣電壓信號(hào)(3)的數(shù)字減法電路(21)；至少一個(gè)用于存儲(chǔ)所述取樣電流信號(hào)(2)和所述取樣電壓信號(hào)(3)的緩沖器(22)；一個(gè)連接到每個(gè)所述緩沖器(22)的數(shù)字乘法器電路(24)，用于將所述取樣電流信號(hào)(2)和所述取樣電壓信號(hào)(3)相乘以獲取一個(gè)動(dòng)態(tài)電燈功率；多個(gè)寄存器(26)；一個(gè)平均電路(25)，用于計(jì)算平均電燈功率，并將所述算出的平均電燈功率存儲(chǔ)在所述寄存器中；以及一個(gè)用于產(chǎn)生控制信號(hào)(28，30)的控制邏輯電路(27)。
2.如權(quán)利要求1的處理器，進(jìn)一步包括一個(gè)高速A/D轉(zhuǎn)換器電路(23)，用于提供所述取樣電流信號(hào)(2)和所述取樣電壓信號(hào)(3)。
3.如權(quán)利要求2的處理器，其中所述數(shù)字減法電路(21)移除為使所述處理器(20)能處理有符號(hào)和無(wú)符號(hào)數(shù)據(jù)而對(duì)模擬數(shù)據(jù)取樣所產(chǎn)生的偏移。
4.如權(quán)利要求3的處理器，其中所述數(shù)字減法電路(21)被用于提取所述電流信號(hào)(2)和所述電壓信號(hào)(3)的峰值。
5.如權(quán)利要求4的處理器，其中所述峰值被用于過(guò)壓保護(hù)、大和小電流及電壓操作模式切換控制。
6.如權(quán)利要求5的處理器，其中所述控制邏輯電路(27)進(jìn)一步產(chǎn)生大到小切換信號(hào)(28)以及電流和電壓切換信號(hào)(30)。
7.如權(quán)利要求6的處理器，其中處理器(20)完成對(duì)峰值電燈電流(2)和電壓(3)、有效電燈功率以及已整流過(guò)的平均電流和電壓的控制。
8.用于操作包含權(quán)利要求1或2中所述處理器的電燈進(jìn)行的鎮(zhèn)流電路。
9.如權(quán)利要求8的鎮(zhèn)流電路，其中所述信號(hào)處理器(20)通過(guò)對(duì)所述模擬輸入電燈電流信號(hào)(2)和電燈電壓信號(hào)(3)相乘并平均，基于一個(gè)預(yù)周期計(jì)算電燈功率，且計(jì)算每個(gè)輸入信號(hào)的平均值。
10.如權(quán)利要求9的鎮(zhèn)流電路，其中電燈功率和電燈電流是在一個(gè)被選電平，通過(guò)變化所述脈寬調(diào)制(31)輸出信號(hào)的頻率/工作周期而被調(diào)整的。
全文摘要
發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器實(shí)時(shí)檢測(cè)電燈電流和電燈電壓。這兩個(gè)信號(hào)足以獲取信息,象有效電燈功率計(jì)算結(jié)果,對(duì)鎮(zhèn)流操作和故障檢測(cè)是必要的。本發(fā)明對(duì)電燈電流和電壓的相位、峰值電流和電壓進(jìn)行測(cè)量,并對(duì)平均電燈電流和電壓進(jìn)行計(jì)算。發(fā)明的數(shù)字電燈信號(hào)處理器消除了電力布線中寄生電容的影響,并免除了一個(gè)信號(hào)狀態(tài)電路。它可以檢測(cè)和控制硬切換,并提供過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)。本發(fā)明直接對(duì)AC信號(hào)進(jìn)行處理,以能夠簡(jiǎn)單并容易地進(jìn)行集成的單獨(dú)芯片設(shè)計(jì)。
文檔編號(hào)H05B41/24GK1340285SQ00803714
公開日2002年3月13日 申請(qǐng)日期2000年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月14日
發(fā)明者S·王, D·J·吉安諾普洛斯, I·T·瓦茨克 申請(qǐng)人:皇家菲利浦電子有限公司