專利名稱：氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)器，所述氣體放電燈與電感器串聯(lián)，并且具有與其并聯(lián)的電容器。
背景技術(shù)：
US5138235公開了一種電弧放電燈的起動(dòng)和工作電路。該電路包括與AC輸入端相耦合的DC電源裝置；與所述DC電源相耦合的振蕩器裝置，以接收DC電壓；振蕩器開始裝置，以及與振蕩器的輸出端相耦合并且包括與放電燈串聯(lián)的電感器和與該燈并聯(lián)的電容器的負(fù)載裝置。當(dāng)接通該電路的AC電源時(shí)，該電容器具有低阻抗，通過該電感器的初始電流大，并且位于該燈端部的燈絲電極上的電壓大。利用足夠大的所述電壓，該燈將點(diǎn)亮。然后，負(fù)載的阻抗降低，這反映到振蕩器的工作上，使得其振蕩頻率從點(diǎn)亮頻率降低到較低的正常工作頻率。在一個(gè)實(shí)例中，點(diǎn)亮頻率為46kHz，正常工作頻率為25kHz(根據(jù)所述文獻(xiàn)的電子文件)。這意味著這些頻率之比為1.84。
US5438243公開了一種即時(shí)開始?xì)怏w放電燈的電子鎮(zhèn)流器。該鎮(zhèn)流器不同于US5138235所公開的電路，不同之處在于該振蕩器，在US5438243中稱作反相器，在其輸出端處包括變壓器，其次級(jí)線圈向與多個(gè)電感器和電容器串聯(lián)的幾個(gè)氣體放電燈供電。該反相器包括兩個(gè)交換共振部分，用于在該燈的正常工作時(shí)將反相器的共振頻率提高到超過50kHz。根據(jù)該文獻(xiàn)(第4列第33-36行)“提高頻率減少了變壓器以及鎮(zhèn)流器電感器和電容器的值。提高頻率還改善了性能并且降低了鎮(zhèn)流器的成本。”US6437520公開了一種具有交叉耦合輸出端的電子鎮(zhèn)流器，其包括兩個(gè)反相器，其中每個(gè)反相器在另一反相器的AC輸出端提供低壓交流電流。例如，在點(diǎn)亮?xí)r的頻率為80kHz，而正常工作時(shí)的頻率為40kHz。這意味著這些頻率之比為2。
發(fā)明目的對(duì)于低成本、節(jié)能的放電燈的需求仍然不斷增長(zhǎng)，這種燈通?？s寫為CFL(“緊湊型熒光燈”)，尤其是CFL-I(具有集成驅(qū)動(dòng)器的CFL設(shè)備)。而且，還需要尺寸更小和/或散熱更少和/或成本更低的這種燈。一部分需求已經(jīng)通過包含許多燈驅(qū)動(dòng)器部件的集成電路的發(fā)展實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)例是與外部振蕩器輸出晶體管一起使用的PhilipsUBA2021，以及具有內(nèi)部振蕩器輸出晶體管的UBA2024。然而，包含在CFL-I中的電路的尺寸、散熱和成本的主要一部分是由于與燈串聯(lián)的電感器的存在造成的。
設(shè)計(jì)者的一般經(jīng)驗(yàn)是提高流過電感器的交流電流的頻率，以獲得更小尺寸和/或更低溫度和更低成本的電感器。這種經(jīng)驗(yàn)明確地在以上相關(guān)引用部分提到的US5438243中公開了。
然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)用所述一般經(jīng)驗(yàn)時(shí)，與預(yù)期的情況是相反的。也就是說，隨著振蕩頻率的增大，電感器的溫度也會(huì)提高，反之亦然。然而，不能使用不足以使燈點(diǎn)亮的頻率。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種適合上述要求、同時(shí)消除現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)器。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)方面，所述目的是通過提供一種氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)的，所述燈與電感器串聯(lián)并且具有與其并聯(lián)的電容器，該高頻驅(qū)動(dòng)器包括振蕩器，其具有用于連接到DC源的DC輸入端和用于連接到負(fù)載的AC輸出端，負(fù)載包括燈、電感器和電容器，該振蕩器在燈的點(diǎn)亮過程中以第一高頻振蕩，在燈點(diǎn)亮之后的正常工作過程中以第二高頻振蕩，其中第一頻率比第二頻率大至少2.2倍。
這樣，允許使用具有尺寸更小、成本更低和溫度更低中的一個(gè)或多個(gè)特性的電感器。而且，可以減小緊湊型熒光燈(CFLCompactFluorescent Lamp)的尺寸，尤其是該燈的燈組件(CFL-I)和與其集成的根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的尺寸。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種具有集成在其中的根據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)器的氣體放電燈組件。


通過以下結(jié)合附圖的示例性描述，將逐漸理解本發(fā)明。在附圖中圖1是與氣體放電燈相連接并且適用于本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)器的第一實(shí)施例的示意圖；
圖2是與氣體放電燈相連接并且其中應(yīng)用了本發(fā)明的高頻驅(qū)動(dòng)器的第二實(shí)施例的示意圖；圖3是與圖1和2所示的高頻驅(qū)動(dòng)器的所述第一和第二實(shí)施例一起使用的受檢點(diǎn)亮頻率和工作頻率對(duì)的視圖。
具體實(shí)施例方式
圖1所述的電路包括與負(fù)載相結(jié)合的典型高頻驅(qū)動(dòng)器，該負(fù)載包括氣體放電燈2，其尤其為緊湊型熒光燈(CFL)。圖1所示的電路1，包括燈2，能夠集成到單一的設(shè)備中，因而稱作CFL-I。
該驅(qū)動(dòng)器在沒有燈2、與燈2串聯(lián)的電感器3和與燈2并聯(lián)的電容器4的情況下不能工作。因此，能夠?qū)㈦姼衅?和具有與其并聯(lián)的電容器4的燈2的串聯(lián)電路既當(dāng)作驅(qū)動(dòng)器的負(fù)載，又當(dāng)作驅(qū)動(dòng)器的一部分。
圖1所示的電路包括分別用于接收高DC正電壓和地電壓的接線端6和7。利用整流橋(未示出)能夠提供這些高DC電壓和地，該整流橋具有與電源的AC電壓相連接的接線端。
電感器11的第一接線端與電源電壓接線端6相連接。電感器11的第二接線端與反相器控制器12的輸入端HV相連，該反相器控制器例如為Philips制造的集成電路UBA2021。反相器控制器12的地輸入端GND與地接線端7相連。反相器控制器12生成在輸出端VDD處提供的較低正DC電壓。電阻器14和電容器15的串聯(lián)電路連接在所述輸出端VDD與地接線端7之間，其中電阻器14與輸出端VDD相連。電阻器14與電容器15之間的連接節(jié)點(diǎn)與反相器控制器12的輸入端RC相連。
反相器控制器12具有分別與場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)16和17的柵極相連的控制或時(shí)鐘輸出端CL1和CL2。FET 16和17串聯(lián)，其中FET16的漏極與反相器控制器12的高電壓輸入HV相連，并且FET 17的源極與地接線端7相連。FET 16和17的中間節(jié)點(diǎn)與包括燈2、電感器3和電容器4的負(fù)載的接線端相連。所述負(fù)載的另一接線端通過電容器18與反相器控制器12的高電壓輸入端HV相連，并且通過另一電容器19與地接線端7相連。電容器18和19用于DC退耦。
電容器4也稱作燈電容器，其僅在燈2點(diǎn)亮過程中起作用。電感器3也稱作鎮(zhèn)流器電感器或阻流器，其在燈的點(diǎn)亮過程中以及燈2的正常工作過程中用于使通過該燈2的電流穩(wěn)定。
電阻器14和電容器15的值結(jié)合如圖所示的其它部件，確定了在向接線端6和7施加DC電壓時(shí)該電路振蕩的點(diǎn)亮頻率fig和正常工作頻率fop。當(dāng)向接線端6和7提供DC電源電壓時(shí)，該電容器具有低阻抗，通過該電感器的初始電流高，并且在燈2的端部處的燈絲電極上的電壓高。利用所述足夠高的電壓，該燈將點(diǎn)亮。然后，負(fù)載的阻抗將降低，這反映到振蕩器的工作，使得其振蕩頻率從點(diǎn)亮頻率降低到較低的正常工作頻率fop。
在圖1所示的驅(qū)動(dòng)器電路的所有部件中，即除了燈2之外，電感器3是體積最大的一個(gè)部件。也就是說，包含驅(qū)動(dòng)器電路的殼體的尺寸主要由電感器3的尺寸確定。電感器3可以包括鐵氧體磁心，其可能具有E形狀，例如EE14磁心，其帶有具有多匝的繞組。當(dāng)確定該驅(qū)動(dòng)器電路的部件的尺寸使得點(diǎn)亮頻率fig增大時(shí)，生成與前述相同的足夠大點(diǎn)亮電壓所必須的電感器3的匝數(shù)降低。因此，如果電感器3的尺寸沒有降低，則電感器3的損失也會(huì)降低。相應(yīng)地，電感器3的溫度以及驅(qū)動(dòng)器電路及其殼體的溫度由此也會(huì)降低。所以，當(dāng)為特別的燈的電源設(shè)計(jì)包含在燈中的小型驅(qū)動(dòng)器電路(稱作CFL-I)時(shí)，這是重要的。
作為可選方案，通過提高點(diǎn)亮頻率并且降低電感器3的匝數(shù)，同時(shí)接受由于電感器3造成的如前所述大小的損失和溫度上升，就能夠使電感器3的尺寸更小。
因此對(duì)于設(shè)計(jì)者而言，在優(yōu)化電感器3的損失降低和溫度上升與電感器3的尺寸降低的優(yōu)選組合時(shí)存在折中的方案。
廣泛得到相信的是，提高頻率可以降低電感器和電容器的值。在US5538243的第4列第33-35行中可以找到明確的闡述。
然而，本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使點(diǎn)亮頻率提高到一定程度以上時(shí)，電感器3的磁心的損失將增大。一般的經(jīng)驗(yàn)是點(diǎn)亮頻率fig的增大將使正常或穩(wěn)定工作頻率fop也增大，因此在正常工作過程中電感器3的損失，尤其是磁心和導(dǎo)線的損失也增大。因此，本發(fā)明人考慮到了一定存在一種點(diǎn)亮頻率fig、正常工作頻率fop與可接受的損失的優(yōu)化組合。
因?yàn)镕ET 16、17明確地接通或斷開，所以將生成多個(gè)諧波，這會(huì)造成與其它電子裝置的射頻干擾(RFI)和電磁干擾(EMI)。因此，必須設(shè)計(jì)一種驅(qū)動(dòng)器電路，從而將RFI和EMI保持在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。
通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)際的試驗(yàn)，本發(fā)明人測(cè)量了具有EE-14磁心的電感器3對(duì)于點(diǎn)亮頻率fig和工作頻率fop的不同組合的溫度。在以下的表I中給出并且在圖3中表示了對(duì)于許多這種組合中的三種的結(jié)果P1、P2和P3。
表I

注意，表I中表示的溫度T是驅(qū)動(dòng)器電路的環(huán)境溫度以上的溫升。本發(fā)明人考慮到了電容器3的大約30℃的溫升是可以接受的。這意味著，點(diǎn)亮頻率與正常工作頻率的比R＝fig/fop應(yīng)為約2.2或更大。
如果頻率比表I中提到的頻率更高，則不可能符合RFI和EMI標(biāo)準(zhǔn)。
圖2表示了與圖1所示的類似的驅(qū)動(dòng)器電路。圖2所示的電路包括取代了圖1的反相器控制器12和FET 16、17的反相器22。也就是說，反相器22具有與其集成的驅(qū)動(dòng)器晶體管，并且公共節(jié)點(diǎn)OUT向電感器3提供高電壓交流電流。反相器22可以是Philips制造的集成電路UBA2024。
圖2所示的驅(qū)動(dòng)器電路還包括高DC電壓接線端6與反相器22的輸入端RC之間連接的電阻器24和電容器25的串聯(lián)電路。電容器25對(duì)DC電壓退耦。因此，將從接線端6向反相器22的輸入端RC提供本質(zhì)上為電源頻率兩倍的波。這使得輸出頻率為經(jīng)過所述電源波的頻率調(diào)制的頻率。
通過調(diào)制提供給燈2的電流的頻率，所述電流中由于驅(qū)動(dòng)晶體管的切換而產(chǎn)生的諧波中包含的能量將滲透到更大的頻率范圍中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過這樣做，能夠使用高得多的點(diǎn)亮頻率，同時(shí)仍然符合RFI和EMI標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明人已經(jīng)利用100Hz的調(diào)制頻率和7％的調(diào)制比計(jì)算并且實(shí)施了實(shí)際的試驗(yàn)，從而產(chǎn)生了點(diǎn)亮頻率fig、fop和電感器3的溫升的幾種組合，按照7％的調(diào)制比，圖2所示的驅(qū)動(dòng)器電路仍然符合RFI和EMI標(biāo)準(zhǔn)。此處，頻率比是相對(duì)于通過導(dǎo)體3的輸出電流的最大頻率fmax和最小頻率fmin限定的，尤其是通過(fmax-fmin)/(fmax+fmin)×100％限定的。下表II中給出了所發(fā)現(xiàn)的組合P4-P7并在圖3中示出。
表3

根據(jù)表II和圖3，顯而易見的是通過對(duì)通過燈2的電流頻率的調(diào)制，能夠獲得點(diǎn)亮頻率的顯著提高。點(diǎn)亮頻率的提高，同時(shí)保持與圖1所示的驅(qū)動(dòng)器電路中使用的相同的正常工作頻率，能夠顯著地減少電感器3的尺寸和/或其損失和溫升。這樣可以給設(shè)計(jì)者更大的空間來發(fā)現(xiàn)針對(duì)其目標(biāo)的最佳設(shè)計(jì)方案。
圖1所示的驅(qū)動(dòng)器電路的反相器控制器12和圖2所示的驅(qū)動(dòng)器控制器的反相器22可以由集成電路組成，例如分別為Philips制造的UBA2021和UBA2024，能夠?qū)ζ溥M(jìn)行編程或設(shè)計(jì)，以實(shí)施特定的操作，以獲得特定的點(diǎn)亮和正常的工作條件。因此，顯而易見的是反相器控制器12和反相器22可以包括內(nèi)部電路，以生成工作中所需的點(diǎn)亮和正常工作頻率，并且生成具有不同于以上提到的值的調(diào)制頻率和調(diào)制比。
本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，調(diào)制比R＝fig/fop優(yōu)選在2.2到7之間的范圍內(nèi)。更為優(yōu)選的是，該比值約為5。
本發(fā)明人還發(fā)現(xiàn)，小于振蕩頻率平均值的15％的調(diào)制頻率工作得較好。
觀察到，盡管已經(jīng)參照附圖中所示的一些實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在權(quán)利要求限定的本發(fā)明實(shí)際精神和范圍內(nèi)進(jìn)行各種修改。例如，點(diǎn)亮、正常工作和調(diào)制的頻率均可以由驅(qū)動(dòng)燈2、電感器3和電容器4的負(fù)載的集成電路的內(nèi)部電路來生成并監(jiān)測(cè)。
權(quán)利要求
1.一種氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)器，所述氣體放電燈與電感器串聯(lián)，并且具有與其并聯(lián)的電容器，該高頻驅(qū)動(dòng)器包括振蕩器，其具有用于連接到DC源的DC輸入端和用于連接到負(fù)載的AC輸出端，負(fù)載包括燈、電感器和電容器，該振蕩器在燈的點(diǎn)亮過程中以第一高頻振蕩，在燈點(diǎn)亮之后的正常工作過程中以第二高頻振蕩，其中第一頻率比第二頻率大至少2.2倍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中該倍數(shù)在2.2到7的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中該倍數(shù)約為5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其中利用小于振蕩頻率平均值15％的頻率來頻率調(diào)制該振蕩頻率。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器，其中該頻率調(diào)制約為振蕩頻率平均值的7％。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的驅(qū)動(dòng)器，其中該調(diào)制頻率是從AC電源到DC電源獲得的。
7.一種利用驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)氣體放電燈的方法，該燈與電感器串聯(lián)，并且具有與其并聯(lián)的電容器，該驅(qū)動(dòng)器包括振蕩器，其具有用于連接到DC源的DC輸入端和用于連接到負(fù)載的AC輸出端，負(fù)載包括燈、電感器和電容器，該振蕩器在燈的點(diǎn)亮過程中以第一高頻振蕩，在燈點(diǎn)亮之后的正常工作過程中以第二高頻振蕩，其中第一頻率比第二頻率大至少2.2倍。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該倍數(shù)在2.2到7的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中該倍數(shù)約為5。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中利用小于振蕩頻率平均值15％的頻率來頻率調(diào)制該振蕩頻率。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該頻率調(diào)制約為振蕩頻率平均值的7％。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中該調(diào)制頻率是從AC電源到DC電源獲得的。
13.一種氣體放電燈組件，其包括氣體放電燈、與該燈串聯(lián)的電感器和與該燈并聯(lián)的電容器、DC電源電路和根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)器，該驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)在DC電源電路與燈之間。
全文摘要
一種利用DC電壓供電的用于氣體放電燈的高頻驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器將輸入DC電壓轉(zhuǎn)變?yōu)锳C電壓，并且向負(fù)載提供AC電壓，該負(fù)載包括氣體放電燈、與燈串聯(lián)的電感器以及與燈并聯(lián)的電容器。AC電壓在燈點(diǎn)亮過程中具有第一高頻，在燈點(diǎn)亮之后的正常工作過程中具有第二高頻。第一頻率比第二頻率大至少2.2倍。通過調(diào)制AC電壓的頻率，能夠提高該倍數(shù)，同時(shí)仍然符合EMI和RFI要求。
文檔編號(hào)H05B41/282GK1910965SQ200580003102
公開日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2005年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月23日
發(fā)明者J·M·范穆爾斯, D·B·帕維勒克 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司