專利名稱：用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器和照明設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及照明領域。更具體地，本發(fā)明涉及用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器和包括該電子鎮(zhèn)流器的照明設備。
背景技術：
諸如氣體放電燈的照明單元需要鎮(zhèn)流器來適應電氣系統(tǒng)的電源。由于以高頻方式驅動放電燈發(fā)光的電子鎮(zhèn)流器具有較高的光輸出，因此已取代傳統(tǒng)鎮(zhèn)流器及啟動器而被廣泛應用。電子鎮(zhèn)流器除包括諸如變壓器、電感線圈和電容器的無源元件之外，還包括有源元件，如晶體管和集成電路，從而實現(xiàn)電源頻率變換或者電流波形變換。瞬時啟動熒光燈電子鎮(zhèn)流器電路主要包括有源功率因素校正(APFC)電路和諸如半橋結構的逆變器。圖1示出了現(xiàn)有技術的電子鎮(zhèn)流器電路100的示意圖。參考圖1，電子鎮(zhèn)流器電路100包括整流器110、用于調整功率因素的功率因素校正(PFC)電路120、儲能電容器C5和C6、逆變器140以及輸出電路150。整流器110與交流電源Vl連接，將交流電轉換成直流電。PFC電路120調整交流輸入的功率因素，以便在儲能電容器C5和C6上獲得直流總線電壓VBUS。逆變器140從儲能電容器C5和C6接收直流輸入功率，并且把直流輸入功率轉換成交流輸出功率。輸出電路150從逆變器140接收交流輸出功率，用以供給電流來驅動至少一個負載，例如氣體放電燈。整流器110是全橋式整流器，其由二極管D1-D4及濾波電容器Cl組成，用以把交流電源Vl輸入的交流電轉換成直流電，例如，將110VAC轉換成150VDC或將220VAC轉換成 300VDC。PFC電路120進行功率因素校正，即輸入電流成形，其可以用多種不同方式實現(xiàn)， 最常規(guī)的實現(xiàn)方式是使用升壓變換器。如圖1所示，PFC電路120包括接收輸入電壓以提供PFC電路120工作的啟動電壓的PFC啟動電路，其例如包括串聯(lián)連接在整流器110的輸出端與接地端之間的電阻器Rl和PFC電源電容器C3 ；包括初級繞組L2A和接地的次級繞組L2B的變壓器(例如升壓變換器)；例如包括電容器C2、電阻器R2、二極管D6和穩(wěn)壓二極管D7的充電泵電路，充電泵電路的一端連接到次級繞組L2B ；PFC控制器Ul (例如型號為 L6562的集成電路芯片)，具有輸入端VCC和輸出端⑶，其輸入端VCC接收來自PFC啟動電路的啟動電壓和來自由充電泵電路和次級繞組L2B構成的PFC供電電路提供的工作電壓； 以及PFC開關Ql，其耦接在初級繞組L2A與接地之間，由從PFC控制器Ul的輸出端GD輸出的信號控制。例如，PFC開關Ql是金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)。鎮(zhèn)流器上電之后輸入電壓(例如，整流過的正弦波)通過電阻器Rl對PFC電源電容器C3充電，當電容器C3上的電壓達到PFC控制器Ul的工作門限電壓時，PFC控制器 Ul開始工作并輸出驅動信號以接通PFC開關Q1。此時初級繞組L2A上開始有高頻電流流過，并在次級繞組L2B上產生感應電動勢，以便通過充電泵電路為PFC控制器Ul提供工作電壓。初級繞組L2A上的高頻電流迫使正向偏壓二極管D5導通，以對儲能電容器C5和C6 進行充電。正向偏壓二極管D5用于防止電流在橋式整流器110的電容器Cl與儲能電容器C5和C6(用于儲存放電燈發(fā)光所需的電能)之間環(huán)流。在PFC電路120中，通過PFC控制器Ul把PFC開關Ql接通一段固定時間，或者在初級繞組L2A上的電流大小達到與輸入電壓成正比的某個值就通過PFC控制器Ul將PFC開關Ql關斷，來實現(xiàn)功率因素校正。如圖1所示，逆變器140被配置成包括兩個逆變器開關Q2和Q3的半橋形式。逆變器開關Q2耦合在逆變器140的輸入端子與第一輸出端子之間。逆變器開關Q3耦合在第一輸出端子與電路接地之間。逆變器開關Q2、Q3是合適的功率切換器件，如NPN雙極型晶體管。在PFC電路120啟動時，直流總線電壓Vbus通過電阻器R6對逆變器啟動電容器C8 充電，當啟動電容器C8上的電壓到達電壓擊穿器件如雙向觸發(fā)二極管DB3(D16)的擊穿電壓時，雙向觸發(fā)二極管DB3導通，其上面的壓降迅速降低，啟動電容器C8上的存儲電荷通過雙向觸發(fā)二極管DB3迅速瀉放，為開關Q3提供啟動電流，由此啟動逆變器140的自振蕩運行。經(jīng)電阻器R6對啟動電容器C8充電的直流電流經(jīng)二極管D15被高頻開關Q3放掉，避免其再次充電觸發(fā)雙向觸發(fā)二極管DB3而干擾半橋的正常工作。到此，鎮(zhèn)流器啟動完畢，開始正常工作。在正常工作中，由驅動信號使開關Q2和Q3交替地導通和關斷，即當開關Q2接通時開關Q3關斷，反之亦然，所述驅動信號由輸出變壓器Tl的兩個次級繞組TlC和TlD提供。 逆變器140的高頻輸出電壓通過磁耦合到次級繞組TlA的初級繞組TlB被提供給輸出電路 150，用于點燃耦接在第一輸出連接J9與至少一個第二輸出連接J4、J5、J6和J7之間的放電燈。當關閉交流電源Vl時，半橋因儲能電容器C5和C6上的逐漸電壓降低而做衰減振蕩，直到驅動不足而停止振蕩?，F(xiàn)有技術的電子鎮(zhèn)流器電路存在三個問題1.在斷電關機之后，半橋的衰減振蕩并不能徹底消耗掉儲能電容器C5和C6上儲存的能量。這導致半橋停振之后，啟動電容器C8被再次充電并觸發(fā)雙向觸發(fā)二極管DB3，逆變器140再次被啟動，部分放電燈瞬時點亮產生閃爍。2.此電路工作在寬電壓范圍，如120V到277V或347V到480V。在電路啟動時有逆變器140先于PFC電路啟動的情況，即啟動電容器C8上的電壓充電至逆變器啟動門限的速度大于PFC電路的啟動速度。這樣的話，主線電壓還未達到額定值，逆變器140就啟動了， 這樣的話輸出變壓器Tl的輸出電壓(初級繞組TlB兩端)不能達到額定值，導致放電燈啟動時間和電流不能滿足ANSI82. 11的要求，對放電燈的壽命造成不良影響。3.此類PFC電路在啟動或負載產生變化時都存在輸出電壓過沖(輸出電壓短時超過額定值)問題，如果逆變器140在主線電壓過沖時間內啟動，則逆變器開關Q2和Q3上的電壓應力也會大大增加甚至超過額定值，這也給開關Q2和Q3的使用壽命帶來不良影響。

發(fā)明內容
因而，本發(fā)明涉及用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器和照明設備，該電子鎮(zhèn)流器和照明設備基本上避免了因現(xiàn)有技術的限制和缺陷造成的一個或更多的問題。本發(fā)明的一個目的是提供一種用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器，其采用逆變器啟動控制電路來控制PFC電路和逆變器的啟動時序，以解決因啟動時序不定而使輸出電壓達不到要求的問題，從而提高諸如放電燈的照明單元的使用壽命。按照本發(fā)明的一方面，提供了一種用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器，其包括功率因素校正(PFC)電路、逆變器和耦接在PFC電路與逆變器之間的用于控制逆變器啟動的控制電路，所述控制電路包括耦接在逆變器的啟動回路中的開關裝置；單向導電裝置，耦接在為 PFC電路的PFC控制器提供工作電流的PFC供電電路與PFC控制器的輸入端之間，以阻止 PFC電路的啟動電流觸發(fā)所述開關裝置；以及觸發(fā)裝置，耦接到所述PFC供電電路與所述單向導電裝置的連接點和所述開關裝置，以控制所述開關裝置的導通和關斷。優(yōu)選地，所述開關裝置還耦接在所述逆變器的振蕩回路中。在一個實施例中，還包括耦接在PFC電路與逆變器之間的第一和第二儲能電容器，其中第二儲能電容器用作逆變器的啟動回路和振蕩回路的電壓源。在一個實施例中，所述PFC供電電路包括升壓變換器的次級繞組、電容器、電阻器、二極管和穩(wěn)壓二極管。在一個實施例中，所述逆變器被配置成包括第一和第二逆變器開關的半橋形式， 通過流過所述逆變器的啟動回路的啟動電流為啟動回路中的啟動電容器充電，來提供用于初始激活第二逆變器開關的啟動電壓。在一個實施例中，所述開關裝置包括雙向可控硅、雙極型晶體管或者場效應晶體管。在一個實施例中，所述觸發(fā)裝置包括電容器或者串聯(lián)連接的穩(wěn)壓二極管和電阻
ο在一個實施例中，所述單向導電裝置包括二極管或者晶閘管。本發(fā)明還提供了一種照明設備，包括電子鎮(zhèn)流器和被電子鎮(zhèn)流器驅動工作的照明單元。按照本發(fā)明的實施例，可以通過控制器使逆變器的啟動晚于PFC電路的啟動，使得輸出電壓能夠達到滿足放電燈啟動要求的額定值，從而延長了放電燈的使用壽命。進一步，通過使逆變器在PFC電路的輸出電壓穩(wěn)定之后才啟動，按照本發(fā)明實施例的電子鎮(zhèn)流器可以防止逆變器在PFC電路的輸出電壓過沖時啟動而使逆變器開關的電壓超過額定值，從而保護了逆變器開關。另外，可以通過控制器斷開逆變器的啟動電路和振蕩回路，按照本發(fā)明實施例的電子鎮(zhèn)流器可以防止逆變器的啟動電路在斷電關機后因儲能電容器上殘存的電能而再次啟動并且振蕩回路重新工作而造成燈閃。


從對說明本發(fā)明的主旨及其使用的優(yōu)選實施例和附圖的以下描述來看，本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點將是顯而易見的，在附圖中圖1示出了現(xiàn)有技術的電子鎮(zhèn)流器電路的示意圖；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子鎮(zhèn)流器電路的示意圖。
具體實施例方式以下，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。注意，在此說明書和附圖中，利用相同或類似的附圖標記來標示具有實質上相同或類似的功能和構成的構成要素并且省略了對這些構成要素的重復解釋。下面通過具體實施例對本發(fā)明的技術特征進行說明。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的電子鎮(zhèn)流器電路200的示意圖。由于除逆變器啟動控制電路210以外，其余各電路皆與圖1中的各電路相同，故在此不再重復說明，而僅就與圖1的不同之處作說明。如圖2所示，逆變器啟動控制電路210包括諸如雙向可控硅X2的開關裝置、為開關裝置提供觸發(fā)信號的觸發(fā)裝置(例如電容器C4)和單向導電裝置(例如阻截二極管D8)。開關裝置耦接在逆變器啟動回路(儲能電容器C6-變壓器的次級繞組TlA-電阻器R6-逆變器啟動電容器C8-電感線圈L4B-儲能電容器C6)中，以便控制逆變器啟動回路的導通和關斷。優(yōu)選地，開關裝置還耦接在半橋振蕩回路(儲能電容器C6-次級繞組 TlA-逆變器開關Q3-電感線圈L4B-儲能電容器C6)中，以便控制半橋振蕩回路的導通和關斷。在另一實施例中，開關裝置可以是雙極型晶體管或者場效應晶體管。觸發(fā)裝置耦接到開關裝置的控制端，以控制開關裝置的導通/關斷。在另一實施例中，觸發(fā)裝置可以由串聯(lián)連接的穩(wěn)壓二極管和電阻器構成。單向導電裝置耦接在PFC供電電路與PFC控制器Ul的輸入端VCC之間，以阻止經(jīng)過電阻器Rl的PFC電路啟動電流提前觸發(fā)雙向可控硅X2。以下結合圖2詳細說明根據(jù)本發(fā)明實施例的包括逆變器啟動控制電路210的電子鎮(zhèn)流器電路200的工作過程。首先，輸入電壓(例如整流過的正弦波)上電，輸入電壓通過電阻器Rl為PFC電源電容器C3充電，因阻截二極管D8的存在，此啟動電流無法觸發(fā)雙向可控硅X2，雙向可控硅X2處于關斷狀態(tài)。因此，逆變器啟動回路被斷開，此時逆變器無法啟動。接下來，PFC電路120正常啟動，之后例如由次級繞組L2B、電容器C2、電阻器R2、 二極管D6和穩(wěn)壓管D7構成的PFC供電電路開始工作，以便為PFC控制器Ul提供工作電流。 部分工作電流經(jīng)電容器C4觸發(fā)可控硅X2，使得可控硅X2導通，從而逆變器啟動回路及半橋振蕩回路被接通。這樣，儲能電容器C6上的電壓通過電阻器R6對逆變器啟動電容器C8充電，以啟動逆變器140的工作。進一步，通過容易地調節(jié)電阻器R6、電阻器R8和/或啟動電容器C8的大小來調節(jié)電容器C8的充電時間，可以確保逆變器140在PFC電路120的輸出電壓穩(wěn)定之后啟動。此后，啟動電容器C8上的電壓沖至半橋啟動門限，啟動半橋振蕩。由于半橋振蕩啟動是在PFC電路啟動之后，所以輸出變壓器的電壓可以達到額定值，放電燈在額定電壓下觸發(fā)，從而避免了放電燈啟動時間和電流不滿足ANSI82. 11的問題。同時，由于半橋振蕩啟動是在PFC輸出電壓穩(wěn)定之后，還避免了逆變器在PFC輸出電壓過沖時啟動而造成逆變器開關過壓的問題。因此，有效地保護了放電燈和逆變器開關。最后，在輸入電壓關閉之后，PFC電路120停止工作，隨著半橋的停振，半橋振蕩回路電流降到零，雙向可控硅X2斷開。此時，由于PFC電路120已停止工作，初級繞組L2A上已無高頻電流，PFC供電電路也沒有供電電流，雙向可控硅X2無驅動信號而保持斷開，逆變器啟動回路及半橋振蕩回路被雙向可控硅X2斷開，所以逆變器開關Q3無法因儲能電容器 C5和C6上的殘存電荷而再次啟動并造成燈閃。
上文以氣體放電燈為例描述了電子鎮(zhèn)流器的配置和基本工作原理。本領域技術人員能夠理解，按照本發(fā)明的電子鎮(zhèn)流器也能夠用于需要控制啟動時序的其它照明單元。此外，本發(fā)明還提供了一種照明設備，包括電子鎮(zhèn)流器和被電子鎮(zhèn)流器驅動工作的照明單元。盡管已示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，可以設想，本領域的技術人員可在所附權利要求的精神和范圍內設計對本發(fā)明的各種修改。
權利要求
1.一種用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器，其包括功率因素校正PFC電路、逆變器和耦接在 PFC電路與逆變器之間的用于控制逆變器啟動的控制電路，所述控制電路包括耦接在逆變器的啟動回路中的開關裝置；單向導電裝置，耦接在為PFC電路的PFC控制器提供工作電流的PFC供電電路與PFC 控制器的輸入端之間，以阻止PFC電路的啟動電流觸發(fā)所述開關裝置；以及觸發(fā)裝置，耦接到所述PFC供電電路與所述單向導電裝置的連接點和所述開關裝置， 以控制所述開關裝置的導通和關斷。
2.按照權利要求1的電子鎮(zhèn)流器，其中所述開關裝置還耦接在所述逆變器的振蕩回路中。
3.按照權利要求1或2的電子鎮(zhèn)流器，還包括耦接在PFC電路與逆變器之間的第一和第二儲能電容器，其中第二儲能電容器用作逆變器的啟動回路和振蕩回路的電壓源。
4.按照權利要求1-3中任一項的電子鎮(zhèn)流器，其中所述PFC供電電路包括升壓變換器的次級繞組、電容器、電阻器、二極管和穩(wěn)壓二極管。
5.按照權利要求1-4中任一項的電子鎮(zhèn)流器，其中所述逆變器被配置成包括第一和第二逆變器開關的半橋形式，通過流過所述逆變器的啟動回路的啟動電流為所述啟動回路中的啟動電容器充電，來提供用于初始激活第二逆變器開關的啟動電壓。
6.按照權利要求1-5中任一項的電子鎮(zhèn)流器，其中所述開關裝置包括雙向可控硅、雙極型晶體管或者場效應晶體管。
7.按照權利要求1-6中任一項的電子鎮(zhèn)流器，其中所述觸發(fā)裝置包括電容器或者串聯(lián)連接的穩(wěn)壓二極管和電阻器。
8.按照權利要求1-7中任一項的電子鎮(zhèn)流器，其中所述單向導電裝置包括二極管或者晶閘管。
9.一種照明設備，包括如權利要求1-8中任一項的電子鎮(zhèn)流器和被電子鎮(zhèn)流器驅動工作的照明單元。
10.按照權利要求9的照明設備，其中所述照明單元是氣體放電燈。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于照明單元的電子鎮(zhèn)流器，其包括功率因素校正(PFC)電路、逆變器和耦接在PFC電路與逆變器之間的用于控制逆變器啟動的控制電路，所述控制電路包括耦接在逆變器的啟動回路中的開關裝置；單向導電裝置，耦接在為PFC電路的PFC控制器提供工作電流的PFC供電電路與PFC控制器的輸入端之間，以阻止PFC電路的啟動電流觸發(fā)所述開關裝置；以及觸發(fā)裝置，耦接到所述PFC供電電路與所述單向導電裝置的連接點和所述開關裝置，以控制所述開關裝置的導通和關斷。按照本發(fā)明，通過控制器使逆變器的啟動晚于PFC電路的啟動，使得輸出電壓能夠達到滿足諸如放電燈的照明單元的啟動要求的額定值，從而延長了放電燈的使用壽命。
文檔編號H05B41/282GK102404925SQ20101028014
公開日2012年4月4日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權日2010年9月10日
發(fā)明者代宏, 郭遠程, 馬昌松, 高煒 申請人:奧斯蘭姆有限公司