專利名稱：熒光燈點亮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一個熒光燈點亮裝置。具體地說，本發(fā)明是關(guān)于一個使用多開關(guān)裝置來點亮熒光燈的點亮裝置。
圖6所示的一個所謂的串聯(lián)反相器是一個典型的已有技術(shù)的熒光燈點亮裝置的例子。在圖6所示的電路中，在熒光燈8被啟動前，電流通過整流器電路3從一個交流電源1流出。該整流器電路3對交流電壓進行整流。整流后的電壓不僅給一個脈動濾波電容器4充電，而且還通過電阻11、23和電流互感器25的次級線圈25C來給一個觸發(fā)電容器14充電。當觸發(fā)電容器14的電壓達至FET(場效應(yīng)晶體管)6的柵極門限電壓時，14中積累的電荷就加到FET6的柵極上，這樣，F(xiàn)ET6就導(dǎo)通了。
一旦FET6導(dǎo)通，電流就從交流電源1流出，流經(jīng)整流電路3、諧振電容7、熒光燈8的一個電極8a、一個預(yù)熱電容9、熒光燈8的另一個電極8b、電感24、電流互感器25的初級線圈25b及FET6的漏極，同時，電流的量增加。然后，電流再經(jīng)過整流電路3回到交流電源1。
然后，通過電流流經(jīng)電流互感器25的初級線圈25b在其次級線圈25c上產(chǎn)生一個電壓，由此給FET6的柵極加上一個柵級電壓并使之保持導(dǎo)通。同時，盡管流經(jīng)電流互感器25的初級線圈25b的電流持續(xù)增大，電流互感器25的芯子會在某一時刻發(fā)生磁飽和，此時，電流互感器25就失去了其作為電感的功能。
當電流互感器25的芯子發(fā)生磁飽和時，其次級線圈25c就不再輸出電壓，其結(jié)果是加在FET6的柵極和源級間的電壓下降至柵極的門限電壓或以下，這樣FET就截止了。
這里要清楚，電流互感器25的次級線圈的輸出極性在其芯子達到磁飽和時就反轉(zhuǎn)了，這是由于由存在電流互感器25中的能量產(chǎn)生的電流隨時間有一個變化的量的原故。這就是說，由于加在FET5的柵極與源極間的電壓增加了，所以FET5很快就導(dǎo)通了。
一旦FET5導(dǎo)通，電流就會流過諧振電容7、FET5、電流互感器25的初級線圈25b、電感器24、熒光燈8的一個電極8b、預(yù)熱電容9和熒光燈8的另一個電極8a。
由于電流反轉(zhuǎn)而使得電流互感器25的芯子再次達到磁飽和時，電流互感器25的次級線圈25a就不再有電壓輸出，其結(jié)果是加在FET5的柵極與源極間的電壓降至柵極門限電壓或以下，這樣FET5就截止了。隨后，當電流互感器25的次級線圈內(nèi)的輸出極性反轉(zhuǎn)后，F(xiàn)ET6就再次導(dǎo)通。以后這個操作就重復(fù)執(zhí)行下去。
電流流經(jīng)熒光燈8的電極8a和8b，由此給它們加熱。另外，由于諧振而具有很大振幅的一個電壓同時加至熒光燈8的電極上，電極的溫度上升，這樣就點亮了熒光燈8。
正如前面所描述的，已有技術(shù)的熒光燈點亮裝置使用一個電流互感器來以一個無線電的頻率切換熒光燈。然而由于在這樣一個已有技術(shù)的熒光燈點亮裝置中使用電流互感器使得該裝置的尺寸不能減小。而且由于電流互感器很貴，所以這種點亮裝置的生產(chǎn)成本就很高，這一點非常不利。
本發(fā)明的熒光燈點亮裝置包括一個第一串聯(lián)連接體，它包括一個第一開關(guān)裝置和一個第二開關(guān)裝置，它們與一個電源電路連接；一個第二串聯(lián)連接體，它包括一個第一電感、一個第一電容器和一個熒光燈，它們連在電源電路的一端和第一與第二開關(guān)裝置的中點之間；一個第三串聯(lián)連接體，它包括一個第二電感、一個第二電容及一個第三電感，該電感與第一電感電磁耦合，第三串聯(lián)連接體給第一開關(guān)裝置的控制端或第二開關(guān)裝置的控制端提供一個控制電壓；和一個與第二電容并聯(lián)的恒壓裝置。在熒光燈點亮裝置中，該恒壓裝置給控制端提供一個正的控制電壓和一個負的控制電壓，正控制電壓相對于與上述控制端相對應(yīng)的陰極端來講是正的，而負控制電壓相對于上述陰極端而來講是負的，正控制電壓的絕對值要比負控制電壓的絕對值大。
在一個實施例中，第二電感與第二電容的諧振頻率要大于第一和第二接通裝置開關(guān)的頻率。
這樣，這里所描述的發(fā)明就具有了以下優(yōu)點它能提供一個能啟動和點亮熒光燈的熒光燈點亮裝置，其構(gòu)形尺寸小，簡單且成本低，并且不用電流互感器。
在閱讀并理解了下面結(jié)合著附圖對本發(fā)明進行的詳細描述后，那些精通這方面技術(shù)的人就會明白本發(fā)明的這一優(yōu)點及其它優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明的第一實施例中熒光燈點亮裝置的電路圖。
圖2是一個電路圖，它顯示出由兩個齊納二極管組成的串聯(lián)對兩端之間的電壓VZD及流過這兩個齊納二極管的電流IZD的方向。
圖3是通過電壓VZD和電流IZD之間的關(guān)系來表示串聯(lián)齊納二極管的特性的曲線圖。
圖4所示是顯示第一實施例中FET5和FET6的柵源電壓VGS和漏極電流ID的曲線圖。
圖5所示是顯示第二實施例中FET5和FET6的柵源電壓VGS和漏極電流ID的曲線圖。
圖6所示的是一個已有技術(shù)的熒光燈點亮裝置的電路圖。
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。
在本說明中，一個開關(guān)裝置的“控制端”集體地代表FET(場效應(yīng)管)的柵極、雙極型晶體管的基極、IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)的柵極；一個開關(guān)裝置的“陽極端”集體地代表FET的漏極、雙極型晶體管的集電極和IGBT的集電極；一個開關(guān)裝置“陰極端”集體地代表FET的漏極、雙極型晶體管的集電極和IGBT的集電極；一個開關(guān)裝置的“陰極端”則集體地代表FTE的源極、雙極型晶體管的發(fā)射極和IGBT的發(fā)射極。
圖1是本發(fā)明的第一實施例中熒光燈點亮裝置的電路圖。熒光燈點亮裝置100從一個電源，例如交流電源1，接收用于點亮熒光燈8的電能。交流電源是一個典型的交流出口，它給整流電路3輸出一個均方根值為100V的交流電壓。在交流電源1和整流電路3之間有一個防噪聲電容器2，用來防止由熒光燈點亮裝置100產(chǎn)生的開關(guān)噪聲泄漏到交流電源1。
整流電路3接收交流電流，對它進行全波整流并把所得的脈動電流輸出給脈動濾波電容器4。該脈動濾波電容器4接收經(jīng)過全波整流的脈動電流，并在內(nèi)部積累電荷，由此就減小了電流的脈動性。其結(jié)果是在端子VIN和端子GND之間產(chǎn)生了一個已被轉(zhuǎn)變?yōu)閷嶋H上是直流的電壓。當交流電源的交流電壓的均方根值為100V時，在端子VIN處相對于端子GND的電壓大約為140V。
FET5的漏極(或陽極)與VIN端子相連，F(xiàn)ET5的源極(或陰極)與FET6的漏極(或陽極)相連，F(xiàn)ET6的源極(或陰極)與GND端子相連。即FET5與FET6是彼此串聯(lián)的。
諧振電容7、熒光燈8的一個電極8a、預(yù)熱電容9、熒光燈8的另一個電極8b及扼流線圈10的初級線圈10b在VIN端子和INT端子間依此順序串接起來。端子INT是FET5和FET6間的中間點。即在這點上，F(xiàn)ET5的源極與FET6的漏極相連。注意，在本說明中，“端子”并不總是需要有能用于對外連接的物理端子的結(jié)構(gòu)。例如，在本電路圖中，VIN、INT、GND等等這些端子中每一個都對應(yīng)著實際產(chǎn)品中印刷電路板上一個銅鍍層的一部分。
熒光燈點亮裝置100，包括連在熒光燈8的一對電極8a和8b間的預(yù)熱電容器9一起，構(gòu)成一個無線電頻率反轉(zhuǎn)器電路。熒光燈點亮裝置100包括一個交直流轉(zhuǎn)換電路，或者把由交流電源1出來流向端子VIN和GND的交流電流轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟娏鞯碾娐?。但既使不包括本電路的裝置也屬于本發(fā)明的范圍。例如，從熒光燈點亮裝置100中除去交直流轉(zhuǎn)換電路，在端子VIN和GND間仍可獲得直流電壓。在這種情況下，所接受的直流電流從諧振電容7、熒光燈8和初級線圈10b流過，它們是通過交替導(dǎo)通的FET5和FET6串接在一起的，由此點亮熒光燈8。
下面描述一個驅(qū)動FET5和6的柵極的電路。扼流線圈10包括一個初級線圈10b和兩個次級線圈10a、10c。當電流流經(jīng)初級線圈10b時，次級線圈10a和10c就分別產(chǎn)生驅(qū)動FET5和6的柵極的電壓，這樣它們就能自振蕩了。
串接起來的次級線圈10a和電感21、一對串接的齊納二極管19和20及一個電容器22并聯(lián)在FET5的柵極與INT端子間。電阻11和電容12并聯(lián)在FET5的漏極與源極間。
串接起來的次級線圈10c和電感15、一對串接的齊納二極管17、18及電容器16并聯(lián)連接在FET6的柵極和一個端子VL間。電阻23連在FET6的柵極與端子INT間。一個觸發(fā)電容器14連在端子VL和GND間。
經(jīng)電阻11和23通過端子VIN提供的電荷在觸發(fā)電容器14中積累。相反，電阻13對積累在觸發(fā)電容器14中的電荷進行放電，它連在齊納二極管對17、18的中點與端子GND之間。
下面描述齊納二極管對17、18和19、20。圖2是顯示串聯(lián)齊納二極管對兩端的電壓VZD和流經(jīng)該齊納二極管對的電流IZD的方向的電路圖。圖3是表示串聯(lián)的齊納二極管的特性的曲線，這個特性用電壓VZD與電流IZD間的關(guān)系來表示。當電壓VZD、電流IZD如圖2所示的那樣時，在如圖3所示的從一個正控制電壓VP至一個負控制電壓VN的范圍內(nèi)，電阻幾乎是無窮大的。然而，一旦控制電壓超過了VP或VN，電阻就幾乎為零了。由此，如圖3所示，穩(wěn)壓齊納二極管17和18把將要加至FET6的柵極上的控制電壓固定在正控制電壓VP和負控制電壓VN。換句話說，齊納二極管17和18把負控制電壓VN和正控制電壓VP加到FET6的柵極上(即控制端)。電壓VP相對于FET6的源極(即陰極)來講是正的，而電壓VN相對于FET6的源極來講是負的。
在熒光燈點亮裝置100中，盡管正控制電壓的絕對值可能與負控制電壓的絕對值相等，但象在后面將描述的第二實施例中那樣，正控制電壓的絕對值最好大于負控制電壓的絕對值。另一個齊納二極管對19和20的特性與齊納二極管對17和18的特性相同。
下面描述熒光燈點亮裝置100的操作。在熒光燈8啟動前，由交流電源1(如一個交流出口)來的商用交流電壓流過防噪聲電容2、整流電路3和脈動濾波電容4以便把它實質(zhì)上轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷?。產(chǎn)生于端子VIN和GND之間的直流電壓2使得電流流經(jīng)諧振電容7、熒光燈8的電極8a、預(yù)熱電容9、熒光燈8的另一個電極8b、扼流線圈10的初級線圈10b和FET6。其結(jié)果是，脈動濾波電容4被充電至交流電源1所提供的電壓峰值(即140V)。接著，通過電阻11和13、電感15和扼流線圈10的次級線圈10c，觸發(fā)電容14進行充電。
當觸發(fā)電容14兩端的電壓達到FET6的柵極門限電壓時，積累在觸發(fā)電容14中的電荷就被提供到FET6的柵極以便使FET6導(dǎo)通。一旦FET6導(dǎo)通，端子VIN和GND間的電壓就使流經(jīng)諧振電容7、熒光燈8的一個電極8a、預(yù)熱電容9、熒光燈8的另一個電極8b、扼流線圈10的初級線圈10b和FET6的電流的量增大。
由于電流流過扼流線圈10的初級線圈10b，在扼流線圈10的次級線圈10c的兩端就產(chǎn)生了一個電壓。其結(jié)果是FET6的柵極電壓升高，F(xiàn)ET6持續(xù)導(dǎo)通。
由于與扼流線圈10的次級線圈10c連在一起的電感15與電容16的諧振作用，流過次級線圈10c的電流很快就會以相反的方向流動。其結(jié)果是由于加在FET6的柵極和源極間的電壓變得低于FET6的柵極門限電壓，所以FET6截止。
如圖1所示，軛流線圈10的次級線圈10a的纏繞方向與次級線圈10c的纏繞方向相反。所以，如果次級線圈10c兩端的電壓下降，則次級線圈10a兩端的電壓就增加，因此，F(xiàn)ET6截止后，加在FET5的柵源極間的電壓也上升，由此FET5導(dǎo)通。
一旦FET5導(dǎo)通，積累在諧振電容7中的電荷就在一個由FET5、扼流線圈10、熒光燈8的電極8b、預(yù)熱電容9和熒光燈燈8的另一個電極8a組成的閉合電路中移動。電流在由扼流線圈10的初級線圈10b、諧振電容7和預(yù)熱電容9組成的諧振電路中諧振。
電感21和電容22與扼流線圈10的次級線圈10a相連接，由于它們二者的諧振，流過次級線圈10a的電流很快就開始以相反的方向流動。其結(jié)果，由于加在FET5的柵源極間的電壓變得低于FET5的柵極門限電壓，F(xiàn)ET5就截止。
如圖1中所示，扼流線圈10的次級線圈10c的纏繞方向與次級線圈10a的纏繞方向相反。所以，如果次級線圈10a兩端的電壓下降，則相反次級線圈10c兩端的電壓就上升。結(jié)果在FET5截止后，加在FET6的柵、源極間的電壓也上升，由此FET6導(dǎo)通。從此以后，重復(fù)上述操作，F(xiàn)ET5和6就交替導(dǎo)通。
交替流過FET5和6的電流流過熒光燈8的電極8a和8b，由此對它們進行加熱。另外，有一個因諧振而獲得大振幅的電壓也同時加在熒光燈8的電極8a和8b上。這樣熒光燈8就被點亮，并且由于電極上所產(chǎn)生的熱量及電極間的高壓使得熒光燈8能夠保持持續(xù)點亮狀態(tài)。
在本發(fā)明的第一實施例的熒光燈點亮裝置中，用無線電頻率來驅(qū)動FET5和6的柵極，使之實現(xiàn)開關(guān)裝置的功能，這一點分別是由電感21與電容22的諧振和電感15與電容16的諧振來實現(xiàn)的，所以，與已有技術(shù)的熒光燈點亮裝置不同，熒光燈可以不用電流互感器就能被啟動和點亮。其結(jié)果是，本發(fā)明可以提供一個其構(gòu)形尺寸小、簡單且成本低的熒光燈點亮裝置。
熒光燈點亮裝置100的舉例性電路常數(shù)如下交流電源1的輸出電壓的均方根值100V初級線圈10b的電感量0.7mH初級線圈10b的匝數(shù)136匝次級線圈10a的匝數(shù)10匝次級線圈10c的匝數(shù)10匝諧振電容7的電容量0.1uF預(yù)熱電容9的電容量9100PF脈動濾波電容4的電容量33uF觸發(fā)電容14的電容量0.033uF，及齊納二極管17到20的齊納電壓10.0V。(即正控制電壓VP＝+10.0V，負控制電壓VN＝-10.0V)。
本發(fā)明的第一實施例中的熒光燈點亮裝置的電路常數(shù)并不限于上述舉例值。然而，使用這些舉例值足夠啟動并點亮熒光燈。
注意，電感15和電容16的諧振頻率最好能大于FET5和6的開關(guān)頻率。例如電感15和電容16的諧振頻率大約為100KHZ而FET5和6的開關(guān)的頻率在從大約10KHZ到75KHZ的范圍內(nèi)。對于電感21和電容22的諧振頻率也有這個關(guān)系。
在本發(fā)明的第二實施例的熒光燈點亮裝置中，不僅具有第一實施例的功能，而且還具有確保防止短路電流的功能。這個短路電流是由于熒光燈點亮裝置100中FET5和6同時導(dǎo)通而將端子VIN和GND短路而引起的。在第一實施例的熒光燈點亮裝置的構(gòu)形中，理論上FET5和6是不能同時導(dǎo)通的。然而實際上，由于電路元件的常數(shù)、溫度特性等的變化，F(xiàn)ET5和6是有可能同時導(dǎo)通的。
圖4是一個顯示第一實施例中FET5和6的柵源極電壓和漏極電流的曲線圖。在圖4中，橫軸代表時間，縱軸代表柵源極電壓VGS和漏極電流ID。在第一實施例中，正控制電壓VP的絕對值(例如+10.0V)與負控制電壓VN的絕對值相等(例如10.0V)。所以如圖4所示，在FET5的導(dǎo)通周期TON5與FET6的導(dǎo)通周期TON6之間并不存在一個所謂的“死亡時間”TD。理論上在圖4所示的時間里，沒有短路電流流過。然而在實際產(chǎn)品中，由于電路元件的參數(shù)、溫度特性等方面發(fā)生了某些變化，導(dǎo)通周期TON5和TON6可能會在時間軸上發(fā)生彼此重疊。在這種情況下，由于在某個時間周期中FET5和6同時導(dǎo)通，有一個短路電流流過，所以大量的電功率就通過FET5和6失去了。另外，由于FET5和6產(chǎn)生熱量，所以它們損耗得比預(yù)期的要快。
圖5是一個顯示第二實施例的FET5和6的柵源極電壓VGS和漏極電流ID的曲線圖。在圖5中，橫軸代表時間，縱軸代表柵源電壓VGS和漏極電流ID。在第二實施例中，正控制電壓VP的絕對值(例如+10.0V)大于負控制電壓VN的絕對值(例如-8.2V)。所以如圖5中所示，在FET5的導(dǎo)通周期TON5和FET6的導(dǎo)通周期TON6之間，存在著一個所謂的“死亡時間”TD。
在第二實施例中，正控制電壓VP的絕對值大于負控制電壓VN的絕對值。即盡管第二實施例的熒光燈點亮裝置與第一實施例中的熒光燈點亮裝置100有著相同的電路構(gòu)形，但齊納二極管17到20的齊納電壓V17到V20都滿足以下關(guān)系V17＜V18和V19＜V20。通過把齊納二極管17到20齊納電壓設(shè)置得滿足上述關(guān)系，就可以使圖5所示的死亡時間存在。即，就一定能防止FET5和6同時導(dǎo)通。
正如上面所描述的，在第二實施例中，由于能防止開關(guān)裝置同時導(dǎo)通，所以就有可能防止開關(guān)裝置的性能損耗得比預(yù)期快。
除了齊納二極管之外，第二實施例的電路常數(shù)與第一實施例的電路常數(shù)相同。舉例性常數(shù)如下交流電源1的輸出電壓的均方根值為100V初級線圈10b的電感量0.7mH初級線圈10b的匝數(shù)136匝次級線圈10a的匝數(shù)10匝次級線圈10c的匝數(shù)10匝諧振電容7的電容量0.1uF預(yù)熱電容9的電容量9100PF脈動濾波電容4的電容量33uF觸發(fā)電容14的電容量0.033uF齊納二極管17和19的齊納電壓8.2V。(即負控制電壓VN＝-8.2V)，齊納二極管18和20的齊納電壓10.0V(即正控制電壓VP＝+10.0V)。
本發(fā)明的第二實施例中的熒光燈點亮裝置的電路常數(shù)并不限于上述的舉例值。然而使用這些舉例值足夠使熒光燈啟動并點亮，且一定能防止短路電流。
在上述第一、第二實施例中，F(xiàn)ET被用作為帶有控制端的開關(guān)裝置。然而即使使用任何其它帶有控制端的開關(guān)裝置，如雙極型晶體管和IGBT等時，也能達到同樣的效果。再則，盡管使用了一個串聯(lián)反轉(zhuǎn)器作為點亮電路，但即使使用任何其它具有不同構(gòu)形的電路也能達到同樣的效果，如單晶體管反轉(zhuǎn)器，只要開關(guān)裝置的控制端被一個LC諧振電路驅(qū)動就行。另外，給熒光燈8設(shè)置預(yù)熱電容9以使其離電源遠些，但如果把預(yù)熱電容9安排得離電源近些能達到同樣的效果。
正如從前面的描述中已經(jīng)知道的，本發(fā)明可以提供一個構(gòu)形尺寸小、簡單、成本低，不使用電流互感器的熒光燈點亮裝置。
另外，按照本發(fā)明，可以對一對開關(guān)裝置進行驅(qū)動，使其導(dǎo)通周期在時間軸上不重疊。這樣本發(fā)明所提供的熒光燈點亮裝置尺寸小、簡單、成本低且能防止開關(guān)裝置同時導(dǎo)通，抑制開關(guān)裝置的損失，防止開關(guān)裝置的元件因該裝置產(chǎn)生的熱而過早地損耗。
對于那些精于這方面技術(shù)的人來說，在不背離本發(fā)明的范圍與精神的情況下對本發(fā)明進行修改是很明顯且很容易的。所以，所附于此的權(quán)利要求的范圍并不限于此處公布的說明書，而是更廣泛地構(gòu)建的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一個熒光燈點亮裝置，包括一個第一串聯(lián)連接體，它包括第一開關(guān)裝置和第二開關(guān)裝置，它們與一個電源電路相連；一個第二串聯(lián)連接體，包括一個第一電感、一個第一電容和一個熒光燈，它們與電源電路的一端及第一與第二開關(guān)裝置的中點相接；一個第三串聯(lián)連接體，包括一個第二電感、一個第二電容和一個第三電感，第三電感與第一電感進行電磁耦合，第三串聯(lián)連接體給第一開關(guān)裝置的一個控制端子或第二開關(guān)裝置的控制端子提供一個控制電壓；及一個與第二電容并聯(lián)起來的恒壓裝置；其中，該恒壓裝置中給控制端提供一個正控制電壓或負控制電壓，正控制電壓相對于與該控制端相對應(yīng)的陰極端而言是正的，負控制電壓相對于該陰極而言是負的，正控制電壓的絕對值大于負控制電壓的絕對值。
2.按照權(quán)利要求1的熒光燈點亮裝置，其中的第二電感和第二電容的諧振頻率要高于第一和第二開關(guān)裝置的開關(guān)頻率。
全文摘要
本發(fā)明的熒光燈點亮裝置包括:一個第一串聯(lián)連接體,一個第二串聯(lián)連接體;一個第三串聯(lián)連接體;及一個與第二電容并聯(lián)起來的恒壓裝置。其中,恒壓裝置給控制端提供一個正控制電壓和一個負控制電壓,前者相對于與上述控制端對應(yīng)的陰極是正的,后者相對于上述陰極是負的,并且前者的絕對值要大于后者的絕對值。
文檔編號H05B41/24GK1171717SQ9711222
公開日1998年1月28日 申請日期1997年7月11日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月12日
發(fā)明者中川博喜, 田原哲哉, 田代洋二, 小沢正孝 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社