CN1187749A - 具有功率因数校正的气体放电灯镇流器 - Google Patents

Abstract

气体放电灯镇流器,包括:含放电灯的负载电路;从a.c.电压供给d.c.电源的电路;d.c.－a.c.转换电路,连负载电路,含第一第二转换开关,串联在d.c.电压总线节点与参考节点间,两开关各有控制节点和参考节点,其间电压确定了相连开关导电状态;升压转换器,包含:升压电容,连在总线和参考节点间;升压电感,储存d.c.电源能量,经二极管将其能量放到电容中;升压开关,经低阻抗通路周期性对电感充电。该镇流器改善了功率因数的校正。

Description

具有功率因数校正的气体放电灯镇流器

本发明要求临时申请No.60/033819(申请日为1996年12月23日)的优先权。

本发明涉及一种镇流器或电源电路，该电路以交流电向气体放电灯供电，并能改善功率因数的校正。

从转让给本受让人的美国专利5,408,403号可知，其使用了用于气体放电灯的镇流器，该气体放电灯包括采用一对串联转换开关的d.c.-a.c.转换器。将升压电路加入该镇流器以取得高度的功率因数校正。然而，两个转换开关都是导电型的，例如二者都是n沟道增强型的MOSFET。

由本发明的发明人之一，Louis R.Nerone，在1996年9月6日申请的共同未决和共同转让申请No.08/709,062中公开和要求了一种灯镇流器，其中包括采用互补导电型串联开关的d.c-a.c.转换器。比如，一个开关可以是n沟道增强型的MOSFET，而另一个是p沟道增强型的MOSFET。

人们希望，在包括采用同样导电型开关的d.c.-a.c.转换器的镇流器中，改善功率因数的校正。

本发明的一个实施例提出了一种气体放电灯镇流器，该镇流器包括：一个负载电路，其中含有用于连接到气体放电灯的电路；一个从a.c.电压供给d.c.电源的电路；一个d.c.-a.c.转换电路，连接到负载电路，以在其中感生出a.c.电流，该转换电路包括第一和第二转换开关，以上述顺序串联在d.c.电压的总线节点与参考节点之间，并且在a.c.负载电流流过的公共节点上连接在一起，第一和第二转换开关各有一控制节点和一参考节点，这两个节点之间的电压确定了相连开关的导电状态，将第一和第二转换开关各自的控制节点互相连接，将第一和第二转换开关各自的参考节点一起连接在公共节点上；一个升压转换器，包含：连接在总线与参考节点之间的升压电容，它的充电电平确定了总线导体上的总线电压；升压电感，储存来自d.c.电源供给电路的能量，通过至少一个二极管将该升压电感连接到升压电容，以便将它的能量排放到升压电容中；升压开关，通过低阻抗通路周期性地将该升压电感连接到总线节点，从而对升压电感充电，该升压开关包括所述转换电路的第一开关。

在包括具有同样导电型开关的d.c-a.c.转换器的镇流器中，上述实施例实现了高度的功率因数校正。

图1是取得低功率因数的镇流器的简图；

图2是图1升压电感中的电流波形。

图1作为一个例子示出供给气体放电灯12电源的镇流器10。电源14对全波整流器16供给a.c.电源。将高频旁路电容18用于旁路具有镇流器10工作频率(与电源14的线路频率相反)的电流。任选的p-n二极管19使得由于升压电感50(下面将描述)与开关20的输出电极间的寄生电容(未示出)之间的交互谐振引起的寄生电压减至最小。

镇流器10包括一个d.c.-a.c.转换器，该转换器包括串联在总线节点24与参考节点26之间的一对开关20和22。开关20和22最好分别包括n-沟道和p-沟道增强型的MOSFET，如图所示，它们的源极在公共节点28处互相连接。开关的栅极或控制节点互连在控制节点30处。

工作时，节点28交替地连接到节点24上的总线电位和节点26上的参考电位。以此方式，将a.c.电流供给包括谐振电感32、隔直电容33、谐振电容34和灯12的负载电路。在讨论为取得低功率因数所用的电路之前，描述开关20和22的再生控制操作的较好电路。

再生控制部分地由与标有极化点的谐振电感32互连的驱动电感36、电感38和电容40提供。再生控制还由一网络提供，该网络最好包括电阻42、电阻44和以实践示出的电阻46a或以虚线示出的替换电阻46b。此外，将背对背连接的齐纳二极管对48用于再生控制。当起动a.c.电源14从而镇流器10开始激励时，电容40被充电直到开关22接通为止。然后，通过反馈从谐振电感32供给驱动电感38，使控制节点30的电压相对于公共节点26交替地变为正和负，从而交替地接通开关20和22。

尽管最好把电阻42和44用于供再生控制的上述电路中，但采用电阻46a可省掉电阻44，采用电阻46b可省掉电阻42。

除了在所述的d.c.-a.c.转换器中用作升压开关之外，可通过使用包括升压电感50、升压电容52和开关20的升压转换器来获得功率因数校正。工作时，若开关20导通，公共节点28上升到总线节点24的电位。此时，升压电感50导通自节点28经p-n二极管54的电流。于是，电感储存能量，使开关20停止导通时电流继续流过。然后，电感50导通通过MOSFET开关22的固有p-n二极管22a的电流，或通过任选的p-n二极管56的电流，这种电流主要由升压电容52提供。这使该电容充电，故增加了它的电压，并因此增加了总线节点24的电位。

任选p-n二极管56的使用，使得从电容52到电感50的导电路径中电压下降的p-n二极管数目减至只有一个，从而减少了电感中储存能量的损失。

之后，比如，最好在p-n二极管22开始从电感32或50导通剩余电流之后，开关22开始导通。这使节点28的电位降到参考节点26的电位，并使通过升压电感50的电流减小，最好减小到“0”。

在升压电感50中储存的能量多少取决于在a.c.电源14的周期中的哪一点产生通过该电感的电流。如果在a.c.电源的峰值处产生，则储存的能量最多；如果在接近a.c.电源的零交叉点附近，则储存的能量最少。

当电流从谐振电感32流向节点28，并且两个开关20和22都关断时，在电感32中储存的能量可使电流经二极管54和通过开关20的固有p-n二极管20a流入升压电感50。然后，开关20开始导通，使电流反向流入谐振电感32，并增加流入升压电感50的电流。

最好，除了传输在d.c.-a.c.转换中所用电流外还传输升压转换器电流的开关20，比另一开关22有更低的导通电阻。在镇流器10中实现了这一要求，其中开关20(最好为n-沟道增强型MOSFET)比开关22(最好为p-沟道增强型MOSFET)有较低的导通电阻。

图2表示在升压电感50(图1)中电流的波形60。波形60包括三角形分量60a、60b、60c等，由时间间隔62、64等将它们隔开。这表示有不连续方式的能量存储，对于增加镇流器的功率因数是可取的。然而，a.c.电源14的波形(未示出)峰值上的相继三角型分量之间的时间间隔可以逼近甚至达到零，而仍然保持能量存储的非连续方式。

对于16.5瓦，330V的d.c.总线电压的荧光灯12，镇流器10的典型元件值如下：

谐振电感32                      2.1毫亨

驱动电感36                      3.1微亨

电感32与36的匝数比              26

电感38                          470微亨

电容40                          0.1微法

齐纳二极管对，每个              10V

电阻42、44、46a或46b，  每个    270kΩ

谐振电容34                      2.2毫微法

隔直电容                        0.22微法

升压电感50                      10毫亨

升压电容52                      10微亨

通常将大约5.6毫微法的电容(未示出)连接在节点28与30之间，以增加两个开关切断时的所谓“空载”时间。开关20可以是IRFR310，是由E1 Segundo，California的Intemational Rectifier公司出售的n-沟道增强型MOSFET；而开关22可以是IRFR9310，也是由IntemationalRectifier公司出售的p-沟道增强型MOSFET。

用这里所述的镇流器，采用a.c.线电源供给的20％或小于20％总谐波失真的a.c.电流，得到了大于0.95的功率因数。通过最佳化，比如2比1的升压，通常可将总的谐波失真减到13％以下。

尽管以上对本发明的具体实施例作了描述，但本领域的技术人员可以做出许多修改，因此，所附权利要求覆盖了在本发明精神和范围内的这类修改。

Claims (11)

1.一种气体放电灯镇流器，包括：

(a)负载电路，带有用于连接气体放电灯的装置；

(b)用于从a.c.电压供给d.c电源的装置；

(c)d.c.-a.c.转换电路，连接到所述负载电路，用于在其中感生a.c.电流，所述转换电路包括：

(i)第一和第二转换开关，以上述顺序串联在位于d.c.电压上的总线节点与参考节点之间，并且在所述a.c.负载电流通过的公共节点上连接在一起；

(ii)所述第一和第二转换开关各有一个控制节点和一个参考节点，两个节点之间的电压确定了所述开关的导通状态；

(iii)将所述第一和第二转换开关的各自控制节点互相连接；和

(iv)将所述第一和第二转换开关的各自参考节点在所述公共节点处连接在一起；以及

(d)升压转换器，包括：

(i)升压电容，连接在所述总线和参考节点之间，其充电电平确定了在所述总线导体上的总线电压；

(ii)升压电感，用于储存来自所述d.c.供电装置的能量，通过至少一个二极管将所述升压电感连接到所述升压电容，以便将它的能量放电到所述升压电容中；

(iii)升压开关，通过一低阻抗通路将所述升压电感周期性地连接到所述总线节点，从而对所述升压电感充电；

(e)所述升压开关包括所述转换电路的所述第一开关。

2.根据权利要求1的镇流器，其中所述第一开关比所述第二开关具有更低的导通电阻。

3.根据权利要求1的镇流器，其中所述低阻抗通路包括允许电流从所述升压开关流到所述升压电感的p-n二极管。

4.根据权利要求1的镇流器，其中所述升压电感的电感量和所述d.c.-a.c.转换电路的工作频率选择成使得所述升压电感在通贯所述a.c.电源的整个周期都以非连续能量存储方式工作。

5.根据权利要求1的供电电路，其中所述d.c.-a c.转换电路包括一个再生开关控制电路，用于控制所述第一和第二开关的开关状态。

6.根据权利要求5的供电电路，其中所述负载电路包括荧光灯。

7一种气体放电灯镇流器，包括：

(a)负载电路，带有用于连接气体放电灯的装置；

(b)用于从a.c.电压供给d.c.电源的装置；

(c)d.c.-a.c.转换电路，连接到所述负载电路，用于在其中感生a.c.电流，所述转换电路包括：

(i)n-沟道增强型第一MOSFET和p-沟道增强型第二MOSFET，以上述顺序连接在处于d.c.电压的总线节点与参考节点之间，它们的源极在流过所述a.c.负载电流的公共节点上连接在一起；

(ii)所述第一和第二MOSFET各自的栅极相互连接；以及

(d)升压转换器，包括：

(i)升压电容，连接在所述总线和参考节点之间，其充电电平确定了在所述总线导体上的总线电压；

(ii)升压电感，用于储存来自所述d.c.供电装置的能量，通过至少一个二极管将所述升压电感连接到所述升压电容，以便将它的能量放电到所述升压电容中；

(iii)升压开关，通过一低阻抗通路将所述升压电感周期性地连接到所述总线节点，从而对所述升压电感充电；

(e)所述升压开关包括所述第一MOSFET。

8.根据权利要求7的镇流器，其中所述低阻抗通路包括允许电流从所述升压开关流向所述升压电感的p-n二极管。

9.根据权利要求7的镇流器，其中所述升压电感的电感量和所述d.c.-a.c.转换电路的工作频率选择成使得所述升压电感在通贯所述a.c.电源的整个周期都以非连续能量存储方式工作。

10.根据权利要求7的供电电路，其中所述d.c.-a.c.转换电路包括一个再生开关控制电路，用于控制所述第一和第二MOSFET的开关状态。

11.根据权利要求10的供电电路，其中所述负载电路包括荧光灯。

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