CN1299578A

CN1299578A - 电路装置

Info

Publication number: CN1299578A
Application number: CN99801061.8A
Authority: CN
Inventors: P·P·B·阿茨; E·M·J·艾恩德克尔克
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1998-07-01
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2001-06-13
Also published as: WO2000002422A2; JP2002520781A; US6101110A; EP1040734A2; WO2000002422A3

Abstract

一种用于运行电灯的电路装置包括一个功率反馈和一个在一部分时间关闭功率反馈的反升压开关,反升压开关的控制由一个简单,因而便宜的控制电路实现。

Description

电路装置

本发明涉及为电灯供电的电路装置，包括

-输入端，用于与交流电压源端口的连接，

-整流装置，耦合至输入端，并有对由交流电源提供的交流电进行整流的输出端，

-一个第一支路，它与整流装置的输出端互连，并包含一个由第一单向元件和第一电容装置组成的串联装置，

-一个第二支路，它旁路与第一电容装置并联并含有由第一和第二开关元件组成的串联装置，

-一个第一控制电路，使第一和第二开关元件导通和不导通，

-一个负载电路，它有容纳电灯的端口，其第一端耦合至第一和第二开关元件的公共点N1的端口，容纳第二端耦合至整流装置的输出端之一的端口，

-一个第三支路，它将负载电路的点N6连接至整流装置的输出端之一与第一单向元件之间的点N7，

-一个第四支路，旁路第一单向元件，并包括一个第三开关元件，

-一个第二控制电路，使第三开关元件导通和不导通。

这种类型的电路装置在未公的开欧洲专利申请97202122.4中是已知的。在这个已知的电路装置中，第一单向装置和第三支路一起组成电源反馈装置的一部分。在这些电源反馈装置的帮助下，负载电路在电灯工作时消耗的一部分能量被反馈到整流装置的输出端。这样通过一种较便宜的方式使该电路装置的功率因数在电灯由这种电路装置供电处于额定光通量时相对较高。

但是，如果是通过减少电灯的功率来减小电灯的光通量，第三开关元件和第二控制电路不组成电路装置的一部分，则负载电路消耗的功率与反馈功率的比率被改变。

这样，第一电容装置间的电压增加至一个程度，例如，损害第一和第二开关元件。但是，在这个已知的电路装置中，负载电路消耗的功率与反馈功率间的比率通过调节第三开关元件的额定周期而被调节。当第三开关元件导通时，功率反馈装置被关闭。通过一个控制回路耦合至第一电容装置及组成控制电路的一部分的方式，第三开关元件的额定周期被调节，使得第一电容装置间的电压基本上与电灯的光通量无关。以这种方式，可以防止电路装置在电灯调近光(dipping)期间的损坏。这种已知电路装置的一个缺点是第二控制电路相对复杂因而较为昂贵。

本发明的一个目的是提供一种相对较为简单因而较为便宜的电路装置，用于操作有较高功率因数的电灯，使电灯可在较大范围内被调近光。

为此，如在开头段中描述的根据本发明的一种电路装置的特征在于第二控制电路包括一个微分器，一个耦合至点N1的输入端和一个通过一个比较器耦合至第三开关元件的控制电极的输出端，并且该比较器也耦合至产生参考电压Vref的第一电路部分。

在电灯工作期间，微分器的输入端传送一个方波信号，该方波信号有一个等于第一电容装置间的电压的振幅及一个等于电灯电流频率的频率。这样，在电灯工作期间，微分器的输出端传送一个信号，该信号有一个基于第一电容装置间的电压的振幅及一个也等于电灯电流频率的频率。当微分器的输出端的信号高于参考电压Vref时，比较器的输出使第三开关元件导通。已经发现，由该电路装置供电的电灯可以在很大范围内被调近光而不需要第一电容装置间的电压高到使该电路装置损坏的程度。

已证明，一个优点是第一支路包括一个第二单向元件和由第一和第二单向元件的公共点组成的点N7。可以这样选择这种第二单向元件，使对整流装置的要求可以降低。还已证明，一个优点是为该电路装置提供第五支路，它包括第三和第四单向元件的串联装置，它旁路第一单向元件和第二单向元件的串联装置，其中第三和第四单向元件的公共点N2被连接至负载电路的第二端，和其中第四单向元件被第二电容装置旁路。与第二电容装置一起，第三单向元件和第四单向元件一起进一步组成功率反馈装置，它实现对该电路装置的功率因数的进一步改进。

第四支路最好包括第五单向元件。更具体的，如果第三开关元件由MOSFET实现，组成开关元件的一部分的一个二极管节点在第三开关元件间的电压快速变化的情况下，在不希望的时刻可以变为导通。它可以利用第五单向元件来防止。

在根据本发明的电路装置的一个简单的实施例中，微分器包括第三电容装置和2欧姆电阻的串联装置。

由于电源电压是交流电压，第一电容装置间的电压被调制成该交流电压的频率的两倍。这个调制被第二控制电路抑制，这可能导致该电路装置运行时的不稳定。为了较大程度的限制这种不稳定，最好使参考电压直接与第一电容装置间的电压成比例。当使用了这样的参考电压时，已证明一个优点是为该电路装置提供一个第二电路部分，用于生成电压Vrefmax，该电压等于参考电压在交流电压的每半个周期中的最大值，并用于将Vrefmax加到微分器的输出端的电压上。

本发明的这些方面和其他方面参考以下描述的实施例会更为清楚。

附图中：

图1示出根据本发明的电路装置的第一个实施例和一个电灯连接至该电路装置的示意图；

图2示出根据本发明的电路装置的第二个实施例和一个电灯连接至该电路装置的示意图；和

图3和4更详细地示出图1和2的实施例的一些部分。

图1中，符号K1和K2表示连接至交流电压源的端子。端子K1通过电感L2，电容C3和电感L2’的串联装置被连接至端子K2。这个串联装置作为限制由交流电压源提供的交流电压的高频干扰的输入滤波器。电容C3的各个边被连接至由二极管D1-D4组成的二极管桥的各个输入端。在这个实施例中，这个二极管桥组成整流装置，用于对由交流电压源提供的交流电压进行整流。二极管桥的第一输出端N3通过由二极管D7，二极管D8和电容C4组成的第一支路连接至第二输出端N5。在这个实施例中，二极管D8和D7分别组成第一和第二单向元件。电容C4组成第一电容装置。二极管D8被二极管D9和开关元件S的串联装置旁路，其中开关元件S组成本实施例的第四支路。二极管D9组成第五单向元件和开关元件S组成第三开关元件。电容C4被第二支路旁路，其中第二支路由第一开关元件Q1和第二开关元件Q2的串联装置组成。第一和第二开关元件的各个控制电极连接至第一控制电路SC1的各个输出端，使第一和第二开关元件导通和不导通。开关元件S耦合至第二控制电路SC2的一个输出端。第二控制电路SC2的一个输入端耦合至第一和第二开关元件的公共点N1。第二控制电路的这两个耦合在图1中用虚线标出。第一开关元件Q1被线圈L1，电容C2，端子K3，电灯LA和端子K4的串联装置旁路。在这个实施例中，这个串联装置组成负载电路。K3和K4是容纳电灯的端子。电容C2和端子K3的公共点N6通过电容C5耦合至单向元件D7和D8的公共点N7，电容C5组成这个实施例的第三支路。

图1示出的实施例的运行如下。如果输入端K1和K2连接至交流电压源的端子，由交流电压源提供的交流电压被二极管桥整流成电容C4间的直流电压。第一控制电路SC1使开关元件Q1和Q2以频率f轮流导通和不导通，使得在点N1出现频率f的方波电压和流过负载电路频率为f的交流电流。第二控制电路SC2也使第三开关元件S以频率f导通和不导通。由负载电路消耗的一部分功率通过电容C5被反馈回点N7。

当开关元件S导通时，这个反馈被关闭。如果电灯有它的额定功率消耗，该电路装置的设置使功率因数相对较高。电灯可以通过例如提高频率来调近光。在频率f的更高值下，电灯有较低的功耗，使得它有较低的光通量。

但是，在频率的更高值，存在负载电路消耗的功率与通过电容C5反馈回点7的功率的一部分之间不同的比率。如果开关元件S的控制保持相同，这个变化的比率将电容C4的电压升高到使得例如开关元件Q1和Q2和电容C4的寿命大大缩短的程度。但是，第二控制电路SC2根据电灯的功率消耗的变化而改变控制开关元件S，使得电容C4间的电压不改变或将改变限制在一定范围内。

图2中，相应于图1中的实施例电路的元件和部分的电路元件和部分用相同符号标出。图2中示出的实施例结构的大部分与图1中的实施例是相同的。不过，图2示出的实施例包括一个第二功率反馈，它由二极管D5和D6和电容C1组成。由二极管D5和D6串联电路组成的第五支路旁路第一和第二单向元件的串联电路。二极管D5和D6组成第三和第四单向元件。二极管D5和D6的公共点N2连接至端K4，端K4组成负载电路的一个端。二极管D6被电容C1旁路，电容C1组成本实施例的第二电容装置。在图2示出的实施例工作期间，除了有通过电容C5至点N7的功率反馈，还有通过整个负载电路至点N2的功率反馈。因而获得功率因子的进一步改进。但是，第二功率反馈在电灯调近光期间并不引起电容C4间的电压的任何增加或增加很小。由于这个原因，并不需要象第一功率反馈被第三开关元件S和第二控制电路SC2限制那样在电灯调近光期间限制第二功率反馈。图2示出的实施例的运行相应于图1示出的实施例的运行，因而不再详细描述。

图3示出第二控制电路和第三开关元件S的第一个实施例。电容C6和欧姆电阻R1和R2的串联电路组成一个微分器，它的一个输入端连接至点N1。电容C6组成第三电容装置。由欧姆电阻R1和R2的公共点N4组成的微分器的一个输出端连接至比较器COMP的第一输入端。比较器COMP的一个输出端连接至第三开关元件S的一个控制电极。比较器COMP的第二输入端连接至第一电路部分VrefG的一个输出端以产生参考电压Vref。在图3示出的第二控制电路运行期间，微分器的输入端以频率f传递方波电压。该方波电压的振幅等于电容C4间的电压。频率为f并有图3中的波形的交流电压出现在微分器的输出端N4。出现在点N4的电压的陡边峰-峰振幅基于电容C4间的电压。输出端N4的电压在两个连续的陡边之间的变化由微分器的RC时间决定。第一电路部分VrefG在运行期间产生恒定参考电压Vref。第三开关元件被比较器COMP的输出在输出端N4的电压高于参考电压Vref的时间间隔中以频率f导通。如果电容C4间的电压由于调近光电灯而增加，输出端N4处的信号的陡边峰-峰振幅也随之增加。结果，在输出端N4的电压高于参考电压Vref的时间间隔将更长。这样，第三开关元件被导通更长时间，使得电容C4间的电压的增加得以避免。

图4示出第二控制电路和第三开关元件S的第二个实施例。相应于图3示出的实施例的电路部分和元件的电路部分和元件以相同的符号标记。在图4示出的实施例中，参考电压直接与电容C4间的电压成比例。该参考电压是通过由欧姆电阻R4和R5组成的串联电路组成的第一电路部分旁路电容C4的方式产生的。第一电路部分的输出端由欧姆电阻R4和R5的公共点组成并连接至比较器COMP的第二输入端。第二实施例还包括一个第二电路部分，产生与参考电压Vref在输入端K1和K2之间的交流电压的每个半周期中的最大值相等的电压Vrefmax。该第二电路部分由第一电路部分，二极管D10，电容C7和欧姆电阻R3组成。二极管D10和电容C7的串联电路旁路欧姆电阻R5。电容C7和二极管D10的公共点通过欧姆电阻R3连接至比较器COMP的第一输入端。该第一输入端还连接至微分器的输出端，微分器的输出端的组成与图3示出的实施例相同。这样，在本实施例运行期间，比较器COMP的第一输入端传送一个信号，它等于Vrefmax与微分器产生的信号的总和。

电容C4的电压被调制成其频率是输入端K1和K2之间的交流电压频率的两倍。例如图3示出的第二控制电路的实施例抑制电容C4间的电压的调制，这可能引起不稳定。由于图4实施例中的参考电压Vref直接与电容C4间的电压瞬时值成比例，电容C4间的电压的调制被本实施例抑制到更小的程度，使得该电路装置有更稳定的运行。由于在本实施例中参考电压的最大值被加到由微分器产生的电压上，使得第二控制电路的运行只在相对较小的程度上依赖于交流电压的振幅。

图2示出的电路装置的一个实用实施例包括图4示出的第二控制电路，其设置如下。C4的电容为10μF。L1的电感为1mH。由本电路装置供电的电灯是低压汞蒸汽放电灯，其额定功率是58W。R1=2.2k,R2=220k,R4=220k,R5=2.2k。C6和C7的电容分别为680pF和1μF。

当电灯的功率消耗在2W和50W之间调节时，电容C4间的电压假设是345和405V之间的一个值，在这个值，电灯的更高的功率消耗相应于电容C4间更低的电压。还发现，在电灯的整个功率消耗范围内都有相对较高的功率因数和THD符合IEC 1000-3-2，class C的要求。

Claims

1．一种为电灯(LA)供电的电路装置，包括-输入端(K1,K2)，用于与交流电压源端口的连接，-整流装置(D1-D4)，耦合至该输入端，并有输出端(N3,N5)，用于对交流电压源提供的交流电压进行整流，-一个第一支路，它与整流装置的输出端互连，并包含一个由第一单向元件(D8)和第一电容装置(C4)组成的串联装置，-一个第二支路，它旁路第一电容装置并含有由第一开关元件(Q1)和第二开关元件(Q2)组成的串联装置，-一个第一控制电路(SC1)，使第一和第二开关元件导通和不导通，-一个负载电路(L1,C2,K3,K4)，它有容纳电灯(LA)的端口(K3,K4)，其第一端耦合至第一和第二开关元件的公共点N1，其第二端耦合至整流装置的输出端之一，-一个第三分支(C5)，它将负载电路的点N6连接至整流装置的输出端之一与第一单向元件之间的点N7，-一个第四分支，旁路第一单向元件，并包括一个第三开关元件(S)，-一个第二控制电路(SC2)，使第三开关元件(S)导通和不导通，其特征在于，第二控制电路包括一个微分器(C6,R1,R2)，一个耦合至点N1的输入端和一个通过比较器(COMP)耦合至第三开关元件的控制电极的输出端，而该比较器还耦合至第一电路部分(VrefG,R4,R5)以产生参考电压Vref。

2．如权利要求1的电路装置，其中第一支路包括第二单向元件(D7)和由第一和第二单向元件的公共点形成的点N7。

3．如权利要求2的电路装置，其中第五支路包括第三单向元件(D5)和第四单向元件(D6)的串联装置，它旁路第一单向元件和第二单向元件的串联装置，其中，第三和第四单向元件的公共点N2连接至负载电路的第二端(K4)，和其中，第四单向元件被第二电容装置(C1)旁路。

4．如权利要求1,2或3的电路装置，其中第四支路包括第五单向元件(D9)。

5．如上述权利要求中任一个的电路装置，其中微分器包括第三电容装置(C6)和两个欧姆电阻(R1,R2)的串联装置。

6．如上述权利要求中任一个的电路装置，其中第一电路部分包括使参考电压直接与第一电容装置间的电压成比例的装置(R4,R5)。

7．如权利要求6的电路装置，包括第二电路部分(R3,R4,R5,C7,D10)，用于产生电压Vrefmax，它等于参考电压Vref在交流电压的每个半周期中的最大值，并且用于将Vrefmax加到微分器的输出电压上。