CN1604714B - 具有可适应负载的故障检测电路的镇流器 - Google Patents

Abstract

一种用于给气体放电灯负载(30)供电的镇流器(10)，包括逆变器(100)，输出电路(200)，以及故障检测电路(300)。在工作过程中，故障检测电路(300)监测输出电路(200)内的第一信号和第二信号，并且依据第二信号设定故障阈值。该第二信号表示负载(30)中灯的类型。响应超过故障阈值的第一信号，故障检测电路(300)发出指示逆变器(100)停止工作的切断命令。

Description

具有可适应负载的故障检测电路的镇流器

技术领域

本发明一般涉及用于给放电灯供电的电路。更特别的是，本发明涉及一种具有适应于灯负载的故障检测电路的镇流器。

背景技术

供电给气体放电灯的许多电子镇流器包括驱动半桥逆变器以及串联谐振输出电路。这种镇流器一般包括某些形式的保护电路，这些保护电路用于在灯故障情况下防止逆变器和镇流器的其他部分损坏。通常灯故障情况包括灯移去或者灯损坏。

普遍的保护方案是将电流检测电阻设置成与下侧逆变器晶体管串联，监测电流检测电阻上的电压，以及如果电流检测电阻上的电压超过预定阈值，则切断逆变器。尽管这种方案足够用来保护特定的故障情况，例如灯移去或灯损坏，但对于某些不够明确的故障情况是不能充分保护的，不够明确的故障状态例如当在灯管脚和照明器材的插座之间出现微小的空气间隙时出现的电弧。在这种突发电弧情况下，电流检测电阻上形成的电压不一定会足够高得超过预定阈值，在这种情况下，逆变器将继续工作并且将允许潜在危险电弧情况继续而不减弱。

简单地降低电流检测电阻的阻值(以及，因此的预定阈值)并不是解决该问题的较好的办法，这是因为即使当可允许的故障情况不存在时也可导致逆变器被不正确地切断。这个问题对于必须能够供电给几种不同类型灯(例如F17T8，F25T8，F32T8放电灯)的镇流器是确实存在的，在这种情况下，在正常工作(即，无故障情况出现)时流过电流检测电阻的电流可在相当大的范围内进行改变。因此，为了避免对故障的错误检测，预定阈值必须这样进行设定，使得流过电流检测电阻的电流必须比检测到故障之前的正常工作值高得多。当然，当轻微电弧情况出现时，流过电流检测电阻的电流可仅适当高于其正常工作值，在这种情况下，将未达到预定故障阈值，并且可使得逆变器继续工作。

因此，所需要的是具有故障检测电路的镇流器，该故障检测电路能快速和精确地响应灯负载的电弧情况。这种镇流器可代表在现有技术上的显著进步。

发明内容

根据本发明的一种镇流器，它包括逆变器，该逆变器包括：第一和第二输入端，该第一和第二输入端适用于接收基本上为直流(DC)电压的电源；逆变器输出端；连接到逆变器输出端的输出电路，该输出电路包括第一和第二输出连接点，用于连接到包括至少一个气体放电灯的灯负载上；故障检测电路，该故障检测电路连接在输出电路和逆变器之间，其中该故障检测电路用于：(i)监测输出电路内的第一信号和第二信号；(ii)依据该第二信号设定故障阈值；(iii)响应超过该故障阈值的第一信号，从而发出控制逆变器停止工作的切断命令。

根据本发明的一种镇流器，它包括逆变器，该逆变器包括：第一和第二输入端，适于接收基本上为直流(DC)电压的电源；逆变器输出端；上侧和下侧逆变器晶体管；逆变器驱动电路，该逆变器驱动电路连接到上侧和下侧逆变器晶体管上，并且以基本上互补的方式转换逆变器晶体管，该逆变器驱动电路具有切断输入，其中该逆变器驱动电路响应在切断输入上接收到的切断命令停止转换该逆变器晶体管；故障检测电路，包括：第一和第二输入；连接到逆变器驱动电路切断输入的输出；输出电路，包括：第一和第二输出连接点，用于连接到包括至少一个气体放电灯的灯负载上；谐振电感，该谐振电感连接在逆变器输出端和第一输出连接点之间，第一输出连接点连接到故障检测电路的第一输入；谐振电容，该谐振电容连接在第一输出连接点和故障检测电路的第二输入之间，该谐振电容具有谐振电容电压和谐振电容电流。其中，故障检测电路用于：(i)监测谐振电容电压和谐振电容电流；(ii)依据该谐振电容电流设定故障阈值；(iii)响应谐振电容电压超过该故障阈值，从而发送切断命令给逆变器驱动电路。

附图说明

图1是根据本发明优选实施例的具有故障检测电路的镇流器的部分框图图解。

图2是根据本发明优选实施例的具有故障检测电路的镇流器的详细图解。

具体实施方式

如图1所示，在本发明的优选实施例中，镇流器10包括逆变器100，输出电路200，以及故障检测电路300。

逆变器100包括第一和第二输入端102，104以及逆变器输出端106。输入端102，104接收基本上为直流(DC)电压V_DC的电源。V_DC可由本领域技术人员知道的多种设置中的任何一种提供，一个这种设置主要包括全波整流器(连接到传统的60赫兹交流电流的电源上)，该全波整流器后面连接升压变换器。

输出电路200连接到逆变器输出端106，包括第一和第二输出连接端202，204，用于连接到灯负载30上，该灯负载30包括至少一个气体放电灯。

故障检测电路300连接在输出电路200和逆变器100之间。在工作过程中，故障检测电路300监测输出电路200内的第一信号和第二信号，并依据第二信号设置故障阈值。响应超过故障阈值的第一信号，故障检测电路300发出指示逆变器100停止工作的切断命令。优选的是，第二信号表示负载中灯的类型(例如，F32T8，F25T8，F17T8)。因此，故障检测电路是可适应负载的。

优选的是，在故障检测电路300的工作过程中，将故障阈值设定为响应第二信号小于第一预定水平的第一水平。将该故障阈值设定为响应第二信号大于第一预定水平但小于第二预定水平的第二水平，该第二水平比第一水平大。将该故障阈值设定为响应第二信号大于第二预定水平的第三水平，该第三水平比第二水平大。

例如，如果镇流器10设计成适应三种最普通的类型的T8灯(例如，F32T8，F25T8和F17T8)，当灯负载30由一个或多个F17T8灯组成时，第二信号将小于第一预定水平。当灯负载30由一个或多个F25T8灯组成时，第二信号将大于第一预定水平，但小于第二预定水平。当灯负载30由F32T8组成时，第二信号将大于第二预定水平。因此，故障阈值依据灯负载30中灯的类型来进行设定。

如图1所述，故障检测电路300包括连接到输出电路200的第一和第二输入302，304，以及连接到逆变器的输出306。输出电路200中的第一信号通过第一输入302进行监测。输出电路200中的第二信号通过第二输入304进行监测。在故障情况下，切断命令通过输出306发送给逆变器100。故障检测电路300还接收直流(DC)电压源，在图1中表示为“+15V”，该直流电压源为电路300提供低电压(即15伏特)工作电源。

现在转到图2，在镇流器10的优选实施例中，逆变器100作为半桥型逆变器实施，该半桥型逆变器包括上侧和下侧逆变器晶体管110，120以及逆变器驱动电路130。逆变器驱动电路130连接到逆变器晶体管110，120，并且包括切断(SD)输入132，该切断输入132连接到故障检测电路300的输出306上。在工作过程中，逆变器驱动电路130以基本上互补的方式(即，当晶体管110导通时，晶体管120截止，反之亦然)转换逆变器晶体管110，120。然而，如果在切断输入132上接收到切断命令(即，15伏)，则逆变器驱动电路130将停止转换逆变器晶体管110，120。逆变器驱动电路130还包括电源输入(Vcc)，用于接收来自DC电压源(+15V)的工作电源。逆变器驱动电路130可通过在电子镇流器的技术领域中的技术人员所熟知的多个合适电路中的任何一个实现。例如，逆变器驱动电路130可采用L6570集成电路(由ST微电子公司生产)与相关的***元件一起实现。

如图2所述，逆变器100还包括电流检测电阻140和二极管150。电流检测电阻140与下侧逆变器晶体管120串联连接。二极管150具有阳极152和阴极，阳极152连接到电流检测电阻140上，阴极连接到逆变器驱动电路130的切断输入132上。二极管150的功能是将电流检测电阻140与故障检测电路300内的电路隔离。

如现有技术所知，电流检测电阻140监测流过下侧逆变器晶体管120的电流，并且响应超过预定阈值的电流(例如，当其中灯负载30完全与输出连接点202，204断开的非负载故障情况下出现的电流)，提供切断输入132的电压，该电压足够(例如，几伏上下)使逆变器驱动电路130停止逆变器的转换。然而，如本发明背景技术中所提及的，单独一个电流检测电阻140不足以防止不够明确的故障情况，该不明确的故障情况例如当灯与灯负载30和/或输出连接点202，204断开时出现的电弧。因此需要故障检测电路300。

如图2所述，输出电路200还包括谐振电感210，谐振电容220，上半桥电容230，上半桥电阻232，下半桥电容240，下半桥电阻242。谐振电感210连接在逆变器输出端106和第一输出连接端202之间。谐振电容220连接在第一输出连接端202和故障检测电路300的第二输入304之间。上半桥电容230和上半桥电阻232分别连接在逆变器100的第一输入端102和第二输出连接端204之间。下半桥电容240和下半桥电阻242分别连接在第二输出连接端204和电路接地端60之间。

输出电路200的工作本领域的技术人员知道，因此将不在此详细描述。然而，应该注意下面的情况：

(1)谐振电容220上的电压将响应灯负载30内的电弧情况而基本上增加。因此，优选的是谐振电容220上的电压，或者表示该谐振电容电压的至少一种电压为第一信号，该第一信号由故障检测电路300进行监测。相应地，第一输入302连接到第一输出连接端302上。

(2)在灯负载30正常工作过程中(即，当没有故障情况出现时)，谐振电容220上的电压将对于不同的灯负载而不同。例如，当灯负载30由F32T8灯组成时，谐振电容220上的正常工作电压将最高，当灯负载30由F17T8灯组成时，谐振电容220上的正常工作电压将最低。

(3)流过谐振电容220上的电流将提供灯负载30内存在的灯的类型指示。更特别的是，流过谐振电容220的电流将随着灯负载30消耗的功率增加；例如，当灯负载由F32T8灯组成时，流过谐振电容220的电流将最大，并且当灯负载30由F17T8灯组成时，流过谐振电容220的电流将最小。因此，优选的是，流过谐振电容220的电流或表示流过谐振电容220的电流的至少一种电流为第二信号，该第二信号由故障检测电路300进行监测。相应的，第二输入304与谐振电容220串联连接。

再次参考图2，在镇流器10的优选实施例中，故障检测电路还包括第一二极管310，第二二极管320，第一电阻328，第二电阻332，第一晶体管340，第三电阻334，第二晶体管350，第四电阻348，第五电阻360，第六电阻364，第七电阻366，第八电阻368，第三晶体管370，第九电阻378，第四晶体管380，第十电阻388，以及第三二极管390。第一二极管310的阳极312连接到电路接地端，阴极314连接到第二输入304。第二二极管320的阳极322连接到第二输入304，阴极324连接到第一节点326。第一电阻328连接在第一节点326和第二节点330之间。第二电阻332连接在第二节点330和电路接地端60之间。第一晶体管340具有栅极342，漏极344，以及源极346；源极346连接到电路接地端60。第三电阻334连接在第二节点330和第一晶体管340的栅极342之间。第二晶体管350具有栅极352，漏极354，以及源极356；源极356连接到电路接地端60上。第四电阻348连接在第一节点326和第二晶体管350的栅极352之间。第五电阻360连接在第一输入302和第三节点362之间；尽管在图2中示出为单个电阻，但值得注意的是，为了不超过元件额定电压，第五电阻360可由多个串联电阻实现。第六电阻364连接在第三节点362和第一晶体管340的漏极344之间。第七电阻366连接在第一晶体管340的漏极344和第二晶体管350的漏极354之间。第三晶体管370具有栅极372，漏极374，以及源极376；栅极372连接到第三节点362上，并且源极376连接到电路接地端60上。第九电阻378连接在DC电压源(+15V)和第三晶体管370的漏极374之间。第四晶体管380具有基极382，发射极384，以及集电极386；基极382连接到第三晶体管的漏极374上，集电极386连接到DC电压源(+15V)上。第十电阻388连接在第四晶体管380的发射极384和电路接地端60之间。最后，第三二极管390的阳极392连接到第四晶体管380的发射极384上，阴极394连接到输出306上。

故障检测电路300的详细工作现在参考如后的图2进行解释。

电阻360，364，366，368以及第三晶体管370一起工作，从而当谐振电容220上的电压超过其正常工作值一定量时提供切断命令。更特别的是，当第三节点362上的电压(其为谐振电容220上的电压的简化按比例缩小的形式)足够高而将晶体管370导通时，发出切断命令。

电阻378，388，第四晶体管380，以及第三二极管390用作输出级，该输出级响应第三晶体管370的导通，传送切断信号(如，15伏特)给输出306以及逆变器驱动电路130的切断输入132。

第一二极管310，第二二极管320，第一电阻328，第二电阻332，第三电阻334，第四电阻352，第一晶体管340以及第二晶体管350一起工作，从而依据流过谐振电容220(其依次依据灯负载30中存在的灯的类型)的电流调节故障阈值。更特别的是：

(1)当灯负载30的功率相对高(如，F32T8灯)时，流进第二输入304的电流将同样相对高，因此提供足够高的导通第一晶体管340和第二晶体管350的电压。因此，电阻366，368将被短路，第三节点362上的电压将简化为电阻364上的电压。在这些情况下，第三晶体管370将导通，并且如果谐振电容电压相对高(以及，有时，如果仅比其正常工作值高时)，发出切断命令。

(2)当灯负载30的功率有点低(如，F25T8灯)时，流进第二输入304的电流将比前一种情况中的稍低，因此提供足以导通第二晶体管350而不导通第一晶体管340的电压。因此，仅有电阻368被短路，并且第三节点362上的电压将成为电阻364和电阻366上的电压。在这些情况下，第三晶体管370将导通并且对于谐振电容电压的稍低值(与F32T8灯时所需的电压相比)发出切断命令。

(3)当灯负载30的功率更低(如F17T8灯)时，流进第二输入304的电流将比前面的情况(即，当存在F25T8灯时)中的更低，因此，提供不能足够导通第一晶体管340或第二晶体管350的电压。因此，电阻366，368将不被短路，这样第三节点362上的电压将为三个电阻364，366，368上的电压。在这些情况下，第三晶体管370将导通，并且对于更低值(与在F25T8灯时所需的电压相比)的谐振电容电压发出切断命令。

以这种方式，故障检测电路300提供故障阈值，该故障阈值依据灯负载30中存在的灯的类型而进行调节。因此，故障检测电路300更好的适于在灯负载30中突发电弧情况的事件中快速保护镇流器10。

尽管本发明已经参考特定优选实施例进行了描述，但在不脱离本发明的新型精神和范围的情况下，本领域的技术人员可以做出大量的改变和变型。

Claims (9)

1.一种镇流器，包括：

逆变器，该逆变器包括：

第一和第二输入端，该第一和第二输入端用于接收基本上为直流(DC)电压的电源；

逆变器输出端；

连接到逆变器输出端的输出电路，该输出电路包括第一和第二输出连接点，用于连接到包括至少一个气体放电灯的灯负载上；

故障检测电路，该故障检测电路连接在输出电路和逆变器之间，其中该故障检测电路用于：

(i)监测输出电路内的第一信号和第二信号；

(ii)依据该第二信号设定故障阈值；以及

(iii)响应超过该故障阈值的第一信号，从而发出控制逆变器停止工作的切断命令；

其中第二信号表示灯负载中灯的类型。

2.权利要求1的镇流器，其中该故障阈值设定为：

(i)响应第二信号小于第一预定水平的第一水平；

(ii)响应第二信号大于第一预定水平而小于第二预定水平的第二水平，该第二水平比第一水平大；以及

(iii)响应第二信号大于第二预定水平的第三水平，该第三水平比第二水平大。

3.权利要求2的镇流器，其中第二信号：

(i)当灯负载由F17T8灯组成时，小于第一预定水平；

(ii)当灯负载由F25T8灯组成时，大于第一预定水平而小于第二预定水平；

(iii)当灯负载由F32T8灯组成时，大于第二预定水平。

4.权利要求1的镇流器，其中故障检测电路包括：

连接到输出电路的第一和第二输入；以及

连接到逆变器上的输出。

5.权利要求4的镇流器，其中：

该输出电路还包括：

连接在逆变器输出端和第一输出连接点之间的谐振电感；以及

连接在第一输出连接点和故障检测电路的第二输入之间的谐振电容；以及

故障检测电路的第一输入连接到输出电路的第一输出连接点上。

6.权利要求5的镇流器，其中：

第一信号表示谐振电容上的电压；以及

第二信号表示流过谐振电容的电流。

7.权利要求4的镇流器，其中：

该逆变器还包括：

上侧和下侧逆变器晶体管；以及

逆变器驱动电路，该逆变器驱动电路连接到上侧和下侧逆变器晶体管上，并且可操作从而以基本上互补的方式转换逆变器晶体管，该逆变器驱动电路具有切断输入，其中逆变器驱动电路响应切断输入上的切断命令的接收停止转换该逆变器晶体管；以及

故障检测电路的输出连接到逆变器驱动电路的切断输入上。

8.权利要求7的镇流器，其中逆变器还包括：

与下侧逆变器晶体管串联连接的电流检测电阻；以及

二极管，该二极管的阳极连接到电流检测电阻，并且该二极管的阴极连接到逆变器驱动电路的切断输入上。

9.权利要求7的镇流器，其中故障检测电路还包括：

第一二极管，该第一二极管的阳极连接到电路接地端，并且该第一二极管的阴极连接到故障检测电路(300)的第二输入上；

第二二极管，该第二二极管的阳极连接到故障检测电路(300)的第二输入上，并且该第二二极管的阴极连接到第一节点上；

第一电阻，连接在第一和第二节点之间；

第二电阻，连接在第二节点和电路接地端之间；

第一晶体管，具有栅极，漏极和源极，源极连接到电路接地端；

第三电阻，连接在第二节点和第一晶体管的栅极之间；

第二晶体管，具有栅极，漏极，和源极，源极连接到电路接地端；

第四电阻，连接在第一节点和第二晶体管的栅极之间；

第五电阻，连接在故障检测电路(300)的第一输入和第三节点之间；

第六电阻，连接在第三节点和第一晶体管的漏极之间；

第七电阻，连接在第一晶体管的漏极和第二晶体管的漏极之间；

第八电阻，连接在第二晶体管的漏极和电路接地端之间；

第三晶体管，具有栅极，漏极，和源极，栅极连接到第三节点，源极连接到电路接地端上；

第九电阻，连接在直流(DC)电压源和第三晶体管的漏极之间；

第四晶体管，具有基极，发射极和集电极，基极连接到第三晶体管的漏极，集电极连接到直流电压源；

第十电阻，连接在第四晶体管的发射极和电路接地端之间；以及

第三二极管，该第三二极管的阳极连接到第四晶体管的发射极上，该第三二极管的阴极连接到故障检测电路(300)的输出上。

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