TWI462650B - 高強度氣體放電燈控制電路及控制方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種高強度氣體放電燈，具體地說；係有關於一種高強度氣體放電燈控制電路及控制方法。
高強度氣體放電燈，因具有光效高、壽命長和功率範圍廣等諸多優點，已經成為繼白熾燈、螢光燈之後的第三代點光源，廣泛應用於廣場、碼頭、車間和道路等室內外照明環境中。但是由於高強度氣體放電燈在常態下一般兩端電極不導電，點亮需要一個高壓啟動脈衝。而高強度氣體放電燈需有鎮流器，該鎮流器除了提供點火脈衝之外，仍必須提供200-300伏特的輸出電壓以便於形成穩定的電弧，在產生電弧後的升溫過程中，燈膽內由金屬鹵化物和水銀蒸發形成的高壓混合氣體就可以發出近似於太陽光光譜的有用光。電弧一旦形成，鎮流器就必須限制電流大小，否則電弧會引發大電流，使鎮流器和燈管損壞。
高強度氣體放電燈的鎮流器的結構可參考第1圖。第1圖係一個常見三階段鎮流器的結構示意圖，包括三部分：功率因數電路(Power Factor Circuit；PFC)101、直流/直流轉換電路102，和逆變電路103。其中直流/直流轉換電路102係降壓結構，而逆變電路103通常係全橋或半橋電路等。為了減小鎮流器的費用和尺寸，直流/直流轉換電路和逆變電路可以整合在一起，如第2圖所示，兩階段鎮流器包含功率因數電路201和逆變電路203。兩階段鎮流器的一種具體結構可參照第3圖，於此例中，功率因數電路201包含電感L1、場效應電晶體S1和二極體D1。逆變電路203部份係採用半
橋電路結構，其中電感L2和電容C3構成濾波器，濾除高頻開關訊號。根據高強度氣體放電燈的控制要求，其電流通常在燈極加熱階段被控制在一個恒定的電流值，在燈阻抗達到穩態值後通過調節燈電流的大小進行燈功率的恒功率控制。所以，需要控制高強度氣體放電燈的電流值。並且，通過檢測電路中電感電流的零點訊號而使高強度氣體放電燈工作在電感電流臨界連續模式，從而提高高強度氣體放電燈系統的效率。
本發明的目的在於，提供一種結構簡單，能以低成本的方式檢測電路中電感電流過零訊號和控制高強度氣體放電燈的燈電流的技術方案。
為達到上述目的，本發明首先提供一種高強度氣體放電燈的控制電路，包含：第一繞組和第二繞組，該第一繞組和第二繞組均與高強度氣體放電燈的串聯電感耦合；電流零點檢測器，用於檢測電路中電感電流過零訊號，輸入端分別連接第一繞組的非同名端和第二繞組的同名端，輸出端連接調變器；電感電流訊號發生器，用於產生電路中電感電流訊號，從而控制高強度氣體放電燈的燈電流，輸入端連接第一繞組的非同名端和第二繞組的同名端，輸出端連接調變器；調變器，輸入端分別連接所述電流零點檢測器和電感電流訊號發生器，輸出端連接高強度氣體放電燈的驅動電路，以輸出調變訊號至驅動電路；以及驅動電路，用於驅動開關管從而驅動高強度氣體放電燈發光，輸入端連接調變器，並連接第一外接訊號和第二外接訊號，輸出端通過一逆變電路連接至高強度氣體放電燈，驅動電路接收調變器輸出的調變訊號，據以控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界連續模式下工作。
在本發明一實施例中，所述電流零點檢測器包含檢測電路，該檢測電路係根據第一繞組的電平以及第一外接訊號，或根據第二繞組的電平以及第二外接訊號而產生輸出至調變器的零點檢測訊號。
在本發明一實施例中，所述電流零點檢測器的檢測電路包含：第一及閘，該第一及閘的第一輸入端電學連接至第一繞組的輸出端，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路；以及第二及閘，該第二及閘的第一輸入端電學連接至第二繞組的輸出端，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路；該第一及閘和第二及閘的輸出端均電學連接至調變器。
在本發明一實施例中，所述電流零點檢測器的檢測電路進一步包含第一或閘，其兩輸入端分別電學連接至第一及閘的輸出端和第二及閘的輸出端，輸出端電學連接調變器。
在本發明一實施例中，所述電感電流訊號發生器包含電容性單元，該電容性單元與調變器直接連接，該電容性單元在調變器產生的調變訊號有效時開始充電。
在本發明一實施例中，所述電感電流訊號發生器還包含串聯連接的第一開關單元和第二開關單元：第一開關單元連接調變器，第二開關單元連接電容性單元；在調變器產生的調變訊號有效時，第一開關單元導通而第二開關單元關斷，以使第一繞組或第二繞組對電容性單元充電；在調變器產生的調變訊號無效時，第一開關單元關斷而第二開關單元導通，以對電容性單元放電。
在本發明一實施例中，所述第一開關單元包括第一場效應電晶體，第二開關單元包括第二場效應電晶體，第一場效應電晶體的閘極電學連接至調變器，第一場效應電晶體的汲極電學連接至第二場效應電晶體的閘極，第二場效應電晶體電學連接至電容性單元。
在本發明一實施例中，所述電感電流訊號發生器進一步包括電容充電控制單元，該電容充電控制單元的輸入端電學連接第一繞組和第二繞組，輸出端電學連接電容性單元，該電容充電控制單元允許電流從輸入端流向輸出端，而阻止電流從輸出端流向輸入端。在一技術方案中，所述電容充電控制單元可以包括兩個二極體，兩個二極體的正極作為所述電容充電控制單元的輸入端分別電學連接第一繞組和第二繞組，負極均作為所述電容充電控制單元的輸出端均電學連接至電容性單元。
在本發明一實施例中，所述電感電流訊號發生器包含一電壓控制電流源，該電壓控制電流源的輸入端電學連接第一繞組和第二繞組，輸出端電學連接電容性單元。
在本發明一實施例中，所述調變器根據第一繞組的電平以及第一外接訊號，或根據第二繞組的電平以及第二外接訊號，輸出調變訊號至驅動電路。
在本發明一實施例中，所述驅動電路在來自調變器的調變訊號有效，且第一外接訊號或第二外接訊號也有效時，通過逆變電路驅動高強度氣體放電燈。
在本發明一實施例中，所述第一繞組和第二繞組匝數相等。
在本發明一實施例中，所述與電感電流過零訊號相關的訊號的極性與電感電流過零訊號的極性相同或相反。
在本發明一實施例中，所述電感電流訊號發生器第三輸入端連接於所述電流零點檢測器輸出端。
為達到上述目的，本發明還提供一種高強度氣體放電燈的控制方法，包含以下步驟：提供第一繞組和第二繞組，該第一繞組和第二繞組均與高強度氣體放電燈的串聯電感耦合，第一繞組的非同名端和第二繞組的同名端分別係第一繞組的輸出端和第二繞組的輸出端；利用第一繞組或第二繞組上的電壓，產生電感電流過零訊號和串聯電感的電感電流訊號；利用所述電感電流過零訊號和所述電感電流訊號產生調變訊號；以及根據調變訊號、第一外接訊號和第二外接訊號控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界連續模式下工作。
在本發明一實施例中，所述利用第一繞組或第二繞組上的電壓，係對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，該積分過程開始於所述調變訊號產生時。
在本發明一實施例中，所述對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，係通過提供電容性單元對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，該方法同時提供第一開關單元和第二開關單元，並使第一開關單元連接調變器，使第二開關單元連接電容性單元；並在調變器產生的調變訊號有效時，使第一開關單元導通而第二開關單元關斷，以使第一繞組或第二繞組對電容性單元充電；在調變器產生的調變訊號無效時，使第一開關單元關斷而
第二開關單元導通，以對電容性單元放電。
本發明所採用的技術方案的優點係：本發明的高強度氣體放電燈處於電感電流臨界導通模式下，並通過電流零點檢測器檢測與高強度氣體放電燈串聯電感耦合的第一繞組或第二繞組上的電壓，並通過調變器在第一繞組或第二繞組上的電壓下降至零時，改變高壓氣體燈的驅動訊號，使高強度氣體放電燈工作在電感電流臨界連續模式，提高高強度氣體放電燈系統的效率並為控制高強度氣體放電燈中的電流提供了可能。
本發明通過在第一繞組和第二繞組的輸出端設置由電阻和電容組成的積分電路，能夠控制高強度氣體放電燈中的電流，使該電流通常在燈極加熱階段被控制在一個恒定的電流值，在燈阻抗達到穩態值後通過調節燈電流的大小進行燈功率的恒功率控制，從而避免高強度氣體放電燈損壞。
本發明通過探測第一繞組或第二繞組上的電壓過零訊號，控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界導通狀態下工作，在電感電流反向時，能夠以零電壓導通第3圖所示半橋電路中的場效應電晶體S2和場效應電晶體S3，進而降低電晶體的損耗，延長電晶體的使用壽命。
下面結合附圖對本發明的具體實施及其技術優勢作進一步說明。
本具體實施方式下文所述之“連接”，如無特別注明，悉指為“電學連接”。
第4圖顯示依據本發明的高強度氣體放電燈的控制電路的模組示意
圖，該圖中的P端既可以連接於電流零點檢測器402的輸出端，又可以連接於調變器403的輸出端。下文結合第5圖和第6圖詳細闡述該圖。
參考第5圖，該圖顯示根據本發明的一種具體的高強度氣體放電燈的控制電路400，參考第5圖，控制電路400包含：第一繞組L3和第二繞組L4，該第一繞組L3和第二繞組L4可以匝數相等，該第一繞組L3和第二繞組L4均與高強度氣體放電燈的串聯電感L2耦合，第一繞組L3具有非同名端A和同名端，和第二繞組L4具有同名端B和非同名端；電流零點檢測器402，具有第一輸入端，第二輸入端和輸出端，其中電流零點檢測器402的第一輸入端連接於第一繞組L3非同名端A，電流零點檢測器402的第二輸入端連接於第二繞組L4的同名端B，用於檢測高強度氣體放電燈電感電流的過零訊號，電流零點檢測器402的輸出端連接調變器403和電感電流訊號發生器404；電感電流訊號發生器404，具有第一輸入端，第二輸入端，第三輸入端和輸出端，用於產生電路中電感電流訊號，從而控制高強度氣體放電燈的燈電流，電感電流訊號發生器404第一輸入端連接第一繞組L3的非同名端A，電感電流訊號發生器404的第二輸入端連接第二繞組L4的同名端B，電感電流訊號發生器404的第三輸入端接收與電感電流過零訊號相關的訊號；調變器403，具有第一輸入端，第二輸入端和一輸出端，調變器403第一輸入端和調變器403第二輸入端分別連接於電流零點檢測器402的輸出端和電感電流訊號發生器404的輸出端；以及驅動電路405，調變器403輸出端連接高強度氣體放電燈的驅動電路405，以輸出調變訊號至驅動電路405；驅動電路405具有第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端和一輸出端，用於驅動高強度氣體放電燈控制電路中的開關，驅動
電路405第一輸入端連接調變器403輸出端，接受一調變訊號，驅動電路405第二輸入端和驅動電路405第三輸入端分別接受第一外接訊號M1和第二外接訊號M2，驅動電路405輸出端通過逆變電路連接至高強度氣體放電燈，控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界連續模式下工作。
本實施例中，與電感電流過零訊號相關的訊號可以係電流零點檢測器402的輸出端訊號，如第5圖所示，也可以係調變器403的輸出端訊號，如第6圖所示。本實施例中，第一繞組和第二繞組匝數可以相等。
承上所述，第一繞組L3和第二繞組L4與電感L2耦合，第一繞組L3和第二繞組L4的輸出端用於輸出所生成的電感電流。當電路中電感電流控制在臨界連續狀態，電感電流和高強度氣體放電燈的電流之間的關係如下：
而電感電流的峰值計算公式如下：
其中I Lamp
表示流過高強度氣體放電燈的電流，I L2_peak
表示流過電感L2的電流的峰值；U L2
表示電感L2中的電壓，△t表示時間變化，L2
表示電感L2的電感值。
通過第一繞組L3和第二繞組L4，可以測得電感L2的電壓U L2
如下：U L
2
=n
*U A
orU L
2
=n
*U B
,
式中n代表第一繞組L3或第二繞組L4與電感L2的匝數比，U A
代表第一繞組L3中的電壓，U B
代表第二繞組L4中的電壓。
因為可以預先確定電感L2的感抗值，所以，電感電流IL2的峰值可以表達為：
因此，高強度氣體放電燈的電流可以通過混合的繞組耦合電壓，經上述公式計算得到。
當電感L2的電流從正值變成負值或從負值變成正值時，第一繞組L3和第二繞組L4的輸出電壓會改變其極性，第一繞組L3和第二繞組L4的輸出電壓變化，無論是從正變向負還是負變向正，此種變化可以用於體現電感L2的電流過零訊號。同樣，通過對第一繞組L3和第二繞組L4中的電壓值進行積分，就可以控制高強度氣體放電燈燈電流大小。
第7圖係第6圖的控制電路400的一實施例的詳細電路圖。
參見第7圖，匝數相等的第一繞組L3和第二繞組L4與電感L2耦合。第一繞組L3的非同名端A和第二繞組L4的同名端B同時連接電流零點檢測器402。
電流零點檢測器402包含：由及閘U2和及閘U3組成的檢測電路，所述及閘U2的第一輸入端電學連接至第一繞組L3的非同名端A，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路405；及閘U3的第一輸入端電學連接至第二繞組L4的同名端B，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路405；所述及閘U2和及閘U3的輸出端均電學連接至調變器
U1的第一輸入端，該調變器U1為實施第5圖的調變器403的晶片，可以控制開關訊號的占空比，也可以控制開關訊號的開關頻率；限流電阻R5，其第一端連接第一繞組L3的非同名端A，第二端連接及閘U2的第一輸入端；限流電阻R6，其第一端連接第二繞組L4的同名端B，第二端連接及閘U3的第一輸入端；二極體D4，其正極連接及閘U2的輸出端，負極連接調變器U1的第一輸入端；二極體D5，其正極連接及閘U3的輸出端，負極連接調變器U1的第一輸入端；保護電阻R7，一端連接二極體D4和二極體D5的負極，另一端接地。
電感電流訊號發生器404包含：電容C4，第一端連接調變器U1，第二端接地；二極體D2，耦接於第一繞組L3和限流電阻R1之間，二極體D2的正極電學連接第一繞組L3，負極連接於限流電阻R1；二極體D3，正極連接第二繞組L4，負極連接於限流電阻R1；限流電阻R1另一端連接電容C4的第一端；保護電阻R2，一端連接於二極體D2與D3的負極，另一端接地；第一開關單元S4的場效應電晶體，閘極連接驅動電阻R4，汲極通過上拉電阻R3連接高電平，源極接地；第二開關單元S5的場效應電晶體，閘極連接場效應電晶體S4的汲極，汲極連接電容C4的第一端，源極接地。
調變器U1的第4引腳為第二輸入端，用於記錄控制電路400中一積分電路的輸出電壓(後文參考第9圖詳細敍述)，並由此計算並控制高強度氣體放電燈的燈電流；第5引腳為第一輸入端，第7引腳為輸出端，第5引腳和第7引腳之間的邏輯關係是當第5引腳的輸入電平下降時，觸發第7引腳輸出一高電平訊號。
本實施例中，電流零點檢測器402包含由及閘U2和及閘U3組成的檢
測電路。該檢測電路在第一繞組L3上的電壓為高電平且外接第一外接訊號M1為高電平，或第二繞組L4上的電壓為高電平且外接第二外接訊號M2為高電平時，產生輸入至調變器U1第一輸入端的零點檢測訊號ZCD。調變器U1根據第一輸入端的零點檢測訊號ZCD在輸出端輸出調變訊號，此實施例中該調變訊號稱為閘極電路驅動訊號GD，並且該閘極電路驅動訊號GD為高頻訊號，控制場效應電晶體S2或場效應電晶體S3進行高頻切換，從而控制電感L2中的電感電流，繼而控制高強度氣體放電燈的燈電流。為了減小電路的體積，所述高頻訊號的頻率一般在幾十KHz~幾百KHz之間。
電感電流訊號發生器404包含電容C4，其第一端與調變器U1的第二輸入端連接，第二端接地，並在調變器U1輸出端產生的閘極電路驅動訊號GD為高電平時開始充電，以產生處於電感電流臨界連續模式下的電感L2中的電流值，並由此計算並控制高強度氣體放電燈的燈電流。
另外，該電感電流訊號發生器404還包含由並聯的二極體D2和二極體D3構成的電容充電控制單元，和串聯連接的第一開關單元S4與第二開關單元S5。該電容充電控制單元用於防止反向寄生電流對第一繞組L3和第二繞組L4產生干擾，其輸入端電學連接第一繞組L3和第二繞組L4，輸出端電學連接電容C4的第一端，該電容充電控制單元允許電流從輸入端流向輸出端，而阻止電流從輸出端流向輸入端。第一開關單元S4和第二開關單元S5串聯連接：第一開關單元S4連接調變器U1的輸出端，第二開關單元S5連接電容C4的第一端；在調變器U1的輸出端產生的閘極電路驅動訊號GD為高電平時，第一開關單元S4導通而第二開關單元S5關斷，以使第一繞組L3或第二繞組L4對電容C4充電；在調變器U1產生的閘極電路驅動
訊號GD為低電平時，第一開關單元S4關斷而第二開關單元S5導通，以對電容C4放電。本具體實施方式中，所述第一開關單元S4包括第一場效應電晶體，第二開關單元S5包括第二場效應電晶體，第一場效應電晶體的閘極電學連接至調變器U1的輸出端，第一場效應電晶體的汲極電學連接至第二場效應電晶體的閘極，第二場效應電晶體電學連接至電容C4的第一端。當然，第一開關單元S4與第二開關單元S5不僅僅局限於場效應電晶體，也可以選用電晶體(BJT)，絕緣閘雙極性電晶體(IGBT)等其他開關。
繼續參考第7圖，驅動電路405經其驅動器連接逆變電路的場效應電晶體S2和場效應電晶體S3。驅動器的主要作用係增加訊號的驅動能力和實現高壓驅動，驅動器可以採用專用的驅動晶片實現，也可以採用隔離光耦實現，還可以採用隔離變壓器等實現。場效應電晶體S2和場效應電晶體S3分別通過及閘U4和及閘U5接收由低頻振盪器設定的第一外接訊號M1和第二外接訊號M2，並且該場效應電晶體S2和該場效應電晶體S3係通過調變器U1生成的閘極電路驅動訊號GD切換。調變器U1接收零點檢測訊號ZCD(Zero Crossing detector)而輸出閘極電路驅動訊號GD。
以下參考第8圖，同時參考第3圖和第7圖，詳細解釋該電路如何產生電感電流以及如何檢測電感電流的過零點，其中第8圖係第7圖所示電路的時序圖。
在某一時刻，當閘極電路驅動訊號GD和第一外接訊號M1處於高電平，且第二外接訊號M2處於低電平時，場效應電晶體S2和場效應電晶體S4導通，場效應電晶體S5關斷，電感L2的電感電流IL2增大。第一繞組L3和及閘U2以及二極體D2連接的非同名端A的電壓為負，故及閘U2是
關閉的；第二繞組L4和及閘U3以及二極體D3連接的同名端B的電壓為正，且第二外接訊號M2處於低電平，故及閘U3也是關閉的。在及閘U2和及閘U3都是低電平的情況下，調變器U1第5引腳的零點檢測訊號ZCD係低電平。第二繞組L4的同名端B的電壓為正，則二極體D3導通，作為積分電容的電容C4通過電阻R1進行充電。
調變器U1內部集成有一比較器，該比較器正輸入端連接至外部的一燈電流的給定訊號，該比較器負輸入端連接至調變器U1的4腳。當電容C4的電壓達到外部的燈電流給定時，閘極電路驅動訊號GD輸出為低電平。場效應電晶體S2、場效應電晶體S4關斷，場效應電晶體S5導通。接著，電容C4通過場效應電晶體S5來放電。場效應電晶體S2關斷後，電感L2中的電流下降，導致第一繞組L3的非同名端A的電壓上升至高電平，第二繞組L4的同名端B的電壓下降至低電平。第一繞組L3的非同名端A的電壓上升至高電平導致及閘U2導通，將調變器U1第5引腳的零點檢測訊號ZCD拉升至高電平。
當電感L2的電感電流IL2減小至零並略有反向時，第一繞組L3的非同名端A的電壓下降，第二繞組L4的同名端B的輸出電壓改變其極性，將零點檢測訊號ZCD訊號重新拉低至低電平。零點檢測訊號ZCD訊號變成低電平觸發引腳輸出高電平的閘極電路驅動訊號GD。閘極電路驅動訊號GD重回高電平再次將場效應電晶體S2和場效應電晶體S4導通，重新為電感L2充電，所有訊號會按開始的邏輯重復運行。
如附第8圖所示，以上控制電路可以將電感L2控制在電感電流臨界連續狀態模式工作，故可以利用一積分電路通過測量電感L2的電流IL2來獲
得燈電流。
參考第9圖，電容C4與電阻R1組成一積分電路，其中，
經冪級數展開，得
即R1C4 VC4 UA
t，而在先前的敍述中，在電感L2控制在電感電流臨界連續狀態工作的條件下，可以通過計算得到：
故通過控制電容C4的第一端的電壓VC4
，即可控制得到燈電流Ilamp
的大小。由第8圖可以看出，在由第一外接訊號M1和場效應電晶體S2控制的時段，電感的電流方向係由右向左的(正向)，而從第8圖可以看出，在場效應電晶體S2導通的瞬間，電感L2的電流IL2係略反向的，而在電感L2電流反向時，場效應電晶體S2內部的寄生二極體處於導通狀態，保證了場效應電晶體S2兩端的電壓差係0，實現了場效應電晶體S2的零電壓導通。
若第一外接訊號M1處於低電平，第二外接訊號M2處於高電平時，該電路的時序邏輯和上述過程係對稱的，此處不再贅述。第一外接訊號M1與第二外接訊號M2的設定由外置的低頻振盪器調節。
實施例2
參考第10圖，該實施例所述控制電路500的驅動電路505和調變器503分別與實施例中的驅動電路405和調變器403相同，區別在於電流零點檢測器502和電感電流訊號發生器504。
參考第10圖，該實施例中，電感電流訊號發生器504由電阻R1，電阻R2，電阻R3，電阻R4，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R7，電阻R8，電容C4，二極體D2，二極體D3，放大器U7，放大器U8，場效應電晶體S4和場效應電晶體S5構成。
電感電流訊號發生器504與實施例1相比，還包含一個電壓控制電流源。電阻R1，電阻R2，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R7，電阻R8，放大器U7和放大器U8構成典型的電壓控制電流源，其輸出與第一繞組L3或第二繞組L4的輸入電壓成正比的電流。具體的連接關係是：電容C4的第一端連接調變器U1的第二輸入端，第二端接地；二極體D2正極連接第一繞組L3的非同名端A，負極連接電阻R1的第一端；二極體D3正極連接第二繞組L4的同名端B，負極連接電阻R1的第一端；電阻R1的第二端連接放大器U7的同向輸入端；電阻R2一端連接於電阻R1的第一端，另一端接地；放大器U7的同向輸入端連接電阻R1的第二端，反向輸入端連接電阻R8的第一端，輸出端連接電阻R10的第一端；電阻R10的第二端同時連接於電容C4的第一端，第一端連接至放大器U7的輸出端；放大器U8的輸出端通過電阻R7連接放大器U7的正向輸入端，反向輸入端連接到輸出端，正向輸入端通過電阻R11連接於電容C4的第一端；電阻R9的一端連接放大器U7的反向輸入端，另一端連接放大器U7的輸出端。
上述電壓控制電流源為電容C4充電，電容C4的第一端的電壓與第一
繞組L3或者第二繞組L4的電感電流呈線性關係。此處也可以應用其他受控源電路，不再圖示。
本實施例中，電流零點檢測器502採用或閘U6代替實施例1中的二極體D4、二極體D5和電阻R7，及閘U2和及閘U3的輸出端連接至或閘U6的兩輸入端，或閘U6的輸出端連接調變器U1的第一輸入端。
第10圖的其他元件的位置連接關係與上一實施例第7圖所示電路類似，控制波形與第8圖所示的時序波形圖相似，均不予贅述。
本發明通過從臨界連續的電感電流的峰值控制高強度氣體放電燈的電流值，為此本發明通過提供繞組與串聯電感L2耦合，進而通過該繞組上的電壓獲得臨界連續的電感電流的峰值。參考第11圖，本發明提供的高強度氣體放電燈的控制方法包含以下步驟：於步驟S10，提供第一繞組和第二繞組，該第一繞組和第二繞組均與高強度氣體放電燈的串聯電感耦合，第一繞組的非同名端和第二繞組的同名端分別係第一繞組的輸出端和第二繞組的輸出端；於步驟S20，利用第一繞組或第二繞組上的電壓，產生電感電流過零訊號和串聯電感的電感電流訊號；於步驟S30，利用所述電感電流過零訊號和所述電感電流訊號產生調變訊號；以及於步驟S40，根據調變訊號、第一外接訊號和第二外接訊號控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界連續模式下工作。
在本發明一實施例中，所述利用第一繞組或第二繞組上的電壓，係對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，該積分過程開始於所述調變訊號產生時。
在本發明一實施例中，所述對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，係通過提供電容性單元對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，該方法同時提供第一開關單元和第二開關單元，並使第一開關單元連接調變器，使第二開關單元連接電容性單元；並在調變器產生的調變訊號有效時，使第一開關單元導通而第二開關單元關斷，以使第一繞組或第二繞組對電容性單元充電；在調變器產生的調變訊號無效時，使第一開關單元關斷而第二開關單元導通，以對電容性單元放電。
本發明從臨界連續的電感電流的峰值控制高強度氣體放電燈的電流值，這樣，一方面，能夠間接地控制高強度氣體放電燈的電流，另一方面，通過檢測電感電流的過零點，能使電感電流工作在臨界連續模式，也能使與控制電路400或500的驅動電路405或505連接的場效應電晶體S2和場效應電晶體S3零電壓導通，降低場效應電晶體S2,S3的開關損耗，提高系統效率，延長場效應電晶體的使用壽命。
當然，以上僅係本發明的具體應用範例，對本發明的保護範圍不構成任何限制。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式，例如本發明不僅適用半橋電路，同樣也適用於全橋電路、降壓、雙升壓、升壓結構，或電感處於臨界連續電流模式等類似情況。凡採用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明所要求保護的範圍之內。
101，201‧‧‧功率因數電路
102‧‧‧直流/直流轉換電路
103，203‧‧‧逆變電路
400，500‧‧‧控制電路
402，502‧‧‧電流零點檢測器
403，503‧‧‧調變器
404，504‧‧‧電感電流訊號發生器
405，505‧‧‧驅動電路
A‧‧‧第一繞組L3的非同名端
B‧‧‧第二繞組L4的同名端
C1-C4‧‧‧電容
D1-D5‧‧‧二極體
L3-L4‧‧‧繞組
M1-M2‧‧‧外接訊號
R1-R13‧‧‧電阻
S1-S5‧‧‧場效應電晶體
U1‧‧‧調變器
U2-U5‧‧‧及閘
GD‧‧‧閘極電路驅動訊號
ZCD‧‧‧零點檢測訊號
IL2‧‧‧電感電流
ILamp
‧‧‧高強度氣體放電燈燈電流
第1圖顯示現有技術中一種常見三階段鎮流器的模組示意圖；第2圖顯示現有技術中一種兩階段鎮流器的模組示意圖；第3圖係第2圖的兩階段鎮流器的一種電路圖；
第4圖顯示依據本發明的一種高強度氣體放電燈的控制電路的模組示意圖；第5圖顯示依據本發明的一種具體的高強度氣體放電燈的控制電路的模組示意圖；第6圖顯示依據本發明的另一種具體的高強度氣體放電燈的控制電路的模組示意圖；第7圖係第6圖的控制電路的一種電路圖；第8圖係第7圖所示的電路的波形圖；第9圖係第6圖中電感電流訊號發生器中包含的積分電路的電路圖；第10圖係第6圖的控制電路的另一種電路圖；第11圖顯示依據本發明的高強度氣體放電燈的控制方法的流程圖。
400‧‧‧控制電路
402‧‧‧電流零點檢測器
403‧‧‧調變器
404‧‧‧電感電流訊號發生器
405‧‧‧驅動電路
L3-L4‧‧‧繞組
M1-M2‧‧‧外接訊號
S2-S3‧‧‧場效應電晶體
Claims (18)
- 一種高強度氣體放電燈的控制電路，包含：第一繞組和第二繞組，該第一繞組和第二繞組均與高強度氣體放電燈的串聯電感耦合；電流零點檢測器，具有第一輸入端，第二輸入端和一輸出端，所述電流零點檢測器第一輸入端和所述電流零點檢測器第二輸入端分別連接第一繞組的非同名端和第二繞組的同名端，用於檢測高強度氣體放電燈中電感電流過零訊號；電感電流訊號發生器，具有第一輸入端，第二輸入端，第三輸入端和一輸出端，所述電感電流訊號發生器第一輸入端和所述電感電流訊號發生器第二輸入端分別連接所述第一繞組的非同名端和所述第二繞組的同名端，所述電感電流訊號發生器第三輸入端接收一與電感電流過零訊號相關的訊號，用於產生電路中電感電流訊號；調變器，具有第一輸入端，第二輸入端和一輸出端，所述調變器第一輸入端和所述調變器第二輸入端分別連接於所述電流零點檢測器輸出端和所述電感電流訊號發生器輸出端，所述調變器輸出端連接高強度氣體放電燈的驅動電路，以輸出調變訊號至驅動電路；以及驅動電路，具有第一輸入端，第二輸入端，第三輸入端和一輸出端用於驅動高強度氣體放電燈控制電路中的開關，所述驅動電路第一輸入端連接所述調變器輸出端，接受調變訊號，所述驅動電路第二輸入端和所述驅動電路第三輸入端分別連接第一外接訊號和第二外接訊號，所述驅動電路輸出端通過逆變電路連接至高強度氣體放電燈，控制高強度氣體放電燈在 電感電流臨界連續模式下工作。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電流零點檢測器包含檢測電路，該檢測電路係根據第一繞組的電平以及第一外接訊號，或是根據第二繞組的電平以及第二外接訊號而產生輸出至調變器的零點檢測訊號。
- 如申請專利範圍第2項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電流零點檢測器的檢測電路包含：第一及閘，該第一及閘的第一輸入端電學連接至所述第一繞組的非同名端，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路；第二及閘，該第二及閘的第一輸入端電學連接至所述第二繞組的同名端，第二輸入端電學連接至高強度氣體放電燈的驅動電路；該第一及閘和第二及閘的輸出端均電學連接至調變器。
- 如申請專利範圍第3項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電流零點檢測器的檢測電路進一步包含：第一或閘，其兩輸入端分別電學連接至第一及閘的輸出端和第二及閘的輸出端，輸出端電學連接調變器。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器包含電容性單元，該電容性單元與調變器電學連接，該電容性單元在調變器產生調變訊號時開始充電。
- 如申請專利範圍第5項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器還包含串聯連接的第一開關單元和第二開關單 元：第一開關單元連接調變器，第二開關單元連接電容性單元；在調變器產生的調變訊號有效時，第一開關單元導通而第二開關單元關斷，以使第一繞組或第二繞組對電容性單元充電；在調變器產生的調變訊號無效時，第一開關單元關斷而第二開關單元導通，以對電容性單元放電。
- 如申請專利範圍第6項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述第一開關單元包括第一場效應電晶體，第二開關單元包括第二場效應電晶體，第一場效應電晶體的閘極電學連接至調變器，第一場效應電晶體的汲極電學連接至第二場效應電晶體的閘極，第二場效應電晶體的汲極電學連接至電容性單元。
- 如申請專利範圍第5項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器進一步包括電容充電控制單元，該電容充電控制單元的輸入端電學連接第一繞組和第二繞組，輸出端電學連接電容性單元，該電容充電控制單元允許電流從輸入端流向輸出端，而阻止電流從輸出端流向輸入端。
- 如申請專利範圍第8項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電容充電控制單元包括兩個二極體，兩個二極體的正極作為所述電容充電控制單元的輸入端分別電學連接第一繞組和第二繞組，負極均作為所述電容充電控制單元的輸出端電學連接至電容性單元。
- 如申請專利範圍第5項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器還包含一電壓控制電流源，該電壓控制電流源的輸入端電學連接第一繞組和第二繞組，輸出端電學連接電容性單元。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述調變器根據第一繞組的電平以及第一外接訊號，或是根據第二繞組的電平以及第二外接訊號，輸出調變訊號至驅動電路。
- 如申請專利範圍第11項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述驅動電路在來自調變器的調變訊號有效，且第一外接訊號或第二外接訊號也有效時，通過該逆變電路驅動高強度氣體放電燈。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述第一繞組和第二繞組匝數相等。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述與電感電流過零訊號相關的訊號的極性與電感電流過零訊號的極性相同或相反。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器第三輸入端連接於所述電流零點檢測器輸出端。
- 如申請專利範圍第1項所述之高強度氣體放電燈的控制電路，其中所述電感電流訊號發生器第三輸入端連接於所述調變器輸出端。
- 一種高強度氣體放電燈的控制方法，包含以下步驟：提供第一繞組和第二繞組，該第一繞組和第二繞組均與高強度氣體放電燈的串聯電感耦合；利用第一繞組或第二繞組上的電壓，產生電感電流過零訊號和串聯電感的電感電流訊號； 利用所述電感電流過零訊號和所述電感電流訊號產生調變訊號；以及根據調變訊號、第一外接訊號和第二外接訊號控制高強度氣體放電燈在電感電流臨界連續模式下工作。
- 如申請專利範圍第17項所述之高強度氣體放電燈的控制方法，其中所述利用第一繞組或第二繞組上的電壓，係對第一繞組或第二繞組上的電壓進行積分，該積分過程開始於所述調變訊號產生時。
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