專利名稱：具有功率因數(shù)校正的氣體放電燈鎮(zhèn)流器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明要求臨時(shí)申請(qǐng)No.60/033819(申請(qǐng)日為1996年12月23日)的優(yōu)先權(quán)。
本發(fā)明涉及一種鎮(zhèn)流器或電源電路，該電路以交流電向氣體放電燈供電，并能改善功率因數(shù)的校正。
從轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國(guó)專利5,408,403號(hào)可知，其使用了用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器，該氣體放電燈包括采用一對(duì)串聯(lián)轉(zhuǎn)換開關(guān)的d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換器。將升壓電路加入該鎮(zhèn)流器以取得高度的功率因數(shù)校正。然而，兩個(gè)轉(zhuǎn)換開關(guān)都是導(dǎo)電型的，例如二者都是n溝道增強(qiáng)型的MOSFET。
由本發(fā)明的發(fā)明人之一，Louis R.Nerone，在1996年9月6日申請(qǐng)的共同未決和共同轉(zhuǎn)讓申請(qǐng)No.08/709,062中公開和要求了一種燈鎮(zhèn)流器，其中包括采用互補(bǔ)導(dǎo)電型串聯(lián)開關(guān)的d.c-a.c.轉(zhuǎn)換器。比如，一個(gè)開關(guān)可以是n溝道增強(qiáng)型的MOSFET，而另一個(gè)是p溝道增強(qiáng)型的MOSFET。
人們希望，在包括采用同樣導(dǎo)電型開關(guān)的d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換器的鎮(zhèn)流器中，改善功率因數(shù)的校正。
本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提出了一種氣體放電燈鎮(zhèn)流器，該鎮(zhèn)流器包括一個(gè)負(fù)載電路，其中含有用于連接到氣體放電燈的電路；一個(gè)從a.c.電壓供給d.c.電源的電路；一個(gè)d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路，連接到負(fù)載電路，以在其中感生出a.c.電流，該轉(zhuǎn)換電路包括第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)，以上述順序串聯(lián)在d.c.電壓的總線節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間，并且在a.c.負(fù)載電流流過的公共節(jié)點(diǎn)上連接在一起，第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)各有一控制節(jié)點(diǎn)和一參考節(jié)點(diǎn)，這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電壓確定了相連開關(guān)的導(dǎo)電狀態(tài)，將第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)各自的控制節(jié)點(diǎn)互相連接，將第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)各自的參考節(jié)點(diǎn)一起連接在公共節(jié)點(diǎn)上；一個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器，包含連接在總線與參考節(jié)點(diǎn)之間的升壓電容，它的充電電平確定了總線導(dǎo)體上的總線電壓；升壓電感，儲(chǔ)存來自d.c.電源供給電路的能量，通過至少一個(gè)二極管將該升壓電感連接到升壓電容，以便將它的能量排放到升壓電容中；升壓開關(guān)，通過低阻抗通路周期性地將該升壓電感連接到總線節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)升壓電感充電，該升壓開關(guān)包括所述轉(zhuǎn)換電路的第一開關(guān)。
在包括具有同樣導(dǎo)電型開關(guān)的d.c-a.c.轉(zhuǎn)換器的鎮(zhèn)流器中，上述實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了高度的功率因數(shù)校正。


圖1是取得低功率因數(shù)的鎮(zhèn)流器的簡(jiǎn)圖；圖2是圖1升壓電感中的電流波形。
圖1作為一個(gè)例子示出供給氣體放電燈12電源的鎮(zhèn)流器10。電源14對(duì)全波整流器16供給a.c.電源。將高頻旁路電容18用于旁路具有鎮(zhèn)流器10工作頻率(與電源14的線路頻率相反)的電流。任選的p-n二極管19使得由于升壓電感50(下面將描述)與開關(guān)20的輸出電極間的寄生電容(未示出)之間的交互諧振引起的寄生電壓減至最小。
鎮(zhèn)流器10包括一個(gè)d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括串聯(lián)在總線節(jié)點(diǎn)24與參考節(jié)點(diǎn)26之間的一對(duì)開關(guān)20和22。開關(guān)20和22最好分別包括n-溝道和p-溝道增強(qiáng)型的MOSFET，如圖所示，它們的源極在公共節(jié)點(diǎn)28處互相連接。開關(guān)的柵極或控制節(jié)點(diǎn)互連在控制節(jié)點(diǎn)30處。
工作時(shí)，節(jié)點(diǎn)28交替地連接到節(jié)點(diǎn)24上的總線電位和節(jié)點(diǎn)26上的參考電位。以此方式，將a.c.電流供給包括諧振電感32、隔直電容33、諧振電容34和燈12的負(fù)載電路。在討論為取得低功率因數(shù)所用的電路之前，描述開關(guān)20和22的再生控制操作的較好電路。
再生控制部分地由與標(biāo)有極化點(diǎn)的諧振電感32互連的驅(qū)動(dòng)電感36、電感38和電容40提供。再生控制還由一網(wǎng)絡(luò)提供，該網(wǎng)絡(luò)最好包括電阻42、電阻44和以實(shí)踐示出的電阻46a或以虛線示出的替換電阻46b。此外，將背對(duì)背連接的齊納二極管對(duì)48用于再生控制。當(dāng)起動(dòng)a.c.電源14從而鎮(zhèn)流器10開始激勵(lì)時(shí)，電容40被充電直到開關(guān)22接通為止。然后，通過反饋從諧振電感32供給驅(qū)動(dòng)電感38，使控制節(jié)點(diǎn)30的電壓相對(duì)于公共節(jié)點(diǎn)26交替地變?yōu)檎拓?fù)，從而交替地接通開關(guān)20和22。
盡管最好把電阻42和44用于供再生控制的上述電路中，但采用電阻46a可省掉電阻44，采用電阻46b可省掉電阻42。
除了在所述的d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換器中用作升壓開關(guān)之外，可通過使用包括升壓電感50、升壓電容52和開關(guān)20的升壓轉(zhuǎn)換器來獲得功率因數(shù)校正。工作時(shí)，若開關(guān)20導(dǎo)通，公共節(jié)點(diǎn)28上升到總線節(jié)點(diǎn)24的電位。此時(shí)，升壓電感50導(dǎo)通自節(jié)點(diǎn)28經(jīng)p-n二極管54的電流。于是，電感儲(chǔ)存能量，使開關(guān)20停止導(dǎo)通時(shí)電流繼續(xù)流過。然后，電感50導(dǎo)通通過MOSFET開關(guān)22的固有p-n二極管22a的電流，或通過任選的p-n二極管56的電流，這種電流主要由升壓電容52提供。這使該電容充電，故增加了它的電壓，并因此增加了總線節(jié)點(diǎn)24的電位。
任選p-n二極管56的使用，使得從電容52到電感50的導(dǎo)電路徑中電壓下降的p-n二極管數(shù)目減至只有一個(gè)，從而減少了電感中儲(chǔ)存能量的損失。
之后，比如，最好在p-n二極管22開始從電感32或50導(dǎo)通剩余電流之后，開關(guān)22開始導(dǎo)通。這使節(jié)點(diǎn)28的電位降到參考節(jié)點(diǎn)26的電位，并使通過升壓電感50的電流減小，最好減小到“0”。
在升壓電感50中儲(chǔ)存的能量多少取決于在a.c.電源14的周期中的哪一點(diǎn)產(chǎn)生通過該電感的電流。如果在a.c.電源的峰值處產(chǎn)生，則儲(chǔ)存的能量最多；如果在接近a.c.電源的零交叉點(diǎn)附近，則儲(chǔ)存的能量最少。
當(dāng)電流從諧振電感32流向節(jié)點(diǎn)28，并且兩個(gè)開關(guān)20和22都關(guān)斷時(shí)，在電感32中儲(chǔ)存的能量可使電流經(jīng)二極管54和通過開關(guān)20的固有p-n二極管20a流入升壓電感50。然后，開關(guān)20開始導(dǎo)通，使電流反向流入諧振電感32，并增加流入升壓電感50的電流。
最好，除了傳輸在d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換中所用電流外還傳輸升壓轉(zhuǎn)換器電流的開關(guān)20，比另一開關(guān)22有更低的導(dǎo)通電阻。在鎮(zhèn)流器10中實(shí)現(xiàn)了這一要求，其中開關(guān)20(最好為n-溝道增強(qiáng)型MOSFET)比開關(guān)22(最好為p-溝道增強(qiáng)型MOSFET)有較低的導(dǎo)通電阻。
圖2表示在升壓電感50(圖1)中電流的波形60。波形60包括三角形分量60a、60b、60c等，由時(shí)間間隔62、64等將它們隔開。這表示有不連續(xù)方式的能量存儲(chǔ)，對(duì)于增加鎮(zhèn)流器的功率因數(shù)是可取的。然而，a.c.電源14的波形(未示出)峰值上的相繼三角型分量之間的時(shí)間間隔可以逼近甚至達(dá)到零，而仍然保持能量存儲(chǔ)的非連續(xù)方式。
對(duì)于16.5瓦，330V的d.c.總線電壓的熒光燈12，鎮(zhèn)流器10的典型元件值如下諧振電感32 2.1毫亨驅(qū)動(dòng)電感36 3.1微亨電感32與36的匝數(shù)比 26電感38 470微亨電容40 0.1微法齊納二極管對(duì)，每個(gè) 10V電阻42、44、46a或46b， 每個(gè)270kΩ諧振電容34 2.2毫微法隔直電容0.22微法升壓電感50 10毫亨升壓電容52 10微亨通常將大約5.6毫微法的電容(未示出)連接在節(jié)點(diǎn)28與30之間，以增加兩個(gè)開關(guān)切斷時(shí)的所謂“空載”時(shí)間。開關(guān)20可以是IRFR310，是由E1 Segundo，California的Intemational Rectifier公司出售的n-溝道增強(qiáng)型MOSFET；而開關(guān)22可以是IRFR9310，也是由IntemationalRectifier公司出售的p-溝道增強(qiáng)型MOSFET。
用這里所述的鎮(zhèn)流器，采用a.c.線電源供給的20％或小于20％總諧波失真的a.c.電流，得到了大于0.95的功率因數(shù)。通過最佳化，比如2比1的升壓，通?？蓪⒖偟闹C波失真減到13％以下。
盡管以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例作了描述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以做出許多修改，因此，所附權(quán)利要求覆蓋了在本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的這類修改。
權(quán)利要求
1.一種氣體放電燈鎮(zhèn)流器，包括(a)負(fù)載電路，帶有用于連接氣體放電燈的裝置；(b)用于從a.c.電壓供給d.c電源的裝置；(c)d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路，連接到所述負(fù)載電路，用于在其中感生a.c.電流，所述轉(zhuǎn)換電路包括(i)第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)，以上述順序串聯(lián)在位于d.c.電壓上的總線節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間，并且在所述a.c.負(fù)載電流通過的公共節(jié)點(diǎn)上連接在一起；(ii)所述第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)各有一個(gè)控制節(jié)點(diǎn)和一個(gè)參考節(jié)點(diǎn)，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的電壓確定了所述開關(guān)的導(dǎo)通狀態(tài)；(iii)將所述第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的各自控制節(jié)點(diǎn)互相連接；和(iv)將所述第一和第二轉(zhuǎn)換開關(guān)的各自參考節(jié)點(diǎn)在所述公共節(jié)點(diǎn)處連接在一起；以及(d)升壓轉(zhuǎn)換器，包括(i)升壓電容，連接在所述總線和參考節(jié)點(diǎn)之間，其充電電平確定了在所述總線導(dǎo)體上的總線電壓；(ii)升壓電感，用于儲(chǔ)存來自所述d.c.供電裝置的能量，通過至少一個(gè)二極管將所述升壓電感連接到所述升壓電容，以便將它的能量放電到所述升壓電容中；(iii)升壓開關(guān)，通過一低阻抗通路將所述升壓電感周期性地連接到所述總線節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)所述升壓電感充電；(e)所述升壓開關(guān)包括所述轉(zhuǎn)換電路的所述第一開關(guān)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述第一開關(guān)比所述第二開關(guān)具有更低的導(dǎo)通電阻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述低阻抗通路包括允許電流從所述升壓開關(guān)流到所述升壓電感的p-n二極管。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓電感的電感量和所述d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路的工作頻率選擇成使得所述升壓電感在通貫所述a.c.電源的整個(gè)周期都以非連續(xù)能量存儲(chǔ)方式工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的供電電路，其中所述d.c.-a c.轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)再生開關(guān)控制電路，用于控制所述第一和第二開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的供電電路，其中所述負(fù)載電路包括熒光燈。
7一種氣體放電燈鎮(zhèn)流器，包括(a)負(fù)載電路，帶有用于連接氣體放電燈的裝置；(b)用于從a.c.電壓供給d.c.電源的裝置；(c)d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路，連接到所述負(fù)載電路，用于在其中感生a.c.電流，所述轉(zhuǎn)換電路包括(i)n-溝道增強(qiáng)型第一MOSFET和p-溝道增強(qiáng)型第二MOSFET，以上述順序連接在處于d.c.電壓的總線節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)之間，它們的源極在流過所述a.c.負(fù)載電流的公共節(jié)點(diǎn)上連接在一起；(ii)所述第一和第二MOSFET各自的柵極相互連接；以及(d)升壓轉(zhuǎn)換器，包括(i)升壓電容，連接在所述總線和參考節(jié)點(diǎn)之間，其充電電平確定了在所述總線導(dǎo)體上的總線電壓；(ii)升壓電感，用于儲(chǔ)存來自所述d.c.供電裝置的能量，通過至少一個(gè)二極管將所述升壓電感連接到所述升壓電容，以便將它的能量放電到所述升壓電容中；(iii)升壓開關(guān)，通過一低阻抗通路將所述升壓電感周期性地連接到所述總線節(jié)點(diǎn)，從而對(duì)所述升壓電感充電；(e)所述升壓開關(guān)包括所述第一MOSFET。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的鎮(zhèn)流器，其中所述低阻抗通路包括允許電流從所述升壓開關(guān)流向所述升壓電感的p-n二極管。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的鎮(zhèn)流器，其中所述升壓電感的電感量和所述d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路的工作頻率選擇成使得所述升壓電感在通貫所述a.c.電源的整個(gè)周期都以非連續(xù)能量存儲(chǔ)方式工作。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的供電電路，其中所述d.c.-a.c.轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)再生開關(guān)控制電路，用于控制所述第一和第二MOSFET的開關(guān)狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的供電電路，其中所述負(fù)載電路包括熒光燈。
全文摘要
氣體放電燈鎮(zhèn)流器,包括:含放電燈的負(fù)載電路;從a.c.電壓供給d.c.電源的電路;d.c.－a.c.轉(zhuǎn)換電路,連負(fù)載電路,含第一第二轉(zhuǎn)換開關(guān),串聯(lián)在d.c.電壓總線節(jié)點(diǎn)與參考節(jié)點(diǎn)間,兩開關(guān)各有控制節(jié)點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn),其間電壓確定了相連開關(guān)導(dǎo)電狀態(tài);升壓轉(zhuǎn)換器,包含:升壓電容,連在總線和參考節(jié)點(diǎn)間;升壓電感,儲(chǔ)存d.c.電源能量,經(jīng)二極管將其能量放到電容中;升壓開關(guān),經(jīng)低阻抗通路周期性對(duì)電感充電。該鎮(zhèn)流器改善了功率因數(shù)的校正。
文檔編號(hào)H02M5/00GK1187749SQ97123449
公開日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1997年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1997年12月23日
發(fā)明者L·R·內(nèi)羅內(nèi), D·J·卡赫馬爾克 申請(qǐng)人:通用電氣公司