專利名稱：用于感應(yīng)耦合的無電極燈的對稱rf電源的制作方法
用于感應(yīng)耦合的無電極燈的對稱RF電源本申請請求2007年5月10日申請的U.S.臨時申請60/928， 063的優(yōu)先權(quán)，
其全部內(nèi)容m引用被結(jié)合。
背景技術(shù)：
本發(fā)明關(guān)注的是用于運行無電極燈的射頻(RF)電源，例如熒光的，好的，或高亮度的放電無電極燈。RF電源為該燈將一DC電壓轉(zhuǎn)換為一合適的射頻，并且典型地作為該燈電TM流器的一部分。該RF電源包括一鎮(zhèn)流電感，其耦合至該無電極燈以使在該燈的放電氣體中的等離子體發(fā)光并保持，而不用在該燈泡中提供電極。
由于完整的電子鎮(zhèn)流器除了該RF電源之外包括很多組成(例如，EMT濾波器，整流器，PFC助推器級，DC總線電解電容)，因此該RF電源的效率期望為95%或更多，這在商用的可得電源中并不能達到。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)提高效率的一個重要因素是在耦合到該燈的該鎮(zhèn)流電感中減小功率損失。


圖1示出了一已知的RF電源電路，其效率大約為91.7%。 DC電源E利用一電解電執(zhí)寄生電S)C()傳送一DC電壓至一對DC導(dǎo)軌。在運行期間，第--電感L,被感應(yīng)地耦合至燈D。晶體管S,和S2被由驅(qū)動^ffi器Dt傳送的正弦電壓(8-9Vp)驅(qū)動，該驅(qū)動變壓器fflil電容Cp， Cg，以及C股被調(diào)諧至一個特定的頻率(2.6MHz)。反饋電容d以輸出電壓V!與驅(qū)動變壓器Dt相耦合。諧振電容CR并聯(lián)至該第一電感b ，耦合電容Cc iM鎮(zhèn)流電感LjJ每該驅(qū)動變壓器Dt的輸出連接至第一電感U的輸入端子之一。該諧振電路被調(diào)諧至一頻率fes(約2.45MHz)，其稍低于最后的運，，員與^2.5MHz)。該RF電源具有一 13.5W的損失，其中的7.8W歸因于該鎮(zhèn)流電感k。該電路進一步在US.專利5， 962，987中被解釋。該電路的詳細參數(shù)在表1(圖5中)中示出，其包括該現(xiàn)有技^圖l-2)以及本發(fā)明(圖34)的RF電源的相同輸入?yún)?shù)集的運行特性，從而可以很容易地比較結(jié)果。
圖2示出了圖1中電路的一種變化，其中從半樹CR上的電壓VcO觀測的電壓iM插入一額外的與該第一電感b串聯(lián)的電容Cs而被減小，從而避免大的耦
3合電容Cc。這減小了鎮(zhèn)流電感LL的感應(yīng)系數(shù)，并從而減小了在該鎮(zhèn)流電感Ll上的損失。Cs上的電壓下降為Vcs,Xcs，在這個例子中其約為190V。這將CR上的觀測電壓Vo從550V減小至360V,減小了 35%。依次地，這將鎮(zhèn)流電感LL的感應(yīng)系數(shù)從37mH減小為24mH，減小了 35%。也可通過減小IL與包含在半橋中點電壓中的基正弦波Vof之間的相位角將鎮(zhèn)流電感LL上的電流從3.8App減小為3.4App，由于ZVS的緣故該半橋中點電壓為梯形。結(jié)果該鎮(zhèn)流電感的損失被減小到約4.4W(晶體管S,和S2中進一步具有3.6W的損失)，因此總共損失為9.4W，從而將效率從91.7%提高至94.1%。該電路進一步在U.S.專利5， 446，350中被解釋。圖2的電路的詳細參數(shù)也在表1中示出。發(fā)明相，
本發(fā)明的一個目的是提供一新穎的用于無電極燈的RF電源，其具有至少95%的效率。
本發(fā)明的進一歩目的是提供一新穎的用于無電極燈的RF電源，其中該燈的電感線斷該第一電感LO被連接在一對稱兀濾波器中以進一步減小該鎮(zhèn)流電感Lh的損失。
本發(fā)明的更進一步目的是提供一新穎的用于無電極燈的RF電源，其包括一對DC導(dǎo)軌， 一具有連接在該導(dǎo)軌之間的電源輸入端子的RF變換器， 一布置為感應(yīng)地與一無電極燈耦合的第一電感，其中該對稱71濾波器包括第一和第二諧振電容，^電容將該第一電感的兩個輸入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及將該RF變換器的一輸出連接至該第一電感的兩4it入端子之一的第二(鎮(zhèn)流)電感。
在考慮下列附圖和對優(yōu)選實施方式的說明之后，本發(fā)明的這些以及其它目的和優(yōu)點對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是顯而易見的。附圖簡述
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的RF電源的電路圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一RF電源的電路圖。圖3是本發(fā)明RF電源的一實施方式的電路圖。圖4是本發(fā)明RF電源的第二實施方式的電路圖。圖5示出了表1。
圖6示出了本發(fā)明RF電源的第二實施方式的一種變化。tt^實施方式描述
參考圖3 ，在本發(fā)明中用于無電極燈D的RF電源包括一對DC導(dǎo)軌從DC電源E接收DC能量，一 RF變換器，具有連接在該對DC導(dǎo)軌之間的功率輸入端子(該變換器包括驅(qū)動變壓器Dt以及晶體管開關(guān)S,和S2 )， 一感應(yīng)耦合至燈D的第一電感U，第一和第二諧振電容d和C2，其每一個將第一電感的兩個輸入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及一第二(鎮(zhèn)流)電感Ll，期每該RF變換器的一輸出連接至第一電感L的兩，入端子之一。該RF變換器可以是一個全橋或半橋變換器。
圖3實施例的運行特性針對圖1和2中的相同輸入?yún)?shù)而在表1中示出(圖5中)，以進行一個直觀的比較。表1中列出的運行特性是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，不需要詳細解釋。然而，需要指出的是該鎮(zhèn)流電感的損失被減小至2.7W(開關(guān)S]和S2的損失被減小至2.4W)，從而效率增加至96.0%。
顯然地，該燈電感，第一電感L,，被連接在一對稱兀濾波器中，并由兩個相同但是相位相反的電壓Vd和Vc2供電，其和是燈的電壓^。燈的電流是在第二諧振電容C沖的電流；也就是，I產(chǎn)k。在具有表l中輸入?yún)?shù)的實施例中，該半橋僅分擔(dān)V,的一判277V)，該第二(鎮(zhèn)流)電感LL僅為18.4^H。繼續(xù)這個實施例，并進一步參考表L電流It尸1.13A，其是Ic尸3.1A和I尸2.25A的矢量和，但其是最小的一個，為3.2App。在第二電感k有2.7W損失，開關(guān)S!和S2中有2.4W損失，Dt中有0.4W損失，以及在諧振電容d和C2中有0.3W損失的這樣的結(jié)構(gòu)中，總^^員失為6.3W，從而效率達到96%。
由于電感線圈和等離子體之間低的磁耦合，這種布置尤其適于具有低功率因子(PF二cos^ <0.2)的無電極燈。適合度可以通過低的線圈電感和低的運行頻率得到提高。
本發(fā)明在施加到第一電感L，的HF電勢被減半，以使燈中熒光體的離子轟擊減少4倍時提供進一步的優(yōu)勢。這給燈提供了更長的壽命，并減少了維護費用。涉及EMI抑制的另外一個優(yōu)點是對地僅一半的RF電勢，這使得在燈鎮(zhèn)流器中的共模干擾抑制更容易。因此，在一些燈中能夠避免使用E場補償雙線電感線圈。
圖4示出了本發(fā)明RF電源的進一步實施方式。在這個實施方式中，諧振電容C,和C2被分開并連接到各自的DC導(dǎo)軌。即，該電源包括第三和第四諧振電容，其每一個將i織一電感U兩^tf入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的
同一第二導(dǎo)軌(不同于第一實施方式中C,和C2連接到的導(dǎo)軌)。類似地，反饋電
容G可以被分開并連接到相反的導(dǎo)軌。這種布置減小了電解電容Q中的高頻紋波電流，并再次使得EM抑制更容易。
進一步，可增加一低通濾波器，包括電容Cf和電感Lf，用來對2.5MHz上由ESR弓胞的其余干^a行濾波，以對寄生電感Q進療濾波從而使得iA^f傳導(dǎo)的EMI的角度來看，該RF電源是中性的。
更重要地，圖4的電路還在Cq中減小了很可觀的0.5W的損失從而效率更進一步提高至96.3%。
圖6中示出了圖4電路的一種變化，另一電容C5被連接在一對反饋電容Q/2之間的一第一節(jié)點與諧振電容CV2之間的一第二節(jié)點之間。該另一電容Cs是可選的，可用于減小S,和S2的導(dǎo)通柵極控制之間的死時間(圖6中的Q！和Q2)。
本發(fā)明中的對稱布局使得一些實現(xiàn)成為可能，這些實現(xiàn)是通過最小化存儲在鎮(zhèn)流電感中的能量達到低損失和長壽命，通過燈的電感線圈減小離子轟擊，減小諧振電容中的應(yīng)力，并降低干擾電平以使EMI抑制更容易。
本發(fā)明的實施方式已在前述說明書和附圖中描述，同時可以理解，本發(fā)明ffiil后續(xù)的權(quán)利要求結(jié)合閱讀說明書和附圖來定義。
權(quán)利要求
1.一種用于無電極燈的射頻(RF)電源，包括一對DC導(dǎo)軌；一具有連接在該對DC導(dǎo)軌之間的功率輸入端子的RF變換器；一被布置為與一無電極燈感應(yīng)耦合的第一電感；第一和第二諧振電容，其每個將所述第一電感的兩個輸入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌；以及一將所述RF變換器的一輸出連接至所述第一電感的兩個輸入端子之一的第二電感。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，進一步包括第三和第四諧振電容，其每個將所述第一電感的兩^Ml入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的同一第二導(dǎo)軌。
3. 如權(quán)利要求2所述的電源，其中所述第一和第三諧振電容具有相同的電容值。
4. 如權(quán)禾腰求3所述的電源，其中所述第二和第四諧振電容具有相同的電容位。
5. 如權(quán)利要求2所述的電源，進一步包括兩個反饋電容，其每一個將所述RF變換器的驅(qū)動'變壓器分別連接至該對DC導(dǎo)軌中的各一個。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源，其中所述兩個反饋電容具有相同的電容值。
7. 如權(quán)利要求5所述的電源，進一步包括另一電容，其被連接在所述第一和第二反饋電容之間的一第一節(jié)點與所述第一和第三諧振電容之間的一第二節(jié)點之問。
8. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述RF變換器包括一驅(qū)動^E器和兩個控制所述驅(qū)動變壓器運行的開關(guān)，所述兩個開關(guān)M5i反饋燈的輸入電壓的導(dǎo)數(shù)來控制，所述導(dǎo)數(shù)通過一高通電容來提供，其包括一連接在所述驅(qū)動變壓器和該對DC導(dǎo)軌的第一導(dǎo)軌之間的第一反饋電容，以及連接在所述驅(qū)動變壓器和該對DC導(dǎo)軌的第二導(dǎo)軌之間的第二反饋電容。
9. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述RF變換器是全橋和半 換器之一。
10. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中電源效率至少為95%。
全文摘要
一種用于無電極燈的射頻(RF)電源，包括一對DC導(dǎo)軌，一具有連接在該導(dǎo)軌之間的功率輸入端子的RF變換器，一被布置為與一無電極燈感應(yīng)耦合的第一電感，第一和第二諧振電容，其每個將該第一電感的兩個輸入端子中的各一個連接至該對DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及一將該RF變換器的一輸出連接至該第一電感的兩個輸入端子之一的第二(鎮(zhèn)流)電感。因此該第一電感被連接在一對稱濾波器中，并由兩個相同但是相位相反的電壓供電，該電壓之和是燈的電壓。該鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)系數(shù)被有效地減小，從而該RF電源的效率為96％。
文檔編號H05B41/28GK101682970SQ200880015443
公開日2010年3月24日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者E·斯塔特尼, F·弗蘭克, V·A·戈德亞克 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司