專利名稱：用于供電和啟動(dòng)放電燈的電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一供電和啟動(dòng)一放電燈的電源，其含有一帶有接觸腳以與外電路合作的集成電路，該外電路帶有用于放電燈的輸出端，該集成電路含有耦合到外電路中的開(kāi)關(guān)的至少一個(gè)接觸腳，以當(dāng)位于第一邏輯電平時(shí)將開(kāi)關(guān)置于第一切換狀態(tài)和當(dāng)位于第二邏輯電平時(shí)將開(kāi)關(guān)置于第二切換狀態(tài)。
這樣的一種電源公開(kāi)在美國(guó)專利4952849中。該電源包含兩個(gè)輸入級(jí)和一個(gè)輸出級(jí)。該輸入級(jí)通過(guò)將從電源線上得到的AC信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)镈C信號(hào)提供一個(gè)用于輸出級(jí)的DC電源。能夠?yàn)榘霕蜃儞Q器類型的該輸出級(jí)驅(qū)動(dòng)該燈。其中的控制電路控制了燈絲的加熱以形成啟動(dòng)之前的條件(預(yù)熱)。當(dāng)該燈啟動(dòng)之后控制電路也可以控制燈絲所消耗的功率的反饋。電源的小型化是通過(guò)將其中的控制電路作成集成電路實(shí)現(xiàn)。集成電路的尺寸大部分是由接觸腳的數(shù)量決定，下文中稱呼為腳。
本發(fā)明的目的是提供上文所述的一電源電路，其中的集成電路只需較少的接觸腳。根據(jù)本發(fā)明此任務(wù)是通過(guò)如下方式完成所述的至少一個(gè)接觸腳當(dāng)位于其第二邏輯電平時(shí)也用于接收代表外電路中的工作條件的至少一個(gè)第二信號(hào)。通過(guò)把一個(gè)或更多個(gè)的接觸腳作為一個(gè)輸出端和作為一個(gè)輸入端，就需要更少的接觸腳而且集成電路很少的表面積就足夠了。
權(quán)利要求2描寫(xiě)了一個(gè)實(shí)施例。為了使所述的至少一個(gè)接觸腳達(dá)到第一邏輯電平，連接到相應(yīng)于第一邏輯電平的電壓的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)通過(guò)一般的控制信號(hào)導(dǎo)通。同時(shí)，相反類型的另一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)不導(dǎo)通。當(dāng)控制信號(hào)的邏輯電平改變時(shí)，與該電壓相連的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)根據(jù)第一邏輯電平變?yōu)椴粚?dǎo)通，所以該接觸腳不再位于它的第一邏輯電平。該控制信號(hào)然后使其它的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，所以它可以將檢測(cè)信號(hào)傳遞到進(jìn)行處理的電路。
按照本發(fā)明的電源的有利的實(shí)施形式由權(quán)利要求3特征化。所述的實(shí)施形式的實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求4所述。
權(quán)利要求5描述了根據(jù)本發(fā)明的電源的有利的實(shí)施形式。優(yōu)選的，第二諧振頻率高于第一諧振頻率。在預(yù)加熱期間，當(dāng)該腳位于第一邏輯電平時(shí)，輸出電路的輔助元件耦合到電感器和電容器的組合上，所以輸出電路的特征在于第一的、相對(duì)低的諧振頻率，而不象一個(gè)高電壓在預(yù)熱期間供給到該放電燈。在預(yù)加熱之后，該腳表現(xiàn)為第二邏輯電平，以使輸出電路中的輔助元件從電感器和電容器的組合去耦合?，F(xiàn)在輸出電路的特征在于第二個(gè)、相對(duì)高的諧振頻率。在啟動(dòng)期間，變換器的切換頻率從預(yù)熱期間的高頻向下降的無(wú)載諧振頻率下滑。通過(guò)無(wú)載的諧振頻率在預(yù)加熱之后的下滑很容易提高用于燈的啟動(dòng)的高電壓。當(dāng)位于低的邏輯電平時(shí)所述的至少一個(gè)接觸腳也接收一個(gè)代表電燈兩端的電壓條件的信號(hào)，該信號(hào)是用于功率調(diào)整的目的，其也可以用于過(guò)壓檢測(cè)的目的。
根據(jù)本發(fā)明的電源的這些和其他的方面下面參照附圖進(jìn)行更詳細(xì)的描述。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的電源的方框圖，圖2為根據(jù)本發(fā)明的變換器及相連的驅(qū)動(dòng)控制電路的示意圖。
如圖1所示，電源10被以AC電源20表示的AC電源線供電。該電源含有一帶有與外電路合作的接觸腳的集成電路109，即變換器60和負(fù)載70，通過(guò)驅(qū)動(dòng)控制電路65。
該電源10進(jìn)一步含有一EMI濾波器30、一全波二極管橋40和一預(yù)處理器50。負(fù)載70含有一電感器75、一電容器80和一用于放電燈即熒光燈85的輸出端88、170。EMI濾波器30消除由預(yù)處理器50和變換器60所產(chǎn)生的諧波。二極管橋40將濾波的正弦電壓變化為脈動(dòng)的直流電壓。預(yù)處理器50有幾個(gè)功能。由二極管橋40輸出的整流的AC電壓都被升壓并變?yōu)榛竞舛ǖ妮斀o變換器60的DC電壓。預(yù)處理器50也提高了電源10的功率系數(shù)。例如，提供給EMI濾波器30的120、220、277RMS電壓通過(guò)AC電源20分別形成提供給變換器60的大約250、410和490V的DC電壓。
在燈85以大約45KHz的切換頻率進(jìn)行全電弧放電期間，由驅(qū)動(dòng)控制電路65驅(qū)動(dòng)的變換器60將DC電壓轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┙o負(fù)載70的方波電壓。該燈的照明水平的上升和下降可以通過(guò)上升和下降此方波電壓的頻率實(shí)現(xiàn)。
在圖2中更詳細(xì)地描述了變換器60、負(fù)載70和驅(qū)動(dòng)控制電路65。由預(yù)處理器50提供的一基本衡定的電壓VDC通過(guò)一對(duì)輸入端61和62供給到變換器60。變換器60為半橋結(jié)構(gòu)并且含有一B+母線101，一接地母線102和在母線101和102之間串聯(lián)連接的一對(duì)開(kāi)關(guān)(例如功率MOSFET)100和112。開(kāi)關(guān)100和112在節(jié)點(diǎn)110相連接并一般作為圖騰柱裝置識(shí)別。作為開(kāi)關(guān)100和112的MOSFET分別具有一對(duì)門(mén)G1和G2。母線101和102分別連到輸出端61和62。電阻103和電容106在節(jié)點(diǎn)104連結(jié)到一起并在母線101和102串聯(lián)連接。一對(duì)電容115和118在節(jié)點(diǎn)116連結(jié)在一起并在節(jié)點(diǎn)110和母線102之間串聯(lián)連接。齊納二極管121和二極管123在節(jié)點(diǎn)116連結(jié)在一起并在節(jié)點(diǎn)104和母線102之間串聯(lián)連接。
電感器75、電容器80、電容器81、燈85和電阻174在輸出端70連接在一起。一對(duì)線圈76和77耦合到線圈75以在預(yù)熱期間為燈85的燈絲(未示出)兩端提供電壓。一DC阻塞電容器126和電感器75串聯(lián)連接在節(jié)點(diǎn)110和輸出端170之間。電容器80和一對(duì)電阻153和177共同連接在節(jié)點(diǎn)179。燈85和電阻153共同連接在輸出端88和在輸出端170和節(jié)點(diǎn)179之間串聯(lián)。電阻174和177共同連接在節(jié)點(diǎn)175且串聯(lián)在輸出端170和節(jié)點(diǎn)179之間。電容器81和開(kāi)關(guān)82(例如MOSFET)串聯(lián)在輸出端170和節(jié)點(diǎn)179之間。電阻器162連在母線102和節(jié)點(diǎn)179之間。二極管180和電容器183共同連到節(jié)點(diǎn)181并在節(jié)點(diǎn)175和地之間串聯(lián)。
與外電路合作的集成電路(IC)109的接觸腳含有一腳VDD，其與節(jié)點(diǎn)104相連，該節(jié)點(diǎn)為驅(qū)動(dòng)IC109提供電壓。接觸腳RIND接收一為流經(jīng)電感器75的電流的測(cè)量值的信號(hào)。也是用于流經(jīng)燈絲的電流的測(cè)量值的信號(hào)連接到耦合電感器75的線圈76和77。在接觸腳RIND接收的信號(hào)提供給IC109中的反饋電路(未示出)以使在預(yù)熱期間保持燈絲中的電流在一預(yù)定值。
該集成電路含有至少一個(gè)耦合到外電路中的開(kāi)關(guān)82的接觸腳VL，以在第一邏輯電平時(shí)將開(kāi)關(guān)置于第一切換狀態(tài)和在第二邏輯電平時(shí)將開(kāi)關(guān)置于第二切換狀態(tài)。當(dāng)電容器81與電容器80并聯(lián)時(shí)，在VL腳上的電壓提供給開(kāi)關(guān)82的門(mén)G3。腳VL通過(guò)電阻189與節(jié)點(diǎn)181相連。腳VL位于其第二邏輯電平時(shí)也用于接收代表外電路的工作條件的至少一第二信號(hào)Sig。該檢測(cè)信號(hào)反映了燈85的峰值電壓。另外一個(gè)腳LI2通過(guò)電阻168與輸出端88相連。腳LI1通過(guò)電阻171與節(jié)點(diǎn)179相連。輸入到腳LI1和LI2的電流差反映了流經(jīng)燈85的檢測(cè)電流。集成電路109含有一根據(jù)第一邏輯電平連接到電壓VDD的第一主電極的第一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1。IC109另外含有一帶有一與電路(未示出)相連的以處理檢測(cè)信號(hào)Sig的主電極的第二個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2。所述主電極另外與一導(dǎo)體相連，該導(dǎo)體根據(jù)第二邏輯電平通過(guò)阻性裝置R承載電壓RND。該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1、S2分別另外具有一個(gè)與接觸腳VL相連的主電極。該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1、S2分別帶有與一般控制信號(hào)Ctrl相連的主電極。該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)之一例如S2是N溝道型，而另一個(gè)，此處為S1是P溝道型。通過(guò)一電阻195和電容192的并聯(lián)組合從CRECT腳流到地里的電流代表了燈85的功率(例如燈電流和電壓的乘積)。腳GND直接與地相連，一對(duì)腳G1和G2分別直接與開(kāi)關(guān)100和112的門(mén)G1和G2相連。提供到DIM的電壓反映了所希望的照明水平。
變換器60和驅(qū)動(dòng)控制電路65的工作如下所示。開(kāi)始時(shí)(即啟動(dòng)期間)，因電容器106基于電阻103和電容106的時(shí)間常數(shù)RC被充電，開(kāi)關(guān)100和112分別處于不導(dǎo)通和導(dǎo)通狀態(tài)。在此啟動(dòng)期間流到IC109的腳VDD的輸入電流保持在一低水平(小于500μA)。當(dāng)電容器106的電壓超過(guò)一電壓導(dǎo)通閾值(例如12V)時(shí)，IC109進(jìn)入工作狀態(tài)(振蕩/切換)，開(kāi)關(guān)100和112分別在導(dǎo)通和不導(dǎo)通狀態(tài)之間以稍高于由電感器75和電容器80所確定的諧振頻率的頻率反復(fù)切換。
一旦變換器60開(kāi)始振蕩，IC 109就開(kāi)始進(jìn)到一預(yù)熱循環(huán)(即預(yù)熱狀態(tài))。節(jié)點(diǎn)110根據(jù)開(kāi)關(guān)100和112的切換狀態(tài)在0V和VDC之間變化。電容器115和118減緩了上升率和在節(jié)點(diǎn)110的電壓降，以此減小了切換損耗和由變換器60產(chǎn)生的EMI水平。齊納二極管121建立了在節(jié)點(diǎn)116上的脈動(dòng)電壓，其通過(guò)二極管123提供給電容器106。相當(dāng)大的工作電流例如10-15mA提供給IC 109的腳VDD，電容器126用于阻礙DC電壓分量傳到燈85。
在預(yù)熱期間，信號(hào)Ctrl使第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1導(dǎo)通而第二個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2不導(dǎo)通。因此腳VL根據(jù)第一邏輯電平表現(xiàn)為電壓VDD，所以開(kāi)關(guān)82被置于第一切換狀態(tài)，即導(dǎo)通狀態(tài)。電容器81現(xiàn)在與電容器80并聯(lián)。電感器75和電容器80、81的并聯(lián)組合形成了一諧振電路。
在預(yù)熱期間，燈85處于未啟動(dòng)狀態(tài)，即在燈85中沒(méi)有產(chǎn)生電弧。IC109驅(qū)動(dòng)變換器60的工作頻率被初始在一初始頻率上，例如100KHz。該初始頻率可以由IC 109的外部或內(nèi)部設(shè)置決定。IC 109以一IC內(nèi)部設(shè)定的比例立即減小工作頻率。頻率持續(xù)減小直到在腳RIND接收的信號(hào)達(dá)到一由反饋電路設(shè)定的值，其中此信號(hào)提供給該電路。開(kāi)關(guān)100和112的切換頻率被調(diào)整以使該信號(hào)保持在所述預(yù)定值，結(jié)果使節(jié)點(diǎn)110保持大約80-85KHz(由預(yù)加熱頻率確定)的相對(duì)衡定的頻率。一流經(jīng)耦合到線圈76和77的電感器75的相對(duì)衡定的RMS電流允許了燈85的燈絲(即陰極)為了后面的燈85的啟動(dòng)而進(jìn)行足夠的預(yù)處理并保持燈的長(zhǎng)壽。預(yù)處理狀態(tài)的時(shí)間由連接到接觸腳CP的電容器165設(shè)定。當(dāng)電容器165的值為0(即開(kāi)路)時(shí)，燈絲有效地沒(méi)有預(yù)熱過(guò)程，結(jié)果使燈85立即啟動(dòng)工作。
在預(yù)加熱結(jié)束時(shí)，信號(hào)Ctrl使第一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S1不導(dǎo)通和第二個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通。然后腳VL通過(guò)電阻裝置R連到接觸腳GND。腳VL位于它的第二邏輯電平，則將開(kāi)關(guān)82設(shè)在第二切換狀態(tài)即關(guān)斷。電容器81不再與電容器80相并聯(lián)。IC 109現(xiàn)在開(kāi)始在預(yù)加熱時(shí)以IC 109內(nèi)部設(shè)定的比例從它的切換頻率向無(wú)負(fù)載諧振頻率下滑(即在燈85啟動(dòng)之前的電感器75和電容器80的諧振頻率，例如60KHz)。當(dāng)該切換頻率達(dá)到諧振頻率時(shí)，燈85的電壓快速上升(例如峰值600-800V)并且足夠啟動(dòng)燈85。一旦燈85啟動(dòng)，流經(jīng)的電流會(huì)從幾毫安升到幾百毫安。流經(jīng)電阻153的與燈電流相等的電流在腳LI1和LI2基于分別與電阻168和171成比例的電流差檢測(cè)。燈85的電壓通過(guò)由電阻174和177組成的分壓器劃分以在節(jié)點(diǎn)181形成與峰值電壓成比例的DC電壓。該電壓在節(jié)點(diǎn)181通過(guò)電阻189轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髁魅氲侥_VL并且通過(guò)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)S2導(dǎo)通到電路(未示出)以處理該電流的信號(hào)。因此當(dāng)接觸腳VL位于它的第二邏輯電平時(shí)也用于接收至少一個(gè)代表外電路的工作條件的檢測(cè)信號(hào)Sig。該處理含有一帶有腳LI1和LI2之間的不同電流的IC 109內(nèi)部的乘法，以把從腳CRECT引出的AC電流整流流入到電容器192和電阻器195的并聯(lián)組合。電容器192和電阻器195把AC整流電流轉(zhuǎn)變?yōu)榕c燈85的功率成比例的DC電壓。在腳CRECT的電壓通過(guò)包含在IC 109內(nèi)的反饋電路/回路被迫使等于腳DIM處的電壓，實(shí)現(xiàn)燈85所消耗的功率的調(diào)整。
代表所需照明水平的DIM腳的信號(hào)可以通過(guò)不同的方法產(chǎn)生，包括例如相角降低，其中AC輸入線電壓的相位的一部分被切掉。這些方法將輸入線電壓的切掉的相位角轉(zhuǎn)變?yōu)樘峁┑侥_DIM的DC信號(hào)。產(chǎn)生用于腳DIM的信號(hào)的該設(shè)備例如通過(guò)一個(gè)變換器可以提供一個(gè)電流絕緣。
當(dāng)燈85啟動(dòng)時(shí)腳CRECT上的電壓為零。在腳CRECT產(chǎn)生的與燈電壓和燈電流的乘積成比例的電流對(duì)電容器192充電。變換器60的切換頻率上升或下降直到腳CRECT處的電壓等于腳DIM處的電壓。
權(quán)利要求
1.用于為放電燈(85)供電和啟動(dòng)的電源，其含有一帶有與外電路(60，70)合作的接觸腳的集成電路(109)，該外電路含有用于放電燈的輸出端(88，170)，該集成電路含有與外電路的一個(gè)開(kāi)關(guān)(82)耦合的至少一個(gè)接觸腳(VL)，以在第一邏輯電平時(shí)將該開(kāi)關(guān)置于第一切換狀態(tài)和在第二邏輯電平時(shí)將該開(kāi)關(guān)置于第二切換狀態(tài)，其特征在于，所述的至少一個(gè)接觸腳(VL)當(dāng)位于它的第二邏輯電平時(shí)也用于接收代表外電路工作條件的至少一個(gè)檢測(cè)信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，其特征在于，該集成電路(109)含有第一個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S1)，其帶有的一主電極根據(jù)第一邏輯電平與載有一電壓(VDD)的導(dǎo)體相連；和第二個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)(S2)，其帶有的一主電極與處理該檢測(cè)信號(hào)(Sig)的一個(gè)電路相連并且進(jìn)一步根據(jù)第二邏輯電平通過(guò)電阻裝置(R)與載有一電壓(GND)的導(dǎo)體相連，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別具有與至少一個(gè)接觸腳(VL)相連的另外一個(gè)主電極，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)分別具有一個(gè)與一般控制信號(hào)(Ctrl)相連的控制電極，該半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)中的一個(gè)為N溝道型，另外一個(gè)為P溝道型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電源，其特征在于，該檢測(cè)信號(hào)(Sig)代表該燈(85)的工作條件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源，其特征在于，所述工作條件為該燈(85)的電壓。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的電源，其特征在于，該外電路含有一為帶有電感器(75)和電容器(80)組合的一輸出電路(70)提供電能的變換器(60)，當(dāng)該開(kāi)關(guān)(82)位于其第一切換狀態(tài)時(shí)，另外包含一個(gè)耦合到該組合的輔助元件(81)，該組合和輔助元件由第一諧振頻率特征化，當(dāng)該開(kāi)關(guān)位于其第二切換狀態(tài)時(shí)該輔助元件耦合到該組合，該組合由第二諧振頻率特征化。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電源，其特征在于，第二諧振頻率比第一諧振頻率高。
全文摘要
按照本發(fā)明的用于為一個(gè)放電燈(85)供電和啟動(dòng)的電源,含有一個(gè)集成電路(109),其帶有的接觸腳通過(guò)用于放電燈的輸出端(88,170)與外電路(60,70)合作。該集成電路(109)含有至少一個(gè)與外電路中的開(kāi)關(guān)(82)耦合的腳(VL),以在第一邏輯電平時(shí)使開(kāi)關(guān)置于第一切換狀態(tài)和在第二邏輯電平時(shí)將開(kāi)關(guān)置于第二切換狀態(tài)。所述的至少一個(gè)接觸腳(VL)當(dāng)位于其第二邏輯電平時(shí)也用于接收代表外電路的工作條件的至少一個(gè)檢測(cè)信號(hào)(Sig)。
文檔編號(hào)H05B41/392GK1190521SQ97190471
公開(kāi)日1998年8月12日 申請(qǐng)日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月3日
發(fā)明者D·J·伊安諾普洛斯, P·R·費(fèi)爾德曼 申請(qǐng)人:菲利浦電子有限公司