[发明专利]为电路提供过载保护的设备

说明书

本发明总体涉及为电路提供过载保护的方法和设备。本发明更具体的应用在于保护用于控制电灯的数字镇流器。

荧光高亮度放电(HID)灯通常由电子镇流器控制。镇流器用特定频率的交流方波驱动灯。这样做的原因在于这种灯的物理性质，即电流单一方向连续地通过会对灯产生不好的影响或损坏灯。同样，由于驱动灯的电子镇流器的物理性质和组成，对于能够存在于镇流器和灯两端的电压和能够流过镇流器和灯的电流也有固有的限制。电压超过灯的最大额定电压以及电流超过灯的最大额定电流将损坏灯。这些额定值随着灯的具体类型和耐压而变化。因此，在照明系统的设计中，对过电压和过电流情况的保护是非常重要的。同样，应急保护(即，对极其快速产生的瞬态浪涌的保护)以及灯驱动电路自动关断，或动态减小灯两端的电压以及通过灯的电流的有关性能也是必要的。在镇流器系统中的这些现有的保护措施能够潜在地保护灯和镇流器，以及外部设备。

一般来说，电子镇流器的过载保护是用模拟比较器实现的，其中，包括模拟比较器的过载保护电路与灯硬连接，并且被设计为连续检测灯电压和电流。如果电压或电流值大于设置在比较器中的参考值，比较器将输出信号，从而关断由镇流器产生的开关脉冲，并将不再驱动灯。某些镇流器是以微处理器为基础的。这些基于微处理器的镇流器也可以用模拟比较器检测灯电压或灯电流，并且当出现过载时关断开关信号。

或者，可以将模拟比较器的输出发送到用脉宽调制(PWM)信号驱动灯的微处理器的中央处理单元(CPU)。比较器的输出将激活一个软件程序，该程序将改变PWM模块的设置，关断开关脉冲或减少脉冲切换，以便保证传递到灯的功率足够低，从而消除过流或过压条件。

因此，在本领域目前的情况下，电子镇流器的过载保护是通过模拟电路单独运行或者通过模拟电路作为微处理器的辅助设备运行来实现的；在这两种情况下，检测是通过模拟比较器进行的；在前一种情况下，比较器通过硬件电路产生关断开关脉冲的信号。在后一种情况下，比较器给CPU发出信号，CPU关断驱动灯的开关脉冲或者减小脉冲宽度。

在目前用于为电子镇流器提供过载保护的这两种方法有一些固有的问题。首先将讨论的是使用模拟比较器的纯硬件措施。对镇流器的故障保护来说，使用模拟比较器既不稳定也不可靠。在第一种情况下，保护电路的参数对温度的变化和处理工艺很敏感，其保护所参考的最大电流和最大电压的正常值会变化，因此会有很多麻烦。此外，即使假设可以为使用比较器的电路适当地或者可以接受地校准比较器中的参考电压和参考电流，所得到的保护电路也不是可编程的或者不能在任何其它电路中使用。因此，在模拟纯硬件保护电路中，它将只能用于保护一个特定电压和一个特定电流的限制值。这样的保护电路既不是通用的，在检测中也不是可调的，并且不能用作设计为控制各种灯和灯驱动电路的镇流器的标准部件。

另一方面，使用纯软件措施确实得到了灵活性方面的优点，优点在于保护电路保护的最大电流和最大电压是可编程的。因此，这样的电路可以与各种灯和灯驱动电路一起使用，并且提供了随干扰和可以保护的其它条件改变过载最大值的灵活性。所需要的是根据出现的具体情况(例如，最大电压)对CPU重新编程，从而改变PWM信号，例如，如果在电压过低时过载电路跳闸，则可以方便地改变这些有软件使用的值。硬件措施则需要各种部件变化。

一般在纯软件措施中可以进行的过载判定处理的速度太慢，以至不能在紧急或接近紧急的情况下保护电路。紧急情况指的是在灯的运行中出现严重的电流过载或严重的电压过载，如果要防止损坏灯，保护电路必须立即做出反应。CPU和软件一般占用的时间太长，以至来不及反应。

一般来说，通过模拟硬线路提供的过载保护是不准确的并且是不可改变的。由于必须进行调节且生成新的PWM信号，因此在CPU的软件中提供保护意味着任何过载情况都必须通过CPU进行处理。这样占用的时间太长。

按照以上讨论的结果，在本领域中明显地非常需要这样的用于电灯的过载保护电路，它既可以直接提供软件措施的可编程适应性，又可以提供目前只能通过硬连接的过载保护电路得到的速度。

按照涉及利用软件和硬件的混合措施为电路提供过载保护的设备和方法的思路的本发明，能够克服现有技术的上述不足。在优选实施例中，这种电路被用在通常被用于控制荧光灯的使用半桥功率变换器控制电照明的数字镇流器中。可以将本发明方便地推广到用于控制HID灯的全桥功率变换器中。在这两种情况下，驱动输出都是交流脉冲链。