[发明专利]使用可调谐振荡器进行高分辨率脉宽调制(PWM)频率控制

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案主张优先于斯蒂芬·保灵(Stephen Bowling)、詹姆斯·巴特灵(James Bartling)及伊戈尔·沃捷达(Igor Wojewoda)在2009年4月13日提出申请、标题为“使用可调谐振荡器进行的高分辨率脉宽调制(PWM)频率控制”且出于所有目的而以引用的方式并入本文中的第61/168,651号共同拥有的美国临时专利申请案。

技术领域

本发明涉及荧光灯电子调光装置，且更特定来说涉及一种使用从极高分辨率可调谐振荡器接收时钟频率的脉宽调制(PWM)产生器的电子调光装置。

背景技术

随着转换到产生光的更高效的方法(例如荧光灯的使用)的推进，存在对以经济成本提供例如调光等特征的需要。图1中展示典型的共振电路荧光照明镇流器及荧光灯。可通过将此电路表示为两个等效的电阻器-电感器-电容器(RLC)电路来理解操作。图2中所示的第一等效电路在特定频率下串联共振，所述特定频率的选择取决于组件的挑选及振荡器电路的控制分辨率。举例来说，可选择处于约70kHz下的频率，其将为电感器110与灯丝电容器116(Cf)的串联共振。图3中展示第二等效电路。注意，在两个等效电路中，已用短路(零电阻)替换电容器114(C)。电容器114的功能为执行DC阻挡(仅允许AC信号穿过电路)且出于此目的经挑选而具有高电容值。在这些等效电路中将其建模为短路(在AC信号频率下的低阻抗连接)。

当荧光灯112关断时，首先在频率F_High下驱动镇流器。此频率经挑选而高于RLC电路的共振频率点，且为设计特定的，但出于实例性目的可为约100kHz。在此频率下，图2最佳地表示所述灯的等效电路，因为灯气体尚未被电离。图4中展示电路相对于电流的频率响应。此处的目的是使电流通过灯的灯丝，此通常称作‘预先加热’间隔(1)。当灯丝热到足以使周围的灯气体电离时，降低驱动频率。此致使RLC电路被扫描为接近其共振频率，从而导致跨越所述灯的电压的增加。在灯的‘起弧’电压(2)下所述灯中将出现电弧，且所述电弧将点燃(电离)气体。

灯‘点燃’意指气体现在经电离到足以传导电流。现在称灯112接通(产生可见光)。此时，图3最佳地描述灯镇流器电路的行为。注意，灯112现在表现得像与并联R及Cf串联的L。在此情况下，R是灯112中的电离气体的电阻，且Cf是灯丝电容716。一旦灯112被点燃，电压就保持相当恒定，但来自荧光灯的光强度将随到其的频率改变而变化。典型的有用调光范围可发生于介于从约50KHz到约100KHz的范围内，展示为图4的第二曲线(3)。流动穿过荧光灯的电流越多(跨越灯112的灯丝的电压越高)，光强度就越大。可通过调整到灯112的输入信号的频率来控制流动穿过灯112的电流。可由通常在控制装置120外部的一对晶体管106与108来驱动灯112及电抗电路。框内的所有其它元件通常为控制装置120的一部分。以互补方式驱动功率晶体管106与108，使得顶部晶体管106在周期T的一部分内接通，且底部晶体管108在所述周期的剩余部分内接通。在接通时间之间使用静时间间隔，使得两个功率晶体管106与108决不在相同时间导通(参见图8)。

为了控制荧光灯，静时间单元必须接收具有约50％的工作循环的可变频率信号。在基于微控制器的应用中可由脉宽调制(PWM)产生器结合时钟(例如，电阻器电容器(RC)振荡器)提供信号。PWM产生器具有产生具有可控制的可变频率及工作循环的数字信号的能力。通过改变PWM周期寄存器的值来调整PWM信号的频率，同时通过改变PWM工作寄存器的值将工作循环维持为大致百分之五十(50)(参见图6)。

荧光灯镇流器制造商需要超高频率分辨率来提供对荧光灯的平滑且准确的调光控制。PWM产生器的频率步长分辨率随到其的输入时钟频率及所要的灯激励频率而变。然而，在典型的PWM产生器应用中，PWM周期寄存器调整不能够产生足够小的频率步长来精确地控制灯电流(光强度)。为了提供此分辨率(例如处于100kHz下)，将需要以超过50MHz的时钟频率来驱动用于控制荧光灯调光的脉宽调制(PWM)产生器。

发明内容