[发明专利]用于气体放电器件的低频方波电子镇流器

说明书

发明背景

1.发明领域

本发明涉及一种低频电源变换器，具体地说，涉及用于气体放电器件的低频电子镇流器。更加具体地说，本发明涉及一种用于高压钠灯的低频方波电子镇流器。

2.现有技术

高频开关方式电源变换器的一个重要应用是向气体放电器件、特别是高压钠(HPS)灯供电。在向气体放电灯以高频供电的情况下，高频镇流器和气体放电灯的相互作用比起传统的低频镇流器和气体放电灯之间存在的相互作用具有更高的程度。高频镇流器具有声共振的缺点，它会引起各种问题，例如不稳定性、输出的高波动、或者在最恶劣的情况下使放电管破裂。因此，对这个问题的一个最佳解决办法是使用高频的、以直流变直流的开关方式作为可控电流源连接到一个低频直流变交流的方波逆变器(inverter)以向气体放电灯供电。由于它的较轻的重量、更高的效率和不存在声共振，这种新型的具有低频输出的高频镇流器和传统的低频镇流器或通常的高频电子镇流器相比时具有明显的优点。此外，新一代高度完善的电子镇流器可以被用来提供若干专门的特点，举例来说，诸如自动的或可控的调光。

因此，对于一个高度完善的、高效的、向气体放电灯供电的低频电子镇流器的主要设计目标应该是如下几点：

(a)极高效(≈95％)、节能及关键部件的低温升；

(b)低频方波形的灯电流(波峰因素为1)，由于瞬时的灯功率为常数(无闪烁)所以不会发生声共振；

(c)高可靠性和长寿命(较低的功率损耗，无电解电容器)；

(d)全可控的灯功率，消除电路电压波动和灯的老化的影响；

(e)可编程和/或可控的调光以提供实质性的节能；

(f)当灯管达到它的寿命的终止时自动地切断电源(事先编程)；

(g)按光照自动开关和高温保护；和

(h)功率因素校正(PF≥95％)和EMI(电磁干扰)滤除。

现有技术在许多已知的对气体放电灯提供高频镇流器的电路中都有体现。例如，可以用于HPS(HID)灯上的高效电子镇流器在下列文献中作了讨论：一是美国专利5,097,183号，题为“主从半桥式直流-交流开关方式电源变换器”，另一是转让给本发明的受让人的、1992年5月15日提交的美国专利申请序列号883,762，题目为“自对称和自振荡半桥式电源逆变器”。

发明概要

本发明的一个目的是提供一种功率受控且电流受限的电流源以实现用于HPS(HID)灯的理想的镇流器曲线。

本发明的第二个目的是提供一种功率受控的电流源，其中功率是可选的和/或连续可变的。

本发明的另外一个目的是提供一种高频的直流到直流变换器作为功率受控的电流源，其中不用电解电容器。

本发明的还有一个目的是提供一种具有明显地改进的效率的高频降压变换器(buck converter)结构，其中的控制电路是和主开关晶体管一起浮动的。

本发明的进一步的目的是提供一种电路，特别是为降压变换器结构提供一种电路，以实现输出电压的逆变和零电流检测。

本发明的另一个目的是提供一种高效方波全桥式逆变器；它能在包括直流在内的非常宽的频率范围内运行。

本发明还有一个目的是提供一个控制方波全桥逆变器的逻辑控制电路以实现在高(或零)和低频运行之间的可编程的切换。

本发明的另一个目的是提供一个与主电压相连接的低功率稳定逻辑供电电压源，其中不使用电解电容器。

本发明的还有一个目的是提供一个与主电压相连接的低功率稳定逻辑供电电压源，其中不使用电解电容器。

附图简介

图1表示用于气体放电器件的包括6个基本单元的优选电子镇流器的原理图；

图2A、2B和2C表示对应于图1的原理图的电压和电流波形；

图3A表明由本发明的优选电子镇流器实现的以灯管功率对灯管电压的曲线表示的镇流器曲线图；

图3B表示灯管电流对灯管电压的曲线；

图4表示在图1中指明为单元1的高功率因素预调节器的电路图；

图5A表示在图1中指明为单元2的功率控制变换器的电路图；

图5B说明对应于单元2的电感器电流曲线；

图5C表明输出和控制电压之间的功能关系图；

图6A表示在图1中指明为单元3和单元4的可控全桥逆变器和点燃电路的电路图；

图6B表明在图1中指明为LD3的一个逻辑驱动单元的4个输出控制信号；