諧振鎮流器及其切換電路的制作方法

專利名稱：諧振鎮流器及其切換電路的制作方法
技術領域：
本發明大體上涉及一種切換電路，且更明確地說涉及一種鎮流器
(ballast)的切換電路。
背景技術：
熒光燈是我們日常生活中最普及的光源之一。改進熒光燈的效率會顯著 節省能量。因此，在最近的發展中，熒光燈的鎮流器的效率改進和功率節省 是主要課題。圖1示出了與諧振電路串聯連接的常規電子鎮流器電路。半橋 式逆變器(half-bridge inverter)由第一開關10和第二開關20組成。兩 個開關10和20在所需的切換頻率下以50°/。的工作周期互補地接通和斷開。 諧振電路(resonant circuit )包括電感器70、電容器75以操作熒光燈50。 與熒光燈5 0并聯連接的電容器5 5作為起動電路而操作。 一旦熒光燈5 0接通， 則控制切換頻率以產生需要的燈電壓。這種鎮流器電路的缺點是對于開關10 和20的較高的切換損失。熒光燈50的寄生裝置(例如，等效電容等)響應 于焚光燈50的溫度變化和使用年限而變化。此外，電感器70的電感和電容 器75的電容也在鎮流器電路的大 規模生產期間而有所變化。

發明內容
本發明提供一種用于熒光燈的鎮流器電路。由串聯連接的電容器和變壓 器形成諧振電路。諧振電路用于操作熒光燈。第一控制電路和第二控制電路 用以切換諧振電路。變壓器的第一繞組(winding)與熒光燈串聯連接。變壓 器的第二繞組和第三繞組用于分別響應于諧振電^^的切換電流來產生第 一控 制信號和第二控制信號。以第一控制電路為例， 一旦第一控制信號高于第一 閾值，則第一開關接通。諧振電路的四分之一諧振周期之后， 一旦第一控制 信號低于第二閾值，則第一開關斷開。因此，實現了第一開關的軟切換操作 (soft switching operation )。第二控制電路以與第 一控制電路相同的方
式操作以實現第二開關的軟切換搡作。
本發明的一個目的是提供一種鎮流器電路，其可自動實現軟切換以減少 切換損失并改進鎮流器電路的效率。
本發明的另 一 目的是開發一種在效率上具有較高性能的低成本電路。


本文包含附圖以提供對本發明的進一步理解，且附圖并入本說明書中并 組成其一部分。

本發明的實施例，并與描述內容一起用于解釋本發 明的原理。
圖1示出了常規電子鎮流器電路。
圖2是根據本發明實施例的鎮流器電路的示意性電路。 圖3示出了變壓器的繞組。
圖4到圖7分別示出了根據本發明實施例的鎮流器電路的第一操作階段 到第四操作階段。
圖8示出了根據本發明的鎮流器電路的多個波形。 圖9示出了根據本發明實施例的控制電路。 圖IO示出了根據本發明實施例的反跳電路。
具體實施例方式
圖2示出了根據本發明實施例的鎮流器電路的示意電路。電容器75與變 壓器8Q串聯連接以形成諧振電路。諧振電路產生正弦波電流以操作燈50, 燈50在本發明實施例中為熒光燈。第一開關IO耦合到諧振電路以將第一電 壓Vw供應到諧振電路。第一電壓V3。譬如是由外部所供應的電壓源。第一開 關10由第一切換信號S,控制。第二開關20耦合到諧振電路以將第二電壓V4。 供應到諧振電路。第二開關20由第二切換信號S2控制。第一二極管ll與第 一開關10并聯連接，且第二二極管21與第二開關20并聯連接。變壓器80 的第一繞組與電容器75串聯連接以形成諧振電路。
圖3示出了變壓器80的多個繞組。請同時參照圖2與圖3，變壓器80 的第一繞組81與燈50串聯連接，以檢測諧振電路的切換電流。因此，變壓 器80的第二繞組82和第三繞組83用于分別響應于諧振電路的切換電流來產 生第一控制信V,和第二控制信號V2。如圖2所示，第一控制電路100用于響
應于第一控制信號V,而產生第一切換信號S,以接通/斷開第一開關10。第二
控制電路200用于響應于第二控制信號V2而產生第二切換信號S2以控制第二 開關20。
圖4到圖7分別示出了根據本發明實施例的鎮流器電路的四個操作階段。 圖4示出了第一操作階段T,。當第二開關20接通時，燈電流L流經變壓器 80以產生第二控制電壓V2。 一旦燈電流Iw減小使得第二控制電壓V2減小為低 于第二閾值VT2，則第二控制電路200藉由禁止UisaMe)第二切換信號S2 使第二開關20斷開。之后，如圖5所示，諧振電路的環電流(circular current )接通第一二極管11。環電流由存儲在變壓器80中的能量所提供。 諧振電路的能量被反向饋充到電容器30 (第二操作階段L)。流經變壓器80 的燈電流lM將產生第一控制信號V,。如果第一控制信號V,高于第一閾值Vt,, 那么第一控制電路100將激活(enable )第一切換信號S，以接通第一開關10。 如圖6所示，由于第一二極管11此刻正導通，所以第一開關10接通，這實 現了第一開關10的軟切換操作(第三操作階段L)。諧振電路的環電流反向 之后，燈電流Iw從電容器30流入諧振電路中。如圖7所示，當燈電流"減 小導致第 一控制電壓V,減小為低于第二閾值VT2時，則第 一控制電路100藉由 禁能第一開關信號S,使第一開關10斷開。同時，諧振電路的環電流接通第二 二極管21,且諧振電路的能量被反向饋充到電容器40 (第四操作階段TJ。 流經變壓器80的燈電流"將產生第二控制電壓V2。如果第二控制電壓V2高 于第一閾值Vn，那么第二控制電路200將使能第二開關信號S2以接通第二開 關20。因此再一次進入第一操作階段T,。如圖4所示，由于第一二極管21 此刻正導通，所以第二開關20接通，這也實現了第二開關20的軟切換操作。 圖8示出了鎮流器電路的搡作階段的多個波形。信號Vx表示第一控制信 號V,和第二控制信號V2。 一旦第一控制信號V，高于第一閾值VT1 (即第三操作 階段L)，則激活(enable)第一切換信號SlQ諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦第一控制信號V，低于第二閾值VT2 (即第四操作階段L),則禁止 (disable)第一切換信號S,。諧振電路的諧振頻率G由下式給定
<formula>formula see original document page 7</formula>(1)
其中，L是變壓器80的第一繞組81的電感，且C是燈50和電容器75 的等效電容。
一旦第二控制信號V2高于第一閾值VT](即第一操作階段T,),則激活第
二切換信號S2。諧振電路的四分之一諧振周期之后， 一旦第二控制信號V2低 于第二閾值V—T2 (即第二操作階段L),則禁止第二切換信號S2。
圖9示出了根據本發明實施例的第一控制電路100或第二控制電路200。 第一輸入電阻器130和第二輸入電阻器140耦合到變壓器80以接收控制信號 Vx (第一控制信號V,或第二控制信號V2)。第一電流源IIO和第二電流源120 分別耦合到第一輸入電阻器130和第二輸入電阻器140。輸入電阻器130、 140 和電流源110、 120為控制電路提供電平位移(level shifting)以檢測控制 信號Vx。在此例中，輸入電阻器130與140的電阻相等，而第二電流源120 的電流高于第一電流源110的電流。因此，在第二輸入電阻器140處產生的 電壓高于在第一輸入電阻器130處產生的電壓，其中，第一輸入電阻器130 與第二輸入電阻器140之間的差分電壓(differential voltage)決定第一 閾值V仏第三電流源115經由控制開關116耦合到第二輸入電阻器140。第 一比較器170具有耦合到第一輸入電阻器130的一輸入。第一比較器170的 另一輸入通過延遲電路耦合到第一輸入電阻器130。延遲電路由電阻器150 和電容器155形成。第一比較器170的輸出接通/斷開控制開關116。當控制 信號Vx的量值(magnitude)減小時，第一比較器170將輸出邏輯高信號
(logic-high signal )以接通控制開關116并將第三電流源115連接到第二 輸入電阻器140。與第三電流源115關聯的第二電流源120在第二輸入電阻 器140處產生較高電壓，其決定圖8中的第二闊值VT2。因此，第二閾值VT2 高于第一閾值VT,。第二比較器180具有耦合到第一輸入電阻器130的一輸入。 第二比較器180的另一輸入連接到第二輸入電阻器"0。響應于第二比較器 180的輸出而激活切換信號Sx (第一切換信號S,或第二切換信號S2 )。為了改 進抗噪聲性(noise immunity),可以將反跳電路(debou腦circuit) 190 耦合到第二比較器180的輸出以產生切換信號Sx。
圖10示出了根據本發明實施例的反跳電路，其中，電流源310和電容器 330決定第一反跳期間(指當邏輯高輸入傳輸至邏輯高輸出的期間)
(logic-high output )。電流源315和電容器330決定第二反跳期間(指當 邏輯低輸入傳輸至邏輯低(logic-low output )輸出的期間)。在第一反跳期 間，輸入信號IN自邏輯低轉態至邏輯高，因此輸入信號IN經由非門320會 使N型晶體管325截止。此時，電流源310會以一預定速度對電容器330充
電(此充電期間即為第一反跳期間)。第一反跳期間結束后，電容器330的邏 輯高電壓便會觸發非門350與360，而由非門360提供邏輯高的輸出信號OUT。 在第二反跳期間，輸入信號IN自邏輯高轉態至邏輯低，因此輸入信號IN經 由非門320會使N型晶體管325導通。此時，電流源315會以一預定速度對 電容器330放電(此放電期間即為第二反跳期間)。第二反跳期間結束后，電 容器330的邏輯低電壓便會觸發非門350與360,而由非門360提供邏輯低 的輸出信號OUT。
綜上所述，由于第一開關IO和第二開關20在諧振電路的能量完全釋放 之前斷開，所以所述能量能夠產生環電流以接通第一二極管11和第二二極管 21。此外，可通過控制信號V,和V2的極性變化來檢測開關10和20的切換。 在第一二極管11導電之后第一開關10立即接通，且在第二二極管21導電之 后第二開關20立即接通。因此，實現了軟切換操作且改進了鎮流器的效率。
雖然已參照本發明的優選實施例特定展示并描述了本發明，但所屬領域 的技術人員將了解，可在不脫離權利要求書所界定的本發明的精神和范圍的 情況下對所述實施例做出形式和細節上的各種變化。
權利要求
1.一種鎮流器的切換電路，其包括諧振電路，其由串聯連接的電容器和變壓器形成以操作燈，其中，所述變壓器具有與所述燈串聯連接的第一繞組，且所述變壓器的第二繞組和第三繞組分別響應于所述諧振電路的切換電流而產生第一控制信號和第二控制信號；第一開關，其耦合到所述諧振電路以將第一電壓供應到所述諧振電路，其中，所述第一開關由第一切換信號控制；第二開關，其耦合到所述諧振電路以將第二電壓供應到所述諧振電路，其中所述第二開關由第二切換信號控制；第一控制電路，其用以響應于所述第一控制信號產生所述第一切換信號；以及第二控制電路，其用以響應于所述第二控制信號產生所述第二切換信號。
2. 根據權利要求1所述的切換電路，其中， 一旦所述第一控制信號高于 第一閾值，則激活所述第一切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦所述第一控制信號低于第二閾值，則禁止所述第一切換信號。
3. 根據權利要求1所述的切換電路，其中， 一旦所述第二控制信號高于 第一閾值，則激活所述第二切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周期 之后， 一旦所述第二控制信號低于第二閾值，則禁止所述第二切換信號。
4. 根據權利要求1所述的切換電路，其中，所述第一控制電路包括 第一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器；第 一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第 二輸入電阻器；第三電流源，其經由控制開關耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另 一輸入經由延遲電路連接到所述第 一輸入電阻器，且所述第 一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第二比較器的另 一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中響應于所述第二比較器的輸出而激活所述第 一切換信號。
5. 根據權利要求4所述的切換電路，其中，所述第一控制電路進一步包括用以產生所述第一切換信號的反跳電路。
6. 根據權利要求1所述的切換電路，其中，所述第二控制電路包括 第 一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經由控制開關耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另一輸入經由延遲電路連接到所述第一輸入電阻器，且所述第一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第二比較器的另一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中，響應于所述第二比較器的輸出而激活所述第二切換信號。
7. 根據權利要求6所述的切換電路，其中，所述第二控制電路進一步包 括用以產生所述第二切換信號的反跳電路。
8. —種鎮流器電路，其包括 諧振電路，用以操作一燈，其包括變壓器，其具有與所述燈串聯連接的第一繞組，且所述變壓器的第 二繞組和第三繞組分別響應于所述諧振電路的切換電流而產生第一控制信號 和第二控制信號；第 一開關，其耦合到所述諧振電路以將第 一電壓供應到所述諧振電路， 其中所述第 一開關由第 一切換信號控制；第二開關，其耦合到所述諧振電路以將第二電壓供應到所述諧振電路， 其中所述第二開關由第二切換信號控制；第一控制電路，其用以響應于所述第一控制信號產生所述第一切換信號;以及第二控制電路，其用以響應于所述第二控制信號產生所述第二切換信號。
9. 根據權利要求8所述的鎮流器電路，其中， 一旦所述第一控制信號高 于第一閾值，則激活所述第一切換信號，且所述諧振電路的四分之一諧振周 期之后， 一旦所述第一控制信號低于第二閾值，則禁止所述第一切換信號； 以及一旦所述第二控制信號高于所述第一閾值，則激活所述第二切換信號， 且所述諧振電路的所述四分之一諧振周期之后， 一旦所述第二控制信號低于 第二閾值，則禁止所述第二切換信號。
10. 根據權利要求8所述的鎮流器電路，其中，所述第一控制電路包括 第一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經由控制開關耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另 一輸入經由延遲電路連接到所述第 一輸入電阻器，其中所述第 一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，且所述第二比較器的另 一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中響應于所述第二比較器的輸出而激活所述第 一切換信號。
11. 根據權利要求IO所述的鎮流器電路，其中，所述第一控制電路進一 步包括用以產生所述第 一切換信號的反跳電路。
12. 根據權利要求8所述的鎮流器電路，其中，所述第二控制電路包括 第 一輸入電阻器和第二輸入電阻器，其耦合到所述變壓器； 第一電流源和第二電流源，其分別耦合到所述第一輸入電阻器和所述第二輸入電阻器；第三電流源，其經由控制開關耦合到所述第二輸入電阻器； 第一比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，所述第一比較器的另一輸入經由延遲電路連接到所述第一輸入電阻器，其中，所述第一比較器的輸出用以接通/斷開所述控制開關；以及第二比較器，其具有耦合到所述第一輸入電阻器的輸入，且所述第二比較器的另一輸入連接到所述第二輸入電阻器，其中，響應于所述第二比較器的輸出而激活所述第二切換信號。
13. 根據權利要求12所述的鎮流器電路，其中，所述第二控制電路進一步包括用以產生所述第二切換信號的反跳電路。
全文摘要
本發明提供一種用于熒光燈的低成本鎮流器及其切換電路。熒光燈與具有變壓器的諧振電路串聯連接。第一開關和第二開關用以切換諧振電路。變壓器的第一繞組與電容器串聯連接以形成諧振電路。變壓器的第二繞組和第三繞組用于響應于諧振電路的切換電流來產生控制信號。響應于控制信號來控制第一開關和第二開關。此外，本發明實現了第一開關和第二開關的軟切換操作。
文檔編號H05B41/233GK101106859SQ20071010958
公開日2008年1月16日 申請日期2007年6月27日 優先權日2006年12月7日
發明者楊大勇 申請人:崇貿科技股份有限公司