帶點火和操作控制的電子鎮流器的製作方法
2023-09-17 09:32:30 2
專利名稱：帶點火和操作控制的電子鎮流器的製作方法
本申請要求2001年12月21日提交、名稱為「High FrequencyBallast」的參考美國臨時申請No.60/342,951的優先權，在此將其引作參考。
本發明的技術領域是高頻鎮流器系統，具體而言是帶點火和操作控制的高頻電子鎮流器。
高強度放電(HID)燈如汞蒸氣燈、金屬滷化物燈、高壓鈉燈和低壓鈉燈用於各種照明任務。HID燈在給定電量下提供強光輸出這一方面是高效的。然而，HID燈的點火和工作特性給鎮流器設計帶來了難題。目前的鎮流器都存在效率、複雜性和成本的問題。
一旦點火，HID燈就從關滅時的斷路變至非常低的阻抗。需要高點火電壓來對HID燈點火，但是高點火電壓增加了鎮流器壓力，從而縮短鎮流器壽命。
對HID燈重新點火帶來了另外的難題。一旦熄滅，則HID燈在可以重新觸發之前需要冷卻。否則，點火電路不能以適當的點火電壓重新觸發HID燈。試圖通過提高點火電壓至一個高值來加速重新觸發受限於HID燈和燈插座的電壓限制。
在點火之後，HID燈的鎮流器需要高效工作。當線路電壓波動和HID燈老化時，HID燈中的功率必須保持恆定以保持恆定照明。通常，HID燈使用磁性鎮流器如電抗器、恆定瓦特自動變壓器(CWA)或高電抗鎮流器。功率損耗限制效率。例如，對於400瓦特系統，CWA或高電抗鎮流器可能損失45到55瓦特。更高級的操作控制系統更高效，但是需要昂貴的部件，從而限制了它們的應用。
發明人為Nerone、名稱為「Power Control Circuit For DischargeLamp And Method of Operating Same」的美國專利No.4,928,038描述了多種用於控制提供給具有電感閉環的類型的放電燈的功率的電路和方法，其中，該電感閉環由具有d-c輸入級和由電源本身內的開關裝置的開關頻率控制的輸出功率的電源操作，從而當該開關裝置導通時，電流流至該電感閉環，而當該開關裝置不導通時，沒有電流從該電源流至該閉環。
發明人為Blom、名稱為「Switching Circuit For Operating ADischarge Lamp With Constant Power」並且轉讓給與本發明相同的受讓人的美國專利No.5,235,255描述了一種用於通過開關型電源以基本上恆定的功率操作放電燈的電路布置，其中，該開關型電源具有可變輸入電流並且裝備有開關裝置，該開關裝置周期性地開關以通過在驅動電路中產生和由與該輸入電流成正比的信號形成的驅動信號以及基準信號來控制輸入電流。
發明人為Beasley、名稱為「Electronic Ignition EnhancingCircuit Having Both Fundamental And Harmonic ResonantCircuits As Well As A DC Offset」的美國專利No.5,796,216描述了一種具有變壓器的高頻電子鎮流器，其中該變壓器具有通過初級磁通量通路耦合於次級繞組的初級繞組，其中磁通量可以由包括可調整氣隙的次級磁通量通路從初級磁通量通路轉移。
發明人為Beasley、名稱為「Method for Igniting High FrequencyOperated，High Intensity Discharge Lamps」的美國專利No.5,914,571描述了一種用於通過以非正弦波形驅動的雙諧振電路對高頻工作的高強度放電燈點火的方法和電路，並且包括了一個可選實施例，其中採用直流偏置電路來典型地以交替施加的電壓的峰值的整數倍對該燈施加直流電壓。
發明人為Collins、名稱為「Metal Halide Lamp LumenDepreciation Improvement」的美國專利No.6,369,522描述了一種設計成在燈的壽命期間降低燈流明損耗的鎮流器和金屬滷化物燈電路改進，其中，該電路包括高頻電子鎮流器，配置成產生高電壓啟動脈衝；以及金屬滷化物燈，還包括含有可離子化介質的弧光管，並且具有封入弧光管相對端的主電極。
從而，需要有一種將克服上述缺點的帶點火和操作控制的電子鎮流器。
本發明的一方面提供了一種帶點火和操作控制的電子鎮流器。
本發明的另一方面提供了一種以較低點火電壓提供點火的帶點火和操作控制的電子鎮流器。
本發明的另一方面提供了一種以較低點火電壓提供較早熱重新觸發的帶點火和操作控制的電子鎮流器。
本發明的另一方面提供了一種提供高效功率控制的帶點火和操作控制的電子鎮流器。
本發明的另一方面提供了一種降低功率損耗的帶點火和操作控制的電子鎮流器。
通過下面結合附圖閱讀的對本發明優選實施例的詳細描述，本發明的前述和其他特性和優點將會變得更加清楚。該詳細描述和附圖僅是為了示例說明本發明，而不是限制由所附權利要求及其等價物限定的本發明範圍。
圖1示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的方框圖。
圖2A-2C示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的電源的示意圖。
圖3示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的燈功率電路的示意圖。
圖4A-4F示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的鎮流器控制電路的電路。
圖5A-5C示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的點火和操作控制電路的方框圖。
圖1示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的方框圖。為了說明簡潔起見，省略了塊間的一些連接。電子鎮流器100包括電源110，由電網電壓(mains voltage)120饋電；燈功率電路130，供電給高強度放電(HID)燈140；以及鎮流器控制電路150。電源110調節和修正用於電子鎮流器100的功率，燈功率電路130輸送功率給HID燈140，並且鎮流器控制電路150控制電子鎮流器100的操作。
電源110包括電磁幹擾(EMI)濾波器112，位於電源110的輸入側；120V電源114，用於為備用白熾燈116供電；功率因數校正(PFC)電路117；以及輔助低壓電源118，用於為鎮流器控制電路150供電。燈功率電路130包括電容器組134、諧振半橋136以及點火電路138。鎮流器控制電路150包括調光電路152、功率因數校正(PFC)控制電路154、微控制器電路156、功率調節電路158、電流調節電路160以及驅動器電路162。
圖2A-2C示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的電源的示意圖。參照圖2A，在引接端X1、X2、X3上提供電網電壓。電網電壓的變化範圍可以為約180V到305V，並且典型地為約200V到277V。連接到電網電壓的EMI濾波器112包括變壓器L3；電容器C1、C2、C4、C6；以及橋式整流器BD1。電路保護可以由浪湧電流限制器RT1和電壓抑制變阻器RV1提供。EMI濾波器112的輸出作為Aux_Line功率延伸至低壓電源。輔線電壓在變壓器L3之後分支，以作為電網電壓信號Vmains供給120V電源。
參照圖2B，120V電源114將200-277伏Aux_Line功率降壓至120伏以供電給備用白熾燈。HID燈在預熱階段具有低光輸出，其中，預熱階段發生於供電之後的大約前一分鐘。另外，HID燈在可以被重新點火之前需要冷卻，典型地約為5到15分鐘。當HID燈未點燃或者以低亮度級點燃時，備用白熾燈提供照明。備用白熾燈根據需要可以是滷素燈或者任何其他120V燈。只要電子鎮流器通電，120V電源114就通電。來自鎮流器控制電路的ELON信號確定何時120V電源114供電給備用白熾燈。每當HID燈功率小於預定設置點如一半額定HID燈功率從而表示HID燈不提供充足光時，ELON信號導通該燈。
120V電源114包括比較器電路，響應Aux_Line電壓信號，並且提供輔線過零信號；120V微控制器，響應輔線過零信號和輔線電壓幅度信號，並且提供120V驅動信號；以及120V驅動器電路，響應120V驅動信號，並且提供120V功率給備用白熾燈。來自鎮流器控制電路的ELON控制信號開關比較器電路和120V微控制器以根據需要導通和關斷供給備用白熾燈的120V功率。
包括二極體D1、D2、D3和D4的全橋對240-277伏Aux_Line功率整流。整流信號在由電壓調節器U2調節之後提供Aux_Line基準信號給比較器U1。整流信號還在由包括電阻器R1和R2的分壓器按比例調整之後提供可變Aux_Line電壓信號給比較器U1。比較器U1比較Aux_Line基準信號與Aux_Line電壓信號，並且提供輔線過零信號給120V微控制器U3。輔線過零信號用來確定輔線頻率。
Aux_Line功率由包括電阻器R3和R4的分壓器按比例調整，並且在採用二極體D5、電容器C10和電阻器R3、R4進一步調節之後作為輔線電壓幅度信號提供給120V微控制器U3。
120V微控制器U3使用輔線過零信號和輔線電壓幅度信號以確定用於三端雙向可控矽開關元件Q1的120V驅動信號。120V微控制器U3採用預編程查詢表來根據輔線電壓幅度信號查詢三端雙向可控矽開關元件Q1的期望定時/相位角，並且針對由輔線過零信號表示的輔線頻率來校正。120V驅動信號通過變壓器T1開關三端雙向可控矽開關元件Q1以提供調節完善的120V功率給備用白熾燈。120V電源114提供調節完善的120V功率，這將延長備用白熾燈的壽命，並且向備用白熾燈提供過電壓保護。
來自鎮流器控制電路的ELON控制信號開關光隔離器ISO1以根據需要導通和關斷供給備用白熾燈的120V功率。為了關斷120V功率，光隔離器ISO1將比較器U1以及120V微控制器U3上的主清除引腳的基準電壓接地。
圖2C示出根據本發明製作的電子鎮流器的功率因數校正和低壓電源的示意圖。功率因數校正電路117接收EMI濾波器的輸出電壓，並且對提供給輔助低壓電源118和燈功率電路的功率升壓。
功率因數校正電路117提供高功率因數和低總諧波畸變。功率因數校正電路117相對於電網電壓調整供給燈功率電路的幹線電壓，以減小由於與電網電壓無關地保持固定基準電壓而將發生的功率損耗。功率因數校正電路117包括變壓器T2、開關Q3和二極體D10。電網電壓信號Vmains通過電阻器R10以將電網電壓信號Vmains提供給鎮流器控制電路中的PFC控制電路。PFC控制電路處理電網電壓信號Vmains、PFC電流信號Ipfc以及PFC電壓信號Vpfc，並且將PFC門信號Gpfc返回給功率因數校正電路117。PFC門信號Gpfc循環開關Q3，從而滿足輸出電壓要求和輸入電流要求。在一個實施例中，幹線電壓Vrail可以針對特定電網電壓設為離散值。例如，如果電網電壓低於約210-215伏，則幹線電壓可以設為約400伏。同樣地，對於約210到255伏以及約250伏以上的電網電壓，幹線電壓可以分別設為約450伏和約465-480伏。本領域的技術人員應該理解，可以使用不同電網電壓範圍和幹線電壓以適於具體應用。變壓器T2還將零電流輸入信號ZCin提供給PFC控制電路，以表示變壓器T2中的電流何時達到零。變壓器T2還通過Vdimm+和Vdimm-提供功率給鎮流器控制電路中的調光電路。功率因數校正電路117通過PFC電壓信號Vpfc和比例化PFC輸出電壓信號Vpf提供電壓信號給鎮流器控制電路。
輔助低壓電源118提供功率給鎮流器控制電路部件。輔助低壓電源118從功率因數校正電路117的輸出獲得功率，並且使用開關模式電源IC U5產生15伏的低壓功率。電壓調節器Q5調節來自開關模式電源IC U5的輸出。電壓調節器Q5的輸出通過Vccpfc線提供功率給PFC控制器，並且通過+15線提供功率給其他鎮流器控制電路部件。
圖3示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的燈功率電路的示意圖。燈功率電路130包括電容器組134、諧振半橋136和點火器138。電容器組134充當能量緩衝器。諧振半橋136從EMI濾波器接收功率，並且轉換功率以驅動HID燈。點火器138在燈啟動期間提供高壓給HID燈。
位於功率因數校正電路輸出側的電容器組134包括電解電容器C15和C16。諧振半橋136包括開關Q7、Q9，電感器L4和電容器C17。供給HID燈的功率由電感器L4和電容器C17的阻抗以及開關Q7和Q9分別響應高門信號Hgate和低門信號Lgate而交替開關的頻率來控制。高門信號Hgate和低門信號Lgate以及它們各自的地HSource和Lsource由鎮流器控制電路提供。
來自諧振半橋136的信號也提供信息給鎮流器控制電路。燈功率信號Psense+通過測量電阻器R12兩端的電壓來提供以表示向諧振半橋136的功率輸入。檢測燈電流信號Isense+到Isense-通過測量流經與電感器L4和電容器C17串聯的變壓器T3的電流來提供。HID燈的電壓可以通過將燈功率除以燈電流來確定。
點火器138包括DC偏置電路139，可操作地連接到電感器L4和電容器C17的接點；箝位電路137，可操作地連接到電感器L4上的次級繞組、以及電容器C19。結合由DC偏置電路139施加於電容器C17的DC偏置電壓，通過電感器L4和電容器C19之間的諧振來生成HID燈的點火電壓。諧振是第一諧波共振。
DC偏置電路139包括二極體D12、D14、D16，電容器C21、C23、C25，電阻器R14和二極體D18。在生成點火電壓的期間，DC偏置電路139將DC偏置電壓提供給電容器C17，以減小開關Q7和Q9中的電流。DC偏置電壓的幅度是電感器電壓的固定比率。DC偏置電壓由電感器L4上的諧振電壓控制，該諧振電壓由流經電感器L4的電流確定。當變壓器T3測量流經電感器L4的電流，並且將檢測燈電流信號Isense+到Isense-提供給鎮流器控制電路中的鎮流器微控制器時，提供反饋迴路。鎮流器控制電路以供給開關Q7和Q9的Hgate、Lgate、Hsource和Lsource信號控制頻率掃描。DC偏置電壓根據具體應用可以設在約1kV與2.5kV之間。
還提供了硬體控制/限制電路以控制電感器L4上的電壓。硬體控制/限制電路包括線圈L6、二極體D21、電容器C27、電阻器R16以及齊納二極體D20。流經線圈L6的電流產生由二極體D21整流且由電容器C27濾波的電壓，以產生壓控振蕩器(VCO)反饋信號VCOfb。VCO反饋信號作為反饋控制和限制提供給鎮流器控制電路中的壓控振蕩器(VCO)，從而允許鎮流器控制電路控制電感器L4上的電壓。在一個實施例中，線圈L6是飽和線圈，以減小二極體D24、D25、D26、D27的開關效應。
箝位電路137包括電感器L4的次級繞組，二極體D24、D25、D26、D27的整流器電橋，電容器C29和二極體D21。如果次級繞組電壓變得太高，則箝位電路137導通，從而將電感器L4上的電壓限制於電路地之上的幹線電壓。電感器L4的次級繞組的繞組比率可以用來設置箝位電路137導通的電壓。
在另一個實施例中，可以與電容器C19串聯來提供響應來自鎮流器控制電路的點火信號的點火開關(未示出)。點火開關可以允許鎮流器控制電路根據提供給鎮流器控制電路的控制信息對HID燈的點火進行正控制。
圖4A-4F示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的鎮流器控制電路的電路圖。圖4A示出根據本發明製作的電子鎮流器的調光電路的示意圖。模擬調光信號是在插口J2由調光電路152接收的手工或自動可調整輸入信號。模擬調光信號根據具體應用的要求可以是0-10伏或者其他電壓範圍。鎮流器控制電路150中的調光電路152由正溫度係數(PTC)過電流保護器RT2和齊納二極體D30保護以防止插口J2處的高輸入電壓。模擬調光信號供給壓控振蕩器U9，壓控振蕩器U9將模擬調光信號轉換成其頻率與模擬調光信號電壓成正比的頻率調光信號Dimm。頻率調光信號Dimm提供給光耦合器ISO1，這將調光電路152輸出與微控制器電路相隔離。功率因數校正電路通過Vdimm+和Vdimm-提供功率給調光電路152，其中電壓調節器U7提供電壓穩定化。
圖4B示出根據本發明製作的電子鎮流器的鎮流器控制電路150中的功率因數校正(PFC)控制電路154的示意圖。使用功率因數校正U10，PFC控制電路154處理電網電壓信號Vmains、PFC電流信號Ipfc以及來自功率因數校正電路的PFC電壓信號Vpfc，並且將PFC門信號Gpfc返回給功率因數校正電路。PFC控制電路154接收零電流輸入信號ZCin以表示PFC電路中的變壓器的電流何時達到零。
特定電網電壓範圍的目標幹線電壓由電阻器R20、R21、R22和R23的電阻器組設置。鎮流器微控制器響應電網電壓信號Vmains，並且提供電源功率因數電壓信號Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0，它們將電阻器組中的各個電阻器通過開關接地。電阻器組提供對應於可能幹線電壓的不同電壓，它們偏置供給功率因數校正U10的PFC電壓信號Vpfc。
圖4C和4D分別示出根據本發明製作的電子鎮流器的微控制器電路和鎮流器微控制器細節的示意圖。鎮流器微控制器U12是電子鎮流器和鎮流器控制電路的主控制部件。微控制器電路156接收有關整個電子鎮流器內的各參數的信息，並且將控制信號提供給各部件。振蕩器Y1將典型地約為4MHz的振蕩信號提供給鎮流器微控制器U12。鎮流器微控制器U12從功率調節電路接收5V功率，而功率調節電路從輔助低壓電源接收15V功率。EEPROM U14存儲提供給鎮流器微控制器U12的信息，以將電子鎮流器調至適當的功率電平、起動電流和點火電壓。
來自調光電路的調光信號Dimm是向微控制器電路156的輸入，它引導鎮流器微控制器U12以通過調整供給功率調節電路的功率基準信號Pref設置供給HID燈的功率。
Sweep信號是從微控制器電路156到驅動器電路的輸出，以在點火期間掃描頻率並且產生所需電壓。Sweep信號是點火電壓信號Vign的函數。Sweep信號還調製穩定狀態操作期間的燈電流頻率，以提高弧光穩定性。穩定狀態操作在轉讓給與本發明相同的受讓人的美國專利申請No.10/043,586中有描述，在此將其引作參考。
功率基準信號Pref是來自鎮流器微控制器U12的輸出，並且向功率調節電路提供功率基準信號，以將其與經過處理的檢測功率信號進行比較以調整HID燈的輸出。功率基準信號Pref控制HID燈功率，並且是測量幹線電壓Vpf和檢測功率信號Pwr的函數。功率基準信號Pref也可以是頻率調光信號Dimm和來自EEPROM U14的校準常數的函數。SCL和SDA信號將來自EEPROM U14的存儲信息如功率電平、起動電流和點火電壓傳送到鎮流器微控制器U12。
電源功率因數電壓信號Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0是來自鎮流器微控制器U12的輸出，從而向PFC控制電路中的電阻器組提供接地以設置目標幹線電壓。Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0的接地是電網電壓Vmains的函數。
Tx和Rx信號使用RS232接口協議通過埠J1提供鎮流器微控制器U12與外部於電子鎮流器的裝置之間的通信。
輸入電壓信號Vmains是從PFC控制電路154到鎮流器微控制器U12的輸入，並且表示電網電壓電平。輸入電壓信號Vmains確定鎮流器微控制器U12設置電源功率因數電壓信號Vpf_3、Vpf_2、Vpf_1和Vpf_0的輸出。
比例化PFC輸出電壓信號Vpf是從功率因數校正電路117到鎮流器微控制器U12的輸入，並且表示幹線電壓。
處理功率信號Pwr是從功率調節電路到鎮流器微控制器U12的輸入，並且表示供給HID燈的功率。除以燈電流信號Isense+之後的處理功率信號Pwr提供HID燈電壓。處理功率信號Pwr、比例化PFC輸出電壓信號Vpf、來自EEPROM U14的校準常數以及調光信號Dimm用來確定控制HID燈功率的功率基準信號Pref。
溫度信號Ts是從微控制器電路156的過電流保護器RT3到鎮流器微控制器U12的輸入，並且表示電子鎮流器的溫度。溫度信號Ts可以由鎮流器微控制器U12使用以判定是否應切斷電子鎮流器以避免破壞鎮流器微控制器通過切換切斷信號SD來切斷電子鎮流器。
點火電壓信號Vign是從點火器到鎮流器微控制器U12的輸入，並且表示提供給HID燈以點火的電壓。點火電壓信號Vign可以由鎮流器微控制器U12用來確定掃描信號Sweep的幅度以啟動HID燈。
燈電流信號Isense+是從電流調節電路到鎮流器微控制器U12的輸入，其中電流調節電路從諧振半橋接收信號。燈電流信號Isense+表示供給HID燈的電流，並且用來控制起動電流限制信號Iworm。燈電流信號Isense+還用來計算燈電壓，該電壓可以用於諸如確定故障情形的功能。
鎮流器微控制器U12可以通過將處理功率信號Pwr除以燈電流信號Isense+來確定HID燈的電壓。鎮流器微控制器U12可以使用處理功率信號aPwr、電流信號Isense+以及算出的HID燈電壓來確定功率基準信號Pref的幅度以控制HID燈。功率基準信號Pref也可以是頻率調光信號Dimm和來自EEPROM U14的校準常數的函數。
ELON信號是從鎮流器微控制器U12到120V電源的輸出，並且確定120V電源何時供電給備用白熾燈。每當由供給鎮流器微控制器U12的Pwr信號表示的HID燈功率達到預定設置點時，ELON信號關斷備用白熾燈。可以使用諸如約50％額定HID燈功率的預定設置點來表示HID燈提供充足光的點。
起動電流限制信號Iworm是從鎮流器微控制器U12到驅動器電路的壓控振蕩器的輸出。起動電流限制信號Iworm設置燈電流限制電平，並且在低HID燈電壓下需要它來限制起動電流。起動電流限制信號Iworm是表示供給HID燈的電流的燈電流信號Isense+的函數。
反相通電信號-Pwr_On是用於初始化鎮流器微控制器U12的加電/復位信號。
切斷信號SD是從鎮流器微控制器U12到驅動器電路的高端和低端驅動器的輸出。切斷信號SD在諸如無燈點火、燈電壓超出範圍、鎮流器溫度高和電網電壓低的故障狀態下關斷HID燈。
圖4E示出根據本發明製作的電子鎮流器的功率調節電路158和電流調節電路160的示意圖。功率調節電路158將檢測燈功率信號與功率基準信號進行比較，以確定傳給電流調節電路160的功率誤差信號。電流調節電路160使用功率誤差信號和檢測燈電流以確定傳給驅動器電路162的總誤差信號。
功率調節電路158包括運算放大器U16和U17。運算放大器U16接收表示通過諧振半橋的開關Q9的功率的燈功率信號Psense+(參見圖3)。運算放大器U16調節和限制燈功率信號以產生處理功率信號Pwr，該信號提供給運算放大器U17以及微控制器電路。運算放大器U17將處理功率信號Pwr與來自微控制器電路的功率基準信號Pref進行比較以產生提供給電流調節電路160的功率誤差信號Perr。功率調節電路158還包括電壓調節器U21以供電給微控制器電路。
電流調節電路160包括運算放大器U18和U19。運算放大器U18將功率誤差信號Perr與來自諧振半橋的檢測燈電流信號Isense+進行比較以產生提供給運算放大器U19的功率/電流誤差信號PIerr。運算放大器U19調節和限制功率/電流誤差信號PIerr，並且產生提供給驅動器電路的總誤差信號Err。
從微控制器電路到運算放大器U19的掃描信號Sweep在點火期間掃描頻率並且產生所需電壓，並且在穩定狀態操作期間調製燈電流頻率以提高弧光穩定性。穩定狀態操作在轉讓給與本發明相同的受讓人的美國專利申請No.10/043,586中有描述，在此將其引作參考。
圖4F示出根據本發明製作的電子鎮流器的驅動器電路162的示意圖。驅動器電路162從電流調節電路接收總誤差信號Err來表示要提供給HID燈的期望功率，並且將高門信號Hgate和低門信號Lgate提供給諧振半橋以控制供給HID燈的功率。
驅動器電路162包括壓控振蕩器(VCO)U24，驅動器門U26、U27、U28、U29、U30以及高端和低端驅動器U32。VCO U24從電流調節電路接收總誤差信號Err，並且提供與總誤差信號Err的電壓成正比的時鐘控制VCO輸出信號VCOUT。如果需要，來自微控制器電路的起動電流限制信號Iworm或運行切斷信號SD可以切斷VCO U24以關斷HID燈。
這些驅動器門接收VCO輸出信號VCOUT，該信號經三個驅動器門U26、U27、U28產生高輸入信號Hin，並且經兩個驅動器門U29和U30產生低輸入信號Lin。採用奇數個數的驅動器門以產生高輸入信號Hin和採用偶數個數的驅動器門以產生低輸入信號Lin導致高輸入信號Hin和低輸入信號Lin具有相反的極性，其中這兩個信號之間存在死區時間。
高端和低端驅動器U32調節來自驅動器門的高輸入信號Hin和低輸入信號Lin，並且將高門信號Hgate和低門信號Lgate提供給諧振半橋。如果需要，來自微控制器電路的運行切斷信號SD可以切斷VCOU24以關斷HID燈。
圖5A-5C示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的點火和操作控制電路的方框圖。參照圖5A，壓控振蕩器(VCO)204響應來自鎮流器微控制器200的掃描信號240以及來自第二運算放大器(op Amp)220的總誤差信號242。鎮流器微控制器200是任何通用控制裝置，例如由Microchip Technology Inc.製造的PIC16C73B 8比特CMOS微控制器。通常，鎮流器微控制器200響應HID燈反饋信號，並且產生HID燈控制信號。VCO 204提供VCO輸出信號246給驅動器206，驅動器206分別將高門信號248和低門信號250交替提供給第一開關208和第二開關210。幹線電壓輸出202提供功率252給第一開關208。開關功率254通過包括電感元件222和電容元件224的電感電路212提供在HID燈216和並聯電容電路214的兩端。檢測幹線電壓信號256從幹線電壓輸出202提供給鎮流器微控制器200。公共點(Common)300提供電路公共電位。
第一運算放大器(op amp)218比較來自第二開關210的檢測燈功率信號258與來自鎮流器微控制器200的功率基準信號260，以產生功率誤差信號262。來自第二開關210的檢測燈功率信號258還提供給鎮流器微控制器200。第二運算放大器(op amp)220比較來自第一運算放大器218的功率誤差信號262與來自電感電路212的檢測燈電流信號264，以產生總誤差信號242。在電感電路212的電感元件222與電容元件224之間的連接處拾取檢測燈電流信號264，並且將其提供給鎮流器微控制器200。本領域的技術人員應該理解，可以在電感電路212內的任何處或者與電感電路212串聯的任何電路拾取檢測燈電流信號264。在電感電路212與HID燈216之間的連接處拾取點火電壓信號266，並且將其提供給鎮流器微控制器200。
其中相同的元件與圖5A共用相同標號的圖5B示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的點火電路的方框圖。在本例中，壓控振蕩器(VCO)204響應來自鎮流器微控制器200的掃描信號240。VCO 204提供VCO輸出信號246給驅動器206，驅動器206分別將高門信號248和低門信號250交替提供給第一開關208和第二開關210。幹線電壓輸出202提供功率252給第一開關208。開關功率254通過包括電感元件222和電容元件224的電感電路212提供在HID燈216和並聯電容電路214的兩端。在電感電路212與HID燈216之間的連接處拾取點火電壓信號266，並且將其提供給鎮流器微控制器200。點火電路使用電感電路212與並聯電容電路214之間的諧振從而以諧振的基本諧波將點火電壓施加於HID燈216，而無需更高的諧波。
在HID燈216的點火期間，點火電壓信號266提供反饋信號給鎮流器微控制器200，從而鎮流器微控制器200可以控制供給HID燈216的期望點火電壓。鎮流器微控制器200是響應點火電壓信號266並提供掃描信號240的任何控制裝置，例如由Microchip Technology Inc.製造的PIC16C73B 8比特CMOS微控制器。在一個實施例中，鎮流器微控制器200存儲多個常數，並且執行計算以獲得給定點火電壓信號266的期望掃描信號240。在另一個實施例中，鎮流器微控制器200可以存儲為給定點火電壓信號266關聯和提供期望掃描信號240的查詢表。
在一個實施例中，點火電壓信號266可以提供給VCO 204。VCO 204可以響應點火電壓信號266以調整VCO輸出信號246而與來自鎮流器微控制器200的掃描信號240無關。在另一個實施例中，除了鎮流器微控制器200的控制之外，VCO 204還可以提供VCO輸出信號246的控制。VCO 204可以設為如果點火電壓信號266超過特定設置點則箝位VCO輸出信號246而與掃描信號240無關。
在另一個實施例中，可以在電感電路212的電感元件222與電容元件224之間的連接處拾取檢測燈電流信號264，並且將其提供給鎮流器微控制器200。作為對點火電壓信號266的補充或替代，鎮流器微控制器200還可以使用檢測燈電流信號264作為反饋信號來確定掃描信號240。
在另一個實施例中，可以提供箝位電路230。箝位電路230響應檢測電感器電流270，並且提供電感器電流控制信號274以使流經電感元件222的電流受限於檢測幹線電壓輸出電壓276。當在點火期間HID燈電阻下降時，箝位電路230限制供給HID燈216的電壓，從而在一段延長時間內提供點火電壓。圖3示出一個示例性箝位電路。
參照圖5B，在另一個實施例中，可以提供DC偏置電路232。DC偏置電路232響應檢測電感器電流270，並且將DC偏置電壓272施加於HID燈216的兩端。除了從單獨施加方形或正弦電壓獲得的電壓之外，DC偏置電壓272還提供附加電壓給HID燈216以進行點火。這降低了必須由電感電路212與並聯電容電路214之間的諧振的基本諧波施加的點火電壓。圖3示出一個示例性DC偏置電路。
其中相同的元件與圖5A共用相同標號的圖5C示出根據本發明製作的帶點火和操作控制的電子鎮流器的操作電路的方框圖。在本例中， 壓控振蕩器(VCO)204響應來自第二運算放大器(op amp)220的總誤差信號242。VCO 204提供VCO輸出信號246給驅動器206，驅動器206分別將高門信號248和低門信號250交替提供給第一開關208和第二開關210。幹線電壓輸出202提供功率252給第一開關208。開關功率254通過包括電感元件222和電容元件224的電感電路212提供在HID燈216和並聯電容電路214的兩端。檢測幹線電壓信號256從幹線電壓輸出202提供給鎮流器微控制器200。
第一運算放大器(op amp)218比較來自第二開關210的檢測燈功率信號258與來自鎮流器微控制器200的功率基準信號260，以產生功率誤差信號262。來自第二開關210的檢測燈功率信號258還提供給鎮流器微控制器200。第二運算放大器220比較來自第一運算放大器218的功率誤差信號262與來自電感電路212的檢測燈電流信號264，以產生總誤差信號242。在電感電路212的電感元件222與電容元件224之間的連接處拾取檢測燈電流信號264，並且將其提供給鎮流器微控制器200。
在HID燈216的工作期間，檢測幹線電壓信號256、檢測燈電流信號264和檢測燈功率信號258提供反饋給鎮流器微控制器200，從而鎮流器微控制器200可以通過設置功率基準信號260來控制供給HID燈216的期望功率。在一個實施例中，鎮流器微控制器200存儲多個常數，並且執行計算以獲得給定反饋信號的期望功率基準信號260。在另一個實施例中，鎮流器微控制器200可以存儲為給定反饋信號關聯和提供期望功率基準信號260的查詢表。供給HID燈216的功率的控制還通過在第一運算放大器218比較檢測燈功率信號258與功率基準信號260從而產生功率誤差信號262，並且在第二運算放大器220比較功率誤差信號262與檢測燈電流信號264從而產生總誤差信號242來進一步調節。總誤差信號242提供給VCO 204，VCO 204通過VCO輸出信號246設置供給HID燈216的功率。本領域的技術人員應該理解，根據具體應用的需要，可以省略第一運算放大器218和第二運算放大器220，並且可以將功率基準信號260直接提供給鎮流器微控制器200。另外，可以提供其他或附加系統狀態信號給第一運算放大器218或第二運算放大器220。
在一個實施例中，調光電路226可以提供調光信號278給鎮流器微控制器200。鎮流器微控制器200可以響應調光信號278以將功率基準信號260調整至全功率的期望分數，從而對HID燈216調光。調光電路226可以響應人工或自動輸入信號以調整調光度。圖4A示出一個示例性調光電路。
參照圖5C，在另一個實施例中，校準電路228可以提供校準信號280給鎮流器微控制器200。鎮流器微控制器200可以響應校準信號280來調整用於鎮流器微控制器200的計算中的校準常數。校準信號280可以是模擬或數字式、串行或並行式，並且可以更新存儲在鎮流器微控制器200中的值以改善電子鎮流器的操作。校準電路228可以響應輸入信號，並且存儲校準常數，例如圖4C所示的示例性校準電路，即具有埠J1和EEPROM U14的校準電路。
值得注意的是，圖1-5示出了本發明的特定應用和實施例，並且不旨在限制本公開內容或者在其中提供的權利要求的範圍。例如，可以在多個電路位置並且採用多種方法確定所採用的各個電壓、電流和功率信號。當閱讀說明書和查閱其附圖時，本領域的技術人員應該立即清楚本發明的各種其他實施例是可能的，並且這些實施例也落在本儘管在此公開的本發明實施例目前被認為是優選的，但是在不脫離本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種修改和變更。本發明的範圍在所附權利要求中限定，並且在等價物的含義和範圍內的所有變更旨在包括在其中。
權利要求
1.一種用於電子鎮流器的點火和操作控制電路，包括鎮流器微控制器(200)，所述鎮流器微控制器(200)響應至少一個高強度放電燈反饋信號，並且產生高強度放電燈控制信號；壓控振蕩器(204)，所述壓控振蕩器(204)響應所述高強度放電燈控制信號，並且產生壓控振蕩器輸出信號(246)；驅動器(206)，所述驅動器(206)響應所述壓控振蕩器輸出信號(246)，並且產生高門信號(248)和低門信號(250)；幹線電壓輸出(202)，所述幹線電壓輸出(202)提供功率(252)；第一開關(208)，所述第一開關(208)響應所述高門信號(248)並且接收所述功率(252)；第二開關(210)，所述第二開關(210)響應所述低門信號(250)，並且可操作地連接在所述第一開關(208)與公共點(300)之間；並聯電容電路(214)，所述並聯電容電路(214)具有第一端和第二端，所述第二端可操作地連接到公共點(300)；以及電感電路(212)，所述電感電路(212)可操作地連接在所述並聯電容電路(214)的所述第一端與所述第一開關(208)和所述第二開關(210)的接點之間。
2.如權利要求1所述的點火和操作控制電路，其中，高強度放電燈反饋信號是點火電壓信號(266)並且高強度放電燈控制信號是掃描信號(240)。
3.如權利要求2所述的點火和操作控制電路，還包括直流偏置電路(232)，所述直流偏置電路(232)可操作地並聯於所述並聯電容電路(214)，並且響應來自所述電感電路(212)的檢測電感器電流(270)。
4.如權利要求2所述的點火和操作控制電路，還包括箝位電路(230)，所述箝位電路(230)響應來自所述電感電路(212)的檢測電感器電流(270)和來自幹線電壓輸出(202)的檢測幹線電壓輸出電壓(276)；其中，所述箝位電路(230)產生電感器電流控制信號(274)，所述電感電路(212)響應所述電感器電流控制信號(274)。
5.如權利要求2所述的點火和操作控制電路，其中，所述壓控振蕩器(204)響應所述點火電壓信號(266)。
6.如權利要求1所述的點火和操作控制電路，其中，所述高強度放電燈反饋信號是檢測燈電流信號(264)，並且所述高強度放電燈控制信號是掃描信號(240)。
7.如權利要求1所述的點火和操作控制電路，其中，所述高強度放電燈反饋信號是檢測幹線電壓信號(256)、檢測燈電流信號(264)和檢測燈功率信號(258)，並且所述高強度放電燈控制信號是功率基準信號(260)。
8.如權利要求1所述的點火和操作控制電路，還包括第一運算放大器(218)，所述第一運算放大器(218)響應檢測燈功率信號(258)和功率基準信號(260)，並且產生功率誤差信號(262)；第二運算放大器(220)，所述第二運算放大器(220)響應所述功率誤差信號(262)和檢測燈電流信號(264)，並且產生總誤差信號(242)；其中，所述高強度放電燈反饋信號是檢測幹線電壓信號(256)、所述檢測燈電流信號(264)和所述檢測燈功率信號(258)，並且所述高強度放電燈控制信號是所述總誤差信號(242)。
9.如權利要求8所述的點火和操作控制電路，還包括調光電路(226)，所述調光電路(226)產生調光信號(278)，其中所述鎮流器微控制器(200)響應調光信號(278)。
10.如權利要求8所述的點火和操作控制電路，還包括校準電路(228)，所述校準電路(228)產生校準信號(280)，其中所述鎮流器微控制器(200)響應所述校準信號(280)。
11.一種用於高強度放電燈(216)的電子鎮流器的點火和操作控制方法，包括提供鎮流器微控制器(200)，所述鎮流器微控制器(200)響應至少一個高強度放電燈反饋信號，並且產生高強度放電燈控制信號；提供並聯電容電路(214)，所述並聯電容電路(214)可操作地並聯於所述高強度放電燈(216)；提供電感電路(212)，所述電感電路(212)可操作地連接到所述並聯電容電路(214)；響應所述高強度放電燈控制信號開關供給所述電感電路(212)的功率(252)；以及監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號。
12.如權利要求11所述的方法，還包括在所述鎮流器微控制器(200)中存儲查詢表，所述查詢表為給定高強度放電燈反饋信號提供所述高強度放電燈控制信號。
13.如權利要求11所述的方法，還包括在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數；以及使用所述多個常數為給定高強度放電燈反饋信號計算所述高強度放電燈控制信號。
14.如權利要求13所述的方法，其中，在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數包括響應校準信號(280)在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數。
15.如權利要求11所述的方法，其中，監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號包括監測所述高強度放電燈(216)以產生點火電壓信號(266)。
16.如權利要求15所述的方法，還包括監測所述電感電路(212)，以產生檢測電感器電流(270)；以及響應所述檢測電感器電流(270)，將直流偏置電壓施加於所述高強度放電燈(216)的兩端。
17.如權利要求15所述的方法，還包括監測所述電感電路(212)，以產生檢測電感器電流(270)；以及如果所述檢測電感器電流(270)超過預定值，則箝位流經所述電感電路(212)的電流。
18.如權利要求17所述的方法，其中，如果所述檢測電感器電流(270)超過預定值則箝位流經所述電感電路(212)的電流還包括箝位流經所述電感電路(212)的電流以將供給所述高強度放電燈(216)的電壓限制於檢測幹線電壓輸出電壓(276)。
19.如權利要求11所述的方法，其中，監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號包括監測所述高強度放電燈(216)以產生檢測燈電流信號(264)。
20.如權利要求11所述的方法，其中，監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號包括監測所述高強度放電燈(216)以產生檢測幹線電壓信號(256)、檢測燈電流信號(264)和檢測燈功率信號(258)。
21.如權利要求11所述的方法，還包括響應供給所述鎮流器微控制器(200)的調光信號(278)，對所述高強度放電燈(216)調光。
22.一種用於高強度放電燈(216)的電子鎮流器的點火和操作控制系統，包括鎮流器微控制器(200)，所述鎮流器微控制器(200)響應至少一個高強度放電燈反饋信號，並且產生高強度放電燈控制信號；並聯電容電路(214)，所述並聯電容電路(214)可操作地並聯於所述高強度放電燈(216)；電感電路(212)，所述電感電路(212)可操作地連接到所述並聯電容電路(214)；用於響應所述高強度放電燈控制信號開關供給所述電感電路(212)的功率(252)的裝置；以及用於監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號的裝置。
23.如權利要求22所述的系統，還包括用於在所述鎮流器微控制器(200)中存儲查詢表的裝置，所述查詢表為給定高強度放電燈反饋信號提供所述高強度放電燈控制信號。
24.如權利要求22所述的系統，還包括用於在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數的裝置；以及用於使用所述多個常數為給定高強度放電燈反饋信號計算所述高強度放電燈控制信號的裝置。
25.如權利要求24所述的系統，其中，所述用於在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數的裝置包括用於響應校準信號(280)在所述鎮流器微控制器(200)中存儲多個常數的裝置。
26.如權利要求22所述的系統，其中，所述用於監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號的裝置包括用於監測所述高強度放電燈(216)以產生點火電壓信號(266)的裝置。
27.如權利要求26所述的系統，還包括用於監測所述電感電路(212)以產生檢測電感器電流(270)的裝置；以及用於響應所述檢測電感器電流(270)將直流偏置電壓施加於所述高強度放電燈(216)的兩端的裝置。
28.如權利要求26所述的系統，還包括用於監測所述電感電路(212)以產生檢測電感器電流(270)的裝置；以及用於如果所述檢測電感器電流(270)超過預定值則箝位流經所述電感電路(212)的電流的裝置。
29.如權利要求28所述的系統，其中，所述用於如果所述檢測電感器電流(270)超過預定值則箝位流經所述電感電路(212)的電流的裝置還包括用於箝位流經所述電感電路(212)的電流以將供給所述高強度放電燈(216)的電壓限制於檢測幹線電壓輸出電壓(276)的裝置。
30.如權利要求22所述的系統，其中，所述用於監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號的裝置包括用於監測所述高強度放電燈(216)以產生檢測燈電流信號(264)的裝置。
31.如權利要求22所述的系統，其中，所述用於監測所述高強度放電燈(216)以產生所述至少一個高強度放電燈反饋信號的裝置包括用於監測所述高強度放電燈(216)以產生檢測幹線電壓信號(256)、檢測燈電流信號(264)和檢測燈功率信號(258)的裝置。
32.如權利要求22所述的系統，還包括用於響應供給所述鎮流器微控制器(200)的調光信號(278)對所述高強度放電燈(216)調光的裝置。
全文摘要
本發明提供了一種帶點火和操作控制的高頻電子鎮流器以及使用方法，包括鎮流器微控制器(200)，響應至少一個高強度放電(HID)燈反饋信號，並且產生HID燈控制信號；並聯電容電路(214)，可操作地並聯於該HID燈(216)；電感電路(212)，可操作地連接到該並聯電容電路(214)；用於響應該HID燈控制信號開關供給該電感電路(212)的功率(252)的裝置；以及用於監測該HID燈(216)以產生至少一個高強度放電(HID)燈反饋信號的裝置。在一個實施例中，該HID燈反饋信號可以是點火電壓信號(266)。在另一個實施例中，該HID燈反饋信號可以是檢測幹線電壓信號(256)、檢測燈電流信號(264)和檢測燈功率信號(258)。
文檔編號G05F1/45GK1605051SQ02825382
公開日2005年4月6日 申請日期2002年12月19日 優先權日2001年12月21日
發明者O·J·德爾洛, J·霍蘭德, D·奧爾洛夫 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司, 美特羅照明燈有限公司