諧振逆變器的製作方法
2023-09-20 14:02:40 1
專利名稱：諧振逆變器的製作方法
技術領域：
本發明一般來說涉及諧振逆變器電路(resonant inverter circuit)，且更明確地說，涉及諧振逆變器或鎮流器。
背景技術：
螢光燈是我們日常生活中最普遍的光源。改進螢光燈的效率會大大節約能量。因此，在最近開發中，如何改進螢光燈的鎮流器的效率並節約其功率是主要關心的問題。
圖1示出了用於電子鎮流器(electronic ballast)的具有串聯連接的諧振逆變器電路的常規逆變器電路。兩個開關10和15形成半橋式逆變器(half-bridge inverter)。所述兩個開關10和15在所需切換頻率下以50％的工作周期互補地接通和斷開。電感器75和電容器70形成諧振電路以操作螢光燈50。螢光燈50與電容器55並聯連接。電容器55作為啟動電路而操作。一旦燈已經被啟動，便控制切換頻率以產生所需的燈電壓。利用控制器5來產生切換信號S1和S2，以分別驅動開關10和15。開關10耦合到高電壓源V+。因此，要求控制器5包含高壓側開關驅動器(high-side switchdriver)以接通/斷開開關10，這增加了電路的成本。此電路的另一缺點是開關10和20上的高切換損耗。螢光燈的寄生裝置(例如等效電容等)響應於溫度變化和燈的使用壽命而變化。此外，電感器75的電感和電容器70的電容在批量生產中會產生差異性。本發明的目的在於提供一種低成本逆變器電路，其可自動實現軟切換，以便減少切換損耗並改進鎮流器的效率。
發明內容
本發明提供一種用於鎮流器的逆變器電路。諧振電路包括變壓器，所述變壓器與燈串聯連接以對燈進行操作。第一電晶體和第二電晶體耦合到所述諧振電路，以便切換所述諧振電路。第一控制電路和第二控制電路經耦合以分別控制第一電晶體和第二電晶體。變壓器的第二繞組和第三繞組用於提供電源(power source)並響應於諧振逆變器電路的切換電流而產生控制信號至第一控制電路和第二控制電路。一旦控制信號高於高閾值，便接通電晶體。一旦控制信號低於低閾值，便斷開電晶體。因此，第一電晶體和第二電晶體實現軟切換操作。
本發明包含附圖來提供對本發明的進一步理解，且附圖併入本說明書中並構成本說明書的一部分。
本發明的實施例並連同描述內容一起用於闡述本發明的原理。
圖1示出了常規電子鎮流器。
圖2是根據本發明實施例的諧振逆變器電路。
圖3到圖6示出了根據本發明實施例的逆變器的第一操作相位到第四操作相位。
圖7示出了根據本發明實施例的逆變器電路的波形。
圖8示出了根據本發明實施例的第一控制電路和第二控制電路的示意性電路。
圖9示出了根據本發明實施例的檢測電路。
圖10示出了根據本發明實施例的單觸發電路。
具體實施例方式
圖2示出了根據本發明實施例的諧振逆變器電路。燈50是諧振逆變器電路的負載。諧振電路包括變壓器80和電容器70，其與燈50串聯連接以對燈50進行操作。諧振電路產生正弦波電流以對燈50進行操作。電晶體20經耦合以切換諧振電路。電阻器25與電晶體20串聯連接以檢測切換電流，以便產生耦合到控制電路100的端子VS的電流信號VA。電晶體20由切換信號S1控制。電晶體30同樣經耦合以切換諧振逆變器電路。電阻器35與電晶體30串聯連接以檢測切換電流，以便產生耦合到控制電路200的端子VS的電流信號VB。電晶體30由切換信號S2控制。變壓器80的第一繞組N1與燈50串聯連接以形成諧振逆變器電路。變壓器80的第二繞組N2和第三繞組N3用於響應於諧振逆變器電路的切換電流而產生控制信號V1和V2。控制信號V1和V2分別耦合到控制電路100和控制電路200的輸入端子IN。二極體21與電晶體20並聯連接。二極體31與電晶體30並聯連接。控制電路100產生切換信號S1，以便響應於控制信號V1的波形而控制電晶體20的接通/斷開。控制電路200產生切換信號S2，以便響應於控制信號V2的波形而控制電晶體30。電阻器45從輸入電壓VIN耦合到電容器65，以便一旦將電力施加到諧振逆變器電路，便對電容器65進行充電。電容器65進一步經連接以向控制電路200提供電源電壓VCC。當電容器65的電壓高於啟動閾值時，控制電路200將開始操作。二極體60從變壓器80的第三繞組N3耦合到電容器65，以便一旦諧振逆變器電路的切換開始，便向控制電路200供電。變壓器80的第二繞組N2經由二極體90向控制電路100和電容器95提供另一電源電壓。電容器75連接到控制電路100的軟啟動端子SS。另一電容器85連接到控制電路200的軟啟動端子SS。電容器75和電容器85兩者均提供軟啟動周期以在電力接通時實現諧振逆變器電路的軟啟動操作。
圖3到圖6示出了切換電路的操作階段。當電晶體30接通(第一操作階段T1)時，切換電流IM將流經變壓器80以產生控制電壓V2。同時，經由二極體60對電容器65進行充電。一旦切換電流IM減小且控制電壓V2低於低閾值VL，電晶體30便將斷開。在那以後，諧振逆變器電路的環電流將接通二極體21。所述環電流由存儲在變壓器80中的能量產生。諧振逆變器電路的能量將被循環(第二操作階段T2)。流經變壓器80的切換電流IM將產生控制信號V1。如果控制信號V1高於高閾值VH，那麼控制電路100將啟用切換信號S1以接通電晶體20。由於二極體21在此時導電(因為電晶體20接通)，因而實現了軟切換操作(第三操作階段T3)。當切換電流IM減小且控制電壓V1低於低閾值VL時，電晶體20將斷開。同時，諧振逆變器電路的環電流將接通二極體31(第四操作階段T4)。因此，由於電晶體30接通，而實現了電晶體30的軟切換操作。
圖7示出了各操作階段的波形，其中，VX表示V1和V2。一旦控制信號V1高於高閾值VH，便啟用切換信號S1。在諧振逆變器電路的四分之一諧振周期後，一旦控制信號V1低於閾值VL，便禁用切換信號S1。諧振逆變器電路的諧振頻率fR由以下等式給出，fR=12LC---(1)]]>其中，L表示變壓器80的第一繞組N1的電感；C表示燈50和電容器70的等效電容。
一旦控制信號V2高於高閾值VH，便啟用切換信號S2。此外，在諧振逆變器電路的四分之一諧振周期後，一旦控制信號V2低於低閾值VL，便禁用切換信號S2。
圖8示出了根據本發明實施例的控制電路100和控制電路200的示意性電路。檢測電路300耦合到輸入端子IN以檢測控制信號，以便產生啟用信號ENB。一旦控制信號高於高閾值VH，便啟用所述啟用信號ENB。比較器230耦合到端子VS以便產生復位信號。一旦切換電流高於過電流閾值VR，便產生復位信號。啟用信號ENB連接到與門213的輸入和觸發器(flip-flop)215的設置輸入。比較器230的輸出連接到與門213的另一輸入。與門213的輸出連接到觸發器215的復位輸入。觸發器215的輸出連接到與門217的輸入。與門217的另一輸入接收啟用信號ENB。與門217的輸出進一步連接到或門219的輸入。或門219的另一輸入耦合到單觸發電路400的輸出以接收單觸發信號。或門219的輸出產生切換信號。單觸發電路400的輸入經由逆變器280而連接到啟動信號。兩個齊納二極體(zener diode)251和252、兩個電晶體255和256以及兩個電阻器253和254形成啟動電路250，以響應於電源電壓VCC而產生啟動信號。齊納二極體251和252確定啟動閾值。當電源電壓VCC高於啟動閾值時，啟動電路250將(以邏輯低電平)啟用啟動信號。同時，啟動信號將接通電晶體255以短路齊納二極體251，並提供斷開閾值。所述斷開閾值由齊納二極體252確定。因此，一旦電源電壓VCC低於斷開閾值，便(以邏輯高電平)禁用啟動信號。因此，響應於單觸發信號、啟用信號ENB和復位信號而產生切換信號。
圖9示出了根據本發明實施例的檢測電路300的示意性電路。將電流源305供應到軟啟動端子SS。軟啟動端子SS耦合到比較器310以與閾值電壓VT進行比較。電晶體315連接到軟啟動端子SS。電晶體315由通電復位信號RST接通，以對連接到軟啟動端子SS的外部電容器(例如電容器75或85)進行放電。電流源305與外部電容器一同提供軟啟動周期以在施加電力時實現諧振逆變器電路的軟啟動操作。比較器320耦合到輸入端子IN以接收控制信號，以便產生啟用信號ENB。啟用信號ENB進一步連接到與門353的輸入、與門354的輸入和逆變器352的輸入。與門353的另一輸入經由逆變器351而耦合到比較器310的輸出。與門354的另一輸入也耦合到比較器310的輸出。逆變器352用於控制開關380。與門354用於控制開關370。與門353用於控制開關360。開關380耦合到比較器320和高閾值VH。當啟用信號ENB被禁用時，比較器320將控制信號與高閾值VH進行比較。開關370耦合到比較器320和低閾值VL。當啟用信號ENB被啟用時，比較器320將把控制信號與低閾值VL進行比較。此外，開關360耦合到比較器320和中間閾值VM。一旦啟用信號ENB被啟用且在軟啟動周期期間，比較器320便將把控制信號與中間閾值VM進行比較。高閾值VH的電平高於中間閾值VM的電平。中間閾值VM的電平高於低閾值VL的電平。因此，切換信號的脈衝寬度在軟啟動周期期間減小。圖10是單觸發電路400，其中，電流源410和電容器430確定單觸發信號的啟用周期。
雖然已參考本發明的優選實施例而具體示出了並描述了本發明，但所屬領域的技術人員將了解，在不脫離由所附權利要求書界定的本發明精神和範圍的情況下，可在形式和細節上做出各種改變。
權利要求
1.一種諧振逆變器電路，包括諧振電路，包括電容器和變壓器，以便對燈進行操作，其中，所述變壓器包括第一繞組、第二繞組以及第三繞組，所述第一繞組與所述燈串聯連接、所述第二繞組以及所述第三繞組響應於所述諧振逆變器電路的切換電流而產生控制信號；第一控制電路和第二控制電路，經耦合以響應於所述控制信號而產生切換信號；以及第一電晶體和第二電晶體，經耦合以響應於所述切換信號而切換所述諧振逆變器電路，其中，所述變壓器的所述第二繞組和所述第三繞組經耦合以經由二極體和電容器而產生電源電壓，以向所述第一控制電路和所述第二控制電路供電。
2.根據權利要求1所述的諧振逆變器電路，其中，一旦所述控制信號高於一高閾值，便啟用所述切換信號，且一旦所述控制信號低於低閾值，便禁用所述切換信號；且其中，所述高閾值的電平高於所述低閾值的電平。
3.根據權利要求1所述的諧振逆變器電路，其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路分別包含經耦合以產生軟啟動周期的軟啟動端子，且在所述軟啟動周期期間，所述切換信號的脈衝寬度被減小。
4.根據權利要求1所述的諧振逆變器電路，其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路分別進一步包括檢測電路，耦合到所述變壓器以響應於所述控制信號而產生啟用信號，其中，一旦所述控制信號高於所述高閾值，便啟用所述啟用信號；復位比較器，經耦合以檢測所述切換電流，以便產生復位信號，以一旦所述切換電流高於一過電流閾值，便使所述切換信號復位；啟動電路，經耦合以檢測所述電源電壓，以在所述電源電壓高於啟動閾值時，產生一啟動信號；以及單觸發電路，耦合到所述啟動電路以響應於所述啟動信號而產生單觸發信號，其中，響應於所述單觸發信號和所述啟用信號而產生所述切換信號。
5.根據權利要求4所述的諧振逆變器電路，其中，所述檢測電路包括比較器，耦合到所述控制信號以產生所述啟用信號；第一開關，耦合到所述比較器和所述高閾值，其中，當所述啟用信號被禁用時，所述比較器將所述控制信號與所述高閾值進行比較；第二開關，耦合到所述比較器和所述低閾值，其中，當啟用信號被啟用時，所述比較器將所述控制信號與所述低閾值進行比較；以及第三開關，耦合到所述比較器和中間閾值，其中，一旦所述啟用信號被啟用且在所述軟啟動周期期間，所述比較器便將所述控制信號與所述中間閾值進行比較，且其中，所述高閾值的電平高於所述中間閾值的電平，且所述中間閾值的電平高於所述低閾值的電平。
6.一種諧振逆變器，包括諧振電路，由負載和變壓器組成，所述變壓器包括與所述負載串聯連接的繞組，以及響應於所述諧振電路的切換電流而產生控制信號的第二繞組以及第三繞組；第一控制電路和第二控制電路，經耦合以響應於所述控制信號而產生切換信號；以及第一電晶體和第二電晶體，經耦合以響應於所述切換信號而切換所述諧振電路，其中，所述變壓器經耦合以提供電源，以便產生切換信號。
7.根據權利要求6所述的諧振逆變器，其中，一旦所述控制信號高於高閾值，便啟用所述切換信號，且一旦所述控制信號低於低閾值，便禁用所述切換信號，其中，所述高閾值的電平高於所述低閾值的電平。
8.根據權利要求6所述的諧振逆變器，其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路經耦合以產生軟啟動周期，且其中，在所述軟啟動周期期間，所述切換信號的脈衝寬度被減小。
9.根據權利要求6所述的諧振逆變器，其中，所述第一控制電路和所述第二控制電路分別包括檢測電路，耦合到所述變壓器以響應於所述控制信號而產生啟用信號，其中，一旦所述控制信號高於所述高閾值，便啟用所述啟用信號；以及啟動電路，經耦合以檢測電源電壓，以在所述電源電壓高於啟動閾值時產生啟動信號，其中，響應於所述啟動信號和所述啟用信號而產生所述切換信號。
10.根據權利要求9所述的諧振逆變器，其中，所述檢測電路包括比較器，用於產生所述啟用信號；第一開關，耦合到所述比較器和所述高閾值，其中，當所述啟用信號被禁用時，所述比較器將所述控制信號與所述高閾值進行比較；第二開關，耦合到所述比較器和所述低閾值，其中，當所述啟用信號被啟用時，所述比較器將所述控制信號與所述低閾值進行比較；以及第三開關，耦合到所述比較器和中間閾值，其中，一旦所述啟用信號被啟用且在所述軟啟動周期期間，所述比較器便將所述控制信號與所述中間閾值進行比較，且其中，所述高閾值的電平高於所述中間閾值的電平，所述中間閾值的電平高於所述低閾值的電平。
全文摘要
本發明提供一種用於鎮流器的低成本諧振逆變器電路。諧振電路包含變壓器，所述變壓器與燈串聯連接以對燈進行操作。第一電晶體和第二電晶體經耦合以切換諧振逆變器電路。變壓器的第二繞組和第三繞組用於響應於諧振逆變器電路的切換電流而產生控制信號。一旦控制信號高於高閾值，便接通電晶體。接下來，一旦控制信號低於低閾值，便斷開電晶體。因此，實現了第一電晶體和第二電晶體的軟切換操作。
文檔編號H02M7/5387GK101060743SQ200710111819
公開日2007年10月24日 申請日期2007年6月15日 優先權日2007年3月19日
發明者楊大勇, 林甲森 申請人:崇貿科技股份有限公司