鎮流器的反饋控制裝置的製作方法
2023-06-11 20:11:31 1
專利名稱：鎮流器的反饋控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於照相系統中的鎮流器的反饋控制裝置，更具體地涉及用於諸如螢光燈之類的照明器具的照明系統鎮流器的反饋控制裝置，該裝置檢測連接至鎮流器的燈的數量，並且採用了集成電路來控制鎮流器。
下面將首先參照
圖1中所示的電路描述常規的照明系統中的鎮流器。如圖1所示，一種常規的鎮流器包括兩個連接至一起的開關電晶體M1和M2，在這兩個電晶體的源極和漏極之間設有二極體D1和D2。電容器C1、C2和C4、C5跨接在電晶體M1和M2上，一個電感器Lr和一個燈串聯在電容器C1和C2的接點與電容器C4和C5的接點之間。電容器C3連接至燈的兩端。
具有這些元件的鎮流器是一種開關型LC諧振變換器。驅動信號Out1和Out2施加至開關電晶體M1和M2的柵極，由此從直聯(directlink)電壓E通過燈控制電流路徑。
開關電晶體M1和M2的通一斷(on-off)頻率被稱作開關頻率。通過控制開關頻率，鎮流器可工作在初始預熱模式、瞬時放電模式和連續放電模式。
對於一個給定的鎮流器，LC諧振頻率可通過公知的方程式確定，其中假設L為電感器Lr的電感，C為電容器C1-C5的等效電容。
在這種鎮流器中，如果開關頻率控制為高於LC諧振頻率，此裝置的功率輸出則與開關頻率成反比例變化。因此，在需要較低功率的初始預熱模式中，開關頻率應較高，而在需要全額功率的連續放電模式中，開關頻率應較低。
有兩種公知的軟起動鎮流器控制系統用於檢測輸入電壓的前饋(feedforward)控制和用於設定固定驅動頻率的程序控制。但是，軟起動控制系統存在一個問題，即，當外部條件發生大的變化時，例如輸入電壓產生大的變化時，其不能精確地控制鎮流器。另外，在負載變化過程中，例如當燈的數量變化時，軟起動控制系統不能準確地控制鎮流器，並且若前饋設定不適當的話，它們可能不工作。
有鑑於此，本發明的目的是為了解決現有技術中的上述問題而提供一種鎮流器的反饋控制裝置。
本發明的鎮流器控制裝置，其根據燈的數量，在初始預熱模式、瞬時放電模式和連續放電模式中提供頻率控制。這種鎮流器反饋控制裝置具有許多優點它可以穩定地控制鎮流器免受燈的不正常負載特性的影響，它具有高能效，並延長燈的有效壽命。
本發明的目的是要提供一種連續反饋鎮流器控制裝置，此裝置能檢測裝置中燈的數量。更具體地講，本發明的目的是要通過採用反饋控制裝置，根據軟起動模式和金額功率模式中燈的數量，提供軟起動信號和全輸出信號，以克服上述現有技術中存在的問題。
為實現上述目的，根據本發明的開關型鎮流器控制裝置包括檢測器，用於檢測燈的數量；基準電壓發生器，用於產生與由檢測器所檢測的燈的數量相應的基準電壓；和軟起動控制器，用於產生與由檢測器所檢測的燈的數量相應的電流。還設有反饋單元和主控制單元，它們將由反饋單元產生的電流從直聯電壓加至前饋電流，並由此相加的電流確定鎮流器的驅動信號的控制頻率。
下面參照附圖更詳細地描述本發明的優選實施例。
附圖簡要說明圖1是常規的照明系統鎮流器電路的詳細電路圖；圖2是根據本發明的一個優選實施例的照明系統鎮流器控制裝置的方框圖；圖3是圖2中的控制單元的詳細電路圖；圖4和5示出由圖2的軟起動控制器控制的電流和功率特性；圖6是圖2的軟起動控制器的詳細電路圖；圖7示出流經圖2的軟起動控制器的電流特性；圖8是圖2的燈數檢測器單元的詳細電路圖，此單元檢測鎮流電路中燈的數量；圖9A-9D是圖3的驅動電路的輸出信號波形。
如圖2所示，本發明的一種優選的鎮流器反饋控制系統包括鎮流器1，其上裝有一個燈。還設有燈數(n-lamp)檢測器，用於檢測電路中燈的數量。基準電壓發生器6從燈數檢測器接收指示電路中燈的數量的信號n，並產生基準電壓。軟起動(soft start)控制器4也接收指示電路中燈的數量的信號n，並從時間控制器41接收信號。
直聯電壓E加至鎮流器1。直聯電壓和來自於鎮流器的反饋電流nifb輸入至乘法器21，此乘法器通過將這兩個輸入值相乘而產生輸出電流imo。輸出電流imo可由等式imo＝km×nifb×E表示，其中km為乘法常數。來自於乘法器21的輸出信號imo輸入至加法器22。
燈數檢測器檢測連接至鎮流器1的燈的數量，並輸出一個輸出信號，該輸出信號的電壓根據檢測到的燈的數量變化。這個輸出電壓輸入至基準電壓發生器6和軟起動控制器4。
基準電壓發生器產生與來自於燈數檢測器的輸出信號n相對應的基準電壓nVref。基準電壓nVref用於確定鎮流器1的輸入功率，並輸入至加法器24。
軟起動控制器4由燈數檢測器的輸出信號n和時間控制器41的輸出信號產生電流信號nip，時間控制器41輸出與時間成比例的電壓。這個輸出信號nip輸入至加法器22。軟起動控制器4控制在初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中所需的輸出電流nip的幅度。下面將對這個功能進行詳細解釋。
加法器22將軟起動控制器4的電流nip加至乘法器21的輸出信號imo上。這個相加後的輸出信號imol輸入至電流一電壓轉換器23，此轉換器23將輸入電流imol轉換成電壓Vmo並輸出此電壓Vmo至加法器24。
加法器24通過從基準電壓發生器6的基準電壓nVref中減去電流一電壓轉換器23的輸出電壓Vmo產生誤差電壓Verr。誤差電壓Verr輸入至電壓-電流轉換器25。
電壓-電流轉換器25由一個誤差放大器形成，它具有跨導Gm，並將輸入電壓Verr轉換成電流iin。電流iin輸入控制單元3。
控制單元3由電感器電路31中的直聯(direct link)電壓E的前饋(feedforward)電流ie和來自於電壓-電流轉換器25的輸出電流iin產生用於鎮流器1的驅動信號f1。驅動信號f1輸入鎮流器1。
控制單元3具有鎮流器開關元件，通過確定驅動信號f1的控制頻率，這些元件根據驅動信號f1進行開關轉換。現在參照圖3對控制單元3作詳細解釋，圖3是控制單元3的詳細電路圖。
如圖3所示，控制單元3包括積分器311和電壓控制的電流源312，積分器311對輸入電流iin進行積分，電流源312由積分的電壓Vin產生電流i1。加法器313通過將內基準電流iref和來自於電感器電路31的前饋電流ie相加並減去來自於電壓控制的電流源312的輸出電流i1而產生總輸出電流it。振蕩器和驅動電路314由加法器313的總輸出電流it產生鎮流器1的驅動信號f1。
下面闡述控制單元3的工作原理。來自於電壓-電流轉換器25的輸出電流iin在積分器311中積分，積分器311向電壓控制的電流源312輸出電壓Vin。電壓控制的電流源312輸出對應於由積分器產生的電壓Vin的電流i1。
電壓控制的電流源312的輸出電流i1與來自於電感器電路31的輸出電流ie和內基準電流iref一起輸入至加法器313。加法器313將電感器電路31的輸出電流ie加至基準電流iref上並減去電壓控制的電流源312的輸出電流i1，從而產生總電流it。這個總電流it被輸入到振蕩器和驅動電路314。
振蕩器和驅動電路314通過用總電流it對電容器Ct充電輸出驅動信號f1，並確定驅動信號f1的控制頻率。
驅動信號f1的控制頻率決定鎮流器1的輸入功率。這個輸入功率與鎮流器1的反饋電流nifb成比例，從而容許鎮流器的控制系統通過反饋控制而得以控制。
如上所述，基準電壓發生器的基準電壓nVref用於確定輸入功率。
用於確定電壓Vmo的反饋電流nifb和直聯電壓E的變化是這樣控制的，即，電流-電壓轉換器23的輸出電壓Vmo等於基準電壓nVref。
因此，在加法器22中，如果軟起動控制器4的電流nip增大，乘法器21的輸出電流imo就減小。
如果直聯電壓E為恆定值，反饋電流nifb會減小。反饋電流nifb的這種減小意味著控制單元中驅動信號f1的控制頻率被控制以便降低鎮流器裝置的電壓消耗。
正如上面所闡述的，鎮流器的反饋控制裝置適用於初始預熱模式。當通過增大軟起動控制器4的輸出電流nip而減小反饋電流nifb時，反饋控制系統具有對處於非放電狀態的燈進行預熱的功能。
在完成所需要的預熱之後，通過減小電流nip，反饋電流nifb被控制以便產生放電所需的功率。在連續放電周期中，電流nip設定為零。
按這種方式，鎮流器裝置得以最優化控制，從而在初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中提供連續的反饋控制。
圖4和5分別示出在電流受控制時電路中的電流和電壓特性。如圖中所示，電流nip和功率nwp是隨電路中燈的數量成比例增大的。
當軟起動控制器4的電流nip被控制以便提供初始預熱周期所需的電流時，鎮流器的系統功率nwp被控制以便與這個電流相對應。對於初始預熱周期之後的瞬時放電周期，電流nip減小，系統功率nwp增大。
反饋控制裝置控制瞬時放電周期內的電流，以保證具有足夠的供應功率。
當電流nip降至零時，連續放電周期開始。在連續放電周期內的功率水平是最優化控制鎮流器系統的功率。
圖6是軟起動控制器4的詳細電路圖，圖7示出軟起動控制器4中的電流特性。
如圖6中所示，軟起動控制器4包括n個組成單元411-41n、電晶體Q7和用於向每一組成單元提供電流的電流源42。
電流源42和電晶體Q7通過採用電流反射鏡或電流鏡向每一組成單元提供電流。由於各組成單元是相同的，下面將僅對一個組成單元411的內部結構進行詳細說明。
在組成單元411中，電晶體Q6的基極連接至電晶體Q7的基極。電晶體Q6的發射極連接至電晶體Q7的發射極。發射極-集電極電流與電流源42的電流成比例。
電晶體Q6的集電極連接至電晶體Q5的集電極，電晶體Q5的基極和集電極相連。電晶體Q5的發射極連接至電流源42。
電晶體Q5的基極連接至電晶體Q3的基極。電晶體Q3的基極連接至電晶體Q4的集電極。燈數檢測器5的輸出電壓施加至電晶體Q4的基極。電晶體Q3的發射極連接至電晶體Q4的發射極。當電晶體Q4由燈數檢測器的輸出電壓導通時，電晶體Q3可以導通。
由於電晶體Q3和Q5互為反射鏡，因此與經過電晶體Q6的集電極的電流成比例的電流會流經電晶體Q3的集電極。
加至電晶體Q2的基極的恆定電壓Vr2施加於電晶體Q3的集電極。電晶體Q3的集電極還連接至電晶體Q2的發射極，電晶體Q2的集電極連接至加法器22。電晶體Q3的集電極是由時間控制器41的輸出電極Vcs供電的，並且連接至電晶體Q1的發射極，電晶體Q1的集電極連接至電晶體Q6的發射極。電阻器R1連接在電晶體Q1的發射極與電晶體Q3的集電極之間。
在這種結構中，電晶體Q2的集電極電流輸入加法器22。與時間控制器41的時間成比例的電壓Vcs輸入至電晶體Q1的基極。燈數檢測器5的輸出電壓決定合適的組成單元411的工作，此輸出電壓被輸入到電晶體Q4的基極。
電晶體Q1的集電極電流ip3和電晶體Q2的集電極電流ip2之和相當於電晶體Q3的集電極電流ip1。電晶體Q3的集電極電流由電流源42決定。
由電流源42和電晶體Q6與Q7及電晶體Q3和Q5之間的反射鏡或透鏡關係決定的集電極電流ip1流經電晶體Q3的集電極。此時，電晶體Q4由燈數檢測器5的輸出電壓導通，它則使電晶體Q3和Q5導通。
當時間控制器41的電壓Vcs隨時間成比例增大至等於加至電晶體Q2的基極上的電壓Vr2時，電晶體Q1開始導通。這一時刻相應於圖7中的時間t1。
在t1之前，電晶體Q3的集電極電流ip1大致相當於電晶體Q2的集電極電流ip2。在t1之後，電晶體Q1的集電極電流ip3成比例增大，集電極電流ip2則成比例減小。此時，電流ip3的增長斜率(slope)與電阻R1成反比。
當電晶體Q1的集電極電流ip3大致等於電晶體Q3的集電極電流ip1時，電晶體Q2的集電極電流ip2變為零。這一時刻對應於圖7中的時間t2。
正如上面所述的，在初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中，通過控制電晶體Q2的集電極電流ip2，鎮流器得以連續被控制。
圖8是燈數檢測器5的詳細電路圖。如圖8中所示，燈數檢測器5包括為每一燈設置的比較器和一個附加單元。當由比較器檢測的電壓小於基準電壓V時，比較器輸出電壓Vlamp。
在附加單元中，每一比較器的輸出電壓Vlamp相加而形成與燈數相對應的和值電壓nVlamp，並輸入至基準電壓發生器6和軟起動控制器4。
將軟起動控制器4作為一個例子，如果有三個燈，3Vlamp輸入軟起控制器4中，Vlamp輸入軟起動控制器4中的三個獨立的組成單元中。因此軟起動控制器中的三個組成單元可以是有源的。
圖9示出圖3中所示電路各部分的信號波形。圖9A是在電容器Ct中的充電電壓的波形，電容器Ct連接至振蕩器和驅動電路314。圖9B是振蕩器和驅動電路314中的比較器的輸出電壓波形。圖9C和9D是由振蕩器和驅動電路314產生的驅動信號Out1、Out2。
驅動信號Out1、Out2施加至鎮流器1中的開關元件的柵極。如圖9A中所示的ΔV是鋸齒波信號的幅度。總電流it、鋸齒波信號的幅度ΔV、由控制單元3產生的驅動信號的控制頻率f1和電容器Ct的電容之間的關係由下列等式表示2×f1＝it/(Ct×ΔV)此等式表明控制頻率f1與總電流it成比例。
圖9A中所示的虛線為振蕩器和驅動電路314中的比較器的基準電壓。圖9B中所示的比較器輸出電壓波形是通過將虛線與圖9A中所示的鋸齒形波形相比較得到的。
如圖9B所示的比較器輸出電壓波形由振蕩器和驅動電路314中的觸發器分頻。用於驅動鎮流器1的這些分頻信號示於圖9C和9D中。圖9C和9D中所示的波形具有依據波形一側的頻率f1。
如上所述，本發明提供了一種鎮流器反饋控制裝置，該裝置可檢測燈數、連續地控制鎮流器，這是通過採用燈數檢測器和軟起動控制器實現的，軟起動控制器由反饋電流和直聯電壓產生補償電流。
因此，根據本發明的反饋控制裝置可以精確地控制鎮流器，使之免受外部負載變化，例如輸入電壓變化或燈數變化的影響。
可以理解，在不脫離本發明的範圍和構思的情況下，多種其它修改方案將是明顯的，本領域的技術人員可以容易地實現這些方案。因此，本發明權利要求的範圍並不限於前面的說明，其應包含本發明中具有的所有可專利性的新穎特徵，包括所有的由本發明所屬領域的技術人員視作等同物的特徵。
權利要求
1.一種開關型鎮流器反饋控制裝置，包括鎮流器，它產生反饋電流；檢測器，它檢測連至鎮流器的燈的數量；基準電壓發生器，它產生與由檢測器檢測的燈的數量相應的基準電壓；軟起動控制器單元，它產生第一輸出電流，此第一輸出電流與在初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中由檢測器檢測的燈的數量相應；第一反饋單元，它將所述鎮流器的反饋電流與施加至鎮流器的直聯電流相乘而得到乘積電流，此乘積電流加至軟起動控制器單元的第一輸出電流上，形成第二輸出電流；第二反饋單元，它將第二輸出電流轉換成電壓，產生誤差電壓，此誤差電壓成為所轉換的電壓與由基準電壓發生器產生的基準電壓之差，第二反饋單元將誤差電壓轉換成第三輸出電流；主控制單元，它將第二反饋單元的第三輸出電流加至前饋電流並由此相加的電流確定鎮流器的驅動信號的控制頻率。
2.根據權利要求1的控制裝置，其中，該軟起動控制器單元包括時間控制器，它產生與時間成比例的電壓；軟起動控制器，它根據初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中燈的數量產生電流，所述各周期是由時間控制器的輸出電壓區分的。
3.根據權利要求1的控制裝置，其中，該主控制單元包括電感器電路，用於前饋供給鎮流器的直聯電壓；控制單元，它將第二反饋單元的第三輸出電流加至電感器電路的前饋電流上，並由此相加的電流確定驅動信號的控制頻率。
4.根據權利要求1的控制裝置，其中，該第一反饋單元包括乘法器，它通過將鎮流器的反饋電流與直聯電壓相乘而產生乘積電流；和加法器，它將乘法器的輸出電流加至軟起動控制器單元的第二輸出電流上。
5.根據權利要求1的控制裝置，其中，該第二反饋單元包括電流-電壓轉換器，它將第一反饋單元的第二輸出電流轉換成電壓；加法器，它通過從基準電壓發生器產生的基準電壓中減去電流-電壓轉換器的電壓而產生誤差電壓；電壓-電流轉換器，它將加法器的誤差電壓轉換成電流。
6.根據權利要求1的控制裝置，其中，該檢測器包括n個比較器，它們通過比較所檢測的電壓和內部電壓來檢測燈的存在，並輸出n個輸出電壓；相加單元，它將n個比較器的n個輸出電壓相加，並將相加的電壓輸出至基準電壓發生器和軟起動控制器。
7.根據權利要求2的控制裝置，其中，該軟起動控制器包括電流源，用於向電路中的n個組成單元提供分流；n個組成單元，它們根據燈數檢測器的輸出電壓工作，所述的n個組成單元產生與燈數檢測器的輸出電壓相應的電流，燈數檢測器的輸出電壓與時間控制器的輸入時間成比例，因此，所述的n個組成單元在初始預熱周期中產生恆定的電流，在瞬時放電周期中產生按比例減小的電流，而在連續放電周期中產生零電流。
8.根據權利要求7的控制裝置，其中，該電流源包括具有一個電晶體的電流供給單元，而所述的n個組成單元的每一個具有一個與所述電流供給單元的所述電晶體呈反射鏡關係的電晶體，以將所述電流分至所述的n個組成單元。
9.根據權利要求7的控制裝置，其中，所述的n個組成單元的每一個包括具有基極、發射極和集電極的第一電晶體(Q6)，所述第一電晶體的基極連至該電流供給單元的分流部分；具有基極、發射極和集電極的第二電晶體(Q5)，所述第二電晶體的基極和集電極相連，並且所述第二電晶體的集電極連至所述第一電晶體的集電極；具有基極、發射極和集電極的第三電晶體(Q3)，所述第三電晶體的基極連至所述第二電晶體的基極，所述第三電晶體的集電極連至該電流供給單元的分流部分；具有基極、發射極和集電極的第四電晶體(Q2)，所述第四電晶體的基極連至基準電壓，以確定放電周期，所述第四電晶體的集電極連至該加法器(22)部分，所述第四電晶體的發射極連至所述第三電晶體的集電極；具有基極、發射極和集電極的第五電晶體(Q1)，所述第五電晶體的發射極通過電阻連至所述第三電晶體的集電極，所述第五電晶體的集電極連至所述第一電晶體的發射極，所述第五電晶體的基極連至與該時間控制器的時間成比例的電壓；具有基極、發射極和集電極的第六電晶體(Q4)，所述第六電晶體的基極連至該燈數檢測器的輸出電壓，所述第六電晶體的集電極和發射極分別連至所述第三電晶體的基極和發射極，並根據燈數檢測器的輸出電壓控制所述第三電晶體的通斷。
10.根據權利要求3的控制裝置，其中，該控制單元包括積分器，它對第二反饋單元的第三輸出電流進行積分，並產生輸出電壓；電壓控制的電流源，它根據積分器的輸出電壓產生輸出電流；加法器，它通過控制單元將電感器電路的前饋電流加至基準電流上而形成相加的電流，並通過從相加的電流中減去電壓控制的電流源的輸出電流而產生總電流；振蕩器和驅動電路，它接收來自加法器的總電流，並將總電流與內基準電流相比較，並通過對總電流和內基準電流進行分頻而產生用於驅動鎮流器的開關元件的驅動信號。
11.根據權利要求8的控制裝置，其中，所述的n個組成單元的每一個包括具有基極、發射極和集電極的第一電晶體(Q6)，所述第一電晶體的基極連至該電流供給單元的分流；具有基極、發射極和集電極的第二電晶體(Q5)，所述第二電晶體的基極和集電極相連，並且所述第二電晶體的集電極連至所述第一電晶體的集電極；具有基極、發射極和集電極的第三電晶體(Q3)，所述第三電晶體的基極連至所述第二電晶體的基極，所述第三電晶體的集電極連至該電流供給單元的分流；具有基極、發射極和集電極的第四電晶體(Q2)，所述第四電晶體的基極連至基準電壓，以確定放電周期，所述第四電晶體的集電極連至該加法器(22)，所述第四電晶體的發射極連至所述第三電晶體的集電極；具有基極、發射極和集電極的第五電晶體(Q1)，所述第五電晶體的發射極通過電阻連至所述第三電晶體的集電極，所述第五電晶體的集電極連至所述第一電晶體的發射極，所述第五電晶體的基極連至與該時間控制器成比例的電壓；具有基極、發射極和集電極的第六電晶體(Q4)，所述第六電晶體的基極連至該燈數檢測器的輸出電壓，所述第六電晶體的集電極和發射極分別連至所述第三電晶體的基極和發射極，並根據燈數檢測器的輸出電壓控制所述第三電晶體的通斷。
12.一種鎮流器反饋控制裝置，包括鎮流器，它產生反饋信號；檢測器，它檢測連至鎮流器的燈的數量；基準電壓發生器，它產生與由檢測器檢測的燈的數量相應的第一輸出信號；軟起動控制器單元，它產生與由檢測器在初始預熱周期、瞬時放電周期和連續放電周期中檢測的燈的數量相應的第二輸出信號；反饋單元，它接收所述第一輸出信號、所述第二輸出信號和所述反饋信號，並產生要施加於所述鎮流器的控制信號。
13.根據權利要求1的鎮流器反饋控制裝置，其中，由所述反饋單元產生的所述控制信號具有根據所述第一輸出信號、所述第二輸出信號和所述反饋信號中的至少一個信號變化的頻率。
全文摘要
一種鎮流器的反饋控制裝置，它具有檢測燈數的功能，並裝於集成電路上，以控制螢光燈的鎮流器。本發明提供的一種帶反饋控制裝置的鎮流器，其藉助於燈數檢測器和軟起動控制器，可檢測燈數並因此控制鎮流器，軟起動控制器由反饋電流和直聯電壓產生補償電流。由此，反饋控制裝置可根據負載的變化，例如輸入電壓、燈數的變化精確地控制鎮流器。
文檔編號H05B41/24GK1141569SQ96105009
公開日1997年1月29日 申請日期1996年4月22日 優先權日1995年6月5日
發明者徐猛虎 申請人:三星電子株式會社