一種氣體放電燈驅動裝置的製作方法

2023-12-11 00:33:47 2

專利名稱：一種氣體放電燈驅動裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氣體放電燈驅動裝置。
背景技術：
氣體放電燈，如螢光燈、高壓鈉燈、金屬滷化物燈等，通常需要驅動裝置提供交流 驅動電壓以使其正常工作。一般地，驅動裝置以電網或電池作為供電電源，將接收到的交流 電網電壓或直流電池電壓轉換為一直流輸入電壓，再通過逆變電路將該直流輸入電壓轉換 為所需的交流驅動電壓。氣體放電燈在不同的工作階段需要的驅動電壓不同，其在點火階 段需要較高的點火電壓(根據燈的特性和應用場合的不同由幾百伏到幾萬伏不等)，而在 穩態下的工作電壓則比較低(例如小於200伏)。常用的點火方法有兩種，一種為諧振式點火方法，另一種為脈衝式點火方法。在諧 振式點火方法中，通過諧振電路和掃頻技術來得到點火電壓。諧振電路電耦接在逆變電路 和燈之間，通常包括串聯電容器、並聯電容器和電感器。串聯電容器和電感器與氣體放電燈 串聯耦接，並聯電容器與氣體放電燈並聯。驅動裝置在點火過程中時使逆變電路的開關頻 率從一較高值(大於諧振電路的諧振頻率)逐漸降低，從而在燈兩端產生高電壓以將其點 殼。

圖1示出諧振電路在不同工作狀態下的增益-頻率曲線，其中A指示的兩條曲線 為燈開路時的增益曲線，曲線B為燈正常工作時的增益曲線。fstot為起始頻率，fignite為燈 被點亮時的頻率，f。p為正常工作頻率。在點火階段，諧振電路的增益曲線為曲線A。逆變電 路的開關頻率從起始頻率fstmt逐漸降低，使諧振電路的增益逐漸增大，從而燈兩端的電壓 不斷增大。當燈兩端的電壓增大至點火電壓時，燈被點亮，諧振電路的增益曲線變為曲線B。 逆變電路的開關頻率將持續減小，最終在反饋控制的作用下穩定於正常工作頻率f。p附近。通常情況下，若點火失敗，驅動裝置會將逆變電路關閉，並在一段時間後(例如幾 秒)再次嘗試點火。然而，串聯電容器在點火過程中會存儲大量能量。逆變電路被關閉後， 串聯電容器中存儲的能量得不到釋放，從而改變再次點火時驅動裝置的初始狀態。由於不 同初始狀態的諧振電路對同一掃頻過程響應的電壓_時間函數不同，這將對過壓保護機制 的正常運行產生影響。此外，存儲了大量能量的串聯電容器上存在高壓，可能會造成安全隱
串
)Qi、O

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種安全、可靠的放電燈驅動裝置，能在逆 變電路因故障被關閉後，釋放串聯電容器中儲存的能量。為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種氣體放電燈驅動裝置，包括電壓 變換電路，其輸入端接收輸入電壓，輸出端提供被調節的直流電壓；逆變電路，包括至少一 個開關，其輸入端電耦接至所述電壓變換電路的輸出端，其輸出端提供開關電壓；諧振電 路，其輸入端電耦接至所述逆變電路的輸出端，其輸出端提供交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，所述諧振電路包括第一電容器、第二電容器和電感器，其中所述第一電容器和所述電 感器串聯耦接至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈並聯；控制電路，其輸 出端電耦接至所述至少一個開關的門極，控制所述至少一個開關的導通與關斷，並在檢測 到所述驅動裝置故障時關閉所述逆變電路；以及電容復位電路，並聯連接至所述第一電容 器，在所述逆變電路因故障被關閉時釋放所述第一電容器中儲存的能量。根據本實用新型的實施例，所述驅動裝置故障包括過壓、過流及過溫中的一種或 幾種。根據本實用新型的實施例，所述電容復位電路包括復位電阻器。根據本實用新型的實施例，所述電容復位電路還包括串聯連接至所述復位電阻器 的復位開關，所述復位開關在所述逆變電路正常工作時被關斷，在所述逆變電路因故障被 關閉時被導通。根據本實用新型的實施例，所述復位電阻器由復位開關的導通電阻代替。根據本實用新型的實施例，該氣體放電燈驅動裝置還包括電流採樣電路，其輸入 端電耦接至所述逆變電路以採樣所述逆變電路的輸入電流，其輸出端提供與該電流相關的 電流採樣信號；其中所述控制電路還包括誤差放大器，其同相輸入端接收參考電壓，其反 相輸入端電耦接至所述電流採樣電路以接收所述電流採樣信號；壓控振蕩器，其具備第一 輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端電耦接至所述誤差放大器的輸出端，輸出端 提供控制信號以調節所述至少一個開關的開關頻率；掃頻電路，其輸出端電耦接至所述壓 控振蕩器的第二輸入端，以在點火階段調節所述控制信號使所述開關頻率由高到低變化； 故障檢測電路，其輸出端提供指示所述驅動裝置是否存在故障的故障信號；觸發器，具備 復位端、置位端、同相輸出端和反相輸出端，其中復位端電耦接至所述故障檢測電路的輸出 端；以及至少一個與門，每個與門均具備第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述至少 一個與門的第一輸入端電連接至所述觸發器的同相輸出端，第二輸入端分別電耦接至所述 壓控振蕩器的輸出端，輸出端分別電耦接至所述至少一個開關的門極。根據本實用新型的實施例，所述控制電路在檢測到所述驅動裝置故障並關閉所述 逆變電路的一段時間後，對所述氣體放電燈重新進行點火。根據本實用新型的實施例，所述控制電路還包括延時電路，其輸入端電耦接至所 述觸發器的反相輸出端，其輸出端電耦至所述觸發器的置位端；以及單觸發電路，其輸入端 電耦接至所述延時電路的輸出端，其輸出端電耦接至所述掃頻電路的輸入端。根據本實用新型的實施例，該氣體放電燈驅動裝置還包括電壓採樣電路，其輸入 端電耦接至所述氣體放電燈以採樣所述交流驅動電壓，其輸出端生代表該電壓的電壓採樣 信號；其中故障檢測電路具備第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端電耦接至 所述電壓採樣電路的輸出端，第二輸入端接收一閾值，輸出端提供所述故障信號。根據本實用新型的實施例，所述電容復位電路包括復位開關，所述復位開關的門 極電耦接至所述觸發器的反相輸出端。本實用新型採用上述結構的電路，通過電容復位電路在逆變電路因故障被關閉時 釋放所述第一電容器中儲存的能量，從而保證再次點火時驅動裝置初始狀態的一致性，並 消除了安全隱患。以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步的說明圖1為諧振電路在不同工作狀態下的增益-頻率曲線圖；圖2為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的框圖；圖3為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的第一實施方式的電路圖；圖4為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的第二實施方式的電路圖；圖5為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的第三實施方式的電路圖。
具體實施方式
下面將詳細描述本實用新型的具體實施方式
，應當注意，這裡描述的實施方式只 用於舉例說明，並不用於限制本實用新型。圖2為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的框圖，包括電壓變換電路201、逆變電路 202、諧振電路203、控制電路204和電容復位電路205。電壓變換電路201接收來自於電網 或電池的輸入的交流或直流電壓Vin，並將其轉換為直流輸入電壓Vdc。電壓變換電路201可 包含整流橋、直流/直流變換電路、交流/直流變換電路中的一個或者其中幾個的組合。逆 變電路202電耦接至電壓變換電路201，包含至少一個開關，通過該至少一個開關的導通與 關斷將直流輸入電壓Vd。轉換為開關電壓Vsw。逆變電路202可採用任何直流/交流變換拓 撲結構，例如全橋拓撲結構、半橋拓撲結構等。諧振電路203電耦接在逆變電路202和氣體放電燈之間，將開關電壓Vsw轉換為交 流驅動電壓V。ut以驅動氣體放電燈。諧振電路203包括串聯電容器Cs、電感器L和並聯電 容器Cp。串聯電容器Cs和電感器L與氣體放電燈串聯耦接，並聯電容器Cp與氣體放電燈並 聯。在圖2中，串聯電容器Cs串聯連接在逆變電路202的一個輸出端和電感器L的一端之 間，並聯電容器Cp和燈電並聯連接在電感器L的另一端和逆變電路的另一個輸出端之間。 但本領域技術人員可知，串聯電容器Cs、電感器L和並聯電容器Cp之間也可採用其他連接 方式。控制電路204電耦接至逆變電路202，控制其中至少一個開關的導通與關斷，並在 檢測到驅動裝置故障時關閉逆變電路202。驅動裝置故障可包括過壓、過流及過溫中的一種 或幾種。在一個實施方式中，關閉逆變電路202為將其中所有開關全部關斷。電容復位電路205並聯連接至串聯電容器Cs，在逆變電路202因故障被關閉時釋 放串聯電容器Cs中儲存的能量。在一個實施方式中，電容復位電路205包括串聯連接的復 位電阻器和復位開關，在逆變電路202正常工作時該復位開關被關斷，在逆變電路202因故 障被關閉時該復位開關被導通。在另一個實施方式中，電容復位電路205可僅包括復位電阻器。復位電阻器在逆 變電路因故障被關閉時，釋放串聯電容器中儲存的能量。此實施例中的復位電阻器的電阻 值通常取得很大，例如幾百千歐姆，以減小其在逆變電路正常工作時的功率損耗。在另一個實施方式中，電容復位電路205可僅包括復位開關，並聯在串聯電容器Cs 的兩端，其中復位開關自身的導通電阻可代替上述實施方式中的復位電阻器，在逆變電路 202正常工作時該復位開關被關斷，在逆變電路202因故障被關閉時該復位開關被導通，復 位開關自身的導通電阻釋放串聯電容器Cs中儲存的能量。[0031]為了簡化起見，以下各實施方式的電路圖中均不再示出電壓變換電路，並且電容 復位電路採用串聯連接的復位電阻器和復位開關的方式。圖3為本實用新型氣體放電燈驅 動裝置的第一實施方式的電路圖。其中逆變電路302採用半橋拓撲結構，包括串聯連接的 開關Sl和開關S2。並聯電容器Cp並聯至氣體放電燈，電感器L電連接在開關Sl和S2的 連接點和並聯電容器Cp之間。串聯電容器Cs電連接在並聯電容器Cp和地之間。電流採樣電路306電耦接至逆變電路302，採樣逆變電路302的輸入電流，並產生 與該電流相關的電流採樣信號Isense。控制電路304包括掃頻電路309、誤差放大器ERR AMP、 壓控振蕩器308、觸發器FF、故障檢測電路312、非門NOTl以及與門AND1、AND2。誤差放大 器ERR AMP的同相輸入端接收參考電壓Ref，反相輸入端電耦接至電流採樣電路306以接 收電流採樣信號Ism…其輸出端提供補償信號C0MP。壓控振蕩器308電耦接至誤差放大器 ERR.AMP的輸出端，根據補償信號COMP產生控制信號CTRL，以調節開關Sl和S2的開關頻 率。掃頻電路309電耦接至壓控振蕩器308，在點火階段調節控制信號CTRL使開關Sl和 S2的開關頻率從一較高值(大於諧振電路的諧振頻率)逐漸降低，從而在燈兩端產生高電 壓以將其點亮。故障檢測電路312檢測放電燈驅動裝置是否存在故障，例如過壓、過流及過溫中 的一種或幾種，並提供指示是否存在故障的故障信號FAULT。其中若驅動裝置存在故障，則 故障信號FAULT為高電平，反之，故障信號FAULT為低電平。觸發器FF包含置位端S、復位 端R、同相輸出端Q以及反相輸出端/Q，其中置位信號和復位信號均為高電平有效，且復位 信號的優先級高於置位信號。觸發器FF的復位端R電耦接至故障檢測電路312以接收故 障信號FAULT。與門ANDl的一個輸入端電連接至觸發器FF的同相輸出端Q，另一個輸入端 電連接至壓控振蕩器308以接收控制信號CTRL，輸出端電耦接至開關Sl的門極。當與門 ANDl輸出信號為高電平時，開關Sl導通；當與門ANDl輸出信號為低電平時，開關Sl關斷。 與門AND2的一個輸入端電連接至觸發器FF的同相輸出端Q，另一個輸入端通過非門NOTl 電耦接至壓控振蕩器308的輸出端，輸出端電耦接至開關S2的門極。當與門AND2輸出信 號為高電平時，開關S2導通；當與門AND2輸出信號為低電平時，開關S2關斷。在一個實施方式中，控制信號CTRL的佔空比為0.5。電流採樣電路306包括電連 接在開關S2和地之間的採樣電阻器Rsense以及由電阻器Rl和電容器Cl構成的濾波電路。 電流採樣信號代表逆變電路302輸入電流的平均值。在該實施方式中，電容復位電路305並聯連接至串聯電容器Cs，包括電阻器Rri和 開關sri。開關Sri的門極電連接至觸發器FF的反相輸出端/Q。當反相輸出端/Q輸出高電 平時(即在故障保護時)，開關Sri被導通，反之，開關Sri被關斷。在一個實施方式中，控制電路304在監測到驅動裝置故障時，將逆變電路302關 閉，並在一段時間後對氣體放電燈重新進行點火。控制電路304還包括延時電路310和單 觸發電路311。延時電路310電耦接在反相輸出端/Q和置位端S之間，將接收到的反相輸 出信號延時一段時間後作為置位信號提供至置位端S。該延時後的信號還通過單觸發電路 311被送至掃頻電路309。掃頻電路309在該信號的上升沿被觸發，重新開始掃頻。在一個 實施方式中，該延時時間為10秒。在一個實施方式中，驅動裝置故障包括交流驅動電壓V。ut過壓。電壓採樣電路307 電耦接至氣體放電燈，採樣交流驅動電壓V。ut並產生代表該電壓的電壓採樣信號Vsms-故障檢測電路312電耦接至電壓採樣電路307，將電壓採樣信號Vsense與閾值Vth進行比較。若 電壓採樣信號Vsmse大於閾值Vth，則判斷為交流驅動電壓V。ut過壓。在一個實施方式中，電壓採樣電路307包括電容器C2、C3構成的電容分壓電路，以 及二極體Dl和電阻器R2構成的半波整流電路。當然，電容分壓電路可包含多於兩個的電 容器，也可由電阻分壓電路代替。半波整流電路也可由全波或全橋整流電路代替。故障檢 測電路312包括比較器COM。比較器COM的同相輸入端電連接至電壓採樣電路307以接收 電壓採樣信號Vsmse,反相輸入端接收閾值Vth，輸出端電連接至觸發器FF的復位端R以提供 故障信號FAULT。當驅動裝置正常工作時，故障信號FAULT為低電平，觸發器FF的同相輸出端Q輸 出高電平，反相輸出端/Q輸出低電平，開關Sri被關斷。當交流驅動電壓V。ut過壓時，電壓 採樣信號Vsense大於閾值Vth，故障信號FAULT變為高電平。觸發器FF被復位，其同相輸出端 Q輸出低電平，反相輸出端/Q輸出高電平。與門AND 1和AND2均輸出低電平，開關S1和S2 被關斷。同時開關Sri被導通，串聯電容器Cs中儲存的能量經過電容復位電路305被釋放。 由於開關Sl和S2被關斷，過壓情況將立刻得到緩解，故障信號FAULT迅速變為低電平。由 於延時電路310的作用，在一段延時時間後，觸發器FF被置位，其同相輸出端輸出高電平， 反相輸出端輸出低電平，開關Sl和S2由控制信號CTRL控制，開關Sri被關斷。同時，掃頻 電路309被觸發，重新開始掃頻。在另一個實施方式中，驅動裝置故障可以包括過流或過溫，在這種情況下，可以將 過流採樣信號或過溫採樣信號電耦接至故障檢測電路312，取代上述的電壓採樣信號Ysense0 並將過流採樣信號或過溫採樣信號的值與相應的閾值進行比較即可。此外，驅動裝置故障 也可以包括過壓、過流及過溫中的幾種。圖4為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的第二實 施方式的電路圖，其中逆變電路採用全橋拓撲結構，包括開關S3 S6。控制電路404控制 開關S3 S6的導通與關斷，並在檢測到驅動裝置故障時將其全部關斷。電感器L的一端 電連接至開關S3和S4的連接點，並聯電容器Cp的一端電連接至開關S5和S6的連接點。 串聯電容器Cs電連接在電感器L的另一端和並聯電容器Cp的另一端之間。在該實施方式 中，電容復位電路405並聯連接至串聯電容器Cs，包括電阻器Rri和開關Sri。開關Sri的門 極電連接至觸發器FF的反相輸出端/Q。當反相輸出端/Q輸出高電平時(即在故障保護 時)，開關Sri被導通，反之，開關Sri被關斷。圖5為本實用新型氣體放電燈驅動裝置的第三實施方式的電路圖，其中逆變電路 502和圖3所示裝置中的逆變電路302相同，採用半橋拓撲結構，包括開關Sl和S2。控制 電路504控制開關Sl和S2的導通與關斷，並在檢測到驅動裝置故障時將其全部關斷。串 聯電容器Cs的一端電連接至開關Sl和S2的連接點，並聯電容器Cp的一端接地。電感器L 電連接在串聯電容器Cs的另一端和並聯電容器Cp的另一端之間。在該實施方式中，電容復 位電路505並聯連接至串聯電容器Cs，包括電阻器Rri和開關Sri。開關Sri的門極電連接至 觸發器FF的反相輸出端/Q。當反相輸出端/Q輸出高電平時(即在故障保護時)，開關Sri 被導通，反之，開關Sri被關斷。雖然已參照幾個典型實施方式描述了本實用新型，但應當理解，所用的術語是說 明和示例性、而非限制性的術語。由於本實用新型能夠以多種形式具體實施而不脫離實用 新型的精神或實質，所以應當理解，上述實施方式不限於任何前述的細節，而應在隨附權利要求所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入權利要求或其等效範圍內的全部變化和 改型都應為隨附權利要求所涵蓋。
權利要求一種氣體放電燈驅動裝置，包括電壓變換電路，其輸入端接收輸入電壓，輸出端提供被調節的直流電壓；逆變電路，包括至少一個開關，其輸入端電耦接至所述電壓變換電路的輸出端，其輸出端提供開關電壓；諧振電路，其輸入端電耦接至所述逆變電路的輸出端，其輸出端提供交流驅動電壓以驅動氣體放電燈，所述諧振電路包括第一電容器、第二電容器和電感器，其中所述第一電容器和所述電感器串聯耦接至所述氣體放電燈，所述第二電容器與所述氣體放電燈並聯；控制電路，其輸出端電耦接至所述至少一個開關的門極，控制所述至少一個開關的導通與關斷，並在檢測到所述驅動裝置故障時關閉所述逆變電路；以及電容復位電路，並聯連接至所述第一電容器，在所述逆變電路因故障被關閉時釋放所述第一電容器中儲存的能量。
2.如權利要求1所述的驅動裝置，其特徵在於，所述驅動裝置故障包括過壓、過流及過 溫中的一種或幾種。
3.如權利要求1所述的驅動裝置，其特徵在於，所述電容復位電路包括復位電阻器。
4.如權利要求3所述的驅動裝置，其特徵在於，所述電容復位電路還包括串聯連接至 所述復位電阻器的復位開關，所述復位開關在所述逆變電路正常工作時被關斷，在所述逆 變電路因故障被關閉時被導通。
5.如權利要求4所述的驅動裝置，其特徵在於，所述復位電阻器由復位開關的導通電 阻代替。
6.如權利要求1所述的驅動裝置，其特徵在於，還包括電流採樣電路，其輸入端電耦接至所述逆變電路以採樣所述逆變電路的輸入電流，其 輸出端提供與該電流相關的電流採樣信號； 其中所述控制電路還包括誤差放大器，其同相輸入端接收參考電壓，其反相輸入端電耦接至所述電流採樣電路 以接收所述電流採樣信號；壓控振蕩器，其具備第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端電耦接至所述 誤差放大器的輸出端，輸出端提供控制信號以調節所述至少一個開關的開關頻率；掃頻電路，其輸出端電耦接至所述壓控振蕩器的第二輸入端，以在點火階段調節所述 控制信號使所述開關頻率由高到低變化；故障檢測電路，其輸出端提供指示所述驅動裝置是否存在故障的故障信號； 觸發器，具備復位端、置位端、同相輸出端和反相輸出端，其中復位端電耦接至所述故 障檢測電路的輸出端；以及至少一個與門，每個與門均具備第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中所述至少一個 與門的第一輸入端電連接至所述觸發器的同相輸出端，第二輸入端分別電耦接至所述壓控 振蕩器的輸出端，輸出端分別電耦接至所述至少一個開關的門極。
7.如權利要求6所述的驅動裝置，其特徵在於，所述控制電路在檢測到所述驅動裝置 故障並關閉所述逆變電路的一段時間後，對所述氣體放電燈重新進行點火。
8.如權利要求7所述的驅動裝置，其特徵在於，所述控制電路還包括延時電路，其輸入端電耦接至所述觸發器的反相輸出端，其輸出端電耦至所述觸發器的置位端；以及單觸發電路，其輸入端電耦接至所述延時電路的輸出端，其輸出端電耦接至所述掃頻 電路的輸入端。
9.如權利要求6所述的驅動裝置，其特徵在於，還包括電壓採樣電路，其輸入端電耦接至所述氣體放電燈以採樣所述交流驅 動電壓，其輸出端生代表該電壓的電壓採樣信號；其中故障檢測電路具備第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端電耦接至 所述電壓採樣電路的輸出端，第二輸入端接收一閾值，輸出端提供所述故障信號。
10.如權利要求6所述的驅動裝置，其特徵在於，所述電容復位電路包括復位開關，所 述復位開關的門極電耦接至所述觸發器的反相輸出端。
專利摘要本實用新型提供了一種氣體放電燈驅動裝置，通過電容復位電路在逆變電路因故障被關閉時釋放串聯電容器中儲存的能量，從而保證再次點火時驅動裝置初始狀態的一致性，並消除了安全隱患。
文檔編號H05B41/285GK201726580SQ20102027128
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月21日 優先權日2010年7月21日
發明者徐清, 胡進, 鄔權松 申請人:杭州大邦科技有限公司