專利名稱：具有電弧保護電路的鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于向放電燈供電的電路這一總的主題。具體而言，本發(fā) 明涉及一種包括用于防止輸出電弧的電路的鎮(zhèn)流器。
相關申請
本申請的主題內(nèi)容與其公開內(nèi)容通過引用被結(jié)合于此的美國專利
No.6，720，739 B2 (標題為"Ballast with Protection Circuit for Quickly Responding to Electrical Disturbances"、授權于2004年4月13日并且轉(zhuǎn) 讓給與本申請相同的受讓人)、美國專利No.7,042,161 Bl (標題為"Ballast with Arc Protection Circuit"、授權于2006年5月9日并且轉(zhuǎn)讓給與本申 請相同的受讓人)、美國專利No.7，102，297 B2 (標題為"Ballast with End畫of國Lamp-LifeProtection Circuit",授權于2006年9月5日并且轉(zhuǎn)讓 給與本申請相同的受讓人)和美國專利申請No.ll/532，235 (標題為 "Ballast with Frequency-Diagnostic Lamp Fault Protection Circuit"、與本 申請同日提交并且轉(zhuǎn)讓給與本申請相同的受讓人)有關。
背景技術：
電子鎮(zhèn)流器一般包括提供高頻電流以高效地對氣體放電燈供電的逆 變器。逆變器通常根據(jù)切換拓樸結(jié)構(gòu)(例如半橋式或推挽)和用來控制逆 變器開關換相的方法來分類。在許多類型的電子鎮(zhèn)流器中，反相器提供如 下輸出電壓，該輸出電壓由諧振輸出電路處理以提供用于點燃燈的高電壓 和用于向燈供電的幅度受限的電流。
用于氣體放電燈的鎮(zhèn)流器提供用于啟動燈的高點火電壓。由預熱型鎮(zhèn) 流器供應的點火電壓通常在數(shù)百伏特級(例如500伏特峰值)，而由瞬間 起動型鎮(zhèn)流器提供的點火電壓可以接近800伏特峰值。由于這些高點火電 壓，鎮(zhèn)流器遭受通常被稱為輸出電弧的特殊類型的燈故障狀況。
輸出電弧可能以許多不同方式中的任何方式出現(xiàn)。例如，在熒光照明設備中，普遍做法是在向鎮(zhèn)流器施加交流功率之時更換有故障的燈。這一 做法被稱為"帶電，，換燈。在帶電換燈過程中，由于燈被移除或插入，所以 在燈架插座接觸與燈銷之間可能形成瞬時電弧。作為另一例子，可能由于 輸出線路或燈插座中的不良或失效連接或如果以如下方式不恰當?shù)匕惭b 燈使得在燈銷與燈架插座內(nèi)的接觸之間存在小的間隙則可能出現(xiàn)持續(xù)電 弧(與瞬時電SM目對)。如果由于有缺陷的燈插座或有缺陷的線路而有損 于與燈的連接，則可能跨這些有故障的連接所造成的氣隙而產(chǎn)生高強度、 高溫度的電弧。
電弧一般被認為造成燈架插座中的接觸退化和對鎮(zhèn)流器內(nèi)的部件的 不適當壓力。持續(xù)電弧特別不受歡迎，因為它傾向于產(chǎn)生潛在有破壞性的 加熱。為了最小化電弧所導致的任何不良效果，迅速地消滅電弧至關重要。 這需要一種能夠快速和可靠地檢測電弧并且隨后釆取適當舉措以迅速地 消滅電弧的鎮(zhèn)流器。
現(xiàn)有技術包括用于檢測和/或防止輸出電弧的多種電路，如在美國專
利No.6,720,739 B2 (Konopka)和7,042,161 Bl (Konopka)中公開的電 路。在這兩個專利中公開的電路看起來代表了與現(xiàn)有技術相比明顯的進 步。
具有電弧保護電路的許多現(xiàn)有鎮(zhèn)流器通過斷開逆變器、然后只要電力 被持續(xù)施加到鎮(zhèn)流器就保持逆變器關斷iW輸出電SM故出響應。對于該鎮(zhèn) 流器，在消除輸出電弧狀況之后，要求關斷、然后再次接通(即"循環(huán)") 到鎮(zhèn)流器的電力以便實現(xiàn)燈架中的燈的點燃和供電。這一要求在許多應用 中、比如在同一支路電路中通常連接許多鎮(zhèn)流器的大型辦公區(qū)或工廠中帶 來相當大的不便。在這樣的環(huán)境中，對于許多現(xiàn)有鎮(zhèn)流器，有必要瞬時地 中斷大型區(qū)域中的照明以便在更換其一個或多個燈之后將期望的操作恢 復到甚至單個照明燈架。因此希望具有一種能夠在不需要到鎮(zhèn)流器的電力 被移除和重新施加的情況下容納換燈的鎮(zhèn)流器。
在特定操作時間段如逆變器起動和燈點燃過程中禁止電弧檢測也至 關重要。例如，逆變器和燈的正常啟動過程一般伴隨有在電弧狀況過程中 出現(xiàn)的相同類型的電擾動。因此，除非在逆變器起動和燈點燃過程中禁止 電,測，否則可能阻止逆變器恰當?shù)仄饎雍?或可能阻止鎮(zhèn)流器恰當?shù)?點燃燈。此外，雖然多數(shù)燈在理想條件下能夠正常地在短暫時間段(例如 20毫秒)內(nèi)點燃和IMt,然而一些燈由于老化或低溫而需要長得多的時 間來點燃和穩(wěn)定。因此，應當將電,測禁止足夠長的時間段(例如至少200亳秒左右)以適應在欠理想的條件之下起動的燈。
還希望鎮(zhèn)流器擁有某種自動重新啟動能力，其中在檢測到電弧狀況和 斷開逆變器之后的指定時間內(nèi)進行周期性的嘗試以重新啟動鎮(zhèn)流器和點 燃燈。希望有這一特征以便在由于瞬時的電力線瞬態(tài)或?qū)︽?zhèn)流器可靠性和 安全性無實際威脅的多種異?，F(xiàn)象(例如電噪聲)中的任何異常現(xiàn)象所造 成的g檢測的情況下防止鎮(zhèn)流器的"鎖定"斷開(這有必要關斷、然后再 次接通到鎮(zhèn)流器的電力以便重置鎮(zhèn)流器)。另外，由于燈多少有些不可預 測，所以有可能其它方面"合格"的燈可能在首次嘗試時有時無法恰當?shù)仄?動。在這樣的情況下，具有自動重新啟動能力的鎮(zhèn)流器將周期性地嘗試起 動燈而不是將鎮(zhèn)流器或其逆變器簡單地鎖定于斷開狀態(tài)直至如循環(huán)向鎮(zhèn) 流器的供電的時間。
對于為多個燈供電并包括自動重新啟動能力的鎮(zhèn)流器，在周期性的電 弧狀況的情況(即在例如小時、天、星期、月等的延續(xù)時間段繼續(xù)重復出 現(xiàn)的電弧狀況)下，對重新啟動鎮(zhèn)流器并且點燃燈進行的周期性的(但是 未成功的)嘗試引起任何其余工作燈的定期(例如每秒一次)短暫閃光。 持續(xù)出現(xiàn)直到電弧狀況被校正或從鎮(zhèn)流器移除電力的定期暫時閃光被認 為在視覺上干擾在受影響的照明燈架附近的住戶。此外，周期性的重新啟 動嘗試對鎮(zhèn)流器內(nèi)的部件產(chǎn)生壓力。因此，需要一種不僅使對住戶的視覺 干擾最小并且還避免給瞋流器部件造成不必要的壓力的電弧保護方式。
許多現(xiàn)有電弧保護方式的又一弊端在于這些電路常常需要大量的工 作功率。通常，工作功率需求隨著電路復雜性而增加，尤其是當廣泛地利 用模擬電路時。因而，這些電路明顯地有損于鎮(zhèn)流器的整體能量效率。因 此，還需要一種與現(xiàn)有方式相比具有相對適度工作功率需求的電弧保護電 路。
具有電流饋送自振蕩逆變器和并聯(lián)諧振輸出電路的鎮(zhèn)流器目前在北 美是主流的"瞬間起動，，設計拓樸結(jié)構(gòu)。然而，在這些類型的鎮(zhèn)流器內(nèi)提供 可靠的電弧保護帶來巨大的工程設計挑戰(zhàn)。具體而言，許多現(xiàn)有技術方式 易受與電,測分辨率有關的問題影響，因此不適合于向多個(例如三個 或四個)燈供電的鎮(zhèn)流器。例如，在用于向三個或四個燈供電的鎮(zhèn)流器中 以及在涉及到僅一個燈或一個燈插座的電弧狀況的情況下，用來指示電弧 狀況的任何信號可能被其余燈和插座以基本上正常的方式工作的事實所 "淹沒"。由于該問題， 一種現(xiàn)有方法是對由鎮(zhèn)流器供電的各燈提供單獨的 逆變器和輸出電路；這樣的方式具有如下明顯缺點非常昂貴，特別是對于為三個或四個燈供電的鎮(zhèn)流器(在該情況下需要三個或四個單獨的逆變 器和輸出電路)
在鎮(zhèn)流器的輸出與燈架之間存在的輸出線路引入特定量的雜散電容。 該雜散電容可能影響電弧保護電路可靠地檢測存在電弧狀況的能力。因 而，需要一種能夠解決雜散電容導致的任何影響的電,測電路。
因此，需要一種具有如下電弧保護電路的鎮(zhèn)流器，該電弧保護電路能 夠可靠地檢測輸出電弧狀況(尤其是在多燈鎮(zhèn)流器的背景下以及在面臨鎮(zhèn) 流器與燈架之間的線路所導致的雜散電容時等)。還需要如下鎮(zhèn)流器和電
弧保護電路，該電^l:供起動(即禁止)時間段以便允許適當?shù)臒羝饎右?及提供自動重新啟動能力以便容納棘檢測和"合格"燈的異常起動故障， 但是其提供方式為使得在電弧狀況在延續(xù)時間段中繼續(xù)重新出現(xiàn)時視覺 上干擾的閃光和對鎮(zhèn)流器部件的不必要的壓力最小。還需要一種具有適度 的工作功率需求的電弧保護電路。還需要一種提供所有上述功能性益處的 電弧保護電路，該電弧保護電路在現(xiàn)有的鎮(zhèn)流器中可容易且經(jīng)濟地實現(xiàn)。 該鎮(zhèn)流器和電弧保護電路代表較現(xiàn)有技術的相當大的進步。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有電弧保護電路的鎮(zhèn)流器的電框圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有電弧保護電路和電流饋送自振 蕩半電橋型逆變器的鎮(zhèn)流器的部分示意框圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的用于在圖2的鎮(zhèn)流器中使用的電弧保 護電路的具體示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，用于向燈負載70(包括一個或多個氣體放電燈)供電的鎮(zhèn) 流器20包括交流到直流轉(zhuǎn)換器100、逆變器200、輸出電路300和電弧保 護電路400。交流到直流轉(zhuǎn)換器100具有用于接收交流電源電壓60 (例如 60赫茲的277伏特RMS)的輸入102、 104。在操作過程中，交流到直流 轉(zhuǎn)換器100向逆變器200提供直流干線電壓。逆變器200的特征在于具有 正常工作頻率(例如40千赫茲)；也就;H兌，逆變器200的工作頻率在至少燈負載70內(nèi)的各燈以基本上正常的方式工作時且當在(燈負載70內(nèi)的) 燈被連接到的照明燈架內(nèi)的插座中的任一個處至少不存在電弧狀況時是 正常的。輸出電路300耦合到逆變器200并適于耦合到燈負載70。電弧 保護電路400耦合到逆變器200和輸出電路300;可選地，燈故障保護電 路400還耦合到交流到直流轉(zhuǎn)換器100。
在操作過程中，電弧保護電路400監(jiān)視輸出電路300內(nèi)用于指示電弧 狀況的電信號。當鎮(zhèn)流器20和燈負載70以正常方式工作時，輸出電路 300內(nèi)的電信號將是具有與逆變器200的正常工作頻率對應的預定正?；?頻(例如40千赫茲)的周期性信號。當電信號包括具有以下兩個特征的 高頻(即具有實際上比逆變器的正常工作頻率更高的頻率)分量時認為已 經(jīng)出現(xiàn)電弧狀況(i)幅度超過預定閾值；以及(ii)基頻為逆變器200 的正常工作頻率(例如40千赫茲)的至少十倍的水平。
在操作過程中，電弧保護電路400提供如下起動時間段，在該起動時 間段過程中無論電弧狀況是否看起來存在都啟用逆變器200并允許逆變 器200嘗試起動燈。因此，在起動時間段過程中電弧保護被有效地禁止。 之所以希望在起動時間段過程中禁止電弧保護是因為燈的正常起動過程 一般伴隨有可能與真正的電弧狀況無法區(qū)分的(在輸出電路300內(nèi)的 視電信號中的)擾動。優(yōu)選地，起動時間段被選擇為在約200毫秒與約一 秒之間，這通常提供允許點燃和穩(wěn)定燈的充足時間，即使在涉及到老化燈 或低環(huán)境溫度的條件下。
在完成起動時間段之后，如果存在電弧狀況(如在輸出電路300內(nèi)的 視電信號中的實質(zhì)上的高頻信號的存在所示)，則電弧保護電路400 禁用逆變器200并且保持逆變器被禁用斷開時間段。優(yōu)選地，斷開時間段
被選擇為具有至少起初在約一秒左右的7jC平的持續(xù)時間；在重復出現(xiàn)電弧
狀況的情況下，優(yōu)選地將斷開時間段的持續(xù)時間增加較大的量(優(yōu)選地在 至少五秒左右的水平)。
當出現(xiàn)電弧狀況時，電弧保護電路400可靠地檢測電弧狀況、然后迅 速地禁用逆變器200。如前文間接提到的那樣，電弧狀況伴隨有在輸出電 路300內(nèi)的 視信號中至少預定幅度的高頻分量(具有是逆變器200 的正常工作頻率的例如至少十倍的水平的基頻)的存在。電弧保護電路 400檢測該高頻分量，禁用逆變器200，然后確保逆變器200在至少斷開 時間段的持續(xù)時間內(nèi)保持被禁用。
在完成斷開時間段之后，電弧保護電路400再次提供如下起動時間段，在該起動時間段過程中重新啟用逆變器200并允許逆變器200嘗試起 動燈，而與電弧狀況是否看起來(或事實上)存在無關。這一特征不僅容 納換燈(其中可以更換并且隨后點燃和操作有故障的燈而無需移除、然后 重新施加到鎮(zhèn)流器的電力)，還允許鎮(zhèn)流器和燈從比如"4m檢測，，(其中 真正的電弧狀況看起來存在、但是實際上并不存在)和異常起動故障(其 中"合格"燈在首次嘗試時沒有點燃、但是在一次或多次相繼嘗試之后被點 燃)這樣的情形恢復。
優(yōu)選地，電弧保護電路400被配置成使得如果電弧狀況在已經(jīng)相繼地 提供預定數(shù)目(例如10個左右)的起動時間段(例如第一起動時間段、 繼而是第一斷開時間段、繼而是第二起動時間段、繼而是第二斷開時間
段.....繼而是第十起動時間段)之后繼續(xù)重新出現(xiàn)，則斷開時間段從第
一持續(xù)時間(例如約1秒左右的正常初始斷開時間段)增加到第二持續(xù)時 間(例如約5秒左右)、然后維持于第二持續(xù)時間直至至少如不再出現(xiàn)電 弧狀況的時間。這一特征用任何其余工作燈的持續(xù)的偶爾閃光(即每5 秒左右一次)取代任何其余操作燈的持續(xù)急速(即每一秒左右一次)閃光， 從而極大地減少對住戶的視覺干擾。此外，由于逆變器200的重新啟動頻 率比之前低得多(例如每5秒左右一次而不是每1秒左右一次)，所以這 一特征顯著地減少鎮(zhèn)流器20內(nèi)的部件遭受通常伴隨逆變器啟動和燈點燃 的較大電壓力的頻率；因而期望該特征有助于提高鎮(zhèn)流器20的有用工作 壽命。
現(xiàn)在參照圖2，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，交流到直流轉(zhuǎn)換器100優(yōu) 選地被實現(xiàn)為全波整流器電路110和升壓轉(zhuǎn)換器120、 130、 140、 150、 160的組合。逆變器200優(yōu)選地被實施為電流饋送自振蕩半電橋型逆變器， 而輸出電路300優(yōu)選地被實施為并聯(lián)諧振輸出電路。
如圖2中所示，交流到直流轉(zhuǎn)換器100包括輸入端子102、 104、全 波二極管電橋IIO、電容器112、升壓控制電路120、升壓電感器130、升 壓晶體管140、升壓整流器150、大容量電容器160和輸出端子106、 108。 在操作過程中，交流到直流轉(zhuǎn)換器接收(經(jīng)由輸入端子102、 104)來自 交流電源60的交流電源電壓(例如60赫茲的277伏特RMS )并且向逆 變器200 (經(jīng)由輸出端子106、 108)提供調(diào)節(jié)的直流干線電壓(例如455 伏特)。
逆變器200優(yōu)選地包括雙電流饋送電感器210、 212、第一和第二逆 變器晶體管220、 240、第""i^L驅(qū)動電路230、 236、 324、第二基極驅(qū)動電路250、 256、 326和逆變器啟動電路270。第一1^驅(qū)動電路(用于第 一逆變器晶體管220 )耦合到第一逆變器晶體管220并且包括J^l驅(qū)動繞 組324、 二極管230和電阻器236。第二基極驅(qū)動電路(用于第二逆變器 晶體管240 )耦合到第二逆變器晶體管240并且包括&^L驅(qū)動繞組326、 二極管250和電阻器256。逆變器啟動電路270耦合到交流到直流轉(zhuǎn)換器 100、第二逆變器晶體管240和逆變器接地50并且包括電阻器272、 276、 280、電容器282、 二極管284和三層二極管(diac)2卯。在IMt過程中， 逆變器200從交流到直流轉(zhuǎn)換器100接收直流干線電壓并且向輸出電路 300提供(經(jīng)由逆變器晶體管220、 240的互補切換)高頻(例如大于20,000 赫茲)交流電壓。逆變器啟動電路270 (向第二逆變器晶體管240)提供 用于起初激活逆變器200的啟動脈沖。
輸出電路300包括輸出連接302、 304、 306、 308、 310、諧振電容器 312、輸出變壓器320、 322、 324、 326、直流阻隔電容器314、鎮(zhèn)流電容 器350、 352、 354、 356、感測變壓器360和調(diào)諧電容器370。輸出變壓器 320、 322、 324、 326包4^耦合到逆變器200的初級繞組320、耦合到輸出 連接302、 304、 306、 308、 310的次級繞組322、作為逆變器200內(nèi)第一 基極驅(qū)動電路的部分的第一輔助繞組324和作為逆變器200內(nèi)的第二a 驅(qū)動電路的部分的第二輔助繞組326。感測變壓器360包括笫一初級繞組 362、第二初級繞組364和次級繞組366。第一初級繞組362耦合在輸出 變壓器320、 322、 324、 326的次級繞組與至少第一輸出連接302之間； 可選地，對于向四個燈供電的鎮(zhèn)流器(如圖2中所示)，第一初級繞組362 耦合到第一、第二、第三和第四輸出連接302、 304、 306、 308中的各輸 出連接。第二初級繞組364耦合于輸出變壓器320、 322、 324、 326的次 級繞組322與返回輸出連接310之間。次級繞組366磁性耦合到第一和第 二初級繞組362、 364。如圖2中所示，第一和第二初級繞組362、 364如 各繞組上的點所示來取向。有利地，感測變壓器360包括雙初級繞組362、 364(具有圖2中所示取向)以便補償由于鎮(zhèn)流器輸出連接302、 304、 306、 308、 310與燈負載70連接到的燈架的插座之間的線路中的雜散電容所導 致的影響。具體而言，在感測變壓器360中提供雙初級繞組362、 364確 保即使雜散電容(可歸因于輸出線路)明顯地衰減所得高頻信號，仍然在 跨次級繞組364生成的電壓中可靠地反映電弧狀況；例如，如果感測變壓 器360包括僅單個初級繞組(比如初級繞組362而沒有初級繞組364 )， 則在與返回連接310鄰近的那些燈插座處出現(xiàn)的電弧狀況可造成的任何 高頻信號可能(被那些插座與返回輸出連接310之間的線路中的雜散電容)明顯地衰減并從而有損于電弧保護電路400可靠地檢測在那些燈插座 處出現(xiàn)電弧狀況的能力。因此，輸出電路300和電弧保護電路400被配置 成補償鎮(zhèn)流器20與包含燈負載70的燈架之間的輸出線路中固有的雜散電 容可造成的任何檢測問題。調(diào)諧電容器370與感測變壓器360的次級繞組 366并聯(lián)耦合。在操作過程中，輸出電路300接收由逆變器200提供的高 頻交流電壓并且供應(經(jīng)由輸出連接302、 304、 306、 308、 310)用于點 燃燈負載70內(nèi)的燈72、 74、 76、 78的高電壓和用于^Mt這些燈的幅度受
限的電流。優(yōu)選地，跨調(diào)諧電容器370的電壓(以;M目應地，跨感測變壓
器360的次級繞組366的電壓)是用于指示電弧狀況、由電弧保護電路 400監(jiān)視的輸出電路300內(nèi)的電信號。
由于關于交流到直流轉(zhuǎn)換器100、逆變器200和輸出電路300的結(jié)構(gòu) 和操作的大部M細內(nèi)容是電子鎮(zhèn)流器領域中的技術人員眾所周知的，所 以這里并不提供對這些電路的結(jié)構(gòu)和操作的全面的具體說明。然而，為了 理解本發(fā)明，應理解在鎮(zhèn)流器20的操作過程中，感測變壓器360實質(zhì)上 感測兩個電流(i)經(jīng)由輸出連接302、 304、 306、 308從鎮(zhèn)流器20總地 流出的第一電流；以及(ii)經(jīng)由返回輸出連接310流回到鎮(zhèn)流器20中的 第二電流。當出現(xiàn)電弧狀況時，第一和第二電流中的任一電流或二者將包 括高頻分量；將在跨感測變壓器360的次級繞組366和調(diào)諧電容器370生 成的電壓中反映這一高頻分量。重要的是，感測變壓器360具有與調(diào)諧電 容器370的電容組合構(gòu)成如下并聯(lián)諧振電路的次級側(cè)磁化電感，該并聯(lián)諧 振電路具有被選擇為逆變器200的正常工作頻率的至少十倍水平的自然 ，振頻率；優(yōu)選地，當逆變器200的正常工作頻率在數(shù)十千赫茲的水平時，
內(nèi)。調(diào)諧并聯(lián)諧振電路以檢測跨感測變壓器360的次級繞組366和調(diào)諧電 容器370的電壓中的任何高頻分量，從而提供具有足以(向電弧保護電路 400)指示存在電弧狀況的幅度的電壓信號(在電弧保護電路400的第一 與第二連接402、 404之間)。
如圖2所示，電弧保護電路400具有多個連接402、 404、 406、 408、 410、 412、 414。第一和第二連接402、 404耦合到(輸出電路300內(nèi)的) 調(diào)諧電容器370和感測變壓器360的次級繞組366。第三連接406耦合到 第二逆變器晶體管240和第二J^驅(qū)動電路250、 256、 326;更具體地， 第三連接406耦合到逆變器晶體管240的基極242。第四連接408耦合到 逆變器啟動電路270;更具體地，第四連接408耦合到逆變器啟動電路270 內(nèi)的電容器282和三層二極管2卯的M處的節(jié)點278。第五和第六連接410、 412耦合到交流到直流轉(zhuǎn)換器100;更具體地，第五和第六連接410、 412耦合到升壓電感器130的輔助繞組132。最后，第七連接414耦合到 逆變器接地50。
參照圖2，在操作過程中，電弧保護電路400經(jīng)由第 一和第二連接402、 404監(jiān)*調(diào)諧電容器370和感測變壓器360的次級繞組366存在的電壓 信號(Vx)。如先前提到的那樣，Vx反映經(jīng)由輸出電路300提供到燈負載 70的電流中存在的任何高頻分量(具有為逆變器的正常工作頻率的例如 至少十倍的基頻)。當Vx包括幅度超過預定值的高頻分量時，認為存在電 弧狀況。在起動時間段過程中，無論電弧狀況是否存在或看起來存在都啟 用逆變器200并允許逆變器200嘗試點燃燈72、 74、 76、 78。在完成起 動時間段之后，如果Vx的幅度在預定值以上，則電弧保護電路400通過 在斷開時間段的持續(xù)時間內(nèi)將第三和第四連接406、 408有效地分路
(shunt)到電弧保護電路400內(nèi)的負電壓V厄G來做出響應。如下文將更 具體說明的那樣，V冠c是由電弧保護電路400提供并且存在于參考節(jié)點
(電弧保護電路400內(nèi))與逆變器接地50之間、具有適當幅度如-5伏特 的負電壓。通過將第三連接406分路到VNEG (即處于稍微低于逆變器接 地50的電勢)，電弧保護電路400確保響應于電弧狀況;JM^和可靠地禁 用逆變器200。在斷開時間段的持續(xù)時間內(nèi)將第四連接408分路到VNEG 防止逆變器啟動電路270在斷開時間段過程中嘗試重新啟動逆變器200。 在結(jié)束斷開時間段時，電弧保護電路400停止將第三和第四連接406、 408 有效地分路到負電壓VNEG。因而，逆變器200被重新啟用(即被允許重 新啟動并且在至少起動時間段的持續(xù)時間內(nèi)操作)。
現(xiàn)在參照圖3，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，電弧保護電路400包括檢 測電路420、微控制器440、第一分路電路418、 450、第二分路電路460、 468和直流電壓電源電路470、 476、 478、 480、 490。 ^t控制器440包括 輸入442、輸出444、直流電源輸入446和接地輸入448。直流電源輸入 446耦合到第七連接414 (第七連接414耦合到逆變器接地50 )。接地輸 入448耦合到參考節(jié)點416。正如這里將更具體描述的那樣，參考節(jié)點416
具有相對于逆變器接地50為負(例如-5伏特左右)的電壓VNEG。第一分
路電路418、 450耦合到第三連接406、微控制器440的輸出444和參考 節(jié)點416.第二分路電路460、 468耦合于第四連接408、微控制器440的 輸出444和參考節(jié)點416之間。直流電壓電源電路470、 476、 478、 480、 4卯耦合到第五和第六連接410、 412、微控制器440的直流電源輸入446 和參考節(jié)點416。優(yōu)選地，如圖3所示，第一分路電路418、 450包括第一電子開關450 和第一電容器418。第一電子開關450優(yōu)選地由具有第一 (即柵極)端子 452、第二 (即漏極)端子454和第三(即源極)端子456的N溝道場效 應晶體管(FET)實現(xiàn)。第一端子452耦合到微控制器440的輸出444。 第三端子456耦合到參考節(jié)點416。第一電容器418耦合于第三連接406 與第一電子開關450的第二端子454之間。在電弧保護電路400的操作過 程中，第一分路電路418、 450用來通過經(jīng)由電容器418將逆變器晶體管 240的M242有效地耦合到參考節(jié)點416來響應于電弧狀況禁用逆變器 200。由于參考節(jié)點416具有負電壓(例如相對于逆變器接地50為-5伏特)， 所以繼激活第一電子開關450之后i^il和可靠地禁用逆變器200。
如圖3所示，檢測電路420優(yōu)選地包括第一整流器電路422、第二電 容器424、第二電子開關430、第一電阻器426、第二電阻器428和第三 電阻器438。第一整流器電路422優(yōu)選地被實現(xiàn)為耦合到第一和第二連接 402、 404的全波二極管電橋。第二電容器424耦合于第一整流器電路422 與參考節(jié)點416之間。第二電子開關430優(yōu)選地被實現(xiàn)為具有第一 (即基 極)端子432、第二 (即集電極)端子434和第三(即發(fā)射極)端子436 的NPN雙極結(jié)晶體管(BJT)。第三端子436耦合到參考節(jié)點416。第一 電阻器426耦合于第一整流器電路422與第二電子開關430的第一端子 432之間。第二電阻器428耦合于第二電子開關430的第一端子432與參 考節(jié)點416之間。第三電阻器438耦合于微控制器440的直流電源輸入 446與第二電子開關430的第二端子434之間。在操作過程中，檢測電路 420作為峰值檢測器電路來工作。更具體地，檢測電路420對跨調(diào)諧電容 器370和感測變壓器360的次級繞組366的電壓信號進行全波整流(經(jīng)由 整流器電路422)和濾波(經(jīng)由電容器424);如先前說明的那樣，當實質(zhì) 高頻分量(指示電弧狀況)出現(xiàn)在流過初級繞組362、 364的電流中時， 跨調(diào)諧電容器370和次級繞組366的電壓信號將具有可估計的幅度。在檢 測電路420內(nèi)，電阻器426、 428用作確定用于晶體管430的適當觸發(fā)電 平的分壓器；更具體地，當跨電容器424的濾波電壓超過預定閾值時，在 晶體管430的JjfeU32與發(fā)射極436之間提供充分電壓以便激活(即接通) 晶體管430。在晶體管430接通的情況下，向微控制器440的輸入442提 供的電壓從高(例如相對于參考節(jié)點416取作+5伏特左右)變成低(例 如相對于參考節(jié)點416取作0.2伏特左右)。
優(yōu)選地，如圖3所示，第二分路電路460、 468、 469包括第三電子開 關460、第四電阻器468和第五電阻器469。第三電子開關460優(yōu)選地被實現(xiàn)為具有第一 (即，)端子462、第二 (即集電極)端子464和第三 (即發(fā)射極)端子466的NPN型雙極結(jié)晶體管(BJT )。第二端子464耦 合到第四連接408。第三端子466耦合到參考節(jié)點416。第四電阻器468 耦合于微控制器460的輸出444與第三電子開關460的第一端子462之間。 第五電阻器469耦合于(第三電子開關460的)第一端子462與參考節(jié)點 416之間。在操作過程中，第二分路電路460、 468、 469進行工作以確保 逆變器200在斷開時間段過程中保持被禁用。第二分路電路460、 468、 469通過防止(逆變器啟動電路270內(nèi)的)電容器282被充電到足以觸發(fā) 逆變器啟動電路270內(nèi)的三層二極管2卯的電壓(例如32伏特)來實現(xiàn) 這一點。
^:控制器440優(yōu)選地由適當?shù)目删幊碳呻娐啡鏟art No.PIC10F200 (由Microchip公司制造)來實現(xiàn)，這具有相對低成本和低工作功率需求 的優(yōu)點。微控制器440被編程為提供以下功能(1)監(jiān)*輸入442處的 電壓，其中如果在輸入442的電壓下降到預定電平(例如相對于參考節(jié)點 416約為0.2伏特左右)以下，則認為已經(jīng)出現(xiàn)電弧狀況；(2)在起動時 間段過程中將在輸出444處的控制電壓設置于不足以激活第一和第三電 子開關450、 460的第一電平(例如相對于參考節(jié)點416小于約0.6伏特)， 并且在起動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將控制電壓維持于該第一電平；(3 )在完 成起動時間段之后，如果不存在燈故障狀況，則將在輸出444處的控制電 壓維持于第一電平；(4)在完成起動時間段之后，如果存在燈故障狀況， 則將在輸出444處的控制電壓設置于足以激活第一和第三電子開關450、 460的第二電平(例如相對于參考節(jié)點416為+4.3伏特左右)，并且在斷 開時間段的持續(xù)時間內(nèi)將控制電壓維持于第二電平；以及(5)在完成斷 開時間段之后，將在輸出444處的控制電壓設置于第一電平(以便允許逆 變器重新啟動)，并且在起動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將控制電壓維持于第一 電平。優(yōu)選地，微控制器440還響應于即使在已經(jīng)相繼地提供預定數(shù)目的 起動時間段之后仍然繼續(xù)重新出現(xiàn)的電弧狀況來工作，以將斷開時間段從 第一持續(xù)時間(例如l秒左右)增加至第二持續(xù)時間(例如5秒左右)， 并且將斷開時間段維持于第二持續(xù)時間直到至少如不再重新出現(xiàn)電弧狀 況的時間。
再次參照圖3，在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，直流電壓電源電路470、 476、 478、 480、 4卯包括第二整流器電路470、第三電容器476、第六電 阻器478、電壓調(diào)節(jié)器480和第四電容器4卯。第二整流器電路470優(yōu)選 地由耦合到第五和第六連接410、 412 (第五和第六連接410、 412耦合到輔助繞組132，該輔助繞組132磁耦合到升壓電感器的初級繞組130)、第 一節(jié)點472、和第二節(jié)點474的全波二極管電橋(即具有四個二極管)實 現(xiàn)。第一節(jié)點472耦合到微控制器440的直流電源輸入446和第七連接 414。第三電容器476耦合于第一節(jié)點472與第二節(jié)點474之間。第六電 阻器478耦合于第二節(jié)點474與微控制器440的接地輸入448之間。電壓 調(diào)節(jié)器480優(yōu)選地被實現(xiàn)為耦合于微控制器440的直流電源輸入446與接 地輸入448之間的齊納二極管。最后，第四電容器4卯耦合于第七連接 414與參考節(jié)點416之間。在操作過程中，直流電壓電源電路470、 476、 478、 480、 4卯對跨升壓電感器130的輔助繞組132的高頻交流電壓進行 整流、濾波和調(diào)節(jié)以提供用于向^t控制器440供電的直流工作電壓(例如 相對于參考節(jié)點416為+5伏特)。有利地，由于升壓轉(zhuǎn)換器即4吏在逆變器 200被禁用時仍繼續(xù)操作(雖然占空比顯著下降)，直流工作電壓將繼續(xù) 被提供給微控制器440，從而允許微控制器440繼續(xù)控制對逆變器200的 禁用和啟用進行控制的定時和其它邏輯功能。就這一點而言，優(yōu)選的是電 壓調(diào)節(jié)器480由如下齊納二極管(例如part no.lN4688 )實現(xiàn)，該齊納二 極管具有適當?shù)偷凝R納電流以及適當?shù)偷穆╇娏饕员闶谷缦聲r間段最大， 在該時間段過程中直流電壓電源電路470、 476、 478、 480、 4卯在逆變器 200被禁用之時繼續(xù)提供直流工作電壓。直流電壓電源電路470、476、478、 480、 490還進行工作以確保在參考節(jié)點416的電壓相對于逆變器接地50 為負(例如-5伏特)；如先前說明的那樣，提供負電壓對于在檢測到燈故 障狀況時迅速和恰當?shù)亟媚孀兤?00這一目標至關重要。
當用圖3所示的結(jié)構(gòu)來實施時，電弧保護電路400能夠以成本有效和 能量高效的方式來實現(xiàn)。由于定時和邏輯功能由^t控制器440處理，所以 只需適度數(shù)量的相關聯(lián)的分離的電路。此外，由于只需適度數(shù)量的分離的 電路這一事實以及微控制器440可以由具有相對低的工作功率需求的器 件(例如Microchip公司的part no. PIC10F200 )實現(xiàn)這一事實，所以電 弧保護電路400消擬艮少功率(例如約100毫瓦左右)并且因此對鎮(zhèn)流器 20的整體能量效率的影響最小。
現(xiàn)在參照圖2和圖3如下說明鎮(zhèn)流器20和電弧保護電路400的具體 操作。在以下描述中，除非另有指明，所有電壓都是相對于逆變器接地 50來提及的。
在向鎮(zhèn)流器20 (通過輸入連接102、 104)施加交流功率之后的短暫 時間段內(nèi)，升壓控制電路120開啟并且開始提供升壓晶體管140的切換。一旦升壓控制電路120開啟并且開始接通和切斷升壓晶體管140,對應的 電壓就跨升壓電感器130和輔助繞組132生成。甚至在升壓轉(zhuǎn)換器開始工 作之前，在逆變器啟動電路270內(nèi)，電容器282開始經(jīng)由電阻器272、 276 充電；電阻器280的尺寸(相對于電阻器272、 276)被i殳為防止逆變器 200的啟動直至至少如升壓轉(zhuǎn)換器開始工作并且提供如下直流干線電壓 (輸出端子106、 108之間)的時間，該直流干線電壓實質(zhì)上高于向輸入 端子102、 104提供的交流電源電壓的峰值。一_9^電容器282的電壓達 到預定電平(例如32伏特)，三層二極管2卯變?yōu)閷ú⑶覍⑵饎用}沖(來 自電容器282中存儲的能量)遞送到逆變器晶體管240的基極242。起動 脈沖使逆變器晶體管240開啟，從而以本領域技術人員眾所周知的方式發(fā) 起逆變器200的自振蕩操作。
幾乎緊接在交流功率被施加到鎮(zhèn)流器20之后，存在于交流到直流轉(zhuǎn) 換器100的輸出106、 108之間的直流干線電壓迅速地達到交流線電源電 壓(例如277伏特RMS )的峰值(例如3卯伏特)、然后在升壓轉(zhuǎn)換器開 始工作之后增加至更高的值(例如455伏特)。 一旦升壓轉(zhuǎn)換器開始工作， 跨輔助繞組132生成的電壓用來提供用于電弧保護電路400的工作功率 源。因而，電弧保護電路400在升壓轉(zhuǎn)換器開始工作之后不久開始工作。 具體而言，跨輔助繞組132的交流電壓由燈故障保護電路400內(nèi)的直流電 壓電源電路470、 476、 478、 480、 4卯處理以向微控制器440的直流電源 輸入446提供調(diào)節(jié)的直流電源電壓(例如+5伏特)，從而向微控制器440 供電并且還在參考節(jié)點416處提供負電壓(例如相對于逆變器接地50為 -5伏特)。
一旦微控制器440被激活，起動時間段(具有在例如200亳秒左右與 一秒左右之間的持續(xù)時間)開始。在起動時間段過程中，在微控制器440 的輸出444處的控制電壓為低(例如相對于參考節(jié)點416約為0.6伏特)； 相應地，F(xiàn)ET450和BJT460保持關斷。因而，允許逆變器200進行工作 以點燃燈72、 74、 76、 78并且為這些燈供電。
在燈72、 74、 76、 78的正常點燃過程中，當燈點燃時，與在電弧狀 況過程中出現(xiàn)的信號相似的信號通?？赡艹霈F(xiàn)在逆變器200和輸出電路 300內(nèi)。如先前討論的那樣，重要的是該出現(xiàn)實質(zhì)上被電弧保護電路400 忽視以允許逆變器200和輸出電路300工作足夠長的時間段(例如在200 亳秒左右與一秒左右之間)以4更成功地點燃燈72、 74、 76、 78。因而， 微控制器440被編程為在起動時間段過程中有效地忽略指示電弧狀況的在輸入442處的任何信號。
在結(jié)束起動時間段時(在這一點可假定所有燈被點燃并且已經(jīng)開始以 實質(zhì)上正常的方式工作)，電弧保護電路400開始針對電弧狀況的出現(xiàn)來 積極地監(jiān)*調(diào)諧電容器370和(感測變壓器360的)輔助繞組366的電 壓信號Vx。如先前說明的那樣，如果足夠幅度的高頻信號(具有為逆變 器的正常工作頻率的例如十倍的基頻)存在于流過感測變壓器360的初級 繞組362、 364的電流中，則Vx的幅度將超過預定電平。由于感測變壓器 360的次級側(cè)漏電感和電容器370的電容構(gòu)成具有如下諧振頻率的并聯(lián)諧 振電路，該諧振頻率優(yōu)選地被選擇為逆變器的正常工作頻率的約十倍的水 平，則將在Vx的幅度(即峰值)中反映流過初級繞組362、 364的電流中 的任何相應的高頻分量。如先前說明的那樣，如果Vx超過預定幅度，則 電弧保護電路400將其解釋為指示電弧狀況。
當Vx超過預定幅度時，在檢測電路420內(nèi)，在晶體管430的基極432 處生成充足的電壓以接通晶體管430。在晶體管430接通的情況下，在微 控制器440的輸入442處的電壓變?yōu)榈?即相對于參考節(jié)點416約為0.2 伏特左右)。微控制器440將其解釋為指示電弧狀況。相應地，在輸出444 處的控制電壓變?yōu)楦?例如相對于參考節(jié)點416取作+4.3伏特)，從而接 通FET 450和BJT 460。在FET 450被接通的情況下，逆變器晶體管240 的基恢242耦合(經(jīng)由電容器418)到參考節(jié)點416處的負電壓(例如-5 伏特)；因而，逆變器晶體管240將被關斷或如果當前為關斷則被防止再 次接通，從而禁用逆變器200。同時，在BJT460接通的情況下電容器282 (逆變器起動電路270內(nèi))耦合到在參考節(jié)點416處的負電壓(例如-5 伏特)；因而，將防止電容器282被充電到足以觸發(fā)三層二極管2卯并且 重新發(fā)起逆變器200的工作的電壓(例如+32伏特)。^L控制器440的輸 出444處的電壓在斷開時間段的持續(xù)時間(例如l秒)內(nèi)保持為高(例如 相對于參考節(jié)點416為+4.3伏特)。以這一方式，電弧保護電路400通過 迅速地禁用逆變器200并且隨后在至少預定時間段(例如1秒)中防止逆 變器200嘗試重新啟動來對電弧狀況做出響應。
在斷開時間段(例如在已經(jīng)檢測到故障之后的1秒)結(jié)束時，微控制 器440的輸出444處的電壓從高(例如相對于參考節(jié)點416為+4.3伏特) 變?yōu)榈?例如相對于參考節(jié)點416約為0.6伏特)，從而關斷FET 450和 BJT460。因而，在結(jié)束斷開時間段時，電弧保護電路400停止將第三和 第四連接406、 408有效地分路到參考節(jié)點416，由此重新啟用逆變器200(即允許逆變器啟動電路270重新啟動逆變器200 )，然后再次允許逆變 器200繼續(xù)工作至少定時的起動時間段的持續(xù)時間(例如200亳秒或更 多)，在該持續(xù)時間過程中再次允許逆變器200和輸出電路300嘗試點燃 并且開始操作燈72、 74、 76、 78。以這一方式，電弧保護電路400提供 用以容納換燈而無需循環(huán)向鎮(zhèn)流器的供電的自動重新啟動能力，并且還提 供對任何電弧狀況的銜吳/異常檢測的有用抗擾程度。
在重復出現(xiàn)的電弧狀況(即在連續(xù)多個重新啟動周期中繼續(xù)重新出現(xiàn) 的電弧狀況)的情況下，電弧保護電路400將提供有限數(shù)目的重新啟動嘗 試(例如根據(jù)先前描述為10個左右)、但是然后轉(zhuǎn)變成其中斷開時間段明 顯增加(例如從約1秒增加至約5秒左右)的不同工作模式。斷開時間段 的增加不僅用以防止任何工作的燈的頻繁(且干擾的)閃光而且減少對逆 變器200和輸出電路300中的部件的不必要壓力。只要電弧狀況繼續(xù)重新 出現(xiàn)，斷開時間段將保持于增加的值。在假設當電弧狀況不再以各重新啟 動周期重新出現(xiàn)時的某一將來點，電弧保護電路400回復到其正常工作模 式(即FET 450和BJT 460將被關斷并且保持關斷)，從而允許逆變器200 以正常方式工作直至至少如隨后出現(xiàn)燈故障狀況的時間(在這種情況下將 重復前述事件)。
用于實施電弧保護電路400的優(yōu)選部件值列表如下
電容器418: 二極管電橋422: 電容器424: 電阻器426: 電阻器428: 晶體管430: 電阻器438: 微控制器440: 晶體管450: 晶體管460: 電阻器468: 二極管電橋470:
220皮可法拉 1N4148 (4個二極管) 330皮可法拉 4.7千歐姆 1.8千歐姆 2N3卯4 10千歐姆
Part No,PIC10F200 (由Microchip公司制造) 2N7002或FDC301N 2N3卯4 47千歐姆 1N4148 (4個二極管)電容器476: 100微法拉
電阻器478: 15千歐姆
齊納二極管480: 4.7伏特(Part No.lN4688 )
電容器4卯 33微法拉
雖然已經(jīng)參照特定優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明的 新穎的精神和范圍的情況下，本領域技術人員可作出許多修改和變化。
權利要求
1.一種用于向至少一個氣體放電燈供電的鎮(zhèn)流器，所述鎮(zhèn)流器包括具有正常工作頻率的逆變器；輸出電路，耦合到所述逆變器，所述輸出電路包括適于耦合到包括至少一個氣體放電燈的燈負載的輸出連接；以及電弧保護電路，耦合到所述逆變器和所述輸出電路，其中所述電弧保護電路可操作用以(a)監(jiān)視所述輸出電路內(nèi)用于指示電弧狀況的電信號，其中當所述電信號包括高頻分量時認為已經(jīng)出現(xiàn)電弧狀況，所述高頻分量具有(i)超過預定閾值的幅度；以及(ii)為所述逆變器的所述正常工作頻率的至少十倍的水平的基頻；(b)提供起動時間段，在所述起動時間段中與電弧狀況的出現(xiàn)無關地啟用所述逆變器并允許所述逆變器嘗試起動所述燈；(c)響應于在完成所述起動時間段之后電弧狀況的出現(xiàn)(i)禁用所述逆變器并保持所述逆變器在斷開時間段中被禁用；以及(ii)在完成所述斷開時間段之后再次提供所述起動時間段，從而與電弧狀況的出現(xiàn)無關地啟用所述逆變器并允許所述逆變器嘗試起動所述燈。
2. 根據(jù)權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中所述電弧保護電路還可操作 用以響應于在已經(jīng)相繼地提供預定數(shù)目的起動時間段之后繼續(xù)重新出現(xiàn) 的電弧狀況，將所述斷開時間賴:從第一持續(xù)時間增加至第二持續(xù)時間，并 且將所述斷開時間段維持于所述第二持續(xù)時間，直到至少如不再出現(xiàn)所述 電弧狀況的時間。
3. 根據(jù)權利要求2所述的鎮(zhèn)流器，其中 所述第 一持續(xù)時間在約一秒的水平； 所述第二持續(xù)時間在約五秒與約一分鐘之間的水平；以及 所i^動時間段的預定數(shù)目在約十個的水平。
4. 根據(jù)權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中所述逆變器是以下逆變器中 的至少一個(i) 自振蕩型逆變器；(ii) 電流饋送型逆變器；以及 (m)電橋型逆變器。
5. 根據(jù)權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中 所述逆變器是半電橋型逆變器；以及 所述輸出電路包括并聯(lián)諧振電路。
6. 根據(jù)權利要求l所述的鎮(zhèn)流器，其中所述鎮(zhèn)流器還包括交流到直流轉(zhuǎn)換器，所述交流到直流轉(zhuǎn)換器具有用 于接收交流電源電壓的輸入和用于向所述逆變器提供直流干線電壓的輸 出；所述逆變器包括(i)第一和第二逆變器晶體管；(ii)耦合到所述第 一逆變器晶體管的第一基敗驅(qū)動電路；(iii)耦合到所述第二逆變器晶體 管的第二l^l驅(qū)動電路；(iv)逆變器接地；以及(v)耦合到所述交流到 直流轉(zhuǎn)換器、所述第二逆變器晶體管和所述逆變器接地的逆變器啟動電 路；所述電弧保護電路包括多個連接，所述多個連接包括耦合到所述輸 出電路的第一和第二連接(402， 404)、耦合到所述第二逆變器晶體管和 所述第二基極驅(qū)動電路的第三連接(406 )、耦合到所述逆變器啟動電路的 第四連接(408)、耦合到所述交流到直流轉(zhuǎn)換器的第五和第六連接(410, 412)以及耦合到所述逆變器接地的第七連接(414);以及所述電弧保護電路還可操作〗吏得由所述電弧保護電路監(jiān)視的所述電信號包括所述輸出電路內(nèi)的 電壓信號，其中經(jīng)由所述第一和第二連接來監(jiān)視所述電信號；在所i^動時間段過程中，不考慮經(jīng)由所述第 一和第二連接來監(jiān) 視的所述電壓信號的性質(zhì)，都啟用所述逆變器并允許所述逆變器嘗^動 所述燈；響應于在完成所i^動時間段之后電弧狀況的出現(xiàn)，通過在所述 斷開時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所述第三連接和所述第四連接有效地分路到負電壓來禁用所述逆變器；以及在完成所述斷開時間段時，通過在所^動時間段的持續(xù)時間內(nèi) 停止將所述第三和第四連接有效地分路到所述負電壓來在所述起動時間 段中重新啟用所述逆變器。
7. 根據(jù)權利要求6所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸出電路包括 輸出變壓器，具有初級繞組(320)和次級繞組(322);多個輸出連接，包括至少第 一輸出連接(302)和返回輸出連接(310 );感測變壓器(360),包括第一初級繞組(362)，耦合于所述輸出變壓器的所述次級繞組 (322)與至少所述第一輸出連接(302)之間；第二初級繞組(364),耦合于所述輸出變壓器的所述次級繞組 (322)與所述返回輸出連接(310)之間；以及次級繞組(366 )， >^耦合到所述第一和第二初級繞組(362， 366);以及調(diào)諧電容器(370 )，與所述感測變壓器(370 )的所述次級繞組(366) 并聯(lián)耦合并且耦合到所述電弧保護電路(400)的所述第一和第二連接 (402， 404)。
8. 根據(jù)權利要求7所述的鎮(zhèn)流器，其中所述感測變壓器(360 )具有次級側(cè)磁化電感；以及所述感測變壓器(360 )的所述次級側(cè)磁化電感和所述調(diào)諧電容器 (370)的電容一起構(gòu)成具有自然諧振頻率的并聯(lián)諧振電路，所述自然諧 振頻率是所述逆變器的所述正常工作頻率的至少十倍的水平。
9. 根據(jù)權利要求6所述的鎮(zhèn)流器，其中所述電弧保護電路還包括微控制器(440 ),具有輸入(442 )、輸出(444 )、直流電源輸入(446) 和接地輸入(448)，其中所述直流電源輸入(446)耦合到所述第七連接 (414)，而所述接地輸入(448)耦合到參考節(jié)點(416);檢測電路(422, 424， 426, 428, 430, 438)，耦合于所述第一和第 二連接(404, 404)與所述微控制器(422)的所述輸入(442)之間；第一分路電路(418， 450)，耦合到所述第三連接(406)、所述微控 制器的所述輸出(444)和所述參考節(jié)點(416);第二分路電路(460, 468),耦合到所述第四連接(408)、所述微控 制器的所述輸出(444)和所述參考節(jié)點(416);以及直流電壓電源電路(470， 476， 478， 480， 4卯)，耦合到所述第五和 第六連接(410, 412)、所述微控制器的所述直流電源輸入(446)、所述 第七連接(414)和所述參考節(jié)點(416)。
10. 根據(jù)權利要求9所述的鎮(zhèn)流器，其中所述負電壓相對于所述逆變 器接地為約-5伏特的水平。
11. 根據(jù)權利要求9所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第一分路電路包括第一電子開關(450)，具有第一、第二和第三端子(452， 454， 456)， 其中所述第一端子(452 )耦合到所述微控制器(440 )的所述輸出(444 )， 而所述第三端子(456)耦合到所述參考節(jié)點(416);以及第一電容器(418)，耦合于所述第三連接(406)與所述第一電子開 關(450)的所述第二端子(454)之間。
12. 根據(jù)權利要求11所述的鎮(zhèn)流器，其中所述檢測電路包括第一整流器電路(422)，耦合到所述第一和第二連接(402, 404);第二電容器(424)，耦合于所述第一整流器電路(422)與所述參考 節(jié)點(416)之間；第二電子開關(430),具有第一端子(432)、第二端子(434)和第 三端子(436)，其中所述第三端子(436)耦合到所述參考節(jié)點(416);第一電阻器(426)，耦合于所述第一整流器電路(422)與所述第二 電子開關(430)的所述第一端子(432)之間；第二電阻器(428),耦合于所述第二電子開關(430)的所述第一端 子(432)與所述參考節(jié)點(416)之間；以及第三電阻器(438)，耦合于所述微控制器(440)的所述直流電源輸 入(446)與所述第二電子開關(430)的所述第二端子(434)之間。
13. 根據(jù)權利要求12所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第二分路電路包括第三電子開關(460)，具有第一、第二和第三端子(462, 464， 466)， 其中所述第二端子(464)耦合到所述第四連接(408)，而所述第三端子 (466)耦合到所述參考節(jié)點(416);第四電阻器(468),耦合于所述第三電子開關(460)的所述第一端子(462)與所述微控制器(440)的所述輸出(444)之間；以及第五電阻器(469)，耦合于所述第三電子開關的所述第一端子與所述 參考節(jié)點之間。
14. 根據(jù)權利要求13所述的鎮(zhèn)流器，其中所述第一電子開關(450)是N溝道場效應晶體管，其中所述第一端 子(452)是柵極端子，所述第二端子(454)是漏極端子，而所述第三端 子(456)是源極端子；所述第二電子開關(430)是NPN型雙極結(jié)晶體管，其中所述第一端 子(432) A^端子，所述第二端子(434)是集電極端子，而所述第三 端子(436) AiL射極端子；以及所述第三電子開關(460)是NPN型雙極結(jié)晶體管，其中所述第一端 子(462) ^J^L端子，所述第二端子(464)是集電極端子，而所述第三 端子(466) ^il射極端子。
15. 根據(jù)權利要求13所述的鎮(zhèn)流器，其中所述微控制器可操作用以監(jiān)視在所述微控制器(440)的所述輸入(442)處的電壓，其中如果 在所述輸入(442)處的所述電壓下降到預定電平以下則認為已經(jīng)出現(xiàn)電 弧狀況；在所述起動時間段過程中，將在所述微控制器的所述輸出處的控制電 壓i殳置于不足以激活所述第一和第三電子開關的第一電平，并且在所^ 動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所述控制電壓維持于所述第 一 電平；在完成所^動時間段之后如果不存在電弧狀況，則將所述控制電壓維持于所述第一電平；如果存在電弧狀況，則將在所述微控制器的所述輸出處的所述控 制電壓^:置于足以激活所述第一和第三電子開關的第二電平，并且在所述 關斷時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所述控制電壓維持于所述第二電平；以及在完成所述斷開時間段之后，將在所述^t控制器的所述輸出處的所述 控制電壓設置于所述第一電平，并且在所i^動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所 述控制電壓維持于所述第一電平。
16. 根據(jù)權利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中所述控制電壓的所述第一電平被設在相對于所述參考節(jié)點的約0.6伏特；以及所述控制電壓的所述第二電平被設在相對于所述參考節(jié)點的約+4.3 伏特。
17. 根據(jù)權利要求15所述的鎮(zhèn)流器，其中所述微控制器還可操作用 以響應于在已經(jīng)相繼地提供預定數(shù)目的起動時間段之后繼續(xù)重新出現(xiàn)的 電弧狀況，將所述斷開時間段從第一持續(xù)時間增加至第二持續(xù)時間，并且 將所述斷開時間段維持于所述第二持續(xù)時間直至至少如不再重新出現(xiàn)電 弧狀況的時間。
18. 根據(jù)權利要求13所述的鎮(zhèn)流器，其中所述直流電壓電源電路包括第二整流器電路(470)，耦合到所述第五和第六連接(410， 412)、 第一節(jié)點(472)和第二節(jié)點(474)，其中所述第一節(jié)點(472)耦合到所 述微控制器(440)的所述直流電源輸入(446)和所述第七連接(414);第三電容器(476)，耦合于所述第一與第二節(jié)點(472， 474)之間；第六電阻器(478 )，耦合于所述第二節(jié)點(474 )與所述微控制器(440 ) 的所述接地輸入(448 )之間；電壓調(diào)節(jié)器(480)，耦合于所述微控制器(440)的所述直流電源與 接地輸入(446， 448)之間；以及第四電容器(4卯)，耦合于所述第七連接(414 )與所述參考節(jié)點(416 ) 之間。
19. 根據(jù)權利要求18所述的鎮(zhèn)流器，其中所述交流到直流轉(zhuǎn)換器包括全波整流器(110)和升壓轉(zhuǎn)換器(120， 130， 140， 150， 160)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器包括升壓電感器，所述升壓 電感器具有初級繞組(130 )和>^耦合到所述初級繞組的輔助繞組(132 ); 以及所述電弧保護電路的所述第五和第六連接(410， 412 )耦合到所述升 壓電感器的所述輔助繞組(132)。
20. —種用于向至少一個氣體放電燈供電的鎮(zhèn)流器，所述鎮(zhèn)流器包括:交流到直流轉(zhuǎn)換器，具有用于接收交流電源電壓的輸入和用于提供直 流干線電壓的輸出；逆變器，耦合到所述交流到直流轉(zhuǎn)換器，所述逆變器具有正常工作頻率，所述逆變器包括(i)第一和第二逆變器晶體管；(ii)耦合到所述第 一逆變器晶體管的第一基極驅(qū)動電路；(iii)耦合到所述第二逆變器晶體 管的第二a驅(qū)動電路；(iv)逆變器接地；以及(v)耦合到所述交流到 直流轉(zhuǎn)換器、所述第二逆變器晶體管和所述逆變器接地的逆變器啟動電 路；輸出電路，耦合到所述逆變器，所述輸出電路包括至少第一輸出連接(302)和返回輸出連接(310)，其中所述第 一輸出連接(302)和所述返回輸出連接(310)適于耦合到第一氣體放電 燈(72);感測變壓器(360)，耦合到所述第一輸出連接(302)和所述返 回輸出連接(310);以及調(diào)諧電容器(370)，與所述感測變壓器(370)并聯(lián)耦合；以及電弧保護電路，耦合到所述逆變器和所述輸出電路，所述電弧保護電 路包括多個連接，所述多個連接包括耦合到所述輸出電路(300)的 所述調(diào)諧電容器(370)的第一和第二連接(402， 404)、耦合到所述第二 逆變器晶體管和所述第二a驅(qū)動電路的第三連接(406 )、耦合到所述逆變器啟動電路的第四連接(408 )、耦合到所述交流到直流轉(zhuǎn)換器的第五和 第六連接(410， 412)以^合到所述逆變器接地的第七連接(414);微控制器(440)，具有輸入(442)、輸出(444)、直流電源輸入 (446)和接地輸入(448 ),其中所述直流電源輸入(446)耦合到所述第 七連接(414)，而所述接地輸入(448)耦合到參考節(jié)點(416);檢測電路(422， 424， 426, 428， 430， 438)，耦合于所述第一 和第二連接(404， 404)與所述微控制器(440 )的所述輸入(442 )之間；第一分路電路(418， 450)，耦合到所述第三連接(406)、所述 微控制器的所述輸出(444)和所述參考節(jié)點(416);第二分路電路(460， 468)，耦合到所述第四連接(408)、所述 微控制器的所述輸出(444)和所述參考節(jié)點(416);以及直流電壓電源電路(470， 476， 478， 480, 4卯)，耦合到所述第 五和第六連接(410, 412)、所述微控制器的所述直流電源輸入(446)、所述第七連接(414)和所述參考節(jié)點(416)。
21. 根據(jù)權利要求20所述的鎮(zhèn)流器，其中 所述感測變壓器(360)包括第一初級繞組(362),耦合到至少所述第一輸出連接(302);第二初級繞組(364)，耦合到所述返回輸出連接(310);以及次級繞組(366), >^耦合到所述第一和第二初級繞組(362, 366) 并且與所述調(diào)諧電容器并聯(lián)電耦合；所述感測變壓器(360)具有次級側(cè)磁化電感；以及所述感測變壓器(360 )的所述次級側(cè)磁化電感和所述調(diào)諧電容器 (370)的電容一起構(gòu)成具有自然諧振頻率的并聯(lián)諧振電路，所述自然諧 振頻率是所述逆變器的所述正常工作頻率的至少十倍的水平。
22. 根據(jù)權利要求21所述的鎮(zhèn)流器，其中所述逆變器的所述正常工作頻率在數(shù)十千赫茲的水平；以及所述并聯(lián)諧振電路的所述自然諧振頻率在數(shù)百千赫茲至數(shù)兆赫茲的 范圍內(nèi)。
23. 根據(jù)權利要求21所述的鎮(zhèn)流器，其中所述輸出電路還包括以下 連接中的至少一個第二輸出連接(304)，適于耦合到第二氣體放電燈(74)，其中所述 第二輸出連接(304)還耦合到所述感測變壓器(360)的所述第一初級繞 組(362);第三輸出連接(306)，適于耦合到第三氣體放電燈(76),其中所述 第三輸出連接(306)還耦合到所述感測變壓器(360)的所述第一初級繞 組(362);以及第四輸出連接(308)，適于耦合到第四氣體放電燈(78)，其中所述 第四輸出連接(308)還耦合到所述感測變壓器(360)的所述第一初級繞 組(362 )。
24. 根據(jù)權利要求20所述的鎮(zhèn)流器，其中 所述第一分路電路包括第一電子開關(450),具有第一、第二和第三端子(452, 454，456)，其中所述第一端子(452)耦合到所述微控制器(440)的所述輸出 (444)，而所述第三端子(456)耦合到所述參考節(jié)點(416);以及第一電容器(418),耦合于所述第三連接(406)與所述第一電 子開關(450)的所述第二端子(454)之間；所述檢測電路包括第一整流器電路(422)，耦合到所述第一和第二連接(402, 404);第二電容器(424),耦合于所述第一整流器電路(422)與所述 參考節(jié)點(416)之間；第二電子開關(430)，具有第一端子(432)、第二端子(434) 和第三端子(436 )，其中所述第三端子(436 )耦合到所述參考節(jié)點(416);第一電阻器(426)，耦合于所述第一整流器電路(422)與所述 第二電子開關(430)的所述第一端子(432)之間；第二電阻器(428)，耦合于所述第二電子開關(430)的所述第 一端子(432)與所述參考節(jié)點(416)之間；以及第三電阻器(438)，耦合于所述^L控制器(440)的所述直流電 源輸入(446)與所述第二電子開關(430)的所述第二端子(434)之間； 以及所述第二分路電路包括第三電子開關(460)，具有第一、第二和第三端子(462, 464， 466)，其中所述第二端子(464)耦合到所述第四連接(408)，而所述第 三端子(466)耦合到所述參考節(jié)點(416);第四電阻器(468)，耦合于所述第三電子開關(460)的所述第 一端子(462)與所述微控制器(440)的所述輸出(444)之間；以及第五電阻器(469)，耦合于所述第三電子開關(460)的所述第 一端子(462)與所述參考節(jié)點(416)之間。
25.根據(jù)權利要求24所述的鎮(zhèn)流器，其中所述微控制器可操作用以監(jiān)視在所述微控制器(440)的所述輸入(442)處的電壓，其中如果 在所述輸入(442)處的所述電壓下降到低于預定電平則認為已經(jīng)出現(xiàn)電 弧狀況；在起動時間段過程中，將在所述微控制器的所述輸出處的控制電壓設置于不足以激活所述第一和第三電子開關的第一電平，并且在所^動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所述控制電壓維持于所述第一電平；在完成所i^動時間段之后如果不存在電弧狀況，則將所述控制電壓維持于所述第 一電平；如果存在電弧狀況，則將在所述^t控制器的所述輸出處的所述控 制電壓設置于足以激活所述第一和第三電子開關的第二電平，并且在關斷 時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所述控制電壓維持于所述第二電平；在完成所述斷開時間段之后，將在所述^t控制器的所述輸出處的所述 控制電壓設置于所述第一電平，并且在所述起動時間段的持續(xù)時間內(nèi)將所 述控制電壓維持于所述第一電平；以及響應于在已經(jīng)相繼地提供預定數(shù)目的起動時間段中的各起動時間段 之后繼續(xù)重新出現(xiàn)的電弧狀況，將所述斷開時間段從第 一持續(xù)時間增加至 第二持續(xù)時間，并且將所述斷開時間段維持于所述第二持續(xù)時間直至至少如不再重新出現(xiàn)電弧狀況的時間。
26.根據(jù)權利要求25所述的鎮(zhèn)流器，其中所述直流電壓電源電路包括第二全波二極管電橋(470 ),耦合到所述第五和第六連接(410, 412)、第一節(jié)點(472)和第二節(jié)點(474)，其中所述第一節(jié)點(472)耦 合到所述微控制器(440)的所述直流電源輸入(446)和所述第七連接 (414 );第三電容器(476),耦合于所述第一與第二節(jié)點(472, 474)之間；第六電阻器(478)，耦合于所述第二節(jié)點(474)與所述微控制 器(440)的所述接地輸入(448)之間；電壓調(diào)節(jié)器(480),耦合于所述微控制器(440)的所述直流電 源輸入與接地輸入(446， 448)之間；以及第四電容器(490)，耦合于所述第七連接(414)與所述參考節(jié)點 (416)之間；所述交流到直流轉(zhuǎn)換器包括全波整流器(110)和升壓轉(zhuǎn)換器(120, 130, 140， 150， 160)，其中所述升壓轉(zhuǎn)換器包括升壓電感器，所述升壓電感器具有初級繞組(130)和>^耦合到所述初級繞組的輔助繞組(132); 以及所述電弧保護電路(400)的所述第五和第六連接(410， 412)耦合 到所述升壓電感器的所述輔助繞組(132)。
全文摘要
一種用于向一個或多個氣體放電燈(70，72，74，76)供電的鎮(zhèn)流器(20)包括逆變器(200)、輸出電路(300)和電弧保護電路(400)。電弧保護電路(400)監(jiān)視輸出電路(300)內(nèi)的電信號。當在鎮(zhèn)流器輸出連接(302，304，306，308，310)處出現(xiàn)電弧狀況時，電信號包括具有比逆變器(200)的正常工作頻率大得多的基頻的高頻分量。響應于超過預定閾值的高頻分量，電弧保護電路(400)將逆變器(200)禁用預定斷開時間段。電弧保護電路(400)還提供用于周期性地嘗試點燃和操作燈的重新啟動功能。電弧保護電路(400)優(yōu)選地使用具有關聯(lián)的獨立的電路的微控制器集成電路(440)來實現(xiàn)，并且尤其特別適用于經(jīng)由電流饋送自振動逆變器和隔離的并聯(lián)諧振輸出電路向多個燈供電的鎮(zhèn)流器。
文檔編號H05B41/36GK101529993SQ200780033856
公開日2009年9月9日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權日2006年9月15日
發(fā)明者于清紅, 格里戈里·A·特雷斯特曼, 約瑟夫·L·帕里塞拉, 約翰·G·科諾普卡 申請人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司