專利名稱：對換流器的開關晶體管采用保護電路的電子鎮(zhèn)流器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及使燈或其它發(fā)光產(chǎn)品工作的電子鎮(zhèn)流器。
背景技術：
在電子鎮(zhèn)流器中使用了不同結構形式的通常含有至少一個開關晶體管的換流器。

發(fā)明內容
本發(fā)明所基于的技術問題是提供一種采用具有開關晶體管的換流器的改進的電子鎮(zhèn)流器。
本發(fā)明旨在說明一種電子鎮(zhèn)流器，該電子鎮(zhèn)流器具有由電源供電和具有開關晶體管的換流器，和具有測定電源電壓的時間導數(shù)的電路，設計該電路保護換流器的開關晶體管根據(jù)測得的時間導數(shù)通過開關過程防止過載。
優(yōu)選本發(fā)明的實施方案在從屬權利要求中給出，并且在下面作了說明。本發(fā)明還涉及一種方法特征，其中下面的說明可理解為不僅考慮到裝置特性，而且考慮到方法特性。
發(fā)明人確認，當饋入由市電供電產(chǎn)生的特定的電壓峰值時，可導致本發(fā)明具體的鎮(zhèn)流器破壞。這樣，換流器的開關晶體管在高能瞬態(tài)干擾的情況下(如按照EN61547)都可受到破壞，特別是當開關晶體管在這個階段啟動時，由于過載電流也可受到破壞。因此，本發(fā)明以保護開關晶體管的電路為主題。在這種情況下，通過保護電路監(jiān)控電源電壓，并且必要時關斷要保護的開關晶體管。
代替關斷要保護的開關晶體管，原則上也可考慮用電路技術的方法從危險區(qū)除去開關晶體管或接入一個保護元件如保護電阻。通常，這種措施還包括另一個開關元件，以致于在權利要求中所選擇的表述，即通過開關過程保護開關晶體管，不僅涉及在該開關晶體管中的開關過程，而且還涉及到另一個開關元件。優(yōu)選和簡單的方案當然是關斷開關晶體管本身。
在這個過程中，發(fā)明人進一步確認，實際上更接近地測定出電源電壓本身，也即測定出幅度，首先經(jīng)常要求相當準確地調整閾值，以便一方面接收還允許的和可能的幅度，另一方面在不再允許的幅度時，反應足夠早。臨界的瞬態(tài)干擾可通過電源電壓的時間導數(shù)以更有利的方式測出。在上述提到的情況下，調整檢測電路的響應特性并不是更關鍵性的，因為這些瞬態(tài)干擾通常顯示陡峭的上升邊。此外，測出時間導數(shù)還允許已在上升邊時在時間上提前關斷而不是在達到臨界電壓值時才關斷。
本發(fā)明在所謂的功率因數(shù)校正電路(PFC電路)中特別有用，該功率因數(shù)校正電路在現(xiàn)代電子鎮(zhèn)流器時通常前置在給燈供電的換流器前面，并且專業(yè)人員本來都熟悉，因此在這里不詳述。這種功率因數(shù)校正電路通常包括除具有一個開關晶體管外還具有一個存儲電感線圈的換流器。在這種情況下，開關晶體管通過存儲電感線圈來的飽和電流會由于瞬態(tài)干擾造成危害。
在這種情況下，特別優(yōu)選使用產(chǎn)生比電源電壓幅度小的所謂降壓變壓器(step-down-Konverter，降壓換流器)。不僅作為升壓變壓器而且作為降壓變壓器工作的和由此就本發(fā)明的意義而言，考慮作為降壓變壓器的特別優(yōu)選的實施例是一個SEPIC換流器。在這里對SEPIC換流器的原理也不作詳細說明。代之于此可參閱文獻和譬如參閱德國專利申請101 10 239.9。
本發(fā)明具體的檢測電路，優(yōu)選包括一個產(chǎn)生導致關關斷關晶體管的輸出信號的輸出晶體管。特別是輸出晶體管的開關路段可控制開關晶體管的控制電極，如從實施例得到的結果那樣。在此，輸出晶體管譬如連接到開關晶體管的控制電極用的控制電路的一個與門上，并且由此可導致開關晶體管控制的去激活(失去控制能力)。但是，原則上也可設想將帶有其開關路段的輸出晶體管放置在控制電路和開關晶體管的控制電極之間，并且打開這個連接。
此外，在檢測電路上優(yōu)選一個直流電壓隔直流電容器用來測定時間導數(shù)，通過該電容器檢測電路以直流方式與電源電壓隔開。由此可設計，電壓和電動勢在檢測電路中與電源電壓無關。
檢測電路的另一個優(yōu)選的特征是一個電容性分壓電路，在該電容性分壓電路的中間抽頭上提取表示時間導數(shù)的信號。優(yōu)選所提到的直流電壓隔直流電容器是這個電容性分壓電路的一部分。
此外，檢測電路優(yōu)選擁有電阻分壓電路，以便能調整觸發(fā)關斷過程的工作點。特別是所提到的輸出晶體管的控制電極可連接到電阻分壓電路的中間抽頭上。
此外，可規(guī)定使用一個計時部件，以便通過單獨測定電壓時間導數(shù)可控制關斷過程。原則上，只要測出瞬態(tài)干擾的結束，監(jiān)控電源電壓或其時間導數(shù)也是可能的。但是，通過時間部件規(guī)定一個對需期待的瞬態(tài)干擾用的足夠的持續(xù)時間是有利的。特別是，計時部件作為RC元件可與電容性分壓電路和/或電阻分壓電路組合，并且包括其中的一個電容器和一個歐姆電阻。為防止RC時間部件以所不希望的方式放電，規(guī)定使用一個整流二極管。為便于說明，在這里也可參閱實施例。
此外，檢測電路還可具有一個齊納二板管，用該齊納二極管根據(jù)測定的時間導數(shù)可規(guī)定使用一個響應閾值。這所具有的優(yōu)點是，不是由于計時部件造成的結果，而是在某種程度上累積地測量帶有本身均不足的時間導數(shù)整數(shù)多個連續(xù)的小的干擾。更確切地說，齊納二極管在這種情況下阻塞特小的時間導數(shù)值，并且只在這種情況下，即超過齊納二極管的電壓閾值，才允許用計時部件確定的持續(xù)時間內產(chǎn)生響應。
由實施例下面的說明中給出更詳細情況，實施例的特征在其它的組合分析中也是本發(fā)明基本的內容。


圖1示出了本發(fā)明具體的檢測電路的電路原理圖。
圖2示出了本發(fā)明所述的鎮(zhèn)流器的電路原理圖。
具體實施例方式
在圖1中，在其中未畫出的SEPIC換流器輸入電壓Ue加在由2個電容器C1和C2構成的電容性分壓電路上。由2個歐姆電阻R1和R2構成的電阻分壓電路的上部接頭連接在由電容器C1和C2構成的分壓電路的中間抽頭上，其中兩個分壓電路用其下部接頭連接到一個公共參考電位上(內殼)。由電阻R1和R2構成的電阻分壓電路的中間抽頭控制著一個雙極性輸出晶體管T1的基極，該雙極性輸出晶體管T1在共發(fā)射極電路中用其集電極引線，間接地控制SEPIC換流器的未畫出的開關晶體管的基極或柵極，如下面圖2所給出的那樣。
通過電容器C1以交流電壓方式饋入進入的瞬態(tài)電壓峰值，其中在包括電容器C1和C2的電容性分壓電路的中間抽頭與內部參考電位之間所接入的整流二極管D2使電容器C1隨之放電成為可能。
在這方面應指出，所示的檢測電路測出在串接在SEPIC換流器的之前整流以后的輸入電壓Ue，以致于只需考慮瞬態(tài)干擾的極性。
以交流電壓方式饋入的瞬態(tài)干擾通過齊納二極管D3傳給電阻分壓電路，并且只有當干擾超出由齊納二極管D3所確定的電壓閾值時，該瞬態(tài)干擾才達到超出齊納二極管D3范圍。
由電阻R1和R2構成的電阻分壓電路，當它將所期待的電壓信號降低分成合適的值以控制輸出晶體管T1的基極時，才可調整到一個合適的工作點。
此外，已經(jīng)在電容性分壓電路中提到的電容器C2與歐姆電阻一起，主要與電阻R1一起，共同構成一個計時部件。這就是說，如果電容器C2用通過齊納二極管D3的電壓脈沖進行充電，則它可通過R1和輸出晶體管T1以一個特定的時間常數(shù)放電。這個時間常數(shù)主要用來確定控制輸出晶體管T1的最小時間。
在這種情況下，位于電容器C1和C2之間的整流二極管D1可防止電容器C2以不希望的方式放電。
圖2示出了在本發(fā)明所述的電子鎮(zhèn)流器中基于圖1的檢測電路。在這個鎮(zhèn)流器中，通過橋式整流器B對交流電源電壓，一般為常用的家電電源電壓進行整流。由此，在圖2的上部水平延伸的導線支路中有一個已經(jīng)整流過的正的電動勢，并且與此平行地在下部延伸的導線支路中，有一個已經(jīng)整流過的負的電動勢通常表示參考電動勢。已整流過的交流電壓構成了SEPIC換流器的輸入，該換流器具有扼流圈L20和L21、電容器C20、整流二極管D20和開關晶體管S20，并且由控制電路A控制。在橋式整流器和SEPIC換流器之間，中間連接另一個扼流圈L10和另一個電容器C10，它們具有濾波作用。這些部件都導致電流和電壓值的大幅擺動(ber-schwinger)，并且擴大了本發(fā)明的優(yōu)點。
用一個由電容器C30提供使用的直流電壓供電的負載R31連接在SEPIC換流器示于右邊的輸出端，即平行于存儲電容器C30。負載R31系指具有2個開關晶體管的常用的半橋式振蕩器，用以產(chǎn)生低壓氣體放電燈工作所用的高頻交流電壓。由于這些電路按現(xiàn)有技術和一般來說都是已知的，所以負載在這里只是用一個電阻表示。
電容器C30用作為存儲電容器，并且必須用SEPIC換流器從已整流過的交流電壓充電成盡可能是恒定的直流電壓。在此，來自電源的耗用電流應盡可能無干擾地再輸送給(nachführen)正弦波形電源電壓。
通過開關晶體管S20的交替的開關操作，線圈L20在接通狀態(tài)從已整流的電源電壓充電達到特定的電流，并且在開關晶體管S20關斷狀態(tài)放電到電容器C20中。在此，要注意二極管D20的極性。當開關晶體管S20的關斷時間足夠長時，以使電流在整流二極管D20中降到0，得出的結果是進行所謂的間歇性操作。在這種情況下，電容器C20按平均數(shù)來說主要充電達瞬態(tài)整流的電源電壓的值。由此再次得出，存儲電容器C30在關斷時間只用通過線圈L21產(chǎn)生的電感電壓充電。通過相應的脈沖占空系數(shù)，也即接通時間和關斷時間的比，和在考慮負載R31的情況下，由此主要可以在電容器C30上調整任意的直流電壓，該直流電壓特別比電源電壓的幅度小。然后，SEPIC換流器作為降壓變壓器工作。電容器C20在一定程度上用于在兩個扼流圈L20和L21之間的去耦合，以致于與純升壓變壓器如升壓換流器相反，通過線圈L20產(chǎn)生的電壓不加到瞬態(tài)電源電壓。
開關晶體管S20的間歇性開關操作可通過以微控制器形式給出的控制電路A得到保障，該控制電路A重新通過已經(jīng)提到的輸出晶體管T1去激活。輸出晶體管T1基本上為了對由電阻R1和R2構成的電阻分壓電路的分壓抽頭作出響應用在2種狀態(tài)之間進行量化。為此，輸出晶體管T1的輸出信號在一個與門電路中饋入控制電路A，這可致使所述開關晶體管S20的控制去激活。
圖1用Ue標志的電壓以圖2繪出的方式在橋式整流器的已濾除的輸出端抽頭，但是也可直接在輸出端，即在濾波器之前抽頭。這兩種可能性在單個情況下需權衡，要視對檢測所進行的濾除是否有用或沒用而定。
以所述的方式，SEPIC換流器的開關晶體管S20允許在幾個微秒之內可靠地關斷。由此，特別可防止，由于SEPIC換流器的存儲扼流圈L20飽和瞬態(tài)過壓產(chǎn)生導致過高電流，這種過高的電流在這個階段接通開關晶體管S20時對開關晶體管S20是危險的。特別是在使用某些換流器類型時也特別是使用SEPIC換流器時，由于換流器中的LC諧振，但是也在電源濾波器中在瞬態(tài)干擾后可達到加重所述問題的電壓過沖。
在此，本發(fā)明的保護功能卻也涉及電壓。特別是在使用SEPIC換流器時，在換流器節(jié)拍(Taktung)期間輸入和輸出電壓增加，然而在無節(jié)拍情況下卻只還有輸入電壓加在開關晶體管上。由此，開關晶體管在這里也可隨著電壓出現(xiàn)危險，并且用關斷進行保護。
由此，本發(fā)明總的是提供一種簡單、有利和有效的可能性，以保護換流器和從而全部的鎮(zhèn)流器免受瞬態(tài)干擾。另外它可以沒有困難地與其它保護措施相結合，譬如與對電壓值本身(也即幅度)作出響應的那些措施相結合。
權利要求
1.電子鎮(zhèn)流器具有一個帶開關晶體管(S20)的由電源饋電的換流器(L20、L21、C10、C30、S20、D20)和一個檢測電源電壓的時間導數(shù)的電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)，所設計的該電路用來保護換流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)的開關晶體管(S20)在對所測得的時間導數(shù)作出響應的情況下通過開關過程防止過載。
2.按照權利要求1所述的鎮(zhèn)流器，其中換流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一個功率系數(shù)校正電路，并且包括一個存儲扼流圈(L20)，并且設計的檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)通過關斷防止由存儲扼流圈(L20)來的飽和電流導致開關晶體管(S20)的過載。
3.按照權利要求1或2所述的鎮(zhèn)流器，其中換流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一個降壓變壓器。
4.按照權利要求3所述的鎮(zhèn)流器，其中換流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一個SEPIC換流器。
5.按照上述權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個輸出晶體管(T1)，該輸出晶體管(T1)在對測得的電壓的時間導數(shù)作出響應的情況下，可產(chǎn)生一個導致開關晶體管(S20)關斷的輸出信號。
6.按照上述權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個直流電壓隔離電容器(C1)，通過該直流電壓隔離電容器(C1)測出時間導數(shù)。
7.按照權利要求6所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個包括直流電壓隔離電容器(L1)的電容性分壓電路(C1、C2)。
8.按照上述權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個進行工作點調整的電阻分壓電路(R1、R2)。
9.按照上述權利要求之一所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個確定關斷開關晶體管(S20)的持續(xù)時間的計時部件(R1、C1)。
10.按照權利要求7、8和9所述的鎮(zhèn)流器，其中計時部件(R1、C1)包括電容性分壓電路(C1、C2)中的一個電容器(C1)和電壓分壓電路(R1、R2)中的一個歐姆電阻(R1)。
11.按照權利要求9或10所述的鎮(zhèn)流器，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一個在檢測電壓的時間導數(shù)時確定響應閾值的齊納二極管(D3)。
12.用于運行具有按照上述權利要求之一所述電子鎮(zhèn)流器的燈的方法，其中檢測電路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)測定電源電壓的時間導數(shù)并根據(jù)所測出的時間導數(shù)關斷開關晶體管(S20)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種燈用的具有換流器的電子鎮(zhèn)流器，在該換流器中開關晶體管通過檢測電路C1、C2、R1、R2、D1－3、T1免受瞬態(tài)干擾。在此，考慮電壓的時間導數(shù)。
文檔編號H02H3/44GK1610475SQ200410087040
公開日2005年4月27日 申請日期2004年10月22日 優(yōu)先權日2003年10月22日
發(fā)明者A·施托姆 申請人:電燈專利信托有限公司