CN1905775A - 具有用于检测和消除电弧状态的电路的镇流器 - Google Patents

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Abstract

一种用于给连接至镇流器电路的灯供电的装置。DC总线向逆变器提供DC电压信号。控制电路选择性地使逆变器通电以产生AC信号，以便通过整流器电路和逆变器电路给灯负载供电。连接在灯和逆变器之间的检测电路产生指示电路中是否存在电弧状态的检测信号。该检测电路还感测检测信号的量值，并产生提供给控制电路的命令信号，以禁止在电弧状态期间给灯供电。开关电路被耦合在检测电路的输出端和电路地之间，并响应于来自控制电路的点火信号在点火周期期间把检测信号引导到地。

Description

具有用于检测和消除电弧状态的电路的镇流器
技术领域
本发明涉及镇流器系统。特别地，本发明涉及一种镇流器，该镇流器包括用于响应于检测到的电弧状态而使该镇流器断电的电路。
背景技术
荧光灯(也称为气体放电灯)经济地对一个区域进行照明。由于荧光灯的独特的操作特性，必须由镇流器给灯供电。镇流器为启动灯提供高的点火电压。例如由预热型镇流器提供的点火电压一般大约为几百伏特(例如500伏特峰值)，而由瞬时启动型镇流器提供的点火电压可以超过1000伏特峰值。由于这种高点火电压，在镇流器工作期间可能发生电弧放电。例如，当灯从灯座中被取下或者被插入到灯座中时，在灯座触点和灯管脚之间可能形成电弧。根据ANSI/UL规范，存在电弧的持续时间应当小于规定的时间周期。因此，存在对具有检测电路的镇流器的需求，该检测电路容易地检测电弧状态，并响应于检测到的电弧状态，关闭镇流器以便消除电弧状态。然而，在瞬时启动型或者程序启动型镇流器的工作过程中，在灯正常点火期间，镇流器的电压和电流有很大的增加，这可能表现为类似于电弧状态。为了避免在这种正常工作期间关闭镇流器，需要在电弧状态期间关闭镇流器、而在点火周期期间不关闭镇流器的镇流器电路。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于给灯供电的镇流器电路。该镇流器包括直流(DC)总线和耦合在DC总线和灯之间的逆变器电路。控制电路控制逆变器电路给灯供电，并在感测到连接至逆变器电路的灯时启动点火周期。连接至逆变器电路的检测电路响应于控制电路，以检测指示电弧的检测信号。该检测电路还产生提供给控制电路的命令信号，用于除了在点火周期期间之外禁止控制电路给灯供电。
根据本发明的另一方面，提供一种用于在给灯供电的镇流器电路中检测电弧的检测电路。该检测电路包括控制电路，该控制电路控制逆变器电路提供用于给灯供电的AC电压信号，并且当感测到连接至逆变器的灯时启动点火周期。耦合至逆变器电路的整流器电路产生DC电压信号。耦合至整流器电路的滤波电路响应于该DC电压信号产生检测信号。该检测信号在灯正常工作期间具有第一量值，而在电弧期间具有第二量值。当检测信号具有第二量值时，连接至滤波电路的感测电路响应于该检测信号产生提供给控制电路的命令信号，用于除了在点火周期期间之外禁止该控制电路给灯供电。
替代地，本发明可以包括各种其他装置。
其他特征部分地将是显而易见的，并且部分地在下文中被指出。
附图说明
图1是示出根据本发明的一个实施例的、用于给灯102供电的镇流器电路的元件的框图。
图2示出根据本发明的一个实施例的、被用于将DC信号转换为给灯供电的AC信号的逆变器电路的元件。
图3示出根据本发明的一个实施例的、用于在镇流器中检测电弧状态的检测电路的元件。
在所有图中相应的附图标记表示相应的元件。
具体实施方式
图1是示出用于给灯102供电的镇流器电路100的元件的框图。镇流器电路100包括DC(直流)总线104，用于连接至DC电源(未示出)、例如已整流的输入AC(交流)电源、电池、和任何其他DC电源。DC总线104向逆变器电路108提供输入DC电压信号106。耦合于DC总线104和灯102之间的逆变器电路108将输入DC电压信号106转换为用于给灯102供电的输出AC电压信号110。逆变器电路108被耦合至提供控制信号114的控制电路112。逆变器电路108响应于控制信号114和输入DC电压信号106产生用于给灯102供电的输出AC电压信号110。
根据本发明，检测电路116被耦合到逆变器电路108上，以检测镇流器电路100内的指示电弧的检测信号117。更具体地，检测电路116包括感测电路118，该感测电路用于在电路100内的特定感测点(参见图3；例如滤波电阻器310)处感测检测信号117的参数的量值，并根据所感测到的参数的量值产生提供给控制电路112的命令信号120。如下面参考图3更详细地解释的那样，检测信号117的所感测的参数是与指示电弧的高频电流信号相对应的电压。例如，如果所感测的电压的量值超出阈值，则感测电路118产生命令信号120。控制电路112响应于命令信号120产生控制信号114，该控制信号114禁止逆变器电路108工作，并且因此阻止将AC电源提供给灯102，以便消除任何电弧放电。例如，当灯被插入到灯座中时，可能在灯座插孔和灯的管脚之间形成电弧。该电弧引起电流的短时期的高频上升。如下面参考图3更详细地解释说明的那样，当这种电流的高频上升出现时，感测电路118产生命令信号120，并且控制电路112禁止逆变器电路108工作，该控制电路关闭镇流器电路100。值得注意地，设想：检测信号117可以是感测信号的电压、感测信号的电流、感测信号的频率、上述参数的组合或者任何其他参数。
虽然上述感测电路118消除电弧，但该感测电路也可能妨碍灯102的正常点火。为了防止控制电路112在灯102点火期间关闭镇流器电路100，响应于由控制电路112产生的点火信号124的开关电路122在点火周期期间停用感测电路118。如此处所使用的，点火周期对应于在对电路100加电之后点燃灯102所需的一段时间。当对电路100加电时，电流在电路100中流动。控制电路112响应于该电流在预定的时间周期内为开关电路122提供点火信号124。当逆变器电路108开始工作并且随后尝试点燃灯102时，那些事件可能使检测电路116产生指示电弧的命令信号120。当控制电路122启动点火周期时，开关电路122例如通过将检测信号接地126(如图3中所示)来响应于在点火周期期间从控制电路112接收的点火信号124，以便停用感测电路118。
现在参照图2，示意图示出根据本发明的一个实施例的、被用于将DC电压信号转换为给灯102供电的AC电压信号的逆变器电路202(例如逆变器电路108)的元件。如上面参照图1所描述的，输入DC电压信号106通过DC总线端子204、206被提供给逆变器电路202。在该实施例中，逆变器电路202包括连接在DC总线端子204、206之间的例如MOSFET的开关晶体管208、210。MOSFET 208、210由分别从控制电路216(例如控制电路112)提供的第一和第二控制信号212、214驱动，从而生成输出AC电压信号110。该控制电路216可以是由瑞士日内瓦的STMicroelectronics of Plan les Quates公司制造的L6569半桥驱动器。MOSFET 208的漏极218被耦合至DC总线端子204。MOSFET 208的栅极220被连接至控制电路216，并响应于由控制电路216产生的第一控制信号212使MOSFET 208导通或关断。例如，当第一控制信号212的量值等于或大于阈值电压时(即当第一控制信号至少具有最小量值时)，MOSFET 208导通并且正电流流过MOSFET 208(也就是，电流流入漏极218并从源极224流出到由222所表示的点P1)。MOSFET 210的漏极218被耦合至MOSFET 208的源极224。MOSFET 210的栅极220被连接至控制电路216，并响应于由控制电路216产生的第二控制信号214使MOSFET 210导通或关断。例如，当第二控制信号214的量值等于或大于阈值电压时(即当第二控制信号具有最大量值时)，MOSFET 210导通并且正电流流过MOSFET 210(也就是，电流从点P1222流入漏极218，并从源极224流出到电路接地126。通过交替地激活MOSFET 208、210，控制器220使逆变器电路202产生(优选地具有超过20,000赫兹的频率的)输出AC信号以操作灯102。
谐振回路226在连接点P1222处连接至MOSFET 208、210并且连接至电路地126，该连接点P1位于MOSFET 208的源极224和MOSFET 210的漏极218之间。谐振回路226包括与谐振电容器230串联连接的谐振电感器228。灯负载102与谐振电容器230并联连接。
现在参照图3，示意图示出根据本发明的一个实施例的、用于在镇流器电路100中检测电弧状态的检测电路302(例如检测电路116)的元件。如上所述，检测电路302包括感测电路303(例如感测电路118)，该感测电路用于感测镇流器电路100内所产生的检测信号的参数的量值，并根据所感测的参数的量值产生提供给控制电路112的命令信号120。在该特定实施例中，电阻器304与谐振电容器230串联连接。包括第一和第二二极管306、307的整流器电路305将电阻器304上所产生的AC电压信号转换为DC电压信号。包括滤波电容器309和滤波电阻器310的RC滤波器308接收该DC电压信号，并输出滤波后的DC电压信号。滤波电容器309连接在第一二极管306的阴极311和第二二极管307的阳极313之间。滤波电阻器310与滤波电容器309并联连接。当在电路中出现电弧状态时(例如将灯管脚从灯座插孔中取出时)，在镇流器电路100中流动的电流的频率从对应于正常的电路工作的初始频率增加到对应于电弧状态的较高频率。虽然电流频率的这种增加仅仅发生在短暂的时间周期内，但是在电阻器304上产生电压，该电压通过二极管307被整流并且通过RC滤波器308被滤波，从而在端子312和314之间产生滤波后的DC电压信号。由感测电路303所感测的检测信号(例如图1中的检测信号117)对应于该滤波后的DC电压。在替代实施例中，设想检测信号可以对应于流经滤波电阻器310的感测电流和/或流经电阻器304的电流的感测频率。
在该实施例中，感测电路303包括运算放大器(opamp)316，该运算放大器具有第一输入端子(非反相端子)318和第二输入端子(反相端子)320。非反相端子318经由第一分压器网络322连接至RC滤波器308的输出端，而反相端子320经由第二分压器网络324连接至RC滤波器308的输出端。运算放大器316包括连接至DC电压源326(例如15VDC电源)的正电压输入端325和连接至地126的负电压输入端327。第一分压器网络322包括相互串联并且与滤波电阻器310并联的电阻器328、329。连接在电阻器328、329之间的非反相输入端子318接收被确定为电阻器328、329的电阻值以及从RC滤波器308输出的滤波后的DC电压信号的函数的输入电压。第二分压器网络324包括相互串联并且与滤波电阻器310并联的电阻器330、332，并且延迟电容器334与电阻器332并联。连接至延迟电容器334的反相输入端子320接收被确定为电阻器330、332的电阻值、从RC滤波器308输出的滤波后的DC电压信号以及与对延迟电容器334充电相关的充电或延迟时间的函数的输入电压。电阻器328、329的电阻值分别与电阻器330、332的电阻值相等。因此，当在滤波电阻器310上产生DC电压时，存在对应于延迟电容器334的充电特性的延迟时间，在该延迟时间期间提供给非反相输入端子318的输入电压大于提供给反相输入端子320的输入电压。因此，当滤波电阻器310上的DC电压增大时，非反相输入端子318上的输入电压立即增大。然而，当滤波电阻器310上的DC电压增大时，由于延迟电容器334完全充电所需的时间，反相输入端子320上的输入电压以较慢的速率增大。运算放大器316响应于非反相输入端子318和反相输入端子320上的输入电压的差值产生如用附图标记335所表示的输出电压信号。
在一个实施例中，运算放大器316被配置用于作为比较器工作，并根据提供给非反相端子318的输入电压与提供给反相端子320的输入电压之间的差值以及施加给运算放大器316的参考电压(例如直流15V)产生输出电压信号335(即命令信号120)。如本领域技术人员已知的，下面的公式可以被用来计算由运算放大器316产生的输出电压(Vout)：
Vout＝Vref(Vnon-inv-Vinv)；           (1)
其中Vref为施加给运算放大器的参考电压，Vnon-inv为提供给非反相输入端子318的输入电压，Vinv为提供给反相输入端子320的输入电压。
因此，在镇流器电路100正常工作期间(即在灯点火之后和在不存在电弧状态的情况下)，基本上将相同的输入电压提供给非反相输入端子318和反相输入端子320，并且运算放大器316产生具有最小量值(例如，零(0)V)的输出信号(即命令信号120)。然而，在电弧状态期间(例如在正常运行状态期间取下灯时)，滤波电阻器310上的DC电压增大，从而引起提供给非反相输入端子318的输入电压增大。然而，如上所述，由于延迟电容器334，提供给反相输入端子320的输入电压在延迟时间之后增大。因此，在电弧状态期间，提供给非反相输入端子318的输入电压大于提供给反相输入端子320的输入电压，并且运算放大器316产生具有最大量值(例如大于(0)V)的命令信号。
控制电路112被耦合至运算放大器316的输出端子336，以便接收所产生的输出电压信号335。控制电路112响应于指示电弧的具有一定量值的输出电压信号335去激活MOSFET 208、210(参见图2)，这禁止对灯102供电。如上所述，可以在将灯102连接至电路100之后在点火周期期间由感测电路304来检测电弧状态。如本领域技术人员已知的，在预热型和瞬时启动型镇流器的点火期间，提供高的点火电压(例如500V或更高)以启动(也就是预热)灯102。当启动灯102时电路100中的电压的这种增长(例如从0V到500V)使运算放大器316产生指示电弧的输出电压信号335。换而言之，在点火周期期间，提供给非反相输入端子318的输入电压可能大于提供给反相输入端子320的输入电压。然而，由于不希望在点火周期期间关闭镇流器电路100，因此检测电路302包括开关电路338，用于在点火周期期间将滤波后的DC电压(即检测信号117)引导或短路到地126。
在一个实施例中，开关电路338包括MOSFET 340，该MOSFET 340具有连接至连接点343的漏极342、连接至电路地126的源极344、连接至控制电路112的栅极346。MOSFET 340响应于来自控制电路112的点火信号124选择性地将连接点343连接至地126。如上面参照图1所描述的，控制电路112响应于代表电流变化的输入信号在预定的时间周期内提供点火信号124给开关电路338。在这种情况下，点火信号124对应于施加给MOSFET 340的栅极346以便使MOSFET 340导通的电压信号。当MOSFET 340导通时，连接点343与地126连接，因此提供给非反相输入端子318和反相输入端子320的输入电压都被下拉到零(0)V。换而言之，开关电路122在点火周期期间响应于从控制电路接收的点火信号124将检测信号引导到地126。
当引入本发明或其实施例的元件时，冠词“一个”、“这个”和“所述”意图表示存在一个或更多元件。词语“包括”、“包含”、“具有”意为包括在内，并且意味着除了所列出的元件之外还可能存在另外的元件。
考虑到上述内容，可以看出实现了本发明的若干目的并获得其他的有益效果。
因为在不脱离本发明的范围的情况下可以在上述结构和方法中进行各种改变，所以意图是，上面的描述中所包含的以及附图中所示的所有内容都应被解释为说明性的，而不是限制性的。

Claims (16)

1、一种用于给灯供电的镇流器电路，所述电路包括：
直流总线；
逆变器电路，被耦合在直流总线和灯之间；
控制电路，用于控制逆变器电路给灯供电，并用于启动点火周期以便点燃灯；和
检测电路，被连接至逆变器电路，并响应于控制电路，用于检测指示电弧的检测信号，并用于产生提供给控制电路的命令信号，该命令信号用于禁止控制电路给灯供电，该检测电路包括：
感测电路，被连接至逆变器电路，用于感测检测信号的量值，其中该量值指示电弧，并且当检测信号的量值超过阈值时产生要提供给控制电路的命令信号，该命令信号用于禁止控制电路给灯供电；和
开关电路，响应于控制电路，并被耦合至感测电路，用于当控制电路启动点火周期时停用感测电路。
2、根据权利要求1所述的电路，其中所述开关电路此外被耦合至电路地，并响应于控制电路在点火周期期间选择性地将检测信号连接至电路地。
3、根据权利要求1所述的电路，其中所述检测信号在正常工作状态期间具有第一频率，而在电弧状态期间具有第二频率，并且其中当检测信号具有第二频率时所述检测电路产生命令信号。
4、根据权利要求1所述的电路，其中所述检测信号是指示提供给灯的电流的电流信号，并且其中当电流信号表示指示电弧的高频电流时所述检测电路产生命令信号。
5、根据权利要求1所述的电路，其中所述逆变器电路包括：
逆变器，被耦合至控制电路和直流总线，并且响应于控制电路将从直流总线接收的直流信号转换为交流信号；和
谐振回路，被耦合在逆变器和灯之间，以产生用于给灯供电的输出交流信号。
6、根据权利要求5所述的电路，其中所述谐振回路包括串联连接的谐振电感器和谐振电容器。
7、根据权利要求5所述的电路，此外包括：
整流器电路，被耦合至谐振回路，用于产生直流输出信号；和
滤波电路，被耦合至整流器电路，并且响应于直流输出信号产生提供给检测电路的检测信号，其中该检测信号在灯正常工作期间具有第一量值并且在电弧期间具有第二量值。
8、根据权利要求7所述的电路，其中当所述检测信号具有第一量值时，所述检测电路产生具有第一状态的命令信号，而当所述检测信号具有第二量值时，所述检测电路产生具有第二状态的命令信号，并且其中所述控制电路响应于具有第二状态的命令信号，该命令信号用于除了在点火周期之外禁止控制电路给灯供电。
9、根据权利要求8所述的电路，其中所述检测电路包括具有第一和第二输入端子的运算放大器，其中第一输入端子被连接至滤波电路以接收第一输入电压，而第二输入端子经由延迟电容器被连接至滤波电路以接收第二输入电压，其中当第一和第二输入电压的量值基本上相同时，所述运算放大器产生具有第一状态的命令信号，而当第一和第二输入电压的量值基本上不同时，所述运算放大器产生具有第二状态的命令信号。
10、根据权利要求1所述的电路，其中所述检测信号对应于指示电弧的检测电压信号，并且其中所述检测电路根据检测电压信号的量值产生命令信号。
11、一种用于在给灯供电的镇流器电路中检测电弧的检测电路，包括：
控制电路，用于控制逆变器电路提供用于给灯供电的交流电压信号，并用于在感测到连接至逆变器的灯时启动点火周期；
整流器电路，被耦合至逆变器电路，用于产生直流电压信号；
滤波电路，被耦合至整流器电路，并响应于直流电压信号产生检测信号，其中该检测信号在灯正常工作期间具有第一量值，而在电弧期间具有第二量值；和
感测电路，被连接至滤波电路，并且响应于检测信号，当检测信号具有第二量值时产生提供给控制电路的命令信号，该命令信号用于除了在点火周期期间之外禁止控制电路给灯供电。
12、根据权利要求11所述的检测电路，此外包括开关电路，该开关电路响应于控制电路并被耦合至感测电路，用于当控制电路启动点火周期时停用感测电路。
13、根据权利要求12所述的检测电路，其中所述开关电路此外被耦合至电路地，并响应于所述控制电路在点火周期期间选择性地将检测信号提供给电路地。
14、根据权利要求11所述的检测电路，其中当检测信号具有第一量值时，所述感测电路产生具有第一状态的命令信号，并且其中当检测信号具有第二量值时，所述感测电路产生具有第二状态的命令信号，并且其中所述控制电路响应于具有第二状态的命令信号，该命令信号用于禁止控制电路给灯供电。
15、根据权利要求11所述的检测电路，其中所述检测信号对应于指示电弧的检测电压信号，并且其中所述感测电路感测该检测电压信号的量值，并当该检测电压信号的量值超过阈值时产生命令信号以禁止控制电路给灯供电。
16、根据权利要求11所述的检测电路，其中所述感测电路包括具有第一和第二输入端子的运算放大器，其中第一输入端子被连接至滤波电路以接收第一输入电压，而第二输入端子经由延迟电容器被连接至滤波电路以接收第二输入电压，其中当第一和第二输入电压的量值基本上相同时，所述运算放大器产生具有第一状态的命令信号，并且其中当第一和第二输入电压的量值基本上不同时，所述运算放大器产生具有第二状态的命令信号。
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