[发明专利]使用脉冲密度调制来控制可调光电子照明镇流器

说明书

技术领域

本发明涉及可调光荧光照明，且更明确地说，涉及使用脉冲密度调制来控制可调光 荧光照明的电子照明镇流器。

背景技术

图1中展示典型的谐振电路荧光照明镇流器和荧光灯。可通过将此电路表示为两个 等效的电阻器-电感器-电容器(RLC)电路来理解操作。图2中所示的第一等效电路在 特定频率(通常为约70kHz，其为电感器710和灯丝电容器716(Cf)的串联谐振)下 串联谐振。图3中展示第二等效电路。请注意，在上述两个等效电路中，电容器714(C) 已由短路(零电阻)代替。电容器714的功能是执行DC阻断(仅允许AC信号通过电 路)，且为此目的而被选择为具有较高的电容值。在这些等效电路中，电容器714模型 化为短路(AC信号频率下的低阻抗连接)。

当荧光灯断开时，镇流器首先在频率F_高下被驱动。此频率被选择为高于RLC电路 的谐振频率点，且通常为约100kHz。在此频率下，图2最好地表示灯的等效电路，因 为灯气体尚未电离。图4中展示电路对于电流的频率响应。此处的目的是使电流流经灯 的灯丝，这通常被称为“预热”间隔。当灯丝暖热得足以电离周围的灯气体时，降低驱 动频率。这导致RLC电路扫过其谐振频率，从而导致跨所述灯的电压增加。在灯的“放 电”电压下，灯中将出现电弧，且所述电弧将点燃(电离)气体。

灯“点燃”意味着气体现在被电离得足以传导电流。所述灯现在被称为接通(产生 可见光)。此时，图3最好地描述灯镇流器电路的行为。请注意，灯现在相当于与并联 的R与Cf串联的L。在此情况下，R是灯中经电离气体的电阻，且Cf是灯丝电容716。 图5中展示所述电路对于灯电流的频率响应。请注意，虽然灯中的气体被电离，但电流 随着驱动频率减小而增加。频率响应曲线上存在电流被夹断的点。请注意，此点可由镇 流器设计者通过操纵L和Cf的值来选择。

虽然灯是接通的，但其将在频率F_低下被驱动。镇流器设计者可选择此驱动频率作 为用于荧光灯的指定瓦数的最佳值。如果驱动频率增加，即RLC电路失谐，那么灯将 开始变暗淡。如图5展示，穿过灯中的气体的电流将减小，且因此光输出将随着电流减 小而减小。随着驱动频率增加，在F_低与F_高之间的某一点处，灯将熄灭，因为灯电流变 为被“夹”断。

文献中和市场上存在许多利用上文所提及的效应的当前工艺水平的模拟技术。调光 是通过调制到达RLC电路的驱动频率来实现的。

调制驱动频率的产业标准方法是使用模拟压控振荡器(VCO)。将DC电压馈入VCO 的调制器输入中，且产生方波信号。图1到图3中被识别为“逻辑区块”的装置将所述 方波转换成功率MOSFET晶体管的栅极上的两个驱动信号。图6中展示此电路的典型 实施方案。

VCO的频率分辨率是重要的。图5展示驱动频率与灯电流之间的关系并非线性的， 而更多地呈“S”曲线的形状。这使得在不使用更复杂电路的情况下难以控制灯的光输 出响应。此类控制系统的许多实施方案如今正在出售。

请注意，所述曲线上最陡的斜坡接近于其“夹断”点(在图5中约为60kHz)。在 此频带中，较小的频率变化会产生较大的亮度变化。在此传统荧光灯谐振电路中对灯进 行调光的方法涉及调制驱动频率。即，随着频率线性升高，灯亮度按指数规律降低。此 效应为粗略频率调制信号所不容，尤其是在这些低亮度等级下。如果频率控制的粒度过 大，那么从一个频率到另一频率的步进将导致非常显著的亮度变化，即灯亮度被量化。

传统模拟驱动方法的另一难题在低亮度等级下出现在所有调光镇流器电路上。灯的 灯丝需要保持暖热以便电离其周围的气体。当很少有电流流经所述灯时，灯丝冷却且灯 熄灭。需要更复杂的驱动电路来向灯丝提供DC(或AC)偏压，以使灯丝保持暖热，且 因此补偿此效应。文献中存在这种类型的补偿的许多实例。所述实例全都趋向于向镇流 器设计添加更多组件和复杂性。

此电路解决方案需要反馈控制。每当灯的温度改变时，灯的发光就改变。因此，在 特定的恒定驱动频率下，灯亮度将变化，直到其达到热平衡为止。通常使用反馈控制回 路，以便监视灯电流。当灯温度改变时，穿过灯的电流也将改变。不断地调节驱动频率 以便维持恒定的亮度，例如恒定的灯电流。