[发明专利]以在观测窗中监测工作电流来控制谐振开关系统

说明书

技术领域

根据本发明的实施例的技术方案涉及电子设备领域。更具体地说，本发明 的实施例涉及谐振开关系统的控制。

背景技术

谐振开关系统通常被用于多种应用以驱动电子负载；典型实例为用于控制 荧光灯亮度的电子镇流器。

通常，镇流器的开关系统基于成半桥式配置的两个功率晶体管，这两个功 率晶体管通过振荡器产生的恰当的控制信号交替地接通和切断，这样，可以从 该开关系统的直流电源电压(从为固定频率的干线(mains)交流电压处获得) 获得为期望频率的该灯的交流电源电压。该灯被置于RLC谐振电路中，从而该 谐振电路具有在它的谐振频率下等于零的电抗，并且随着远离该谐振频率，该 电抗增加(当频率减少或增加时分别成为容性类型或感性类型)；因此，可以通 过恰当地改变该振荡器的频率(并且由此使得交流电压的频率也改变)来控制 该RLC电路的电抗(并且由此控制穿过该灯的电流)。这就使得能以简单和有效 的方式控制灯的亮度，同时降低了功率损耗(因为在不使用任何电阻器的情况 下获得了对通过该灯的电流的限制)。

该镇流器可以以开环或闭环结构来控制该灯的亮度。尤其是， US-A-6,002,214描述了带有闭环控制系统的镇流器，该闭环控制系统基于对相 对于谐振电路的电压(与提供给该灯的功率成比例)的电流的相位的监测。该 电流的相位与该振荡器的相位进行比较，以便相应地修改它来将该电流和该振 荡器的相位锁定为彼此。为了这个目的，计划来检测该电流过零的瞬间。通过 将与晶体管中的一个串联的电阻器两端的电压与基准电压进行比较以达到这样 的结果，由此获得对应于这样的电压正值的脉冲；该脉冲和该晶体管的指令信 号被提供给与门，用于在该晶体管接通的期间限制该脉冲。同时，由该振荡器 提供的信号与该同一基准电压进行比较，由此获得对应于这样的信号负值的相 反的脉冲。这样获得的两个脉冲被施加到与门以获得具有等于它们相位差的长 度的误差信号。该误差信号以与它的长度成比例的量值给该振荡器的电容器充 电，由此增加该振荡器的频率；相反地，当这两个脉冲相位相同时，该电容器 轻微地放电，由此减小该振荡器的频率。

通常，该开关系统的晶体管优选以″软″模式接通-即，它们的电极上基本为 零电压。这允许在开关期间限制功率损耗(带来了减少乃至除去晶体管的散热 片的可能性)；因此，可以增加该开关系统的效率，并且可以使用较小的晶体管。 总之，晶体管占据的面积减少，同时具有其更合理的容纳的可能性。此外，这 样的操作模式增加了该开关系统的可靠性。相反地，晶体管的″硬″接通-即，它 们的电极上的电压不为零-使得在开关期间被耗散的功率显著增加，并且在极端 情况下，它可能导致其断路。

此外，优选将该谐振电路操作在感性模式。事实上，当该谐振电路操作在 容性模式时，电流超前于电压；所以，晶体管的接通总是发生在电流已经开始 使它们端子的电压增加之后(从而这种接通不会在软模式发生而带来如上所指 出的缺点)。此外，由于该镇流器可能的控制系统操作在该谐振频率，可以推知 开环增益依赖于该谐振电路的阻抗相对于该频率的导数。但是，该导数在感性 操作模式中为负(其中该增益随着该频率远离该谐振频率增加而减小)，并且该 导数在容性操作模式中为正(其中该增益随着该频率向该谐振频率的增加而增 大)。因此，从感性操作方式转到容性操作模式时，该闭环的反馈改变符号，将 被设计成负的反馈转换成正反馈(带来了随后不稳定性的风险)。

当干线电压下降到其额定值以下时(该情况可以在某些场所出现达相对较 长的时间，甚至持续好几个小时)，该带有闭环控制系统的开关系统会出现另一 个问题，即获得的直流电压的相应下降和由此提供给该灯的交流电压的相应下 降。在这样的情况下，该控制系统降低频率(朝着在感性操作模式的谐振频率) 以增加电流并且由此保持该灯稳定的亮度(纵使交流电压减小)。这可以使该谐 振电路操作在容性模式，同时也具有上面列出的缺点。

为了避免这样的缺点，规定镇流器的规格以确保他们正确操作在最实用的 情况(例如，通过规定该频率的更低下限)。然而，这不允许最佳地使用该灯， 因为由最坏的操作条件规定的该极限(包括不可避免的诸如灯的、镇流器的、 部件以及该干线电压的操作特性的参数的扩展)对正常操作状态产生了不利影 响。此外，这不能允许确保该灯在紧急状况时正确地操作。

发明内容