[发明专利]气体放电灯的单晶体管镇流器

说明书

本发明涉及驱动气体放电灯的电路。

激励气体放电灯的电子镇流电路包括一个整流器，用以将低频、交流(“AC”)电源变换为直流(“DC”)电源；一个升压器，用以提升DC电源的电压；以及一个逆变器(通常是半桥路)，用以将该DC电源变换为很高频率(在24KHz的数量级)的AC电源。

这种类型的电路能够实现高功率因数和低的总谐波失真(THD)，还具有变暗(din)能力。

可是，这种电路要求三个晶体管和许多其它元件。在布局上很难制成低成本的集成电路。其结果是，镇流器比磁镇流器昂贵得多。

为了减少元件的数量业已做了大量的努力，可是，元件数量的减少至今需有昂贵的高压集成电路(IC)或者牺牲功率因数、THD和变暗能力为代价。

为此，现在需要一种激励气体放电灯的电路，它利用常规的价廉IC、用少量元件制造、且保持高功率因数、低THD和变暗能力。

图1示出用于一种激励气体放电灯的电路的原理图。

图2．1示出一种直接耦合无箝位储能电路。

图2．2示出一种变压器耦合的无箝位储能电路。

图2．3示出一种直接耦合的储能电路，其中箝位电感器已紧密地耦合绕组。

图2．4示出一种变压器耦合的储能电路，其中箝位电感器已紧密地耦合绕组。

图2．5示出一种直接耦合储能电路，其中箝位电感器松驰地耦合绕组。

图2．6示出一种变压器耦合的储能电路，其中箝位电感器松驰地耦合绕组。

为了利用常规的价廉的集成技术以允许减少元件数量，功率开关装置应由信号进行控制，这些信号接近它们电位电平共同的电路。与常规晶体管半桥路相对比，常规晶体管半桥路具有一个晶体管，其基极或栅极相对于地为高电位，这需要昂贵的电平偏移电路。在本发明中，用以给气体放电灯加电的电路包括耦合到整流的、脉动的AC电源的一个功率因数校正电感器。一个储能电路连接到该功率因数校正电感器，和一个开关，连接到该功率因数校正电感器与该储能电路之间的连接点。一个谐振电路将该储能电路接到气体放电灯。

这种电路可提供0．996的功率因数，总谐波失真为5．6％，三次谐波失真为2．7％和灯电流波峰因数为1．27。该电路使用其源极或发射极接地的单个晶体管。由于避免了电平偏移，该电路是经济的，而且容易使用低成本集成技术制造。

图1示出本发明的单晶体管镇流器电路。该电路的基本部分是：脉动的AC全波整流电源10，功率因数校正电路100，振荡器200驱动的开关202，储能电路300，谐振电路400和箝位电路500。端子22和24接到低频AC电源和60Hz、120V AC电源线。整流二极管12、14、16、18将输入的正弦波形变换为在公共端28与正端26之间的一个全波的、脉动的AC整流电压。电容器20防止该电路工作漏泄到电源线的高频噪声，并且起着功率因数校正电路的低阻抗电流源的作用。还可包括一个小电感的网络以便进一步降低对所需电平的噪声。

开关电路200包括用以驱动开关202的振荡器204。振荡器204以恒定频率振荡，虽然可通过调制与输入电源线同步的频率得到管电流和功率因数特性的一些改善。

开关202有两个开关端子。一个开关端子接到公共节点28。另一个开关端子接到节点302。节点302是功率因数校正电感器104与储能电路300之间的连接点。因此节点302以振荡器204确定的频率周期地接到公共端子28。该开关可包括任何类型的高频器件，如双极晶体管、场效应晶体管、可控硅、绝缘栅双极晶体管或真空管器件。

开关202通过功率因数校正电感器104和二极管102在节点206接到全波AC整流电源。二极管102被定向使得功率不返回到电源10。

当开关202接通时，电流随时间通过功率因数校正电感器104线性地建立，以正比输入电压的电流对它充电。

功率因数校正电感器104存储的能量与流过它的电流的平方成正比。因此当由开关202周期地转换时，这个电感器使能量从正比于该电压的平方的电源中取出，正如从连接一个晶体管得到的一样。因此从电源线得到的电流与该电压同相并且正比于该电压，得到好的功率因数。

在图1所示的实施例中，储能电感器320有一个初级绕组314和箝位绕组316。初级绕组314和箝位绕组316具有类似的物理特性。初级绕组314具有第一和第二初级绕组端子。