[发明专利]使用电荷泵功率因数校正的电子镇流器的保护电路

说明书

电源变换电路如DC(直流)电源和电子镇流器经常使用一个整流电路，以将输入AC(交流)线路电源变换为DC电源，然后存储在一个大的电解存储电容器中，作为该系统的一个稳定的DC电源。这种装置的缺点是每当电源线电压上升高于存储电容器的电压时，输入线电流呈现大尖峰的形式。这些电流尖峰不是以电力事业公司希望的方式正比于该线路电压，而是以具有差的功率因数为特征。理想的情况是从电源线吸取的电流应该直接地正比于该电压并且与它同相，在这种情况下，认为功率因数是1，即输入电压与流出的电流之间的波形正好相对应。

业已叙述了从电源线吸取的电流为正弦波的很多方案。一个特别的想法是从该系统的输出取出一些功率并且使用它从具有正弦波形的AC电源线引入电源。这种方案的一个例子在由Steigerwald在美国专利5113337关于DC电源中叙述。关于电子镇流器的另一个类似的方案由Mere在美国专利5134556中叙述。这些电路的特征在于存在电荷泵(Charge pump)。在这些电荷泵中，在该系统输出的高频AC电压用于驱动一个电容器装置和二极管，以致电荷被“泵”送出AC电源线并且进入存储电容器。通过很好的控制泵电压和正确确定泵电容器的大小，可取得0.999的功率因数，暗示在电压是正弦波时，从电源线取出的电流几乎是纯正弦的。这些技术称为“电荷泵功率因数校正”。

虽然电荷泵功率因数校正是取得功率因数校正的一个有效而经济的手段，所叙述的所有方案具有以下共同的缺点：当去掉输出负荷时，电荷泵将继续工作，以便该系统继续从电源线提取能量，即使没有能量从该输出被取出。除非采取预防措施来避免这个情况，该系统将继续吸收能量直到它通过一些部件的故障自毁为止。保护系统的方法必须是简单且便宜。

图1示出体现电荷泵功率因数校正、具有低费用实现的保护方案的电子镇流电路的原理部分。

在其负荷已去掉的环境中用于保护和关闭具有电荷泵功率因数校正的电子镇流器的一个简单且便宜的电路保持该逆变器工作，以便当负荷被更换时间保证正常的操作。这种保护电路的实现包含增加一个开关，该开关具有一个过压传感器、一个电阻和一个二极管。在故障情况下，该开关禁止电荷泵功率因数校正，而电阻和二极管防止该开关不正当地消耗大量的能量。

在图1中，整流二极管10、20、30和40用于将60HzAC电流变换为脉动DC电源。平滑电容器50用于防止该电路的操作来的高频噪声流入AC电源线。在60Hz整流器的作用下产生的DC电荷存储在电解电容器60中。高频二极管70、80、90、100、110把60Hz整流器连接到存储电容器60。产生相应高频(35KHz)功率来驱动包括放电灯负载的逆变器120跨接在存储电容器60上。逆变器120有两个输出。输出130用于驱动放电灯负荷，而输出140用于通过电荷泵电容器150将电源反馈回到高频二极管80、90、100、110。有时，输出140可在该逆变器内从耦合电路180得出，该耦合电路180用于将该逆变器连接到灯。

当电路正常工作时，在整流器80和90两端的峰电压被调整等于电容器60上的电压，它等于AC电源线的峰电压。电容器50两端的电压跟踪AC电源线电压，从零变化到峰值线路电压。如果负荷突然去掉，电荷泵的作用将继续使电荷从该线路被吸引出并存储在电容器60中，以使电容器60上的电压迅速增加。电压的这个快速建立可在电容器60上或在该系统的其它点处感测到，并且用于触发过压传感器150。过压传感器150的触发使开关160闭合。这短路了高频整流器80、90、100、110的输出，停止所有电荷泵入存储电容器60并且限制电容器60上的电压为AC电源线的峰值电压。

在开关160闭合时，则如果输入电源线电压接近于在闭合瞬间过零的线电压，电流将从大的存储电容器60流入平滑电容器50，使在平滑电容器50上的电压突然达到线电压的峰值。当出现这情况时，极大的电流将流过开关160，在开关160中消耗了等于被充电到该线路峰值的电容器能量的能量，可能使开关160熔化和失效。这个问题的一个明显的解决方案是开关160做得极大和昂贵，以致它能消耗大量的能量。但是，由于电子镇流器应是便宜的和开关160不经常使用，这是最不希望的。