專利名稱：氣體放電燈的鎮流器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體放電燈的鎮流器(例如變頻電子鎮流器)，用以消除氣體放電燈的電流包絡線因放電燈的動態特性對放電燈中電流控制反饋環路所起的不穩定化影響而產生的跳模或振蕩。具體地說，我們發現，用阻性電路往反饋環路中加入頻率響應零點可以消除氣體放電燈中峰值電弧電流不希望有的振蕩或變化。
熒光燈照明中使用的各種普通電子鎮流器在熒光燈的亮度降低到燈電流的低電平時，燈電流包絡線會產生不希望有的振蕩。燈電流包絡線的這種振蕩會使峰值因數變壞，可能引起閃光，在某些情況下還會使電弧熄滅。
現有技術的這種一般燈電流控制方法中歷來都應用電流反饋。燈電流的振蕩，即電流幅值的跳模或調制，特別影響著窄管燈，尤其是在電流電平低時，更是如此。
現行用來緩和跳模的各種方法是不完善的。例如，可使用的電流和頻率范圍受到限制。目前考慮到的其它可能解決的方案相當復雜。而如此復雜的系統會使其部件的數目和造價大幅度增加。例如，現行解決跳模問題的作法比起本發明提出的作法，在部件的數目上多9倍左右，在造價方面高9倍至19倍的范圍。
一般普通市銷的熒光燈鎮流器可參看美國專利4，952，849和5，089，751，該兩專利都轉讓給本專利申請的同一個受讓人。這些現有技術通常包括一個控制線路以檢測燈電流，應用R-C低通濾波器產生頻率響應下降的低頻極點，將信號與基準信號相比較，再調節半橋式驅動器的頻率。若這種電子鎮流器在一對串聯連接的四管熒光燈上工作，這種線路會使燈電流跳模，使燈電流包絡線在低電流電平下不穩定。
對本專利申請來說，頻率響應零點和極點二詞的定義分別參見1984年第三版的IEEE電氣電子術語標準詞典第1030頁和第660頁。
目前提出要求保護專利權的本發明能夠消除氣體放電燈(例如熒光燈)在電流或功率反饋控制的過程中其電流產生的振蕩或跳模。具體地說，本發明的這個重大好處是通過往控制線路的反饋環路中加入零點達到的。這個零點可以通過給反饋環路的反饋電容或低通濾波電容串聯一個電阻從而實質上消除了燈電流包絡線的這種振蕩來實現的。
我們還發現，給R-C串聯電路并聯上另一個電容器的作用是增加一個高頻極點，從而通過不斷使較高頻的回路增益頻率響應下降以確保充分濾波。
在控制線路檢測燈電流或功率、用具有低頻率響應下降極點的R-C濾波器對信號整流和濾波、將信號與基準信號相比較并調節半橋式驅動器的頻率或其他控制參數的場合，給濾波電容器串聯電阻值，可能的話再并聯另一個電容，可以改善市銷的一般熒光燈減小亮度的鎮流器。電阻被選取得使R-C乘積給反饋回路的頻率響應增加一個零點，從而產生具有充分相位容限的增益為1的截止頻率。
熒光燈因其熱力學性能而產生數百赫的極點，該極點還隨工作點和環境溫度變化。鑒于燈電流控制環路采用誤差信號放大器時須要有大的直流增益，而且遠在開關頻率之前必須使頻率響應下降，因而這種誤差信號放大器通常設計成高增益和數赫級的低頻頻率響應下降極點。在靜態電流/頻率特性曲線陡的情況下，這時燈極點的頻率較低，燈極點可能在低于環路傳輸的增益為1時的截止頻率(UGC)產生。若燈極點處在UGC頻率，則控制環路的相位容限約為45度，但隨著燈極點的大幅度下降，相位容限變壞，從而引起振蕩。
因此，一般市銷熒光燈鎮流器中燈電流的那種跳模的解決辦法是采用超前校正(零極對)。零點置于控制環路的誤差信號放大電路或低通濾波電路中以便大致消除燈極點并使單極點的頻率響應下降，這樣可以使相位容限變好。超前校正的另一極點置于高得多的頻率以確保在開關頻率下的增益充分小。
現在就下列各


本發明的內容，附圖中圖1示出了本發明解決燈電流跳模或振蕩問題的電路圖;
圖2A以曲線的形式示出了壓控振蕩器(VCO)電壓輸入的振蕩情況，圖2B示出了因VCQ電壓的這種振蕩情而產生的燈電流;
圖3A示出了現有技術放電燈中電流跳模或振蕩情況的示意圖，圖3B則示出了按本發明消除這種振蕩的示意圖;
圖4示出本發明的另一個實施例;
圖5示出了本發明另一個實施例。
圖1中可以看到熒光燈電路振蕩或跳模的解決辦法，圖中示出了變頻電子熒光燈鎮流器的電流控制環路。在該線路中，電流從直流母線16通過晶體管18饋到由燈、電感線圈Lres20、電容器Cres21和隔直電容器19組成的并聯諧振電路，給燈12饋電。經檢測的燈電流信號通過具有整流器13、誤差信號放大級10、壓控振蕩器14和半橋式驅動器15的控制電路傳送。該控制電路通過檢測燈電流，并將得出的信號與在線路17引入到誤差信號放大器11的基準電壓Vref相比較進行工作。
若經濾波和整流檢測的燈電流信號高于基準電壓Vref，誤差信號放大器就會減小VCO輸入電壓以提高變頻半橋式驅動器15的頻率。在圖1的控制線路中，反饋電容器1連同電阻2使放大器增益的單極點頻率響應下降。
然而，燈12本身引來了另一個極點。燈極點是電弧電流的變化快得使燈的電阻再也不能維持下去時的頻率。更具體地說，這是燈增加的電阻對電弧電流的波動在頻率上的響應中的一個極點。燈在相位上的延遲本身表明了阻抗變化的延遲。
由此產生的相位容限很差，這促使反饋環路中產生振蕩，這本身表明VCO輸入電壓發生變化，如圖2A中所示，并表明燈電流經過調幅和/或調頻，如圖2B中所示。燈電流控制環路線路要求有大的直流增益，且遠在開關頻率之前就必須使頻率響應下降。因此誤差信號放大級10通常設計成具有高增益和數赫級的低頻頻率響應下降極點。
圖2中對振蕩或跳模的解決辦法是采用電阻值(例如圖1中的電阻器3)往饋電路的頻率響應中加入一個零點。實際上，這個零點是用來消除因燈的動態特性往反饋環路的頻率響應中引入極點而產生的不希望有的相移。這個零頻率選擇得使環路傳輸的頻率響應具有充分的相位容限。相位容限值一般為45度。例如，圖1中，零頻率是按1/2πRC的關系由電阻3和電容1確定的。電阻器3的值取決于燈12和并聯諧振電路中各部件的值。理論上，任何氣體放電燈都能產生振蕩或跳模問題。實際上，燈12可能是個窄管的熒光燈，這就會產生電流振蕩的最困難問題。其它類型的熒光燈，例如雙管熒光燈和四管熒光燈，也會產生這個問題。
圖5的低通濾波器放在燈電流整流器13的輸出端，而不是象圖1那樣放在誤差信號放大器中。作為一個例子，圖5的電路示出了可用來驅動一對26瓦四管燈的另一個實施例。象美國專利4，952，849和5，089，751中在鎮流器中運行的大約38毫安均方根值的燈流，會引起嚴重的跳模，峰值約為130毫安，波峰因數為3.4。可以觀察到中間頻率或跳模頻率約為600赫。零點校正采用了330歐電阻器的電阻51與1微法的電容52串聯連接。
電阻51的值選擇得可以往反饋環路的頻率響應中加入其值約為500赫的零點。這個解決辦法完全消除了燈電流的跳模現象，如圖3B中所示。
圖3A的反饋線路中沒有采用電阻51，因而在電流波形的包絡線中可以看到振蕩現象31。這個振蕩現象使光強發生變化，有時候可以看到這種變化，即閃光。另一方面，反饋電路中加了電阻器51的情況下，圖3B高頻電流波形31的幅值恒定，從而使光輸出沒有任何閃光或振蕩。
控制電路的工作情況可以通過加上另一個電容4(如圖4中所示)或電容53(如圖5中所示)進一步得到改善。這個電容器的值比圖4中電容1的值或圖5中電容52的值小例如20至100倍。舉例說，在圖5的上述電路中，電容52約為1微法，因而電容53可以取0.03微法。增設的這個小電容53與圖5的R-C串聯網絡并聯配置。增設的這個小電容53增加了高頻極點從而確保在高頻下環路增益的頻率響應繼續下降。
可以采用與圖1和圖5類似的電路來檢測和/或控制氣體放電燈的功率。在該情況下，可以對功率控制環路進行零點校正。為檢測功率，該電阻應放在另一個位置，例如，與其中一個晶體管18串聯。
用其它控制方法(例如脈寬調制法)控制燈的電流或功率電平時，也可以應用上述校正法。
權利要求
1.一種用于氣體放電燈的鎮流器，包括(a)若干端子，用以連接起碼一個氣體放電燈；和(b)控制電路裝置，用以控制流過所述起碼一個氣體放電燈的電流；其特征在于，所述控制電路裝置包括反饋網絡裝置，具一定的電阻值，用以往所述控制電路裝置的頻率響應中引入一個零點。
2.根據權利要求1所述的鎮流器，其特征在于，所述電阻值按氣體放電燈的類型選擇。
3.根據權利要求1所述的鎮流器，其特征在于，所述電阻值以與第一電容串聯連接的形式安排。
4.根據權利要求3所述的鎮流器，其特征在于，第二電容與所述電阻值及所述第一電容的所述串聯連接并聯配置，所述第二電容比所述第一電容小得多。
全文摘要
一種鎮流器穩定化裝置，用以最大限度地減小或消除氣體放電燈(例如熒光燈)燈電流的振蕩或跳模現象。還介紹實現這個裝置的方法。具體作法是往鎮流器電流線路中加入頻率響應零點。該線路的一個例子有一個反饋網絡，經檢測的燈電流信號由一個誤差信號放大器將其與一個基準信號加以比較，該誤差信號放大器的反饋電容串聯連接有一個電阻，用以實現控制電路頻率響應中的零點。
文檔編號H05B41/02GK1096152SQ93121370
公開日1994年12月7日 申請日期1993年12月24日 優先權日1992年12月28日
發明者T·法卡斯, S·文基塔蘇布拉曼尼安 申請人:菲利浦電子有限公司