CN1610475A - 对换流器的开关晶体管采用保护电路的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灯用的具有换流器的电子镇流器，在该换流器中开关晶体管通过检测电路C1、C2、R1、R2、D1－3、T1免受瞬态干扰。在此，考虑电压的时间导数。

Description

对换流器的开关晶体管采用保护电路的电子镇流器

技术领域

本发明涉及使灯或其它发光产品工作的电子镇流器。

背景技术

在电子镇流器中使用了不同结构形式的通常含有至少一个开关晶体管的换流器。

发明内容

本发明所基于的技术问题是提供一种采用具有开关晶体管的换流器的改进的电子镇流器。

本发明旨在说明一种电子镇流器，该电子镇流器具有由电源供电和具有开关晶体管的换流器，和具有测定电源电压的时间导数的电路，设计该电路保护换流器的开关晶体管根据测得的时间导数通过开关过程防止过载。

优选本发明的实施方案在从属权利要求中给出，并且在下面作了说明。本发明还涉及一种方法特征，其中下面的说明可理解为不仅考虑到装置特性，而且考虑到方法特性。

发明人确认，当馈入由市电供电产生的特定的电压峰值时，可导致本发明具体的镇流器破坏。这样，换流器的开关晶体管在高能瞬态干扰的情况下(如按照EN61547)都可受到破坏，特别是当开关晶体管在这个阶段启动时，由于过载电流也可受到破坏。因此，本发明以保护开关晶体管的电路为主题。在这种情况下，通过保护电路监控电源电压，并且必要时关断要保护的开关晶体管。

代替关断要保护的开关晶体管，原则上也可考虑用电路技术的方法从危险区除去开关晶体管或接入一个保护元件如保护电阻。通常，这种措施还包括另一个开关元件，以致于在权利要求中所选择的表述，即通过开关过程保护开关晶体管，不仅涉及在该开关晶体管中的开关过程，而且还涉及到另一个开关元件。优选和简单的方案当然是关断开关晶体管本身。

在这个过程中，发明人进一步确认，实际上更接近地测定出电源电压本身，也即测定出幅度，首先经常要求相当准确地调整阈值，以便一方面接收还允许的和可能的幅度，另一方面在不再允许的幅度时，反应足够早。临界的瞬态干扰可通过电源电压的时间导数以更有利的方式测出。在上述提到的情况下，调整检测电路的响应特性并不是更关键性的，因为这些瞬态干扰通常显示陡峭的上升边。此外，测出时间导数还允许已在上升边时在时间上提前关断而不是在达到临界电压值时才关断。

本发明在所谓的功率因数校正电路(PFC电路)中特别有用，该功率因数校正电路在现代电子镇流器时通常前置在给灯供电的换流器前面，并且专业人员本来都熟悉，因此在这里不详述。这种功率因数校正电路通常包括除具有一个开关晶体管外还具有一个存储电感线圈的换流器。在这种情况下，开关晶体管通过存储电感线圈来的饱和电流会由于瞬态干扰造成危害。

在这种情况下，特别优选使用产生比电源电压幅度小的所谓降压变压器(step-down-Konverter，降压换流器)。不仅作为升压变压器而且作为降压变压器工作的和由此就本发明的意义而言，考虑作为降压变压器的特别优选的实施例是一个SEPIC换流器。在这里对SEPIC换流器的原理也不作详细说明。代之于此可参阅文献和譬如参阅德国专利申请101 10 239.9。

本发明具体的检测电路，优选包括一个产生导致关关断关晶体管的输出信号的输出晶体管。特别是输出晶体管的开关路段可控制开关晶体管的控制电极，如从实施例得到的结果那样。在此，输出晶体管譬如连接到开关晶体管的控制电极用的控制电路的一个与门上，并且由此可导致开关晶体管控制的去激活(失去控制能力)。但是，原则上也可设想将带有其开关路段的输出晶体管放置在控制电路和开关晶体管的控制电极之间，并且打开这个连接。

此外，在检测电路上优选一个直流电压隔直流电容器用来测定时间导数，通过该电容器检测电路以直流方式与电源电压隔开。由此可设计，电压和电动势在检测电路中与电源电压无关。

检测电路的另一个优选的特征是一个电容性分压电路，在该电容性分压电路的中间抽头上提取表示时间导数的信号。优选所提到的直流电压隔直流电容器是这个电容性分压电路的一部分。

此外，检测电路优选拥有电阻分压电路，以便能调整触发关断过程的工作点。特别是所提到的输出晶体管的控制电极可连接到电阻分压电路的中间抽头上。

此外，可规定使用一个计时部件，以便通过单独测定电压时间导数可控制关断过程。原则上，只要测出瞬态干扰的结束，监控电源电压或其时间导数也是可能的。但是，通过时间部件规定一个对需期待的瞬态干扰用的足够的持续时间是有利的。特别是，计时部件作为RC元件可与电容性分压电路和/或电阻分压电路组合，并且包括其中的一个电容器和一个欧姆电阻。为防止RC时间部件以所不希望的方式放电，规定使用一个整流二极管。为便于说明，在这里也可参阅实施例。

此外，检测电路还可具有一个齐纳二板管，用该齐纳二极管根据测定的时间导数可规定使用一个响应阈值。这所具有的优点是，不是由于计时部件造成的结果，而是在某种程度上累积地测量带有本身均不足的时间导数整数多个连续的小的干扰。更确切地说，齐纳二极管在这种情况下阻塞特小的时间导数值，并且只在这种情况下，即超过齐纳二极管的电压阈值，才允许用计时部件确定的持续时间内产生响应。

由实施例下面的说明中给出更详细情况，实施例的特征在其它的组合分析中也是本发明基本的内容。

附图说明

图1示出了本发明具体的检测电路的电路原理图。

图2示出了本发明所述的镇流器的电路原理图。

具体实施方式

在图1中，在其中未画出的SEPIC换流器输入电压Ue加在由2个电容器C1和C2构成的电容性分压电路上。由2个欧姆电阻R1和R2构成的电阻分压电路的上部接头连接在由电容器C1和C2构成的分压电路的中间抽头上，其中两个分压电路用其下部接头连接到一个公共参考电位上(内壳)。由电阻R1和R2构成的电阻分压电路的中间抽头控制着一个双极性输出晶体管T1的基极，该双极性输出晶体管T1在共发射极电路中用其集电极引线，间接地控制SEPIC换流器的未画出的开关晶体管的基极或栅极，如下面图2所给出的那样。

通过电容器C1以交流电压方式馈入进入的瞬态电压峰值，其中在包括电容器C1和C2的电容性分压电路的中间抽头与内部参考电位之间所接入的整流二极管D2使电容器C1随之放电成为可能。

在这方面应指出，所示的检测电路测出在串接在SEPIC换流器的之前整流以后的输入电压Ue，以致于只需考虑瞬态干扰的极性。

以交流电压方式馈入的瞬态干扰通过齐纳二极管D3传给电阻分压电路，并且只有当干扰超出由齐纳二极管D3所确定的电压阈值时，该瞬态干扰才达到超出齐纳二极管D3范围。

由电阻R1和R2构成的电阻分压电路，当它将所期待的电压信号降低分成合适的值以控制输出晶体管T1的基极时，才可调整到一个合适的工作点。

此外，已经在电容性分压电路中提到的电容器C2与欧姆电阻一起，主要与电阻R1一起，共同构成一个计时部件。这就是说，如果电容器C2用通过齐纳二极管D3的电压脉冲进行充电，则它可通过R1和输出晶体管T1以一个特定的时间常数放电。这个时间常数主要用来确定控制输出晶体管T1的最小时间。

在这种情况下，位于电容器C1和C2之间的整流二极管D1可防止电容器C2以不希望的方式放电。

图2示出了在本发明所述的电子镇流器中基于图1的检测电路。在这个镇流器中，通过桥式整流器B对交流电源电压，一般为常用的家电电源电压进行整流。由此，在图2的上部水平延伸的导线支路中有一个已经整流过的正的电动势，并且与此平行地在下部延伸的导线支路中，有一个已经整流过的负的电动势通常表示参考电动势。已整流过的交流电压构成了SEPIC换流器的输入，该换流器具有扼流圈L20和L21、电容器C20、整流二极管D20和开关晶体管S20，并且由控制电路A控制。在桥式整流器和SEPIC换流器之间，中间连接另一个扼流圈L10和另一个电容器C10，它们具有滤波作用。这些部件都导致电流和电压值的大幅摆动(ber-schwinger)，并且扩大了本发明的优点。

用一个由电容器C30提供使用的直流电压供电的负载R31连接在SEPIC换流器示于右边的输出端，即平行于存储电容器C30。负载R31系指具有2个开关晶体管的常用的半桥式振荡器，用以产生低压气体放电灯工作所用的高频交流电压。由于这些电路按现有技术和一般来说都是已知的，所以负载在这里只是用一个电阻表示。

电容器C30用作为存储电容器，并且必须用SEPIC换流器从已整流过的交流电压充电成尽可能是恒定的直流电压。在此，来自电源的耗用电流应尽可能无干扰地再输送给(nachführen)正弦波形电源电压。

通过开关晶体管S20的交替的开关操作，线圈L20在接通状态从已整流的电源电压充电达到特定的电流，并且在开关晶体管S20关断状态放电到电容器C20中。在此，要注意二极管D20的极性。当开关晶体管S20的关断时间足够长时，以使电流在整流二极管D20中降到0，得出的结果是进行所谓的间歇性操作。在这种情况下，电容器C20按平均数来说主要充电达瞬态整流的电源电压的值。由此再次得出，存储电容器C30在关断时间只用通过线圈L21产生的电感电压充电。通过相应的脉冲占空系数，也即接通时间和关断时间的比，和在考虑负载R31的情况下，由此主要可以在电容器C30上调整任意的直流电压，该直流电压特别比电源电压的幅度小。然后，SEPIC换流器作为降压变压器工作。电容器C20在一定程度上用于在两个扼流圈L20和L21之间的去耦合，以致于与纯升压变压器如升压换流器相反，通过线圈L20产生的电压不加到瞬态电源电压。

开关晶体管S20的间歇性开关操作可通过以微控制器形式给出的控制电路A得到保障，该控制电路A重新通过已经提到的输出晶体管T1去激活。输出晶体管T1基本上为了对由电阻R1和R2构成的电阻分压电路的分压抽头作出响应用在2种状态之间进行量化。为此，输出晶体管T1的输出信号在一个与门电路中馈入控制电路A，这可致使所述开关晶体管S20的控制去激活。

图1用Ue标志的电压以图2绘出的方式在桥式整流器的已滤除的输出端抽头，但是也可直接在输出端，即在滤波器之前抽头。这两种可能性在单个情况下需权衡，要视对检测所进行的滤除是否有用或没用而定。

以所述的方式，SEPIC换流器的开关晶体管S20允许在几个微秒之内可靠地关断。由此，特别可防止，由于SEPIC换流器的存储扼流圈L20饱和瞬态过压产生导致过高电流，这种过高的电流在这个阶段接通开关晶体管S20时对开关晶体管S20是危险的。特别是在使用某些换流器类型时也特别是使用SEPIC换流器时，由于换流器中的LC谐振，但是也在电源滤波器中在瞬态干扰后可达到加重所述问题的电压过冲。

在此，本发明的保护功能却也涉及电压。特别是在使用SEPIC换流器时，在换流器节拍(Taktung)期间输入和输出电压增加，然而在无节拍情况下却只还有输入电压加在开关晶体管上。由此，开关晶体管在这里也可随着电压出现危险，并且用关断进行保护。

由此，本发明总的是提供一种简单、有利和有效的可能性，以保护换流器和从而全部的镇流器免受瞬态干扰。另外它可以没有困难地与其它保护措施相结合，譬如与对电压值本身(也即幅度)作出响应的那些措施相结合。

Claims (12)

1、电子镇流器具有

一个带开关晶体管(S20)的由电源馈电的换流器(L20、L21、C10、C30、S20、D20)和

一个检测电源电压的时间导数的电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)，所设计的该电路用来保护换流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)的开关晶体管(S20)在对所测得的时间导数作出响应的情况下通过开关过程防止过载。

2、按照权利要求1所述的镇流器，其中换流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一个功率系数校正电路，并且包括一个存储扼流圈(L20)，并且设计的检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)通过关断防止由存储扼流圈(L20)来的饱和电流导致开关晶体管(S20)的过载。

3、按照权利要求1或2所述的镇流器，其中换流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一个降压变压器。

4、按照权利要求3所述的镇流器，其中换流器(L20、L21、C20、C30、S20、D20)是一个SEPIC换流器。

5、按照上述权利要求之一所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个输出晶体管(T1)，该输出晶体管(T1)在对测得的电压的时间导数作出响应的情况下，可产生一个导致开关晶体管(S20)关断的输出信号。

6、按照上述权利要求之一所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个直流电压隔离电容器(C1)，通过该直流电压隔离电容器(C1)测出时间导数。

7、按照权利要求6所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个包括直流电压隔离电容器(L1)的电容性分压电路(C1、C2)。

8、按照上述权利要求之一所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个进行工作点调整的电阻分压电路(R1、R2)。

9、按照上述权利要求之一所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个确定关断开关晶体管(S20)的持续时间的计时部件(R1、C1)。

10、按照权利要求7、8和9所述的镇流器，其中计时部件(R1、C1)包括电容性分压电路(C1、C2)中的一个电容器(C1)和电压分压电路(R1、R2)中的一个欧姆电阻(R1)。

11、按照权利要求9或10所述的镇流器，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)具有一个在检测电压的时间导数时确定响应阈值的齐纳二极管(D3)。

12、用于运行具有按照上述权利要求之一所述电子镇流器的灯的方法，其中检测电路(C1、C2、R1、R2、D1-3、T1)测定电源电压的时间导数并根据所测出的时间导数关断开关晶体管(S20)。

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