一种电子镇流器及其过压保护方法

1.一种电子镇流器，包括：
逆变电路，包括至少一个电子开关，通过所述至少一个电子开关的导通与关断产生交流电压以驱动气体放电灯；
谐振网络，包括：
第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述逆变电路；
电感器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述第一电容器的第二端，第二端耦接至所述气体放电灯的第一端；以及
第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述第一电容器的第二端和所述气体放电灯的第一端，第二端耦接至所述气体放电灯的第二端；
控制电路，电耦接至所述逆变电路，控制所述至少一个电子开关的导通与关断；以及过压检测电路，耦接至所述电感器，通过监测所述电感器的电参数来判断在灯开路状态下所述气体放电灯两端的电压是否存在过压；
其中若存在过压，则所述控制电路关闭所述逆变电路；
其中所述过压检测电路包括：
采样电路，耦接至所述电感器，采样所述电感器的电参数，并产生代表该电参数的采样信号；以及
比较电路，电耦接至所述采样电路，将所述采样信号与阈值进行比较；
其中若所述采样信号大于所述阈值，则判断为存在过压。
2.如权利要求1所述的电子镇流器，其中所述采样电路采样所述电感器两端的电压。
3.如权利要求2所述的电子镇流器，其中所述采样电路包括：
耦合电感器，与所述电感器磁耦合；以及
整流电路，电耦接至所述耦合电感器，对所述耦合电感器两端的电压进行整流，并产生所述采样信号。
4.如权利要求1所述的电子镇流器，其中所述采样电路采样流过所述电感器的电流。
5.如权利要求4所述的电子镇流器，其中所述采样电路包括串联电耦接至所述电感器回路的采样电阻器(Rsense)。
6.如权利要求4所述的电子镇流器，其中所述采样电路通过电流互感器来采样流过所述电感器的电流。
7.如权利要求6所述的电子镇流器，其中所述采样电路包括：
电流互感器，所述电流互感器的原边串联耦接至所述电感器的回路；
整流电路，电耦接至所述电流互感器的副边，对流过所述电流互感器副边的电流进行整流；以及
电阻器，电连接至所述整流电路的输出端，所述电阻器两端的电压为所述采样信号。
8.如权利要求1至7中任一项所述的电子镇流器，其中所述逆变电路采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关。
9.如权利要求8所述的电子镇流器，其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一和第二电子开关。
10.如权利要求8所述的电子镇流器，其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一电子开关并导通所述第二电子开关。
11.一种电子镇流器的过压保护方法，其中所述电子镇流器包括产生交流电压以驱动气体放电灯的逆变电路以及谐振网络，该谐振网络包括：第一电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述逆变电路；电感器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述第一电容器的第二端，第二端耦接至所述气体放电灯的第一端；以及第二电容器，具有第一端和第二端，其中第一端电耦接至所述第一电容器的第二端和所述气体放电灯的第一端，第二端耦接至所述气体放电灯的第二端，该方法包括：
监测所述电感器的电参数；
基于监测结果判断所述气体放电灯两端的电压是否存在过压；以及
若存在过压，则关闭所述逆变电路；
其中通过监测所述电感器的电参数来判断在灯开路状态下所述气体放电灯两端的电压是否存在过压包括：
采样所述电感器的电参数并产生该电参数的采样信号；以及
将所述采样信号与阈值进行比较；
其中若所述采样信号大于所述阈值，则判断为存在过压。
12.如权利要求11所述的过压保护方法，其中所述电感器的电参数为所述电感器两端的电压。
13.如权利要求11所述的过压保护方法，其中所述电感器的电参数为流过所述电感器的电流。
14.如权利要求11至13中任一项所述的过压保护方法，其中所述逆变电路采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关。
15.如权利要求14所述的过压保护方法，其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一和第二电子开关。
16.如权利要求14所述的过压保护方法，其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一电子开关并导通所述第二电子开关。

一种电子镇流器及其过压保护方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种电子镇流器，尤其涉及一种电子镇流器及其过压保护方法。\n背景技术\n[0002] 气体放电灯，如荧光灯、高压钠灯、金属卤化物灯等，通常需要电子镇流器提供交流驱动电压以使其正常工作。一般地，电子镇流器以电网或电池作为供电电源，将接收到的交流电网电压或直流电池电压转换为一直流输入电压，再通过逆变电路将该直流输入电压转换为所需的交流驱动电压。\n[0003] 气体放电灯在不同的工作阶段需要的驱动电压不同，其在点火阶段需要较高的驱动电压(根据灯的特性和应用场合的不同由几百伏到几万伏不等)，而在稳态下的工作电压则比较低(例如小于200伏)。气体放电灯的端电压不能过高，以免造成灯及其他元器件的损坏。常用的过压保护方法为采样气体放电灯的端电压并产生一电压采样信号。若该电压采样信号大于一预设值，则判断为存在过电压情况，并采取相应的过压保护措施。采用该方法的电子镇流器需要高压电容器或高压电阻器来进行采样，其印刷电路板高压部分的面积大，安全系数低，且对器件间的绝缘距离有较高要求，不利于电子镇流器的小型化。\n发明内容\n[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种安全系数高且布线容易的电子镇流器及其过压保护方法。\n[0005] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电子镇流器，包括：逆变电路，包括至少一个电子开关，通过所述至少一个电子开关的导通与关断产生交流电压以驱动气体放电灯；第一电容器，其一端串联连接至所述逆变电路；电感器，电耦接至所述第一电容器的另一端和所述气体放电灯之间；第二电容器，与所述气体放电灯并联；控制电路，电耦接至所述逆变电路，控制所述至少一个电子开关的导通与关断；以及过压检测电路，耦接至所述电感器，通过监测所述电感器的电参数来判断所述气体放电灯两端的电压是否存在过压；其中若存在过压，则所述控制电路关闭所述逆变电路。\n[0006] 其中所述过压检测电路包括：采样电路，耦接至所述电感器，采样所述电感器的电参数，并产生代表该电参数的采样信号；以及比较电路，电耦接至所述采样电路，将所述采样信号与阈值进行比较；其中若所述采样信号大于所述阈值，则判断为存在过压。\n[0007] 其中所述采样电路采样所述电感器两端的电压。\n[0008] 其中所述采样电路包括：耦合电感器，与所述电感器磁耦合；以及整流电路，电耦接至所述耦合电感器，对所述耦合电感器两端的电压进行整流，并产生所述采样信号。\n[0009] 其中所述采样电路采样流过所述电感器的电流。\n[0010] 其中所述采样电路包括串联电耦接至所述电感器回路的采样电阻器。\n[0011] 其中所述采样电路通过电流互感器来采样流过所述电感器的电流。\n[0012] 其中所述采样电路包括：电流互感器，所述电流互感器的原边串联耦接至所述电感器的回路；整流电路，电耦接至所述电流互感器的副边，对流过所述电流互感器副边的电流进行整流；以及电阻器，电连接至所述整流电路的输出端，所述电阻器两端的电压为所述采样信号。\n[0013] 其中所述逆变电路采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关。\n[0014] 其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一和第二电子开关。\n[0015] 其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一电子开关并导通所述第二电子开关。\n[0016] 为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种电子镇流器的过压保护方法，其中所述电子镇流器包括产生交流电压以驱动气体放电灯的逆变电路以及电耦接在所述逆变电路和气体放电灯之间的电感器，该方法包括：监测所述电感器的电参数；基于监测结果判断所述气体放电灯两端的电压是否存在过压；以及若存在过压，则关闭所述逆变电路。\n[0017] 其中通过监测所述电感器的电参数来判断所述气体放电灯两端的电压是否存在过压包括：采样所述电感器的电参数并产生该电参数的采样信号；以及将所述采样信号与阈值进行比较；其中若所述采样信号大于所述阈值，则判断为存在过压。\n[0018] 其中所述电感器的电参数为所述电感器两端的电压。\n[0019] 其中所述电感器的电参数为流过所述电感器的电流。\n[0020] 其中所述逆变电路采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关。\n[0021] 其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一和第二电子开关。\n[0022] 其中关闭所述逆变电路包括关断所述第一电子开关并导通所述第二电子开关。\n[0023] 本发明采用上述结构的电路和/或上述方法，通过监测电感器的电参数来判断是否存在过压，其采样电路无需高压电容器或电阻器，因而电子镇流器的印刷电路板高压部分的面积小，安全系数高，且布线容易，抗干扰能力强。\n附图说明\n[0024] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：\n[0025] 图1为本发明电子镇流器的框图；\n[0026] 图2为本发明电子镇流器的第一实施方式的电路图；\n[0027] 图3为本发明电子镇流器的第二实施方式的电路图；\n[0028] 图4为本发明电子镇流器的第三实施方式的电路图；\n[0029] 图5为本发明电子镇流器的第四实施方式的电路图；\n[0030] 图6为本发明电子镇流器的点火方法的流程图。\n具体实施方式\n[0031] 下面将详细描述本发明的具体实施例，应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。\n[0032] 图1为本发明电子镇流器的框图，包括电压变换电路100、逆变电路101、控制电路\n102、串联电容器Cs、并联电容器Cp、电感器L以及过压检测电路110。电压变换电路100接收来自于电网或电池的输入电压Vin，并将其转换为直流输入电压Vdc。电压变换电路100可包含整流桥、直流/直流变换电路、交流/直流变换电路中的一个或者其中几个的组合。逆变电路101电耦接至电压变换电路100，包括至少一个电子开关，通过电子开关的导通与关断将直流输入电压Vdc转换为交流电压。该交流电压通过串联电容器Cs、并联电容器Cp和电感器L构成的谐振网络在灯两端产生交流驱动电压。逆变电路101可采用任何直流/交流变换拓扑结构，例如全桥拓扑结构、半桥拓扑结构等。控制电路102电耦接至逆变电路\n101，控制该至少一个电子开关的导通与关断。过压检测电路110耦接至电感器L，通过监测电感器L的电参数来判断是否存在过压。若存在过压，则控制电路102将逆变电路101关闭。在一个实施方式中，逆变电路101采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关，关闭逆变电路101可为将第一和第二电子开关均关断，也可为关断第一电子开关而导通第二电子开关。\n[0033] 在一个实施方式中，过压检测电路110包括采样电路103和比较电路104。采样电路103耦接至电感器L，采样电感器L的电参数，并产生代表该电参数的采样信号SENSE。\n电感器L的电参数包括电感器L两端的电压或流过电感器L的电流。比较电路104电耦接至采样电路103，将采样信号SENSE与一阈值进行比较，并产生过压信号OV。若采样信号SENSE大于该阈值，则过压信号OV有效(低电平“0”或高电平“1”)。控制电路102接收过压信号OV，若过压信号OV有效，则控制电路102将逆变电路101关闭，实现过压保护。\n[0034] 在放电灯未点亮或未接入时，灯呈现开路状态。由于串联电容器Cs、并联电容器Cp与电感器L处于谐振状态，当灯两端电压的幅值增大，流过电感器L的电参数的幅值也增大，反之亦然。因而通过监测电感器L的电参数即能得知灯两端的电压是否存在过压。通过本发明的采样电路监测电感器L的电参数无需高压电容器或电阻器，因而电子镇流器的印刷电路板高压部分的面积小，安全系数高，且布线容易，抗干扰能力强。\n[0035] 为了简化起见，以下各实施方式的电路图中均不再示出电压变换电路100。图2为本发明电子镇流器的第一实施方式的电路图，其中逆变电路201采用半桥拓扑结构，包括串联连接的电子电子开关S1和S2。采样电路203采样电感器L两端的电压，包括耦合电感器Lcouple和二极管D1～D4组成的全桥整流电路。耦合电感器Lcouple磁耦合至电感器L。全桥整流电路电耦接至耦合电感器Lcouple，对耦合电感器Lcouple两端的电压进行整流，并产生采样信号SENSE。比较电路204包括比较器COM1。比较器COM1的同相输入端接收一阈值Vth1，反相输入端电连接至全桥整流电路以接收采样信号SENSE，输出端输出过压信号OV，其中该过压信号OV为低电平有效。图2所示的电子镇流器还包括电流采样电路205。该电流采样电路205包括电连接在电子开关S2与地之间的采样电阻器Rsense以及由电阻器和电容器组成的滤波电路。电流采样电路205输出的电流采样信号Isense代表流过电感器L电流的平均值。\n[0036] 控制电路202包括误差放大器ERR_AMP、压控振荡器、非门NOT1、与门AND1和AND2。误差放大器ERR_AMP的同相输入端接收参考电压Ref，反相输入端电连接至电流采样电路205以接收电流采样信号Isense，输出端提供补偿信号COMP。压控振荡器电耦接至误差放大器ERR_AMP的输出端，根据补偿信号COMP调节其输出的控制信号的频率，该控制信号的占空比通常为50％。与门AND1和AND2的一个输入端电连接至比较器COM1的输出端以接收过压信号OV。与门AND1的另一个输入端电连接至压控振荡器以接收控制信号，输出端电耦接至电子开关S1的门极以控制电子开关S1的导通与关断。与门AND2的另一个输入端通过非门NOT1电耦接至压控振荡器，输出端电耦接至电子开关S2的门极以控制电子开关S2的导通与关断。\n[0037] 若气体放电灯两端的电压存在过压，电感器L两端的电压会相应增大，使采样信号SENSE大于阈值Vth1，则过压信号OV有效，为低电平。与门AND1和AND2均输出低电平，将电子开关S1和S2关断，实现过压保护。\n[0038] 图3为本发明电子镇流器的第二实施方式的电路图，其中逆变电路301、比较电路\n304和电流采样电路305均与图2所示电路中相应部分相同。采样电路303采样电感器L两端的电压，包括耦合电感器Lcouple和二极管D5构成的半波整流电路。耦合电感器Lcouple磁耦合至电感器L。半波整流电路电耦接至耦合电感器Lcouple，对耦合电感器Lcouple两端的电压进行半波整流，并产生采样信号SENSE。\n[0039] 控制电路302包括误差放大器ERR_AMP、压控振荡器、非门NOT1和NOT2、与门AND1以及或门OR1。误差放大器ERR_AMP的同相输入端接收参考电压Ref，反相输入端电连接至电流采样电路305以接收电流采样信号Isense，输出端提供补偿信号COMP。压控振荡器电耦接至误差放大器ERR_AMP的输出端，根据补偿信号COMP调节其输出的控制信号的频率，该控制信号的占空比通常为50％。与门AND1的一个输入端电连接至比较器COM1的输出端以接收过压信号OV，另一个输入端电连接至压控振荡器以接收控制信号，输出端电耦接至电子开关S1的门极以控制电子开关S1的导通与关断。或门OR1的一个输入端通过非门NOT1电耦接至压控振荡器，另一个输入端通过非门NOT2电耦接至比较器COM1的输出端，输出端电耦接至电子开关S2的门极以控制电子开关S2的导通与关断。\n[0040] 若气体放电灯两端的电压存在过压，电感器L两端的电压会相应增大，使采样信号SENSE大于阈值Vth1，则过压信号OV有效，为低电平。与门AND1输出低电平，将电子开关S1关断，实现过压保护，而此时或门OR1输出高电平，将电子开关S2导通。在一个实施方式中，电子开关S1与S2均为NMOS(n沟道金属场氧化物半导体场效应晶体管)。为了保证电子开关S1的正常导通与关闭，通常在其驱动电路和源极之间设置一自启电容器。该自启电容器在电子开关S2导通时被充电，而在电子开关S1导通时放电。在检测到过压情况后关断电子开关S1而导通电子开关S2，既能达到过压保护的目的，又能使维持自启电容器两端的电压，使电子开关S1在电子镇流器重启时能正常工作，确保电子镇流器的可靠重启。\n[0041] 图4为本发明电子镇流器的第三实施方式的电路图，其中逆变电路401、控制电路\n402和电流采样电路405均与图2所示电路中相应部分相同。采样电路403采样流过电感器L的电流，与电流采样电路405复用电连接在电子开关S2和地之间的采样电阻器Rsense。\n比较电路404包括比较器COM2。比较器COM2的同相输入端接收一阈值Vth2，反相输入端电连接至采样电阻器Rsense以接收采样信号SENSE，输出端输出过压信号OV，其中该过压信号OV为低电平有效。\n[0042] 若气体放电灯两端的电压存在过压，流过电感器L两端的电流会相应增大，使采样信号SENSE大于阈值Vth2，则过压信号OV有效，为低电平。与门AND1和AND2均输出低电平，将电子开关S1和S2关断，实现过压保护。然而在大功率电子镇流器中，为了避免功耗过大，采样电阻器Rsense的阻值一般较小，从而采样信号SENSE的值也较小，易受干扰。\n[0043] 图5为本发明电子镇流器的第四实施方式的电路图，其中逆变电路501、控制电路\n502和电流采样电路505均与图3所示电路中相应部分相同。采样电路503采样流过电感器L的电流，包括电流互感器T1、二极管D6以及电阻器R1。电流互感器T1的原边串联耦接至电感器L所在的回路。二极管D6构成的半波整流电路串联连接至电流互感器T1的副边，对流过电流互感器T1副边的电流进行半波整流。电阻器R1与二极管D6串联连接，将半波整流后的电流信号转换为采样信号SENSE，送入比较电路504。电阻器R1也可直接并联至电流互感器T1的副边，半波整流电路将电阻器R1两端的电压进行半波整流后产生采样信号SENSE。比较电路504包括比较器COM2。比较器COM2的同相输入端接收一阈值Vth3，反相输入端电连接至半波整流电路以接收采样信号SENSE，输出端输出过压信号OV，其中该过压信号OV为低电平有效。\n[0044] 若气体放电灯两端的电压存在过压，流过电感器L两端的电流会相应增大，使采样信号SENSE大于阈值Vth3，则过压信号OV有效，为低电平。与门AND1输出低电平，将电子开关S1关断，实现过压保护。此时，或门OR1输出高电平，将电子开关S2导通。\n[0045] 图6为本发明电子镇流器的点火方法的流程图，包括步骤601～603。其中该电子镇流器包括产生交流电压以驱动气体放电灯的逆变电路以及电耦接在逆变电路和气体放电灯之间的电感器。\n[0046] 步骤601，监测电感器的电参数，其中该电参数可为电感器两端的电压或流过电感器的电流。\n[0047] 步骤602，基于监测结果判断气体放电灯两端的电压是否存在过压，若存在过压，则至步骤603。若不存在过压，则至步骤601。\n[0048] 步骤603，关闭逆变电路。在一个实施方式中，该逆变电路采用半桥拓扑结构，包括串联连接的第一电子开关和第二电子开关。关闭逆变电路可为将第一和第二电子开关均关断，也可为关断第一电子开关而导通第二电子开关。\n[0049] 在一个实施方式中，通过监测电感器的电参数来判断气体放电灯两端的电压是否存在过压包括：采样电感器的电参数并产生代表该电参数的采样信号；将采样信号与一阈值进行比较，其中若采样信号大于所述阈值，则判断为存在过压。\n[0050] 虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。