專(zhuān)利名稱(chēng)：用于感應(yīng)耦合的無(wú)電極燈的對(duì)稱(chēng)rf電源的制作方法
用于感應(yīng)耦合的無(wú)電極燈的對(duì)稱(chēng)RF電源本申請(qǐng)請(qǐng)求2007年5月10日申請(qǐng)的U.S.臨時(shí)申請(qǐng)60/928， 063的優(yōu)先權(quán)，
其全部?jī)?nèi)容m引用被結(jié)合。
背景技術(shù)：
本發(fā)明關(guān)注的是用于運(yùn)行無(wú)電極燈的射頻(RF)電源，例如熒光的，好的，或高亮度的放電無(wú)電極燈。RF電源為該燈將一DC電壓轉(zhuǎn)換為一合適的射頻，并且典型地作為該燈電TM流器的一部分。該RF電源包括一鎮(zhèn)流電感，其耦合至該無(wú)電極燈以使在該燈的放電氣體中的等離子體發(fā)光并保持，而不用在該燈泡中提供電極。
由于完整的電子鎮(zhèn)流器除了該RF電源之外包括很多組成(例如，EMT濾波器，整流器，PFC助推器級(jí)，DC總線電解電容)，因此該RF電源的效率期望為95%或更多，這在商用的可得電源中并不能達(dá)到。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)提高效率的一個(gè)重要因素是在耦合到該燈的該鎮(zhèn)流電感中減小功率損失。


圖1示出了一已知的RF電源電路，其效率大約為91.7%。 DC電源E利用一電解電執(zhí)寄生電S)C()傳送一DC電壓至一對(duì)DC導(dǎo)軌。在運(yùn)行期間，第--電感L,被感應(yīng)地耦合至燈D。晶體管S,和S2被由驅(qū)動(dòng)^ffi器Dt傳送的正弦電壓(8-9Vp)驅(qū)動(dòng)，該驅(qū)動(dòng)變壓器fflil電容Cp， Cg，以及C股被調(diào)諧至一個(gè)特定的頻率(2.6MHz)。反饋電容d以輸出電壓V!與驅(qū)動(dòng)變壓器Dt相耦合。諧振電容CR并聯(lián)至該第一電感b ，耦合電容Cc iM鎮(zhèn)流電感LjJ每該驅(qū)動(dòng)變壓器Dt的輸出連接至第一電感U的輸入端子之一。該諧振電路被調(diào)諧至一頻率fes(約2.45MHz)，其稍低于最后的運(yùn)，，員與^2.5MHz)。該RF電源具有一 13.5W的損失，其中的7.8W歸因于該鎮(zhèn)流電感k。該電路進(jìn)一步在US.專(zhuān)利5， 962，987中被解釋。該電路的詳細(xì)參數(shù)在表1(圖5中)中示出，其包括該現(xiàn)有技^圖l-2)以及本發(fā)明(圖34)的RF電源的相同輸入?yún)?shù)集的運(yùn)行特性，從而可以很容易地比較結(jié)果。
圖2示出了圖1中電路的一種變化，其中從半樹(shù)CR上的電壓VcO觀測(cè)的電壓iM插入一額外的與該第一電感b串聯(lián)的電容Cs而被減小，從而避免大的耦
3合電容Cc。這減小了鎮(zhèn)流電感LL的感應(yīng)系數(shù)，并從而減小了在該鎮(zhèn)流電感Ll上的損失。Cs上的電壓下降為Vcs,Xcs，在這個(gè)例子中其約為190V。這將CR上的觀測(cè)電壓Vo從550V減小至360V,減小了 35%。依次地，這將鎮(zhèn)流電感LL的感應(yīng)系數(shù)從37mH減小為24mH，減小了 35%。也可通過(guò)減小IL與包含在半橋中點(diǎn)電壓中的基正弦波Vof之間的相位角將鎮(zhèn)流電感LL上的電流從3.8App減小為3.4App，由于ZVS的緣故該半橋中點(diǎn)電壓為梯形。結(jié)果該鎮(zhèn)流電感的損失被減小到約4.4W(晶體管S,和S2中進(jìn)一步具有3.6W的損失)，因此總共損失為9.4W，從而將效率從91.7%提高至94.1%。該電路進(jìn)一步在U.S.專(zhuān)利5， 446，350中被解釋。圖2的電路的詳細(xì)參數(shù)也在表1中示出。發(fā)明相，
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一新穎的用于無(wú)電極燈的RF電源，其具有至少95%的效率。
本發(fā)明的進(jìn)一歩目的是提供一新穎的用于無(wú)電極燈的RF電源，其中該燈的電感線斷該第一電感LO被連接在一對(duì)稱(chēng)兀濾波器中以進(jìn)一步減小該鎮(zhèn)流電感Lh的損失。
本發(fā)明的更進(jìn)一步目的是提供一新穎的用于無(wú)電極燈的RF電源，其包括一對(duì)DC導(dǎo)軌， 一具有連接在該導(dǎo)軌之間的電源輸入端子的RF變換器， 一布置為感應(yīng)地與一無(wú)電極燈耦合的第一電感，其中該對(duì)稱(chēng)71濾波器包括第一和第二諧振電容，^電容將該第一電感的兩個(gè)輸入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及將該RF變換器的一輸出連接至該第一電感的兩4it入端子之一的第二(鎮(zhèn)流)電感。
在考慮下列附圖和對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的說(shuō)明之后，本發(fā)明的這些以及其它目的和優(yōu)點(diǎn)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。附圖簡(jiǎn)述
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的RF電源的電路圖。圖2是現(xiàn)有技術(shù)的另一RF電源的電路圖。圖3是本發(fā)明RF電源的一實(shí)施方式的電路圖。圖4是本發(fā)明RF電源的第二實(shí)施方式的電路圖。圖5示出了表1。
圖6示出了本發(fā)明RF電源的第二實(shí)施方式的一種變化。tt^實(shí)施方式描述
參考圖3 ，在本發(fā)明中用于無(wú)電極燈D的RF電源包括一對(duì)DC導(dǎo)軌從DC電源E接收DC能量，一 RF變換器，具有連接在該對(duì)DC導(dǎo)軌之間的功率輸入端子(該變換器包括驅(qū)動(dòng)變壓器Dt以及晶體管開(kāi)關(guān)S,和S2 )， 一感應(yīng)耦合至燈D的第一電感U，第一和第二諧振電容d和C2，其每一個(gè)將第一電感的兩個(gè)輸入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及一第二(鎮(zhèn)流)電感Ll，期每該RF變換器的一輸出連接至第一電感L的兩，入端子之一。該RF變換器可以是一個(gè)全橋或半橋變換器。
圖3實(shí)施例的運(yùn)行特性針對(duì)圖1和2中的相同輸入?yún)?shù)而在表1中示出(圖5中)，以進(jìn)行一個(gè)直觀的比較。表1中列出的運(yùn)行特性是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，不需要詳細(xì)解釋。然而，需要指出的是該鎮(zhèn)流電感的損失被減小至2.7W(開(kāi)關(guān)S]和S2的損失被減小至2.4W)，從而效率增加至96.0%。
顯然地，該燈電感，第一電感L,，被連接在一對(duì)稱(chēng)兀濾波器中，并由兩個(gè)相同但是相位相反的電壓Vd和Vc2供電，其和是燈的電壓^。燈的電流是在第二諧振電容C沖的電流；也就是，I產(chǎn)k。在具有表l中輸入?yún)?shù)的實(shí)施例中，該半橋僅分擔(dān)V,的一判277V)，該第二(鎮(zhèn)流)電感LL僅為18.4^H。繼續(xù)這個(gè)實(shí)施例，并進(jìn)一步參考表L電流It尸1.13A，其是Ic尸3.1A和I尸2.25A的矢量和，但其是最小的一個(gè)，為3.2App。在第二電感k有2.7W損失，開(kāi)關(guān)S!和S2中有2.4W損失，Dt中有0.4W損失，以及在諧振電容d和C2中有0.3W損失的這樣的結(jié)構(gòu)中，總^^員失為6.3W，從而效率達(dá)到96%。
由于電感線圈和等離子體之間低的磁耦合，這種布置尤其適于具有低功率因子(PF二cos^ <0.2)的無(wú)電極燈。適合度可以通過(guò)低的線圈電感和低的運(yùn)行頻率得到提高。
本發(fā)明在施加到第一電感L，的HF電勢(shì)被減半，以使燈中熒光體的離子轟擊減少4倍時(shí)提供進(jìn)一步的優(yōu)勢(shì)。這給燈提供了更長(zhǎng)的壽命，并減少了維護(hù)費(fèi)用。涉及EMI抑制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是對(duì)地僅一半的RF電勢(shì)，這使得在燈鎮(zhèn)流器中的共模干擾抑制更容易。因此，在一些燈中能夠避免使用E場(chǎng)補(bǔ)償雙線電感線圈。
圖4示出了本發(fā)明RF電源的進(jìn)一步實(shí)施方式。在這個(gè)實(shí)施方式中，諧振電容C,和C2被分開(kāi)并連接到各自的DC導(dǎo)軌。即，該電源包括第三和第四諧振電容，其每一個(gè)將i織一電感U兩^tf入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的
同一第二導(dǎo)軌(不同于第一實(shí)施方式中C,和C2連接到的導(dǎo)軌)。類(lèi)似地，反饋電
容G可以被分開(kāi)并連接到相反的導(dǎo)軌。這種布置減小了電解電容Q中的高頻紋波電流，并再次使得EM抑制更容易。
進(jìn)一步，可增加一低通濾波器，包括電容Cf和電感Lf，用來(lái)對(duì)2.5MHz上由ESR弓胞的其余干^a行濾波，以對(duì)寄生電感Q進(jìn)療濾波從而使得iA^f傳導(dǎo)的EMI的角度來(lái)看，該RF電源是中性的。
更重要地，圖4的電路還在Cq中減小了很可觀的0.5W的損失從而效率更進(jìn)一步提高至96.3%。
圖6中示出了圖4電路的一種變化，另一電容C5被連接在一對(duì)反饋電容Q/2之間的一第一節(jié)點(diǎn)與諧振電容CV2之間的一第二節(jié)點(diǎn)之間。該另一電容Cs是可選的，可用于減小S,和S2的導(dǎo)通柵極控制之間的死時(shí)間(圖6中的Q！和Q2)。
本發(fā)明中的對(duì)稱(chēng)布局使得一些實(shí)現(xiàn)成為可能，這些實(shí)現(xiàn)是通過(guò)最小化存儲(chǔ)在鎮(zhèn)流電感中的能量達(dá)到低損失和長(zhǎng)壽命，通過(guò)燈的電感線圈減小離子轟擊，減小諧振電容中的應(yīng)力，并降低干擾電平以使EMI抑制更容易。
本發(fā)明的實(shí)施方式已在前述說(shuō)明書(shū)和附圖中描述，同時(shí)可以理解，本發(fā)明ffiil后續(xù)的權(quán)利要求結(jié)合閱讀說(shuō)明書(shū)和附圖來(lái)定義。
權(quán)利要求
1.一種用于無(wú)電極燈的射頻(RF)電源，包括一對(duì)DC導(dǎo)軌；一具有連接在該對(duì)DC導(dǎo)軌之間的功率輸入端子的RF變換器；一被布置為與一無(wú)電極燈感應(yīng)耦合的第一電感；第一和第二諧振電容，其每個(gè)將所述第一電感的兩個(gè)輸入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌；以及一將所述RF變換器的一輸出連接至所述第一電感的兩個(gè)輸入端子之一的第二電感。
2.如權(quán)利要求1所述的電源，進(jìn)一步包括第三和第四諧振電容，其每個(gè)將所述第一電感的兩^Ml入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的同一第二導(dǎo)軌。
3. 如權(quán)利要求2所述的電源，其中所述第一和第三諧振電容具有相同的電容值。
4. 如權(quán)禾腰求3所述的電源，其中所述第二和第四諧振電容具有相同的電容位。
5. 如權(quán)利要求2所述的電源，進(jìn)一步包括兩個(gè)反饋電容，其每一個(gè)將所述RF變換器的驅(qū)動(dòng)'變壓器分別連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌中的各一個(gè)。
6. 如權(quán)利要求5所述的電源，其中所述兩個(gè)反饋電容具有相同的電容值。
7. 如權(quán)利要求5所述的電源，進(jìn)一步包括另一電容，其被連接在所述第一和第二反饋電容之間的一第一節(jié)點(diǎn)與所述第一和第三諧振電容之間的一第二節(jié)點(diǎn)之問(wèn)。
8. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述RF變換器包括一驅(qū)動(dòng)^E器和兩個(gè)控制所述驅(qū)動(dòng)變壓器運(yùn)行的開(kāi)關(guān)，所述兩個(gè)開(kāi)關(guān)M5i反饋燈的輸入電壓的導(dǎo)數(shù)來(lái)控制，所述導(dǎo)數(shù)通過(guò)一高通電容來(lái)提供，其包括一連接在所述驅(qū)動(dòng)變壓器和該對(duì)DC導(dǎo)軌的第一導(dǎo)軌之間的第一反饋電容，以及連接在所述驅(qū)動(dòng)變壓器和該對(duì)DC導(dǎo)軌的第二導(dǎo)軌之間的第二反饋電容。
9. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中所述RF變換器是全橋和半 換器之一。
10. 如權(quán)利要求1所述的電源，其中電源效率至少為95%。
全文摘要
一種用于無(wú)電極燈的射頻(RF)電源，包括一對(duì)DC導(dǎo)軌，一具有連接在該導(dǎo)軌之間的功率輸入端子的RF變換器，一被布置為與一無(wú)電極燈感應(yīng)耦合的第一電感，第一和第二諧振電容，其每個(gè)將該第一電感的兩個(gè)輸入端子中的各一個(gè)連接至該對(duì)DC導(dǎo)軌的同一第一導(dǎo)軌，以及一將該RF變換器的一輸出連接至該第一電感的兩個(gè)輸入端子之一的第二(鎮(zhèn)流)電感。因此該第一電感被連接在一對(duì)稱(chēng)濾波器中，并由兩個(gè)相同但是相位相反的電壓供電，該電壓之和是燈的電壓。該鎮(zhèn)流電感的感應(yīng)系數(shù)被有效地減小，從而該RF電源的效率為96％。
文檔編號(hào)H05B41/28GK101682970SQ200880015443
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月10日
發(fā)明者E·斯塔特尼, F·弗蘭克, V·A·戈德亞克 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆施爾凡尼亞公司