电子镇流器保护电路和电子镇流器

技术领域

本申请涉及一种电子镇流器(ECG)保护电路，尤其涉及在对称功 率负载和非对称功率负载的情况下对电子镇流器进行保护的电子镇流器 保护电路。本申请还涉及具有该保护电路的电子镇流器。

背景技术

根据IEC(国际电工委员会)安全标准61347-2-3的要求，当荧光灯 (FL)使用寿命终止(EOLL)时，用于驱动荧光灯的电子镇流器必须能 够被保护。此外，为了避免热散失，电子镇流器最好当荧光灯严重过载时 被保护。

根据荧光灯的负载特性，通常两端的灯丝基本以对称负载形式工作， 但是在使用寿命终止时一端灯丝的电压出现异常，灯将以非对称负载形式 工作。在严重过载但未达到使用寿命的情况下，仍以对称负载形式工作， 但消耗更大的功率。此处，把使用寿命终止的荧光灯称为非对称功率负载， 非对称功率负载情况下对电子镇流器的保护称为非对称功率保护，相应地 把严重过载工作的荧光灯称为对称功率负载，对称功率负载情况下的保护 称为对称功率保护。

存在使用分立电路元件来实现非对称功率保护和对称功率保护的功 能的情况，但是所用的元件数量较多，也很复杂。目前，大多数ECG利 用集成了EOLL保护功能的集成电路(IC)来满足该要求。对于非对称 功率保护，根据灯的拓扑，如果是如图1中所示的“灯接地”(lamp to GND) 拓扑，其中灯Rlamp一端接谐振电感L，另一端接地，则通常集成电路 (IC)具有一个专用保护引脚就足够了；如果是图2中所示的“电容器接 地”(Cap to GND)拓扑，其中灯Rlamp通过隔直电容器C_HB接地，则 通常集成电路需要两个专用保护引脚。此外，对于对称功率保护，通常所 有方案都需要使用附加的引脚来实现。

但公开市场上的大多数专用集成电路(ASIC)以及尤其是低成本IC 仅适于Lamp to GND拓扑，这是因为这些IC集成了电压窗口比较器并 使用一个用于特定保护的引脚作为输入。这种设计限制了应用，例如，对 于电荷泵功率因子校正拓扑，大多数时间灯都不直接连接到地。此外，这 些IC也不能直接用于流行的Cap to GND拓扑。

此外，在荧光灯严重过载期间，对称功率保护对ECG的热性能是有 益的，但是大多数低成本ASIC由于成本压力不提供用于集成该功能的引 脚。一些ASIC具有对称功率保护功能但是还使用单独的保护引脚。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种改进的电子镇流器保护电路，其 使用具有一个保护功能引脚的IC就能实现非对称功率保护。

根据本发明的一个方面，提供一种电子镇流器保护电路，包括电压感 测电路和保护功能电路，其特征在于，电压感测电路包括：接地的第一分 压器级，其接收参考电压并输出第一分压信号；接地的第二分压器级，其 接收第一灯电压，输出第二分压信号和第三分压信号；耦接到所述保护功 能电路的比较器级，对第一分压信号、第二分压信号和第三分压信号进行 比较，并生成使保护功能电路工作或不工作的控制信号。

根据本发明的另一方面，提供一种使用上述电子镇流器保护电路的电 子镇流器。

在上述电子镇流器保护电路中，用两个分压器级可以同时感测荧光灯 两侧的电压，并输出控制信号到具有一个保护功能引脚的IC，可使具有 一个保护引脚的IC适用于多种灯拓扑，尤其是普遍的Cap to GND拓扑。 此外，上述电子镇流器保护电路还能够实现对称功率保护。

附图说明

为了进一步阐明本发明的以上和其它优点和特征，下面结合附图对本 发明的具体实施方式作进一步详细的说明。应当理解，这些附图仅描述本 发明的典型示例，而不应看作是对本发明的范围的限定。在附图中：

图1和图2示出荧光灯的lamp to GND和Cap to GND拓扑的示意图；

图3示出本发明应用环境的示例的示意图；

图4示出电子镇流器的典型电路的示意图；

图5a-5b示出电压感测电路的框图；

图6示出电压感测电路的一个实施例；

图7示出电压感测电路的修改例；

图8示出电压感测电路的又一实施例。

具体实施方式

一般而言，本发明的实施例涉及电子镇流器。更具体地，本发明的实 施例允许电子镇流器中的IC使用一个保护引脚实现非对称功率保护和对 称功率保护。应注意，下面的描述只作为说明而不应用于限制所附权利要 求或在此公开的实施例的范围。

首先参照图3，描述本发明应用环境的示例。如图3所示，电子镇流 器300控制荧光灯301的工作，并包括在荧光灯故障情况下保护电子镇流 器300的集成电路302(保护功能电路)。电压感测电路303感测耦接到 荧光灯两侧的节点的电压并对其进行处理，以将控制信号输出给电路 302。

应注意，此处所使用的“耦接”被限定为表示在两个或更多电路对象 之间没有任何插入电路对象的直接连接，以及在两个或更多电路对象之间 通过一个或更多插入电路对象实现的间接连接。例如，两个彼此直接连接 的电路对象被称为彼此“耦接”。同样的两个电路对象若其间连接有一个 或更多插入电路对象则也被称为彼此“耦接”。

当运行时，电压感测电路感测耦接到灯两侧的节点的电压，经过内部 处理后把控制信号输出给集成电路302的专用保护引脚，集成电路302 使用内部的窗口比较器来判断灯是否正常工作，如果正常则集成电路不对 电子镇流器进行保护，反之触发集成电路的保护功能对电子镇流器进行保 护。集成电路302例如是ST(意法半导体)公司的L6520，也可以应用其 他类似集成电路。这些集成电路对电子镇流器的保护功能可参见普遍应用 的集成电路芯片的介绍，此处为了简明而省略其详细描述。

尽管在图3中电路302被图示为被包括在电子镇流器内部的集成电 路，但电路302也可以是由分立元件构成的电路，并且还可以位于电子镇 流器外部。

图3中的电压感测电路303可以通过调整其内部参数来适应各种类型 的荧光灯，更广泛地说，可以适应具有与本发明相似拓扑的各种灯。电压 感测电路303的调整和处理将在后面详细描述。

为了更好地理解本发明，可参照图4示出的电子镇流器的典型电路的 示意图。如图所示，电子镇流器电路将市电整流滤波后，再经直流-交流 变换器(也称为半桥式逆变电路)产生高频电压点亮荧光灯。如图4所示， 其由整流滤波电路、启动电路、高频变换电路、谐振电路和荧光灯组成。

整流滤波电路将220V的工频(50Hz或60Hz)交流电AC变换成约 300V的直流电DC，为电子镇流器提供电源Vdc；启动电路包括电阻器 R1、电容器C2和双向触发二极管D2，通过对电容器C2充电使晶体管 VT2导通；高频变换电路通常采用由一对三极管VT1、VT2或场效应管 组成的自激振荡器来实现，将直流电源变换为20K～50KHz左右的高频 电源，去驱动荧光灯；谐振电路包括电感器L2(谐振电感)和电容器C3， 在电容器C3上产生一个很高的电压，确保点亮荧光灯；荧光灯Flamp将 20K～50KHz左右的高频电能变换成光能。

电子镇流器的典型工作过程对本领域技术人员而言是已知的，此处为 了简明而省略其详细描述。此处，称经整流滤波后输出给半桥式逆变电路 的电源Vdc为半桥电路直流电压，称半桥式逆变电路的晶体管VT1和VT2 之间的节点电压Vm为半桥电路中点电压。

下面参照图5a描述本发明的电压感测电路500。电压感测电路500 可安装在电子镇流器上，也可以独立于电子镇流器。电压感测电路500 包括：第一分压器级501，其一个输入端接地，另一个输入端接收参考电 压Vref，输出端输出第一分压信号；第二分压器级502，其一个输入端接 地，另一个输入端接收第一灯电压Veolsense，第一输出端输出第二分压 信号，第二输出端输出第三分压信号；比较器级503，通过对从第一分压 器级输出的第一分压信号、从第二分压器级输出的第二分压信号和第三分 压信号的比较得到第一灯电压上升或下降的程度，并据此生成控制信号， 并将该控制信号输出给保护功能电路的专用输入引脚以控制保护功能电 路对电子镇流器进行保护或不进行保护。

在一个实施例中，参考电压Vref是上述半桥电路直流电压Vdc或半 桥电路中点电压Vm，第一灯电压是谐振电路中灯在与谐振电感L2相对 一侧的电压Veolsense。

图5b示出图5a的电路500的一种配置示例。在图5b中，比较器级 503包括第一子比较器504、第二子比较器505和第三子比较器506，第 一子比较器对第一分压信号与第二分压信号进行比较并向第三比较器输 出第一比较结果，第二子比较器对第一分压信号与第三分压信号进行比较 并向第三比较器输出第二比较结果，第三子比较器将第一比较结果和第二 比较结果与另一参考电压Vref1进行比较并输出控制信号Pro。然后控制 信号Pro被输出给保护功能电路，以根据控制信号的值来判断是否对电子 镇流器进行保护。

在电子镇流器电路中，如前所述，在不同的工作条件下灯电压 Veolsense可能上升或者下降。上述第一子比较器和第二子比较器就分别 用于检测灯电压Veolsense的上升和下降的程度(第一比较结果和第二比 较结果)，其中任何一个超过一定程度(与所述参考电压Vref1比较)，则 输出控制信号Pro，激活保护功能电路。

图6示意性地示出了图5b的电路的一种具体实施例600。电路600 包括第一分压器级501、第二分压器级502以及比较器级503，各自根据 上文结合图5进行的相应描述被配置。第一分压器级501可以包括从Vref 到地串联连接的电阻器R601和R602，第一分压信号从电阻器R601和 R602之间输出。类似地，第二分压器级502可以包括从Veolsense到地串 联连接的电阻器R606、R607和R608，第二分压信号从电阻器R606和 R607之间输出，第三分压信号从电阻器R607和R608之间输出。此外， 优选地，第一分压器级501还可以包括与电阻器R602并联连接的电容器 C601，用于滤除高频干扰。类似地，第二分压器级502还可以优选地包 括与电阻器R607和R608并联连接地电容器C602。

第一子比较器504、第二子比较器505和第三子比较器506可以分别 由晶体管构成(但不限于此)，例如第一晶体管Q601、第二晶体管Q602 和第三晶体管Q603。第一晶体管Q601的基极端耦接到第一分压信号， 射极端耦接到第二分压信号，集电极端耦接到第三晶体管Q603的基极端； 第二晶体管Q602的基极端耦接到第三分压信号，射极端耦接到第一分压 信号，集电极端耦接到第三晶体管Q603的基极端；第三晶体管Q603的 射极端耦接到电源Vcc，集电极端输出控制信号Pro。

在一个变型实施例中，第三子比较器506还可以包括：耦接在电源 Vcc和控制信号输出端之间的电阻器R605；耦接在控制信号输出端和地 之间的电阻器R604以及耦接在第三晶体管Q603的集电极端和控制信号 输出端之间的电阻器R603，尽管不是在所有的实施例中都要求如此。电 阻器R603、R604和R605通过对Vcc分压来为控制信号Pro提供适当的 工作基准点。

在运行时，第一分压器级501的电阻器R601、R602和第二分压器级 502的电阻器R606、R607、R608以及比较器级503中可能有的电阻器的 值被选择为使得：在所使用类型的荧光灯正常工作时晶体管Q601、Q602 和Q603均不导通，此时控制信号Pro的值也相应地使得保护功能电路302 不对电子镇流器进行保护；而在该荧光灯使用寿命终止的情况下晶体管有 选择地导通，导致控制信号Pro的电压升高触发保护功能电路对电子镇流 器进行保护，下面对此进行详细介绍。

在荧光灯使用寿命终止的情况下，灯电压Veolsense将会增大或减小， 如果该电压增大，则经过第二分压器级502输出的第二分压信号和第三分 压信号的电压也增大，这将导致晶体管Q602因基极端电压增大而导通以 及晶体管Q601因射极端电压增大而截止。晶体管Q602的导通使得晶体 管Q603的基极端的电压减小，导致晶体管Q603导通，晶体管Q603的 导通进而导致从Vcc到控制信号Pro输出端之间的有效电阻减小，结果 控制信号Pro的值增大。类似地，如果灯电压Veolsense减小，则经过第 二分压器级502输出的第二分压信号和第三分压信号的电压也减小，这将 导致晶体管Q602因基极端电压减小而截止以及晶体管Q601因射极端电 压减小而导通。晶体管Q601的导通使得晶体管Q603的基极端的电压减 小，导致晶体管Q603导通，晶体管Q603的导通进而导致从Vcc到控制 信号Pro输出端之间的有效电阻减小，结果控制信号Pro的值增大。

本领域技术人员可以根据保护功能电路的工作原理进行设置使得：荧 光灯正常工作时，控制信号Pro的值不触发保护功能电路工作；而在荧光 灯使用寿命终止时，增大后的控制信号Pro的值触发保护功能电路工作以 对电子镇流器进行保护。例如，如果保护功能电路基于电压窗口比较器工 作，则相应地根据Vcc调整电阻器比率来把控制信号Pro的电压设置到 电压窗口比较器的上限电压和下限电压之间的适当值，使得当荧光灯使用 寿命终止时增大的控制信号Pro将超过该上限电压从而触发保护功能电 路对电子镇流器进行保护。

前述段落解释了作为优选实施例的电路600对内部参数进行调整和 执行处理的方式。该实施例并非限制调整和处理的方式。例如，参考电压 Vref可以耦接到第二分压器级以及灯电压Veolsense可以耦接到第一分压 器级。显然，各个子比较器也可以不限于上面描述中的晶体管，而是可以 由任何能够实现上述处理的器件实现。此外，在上述实施例中描述了当控 制信号Pro的值增大时能够触发保护功能电路，但比较器级还可以被配置 为使得当控制信号Pro的值减小时能够触发保护功能电路。

以这种方式，可以使仅具有一个专用保护引脚的ASIC适用于Cap to  GND拓扑。通过调整分压器级可以容易地调整电压，从而适用于不同类 型灯的电压需求，并改进了该电路对电源变化的容差，因为当Vdc变化 时，所选择的两个电压Vdc和Veolsense总是随着该变化而保持同向的变 化比例，从而不受电源波动影响。此外，本发明同样适用于由分立元件构 成的保护功能电路，此时仅需附加地设计可由电压感测电路触发的保护部 分。

参照图7，示出了图6的电路600的一个修改电路700，其尤其可用 于具有较小额定电流的灯，因为对于额定功率一定的灯而言，额定电流较 小意味着额定电压较大。在电路700中，第一子比较器504和第二子比较 器505还可以分别包括稳压管D701和D702，可简单地针对这些稳压管 的击穿电压来调整分压器级的电阻，使得当在荧光灯使用寿命终止期间灯 电压Veolsense超过某个阈值时稳压管被击穿，并进而导致控制信号Pro 的值增大以保护电子镇流器。由此可以更容易地在EOLL期间及时感测 灯的异常，从而保护电子镇流器。

在电压感测电路600的又一实施例中，还包括第三分压器级和第二比 较器级，第三分压器级对第二灯电压Vlampsense进行分压并输出第四分 压信号，第二比较器级对第四分压信号和控制信号Pro进行比较并输出最 终的控制信号Pro。下面参照图8描述该实施例的具体示例。其中，与图 6中的电路的相似结构和原理将不再重复描述。如图8所示，第三分压器 级507还接受第二灯电压Vlampsense输入并包括从第二灯电压 Vlampsense到地依次连接的电容器C803、电阻器R809和电阻器R810， 第二比较器级508包括正极连接到电阻器R809和R810之间并且负极连 接到控制信号Pro输出端的二极管D801。

这样，当电子镇流器正常工作时，控制信号Pro与第二灯电压 Vlampsense相关联，在对称功率负载的情况下，第二灯电压Vlampsense 的值随着荧光灯严重超载而升高，导致二极管D801因正极电压升高而导 通，二极管D801导通进而导致控制信号Pro的值也随之增大，从而触发 保护功能电路对电子镇流器进行保护。通过使用灯电压感测来设计对称功 率感测器，设计者可以根据由ASIC指定的电压窗口比较器来调整Pro电 压，使得一旦灯电压超过预定的限制，就触发ASIC的保护功能电路。该 实施例的优点是可以很好地限制电路对电源变化的容差。

在前面的描述中参照特定实施例描述了本发明。应当理解所描述的 实施例仅是说明性的而不是限定性的。因此，本发明的范围由所附的权利 要求、而不是前面的描述来限定。在不偏离如权利要求书限定的本发明的 范围的情况下可以进行各种修改和改变。