用于从直流电压中产生交流电压的电路装置

技术领域

本发明涉及一种用于从直流电压中产生交流电压的电路装置。在 此，尤其涉及自振荡的逆变器。这种逆变器的优选应用领域是气体放 电灯的驱动设备。

所产生的交流电压在所连接的负载中产生交流电流。馈入的直流 电压也提供直流电流。因此，类似于上述说法，本发明还涉及用于从 直流电流中产生交流电流的电路装置。在不限制一般性的情况下，下 面只描述交流电压和直流电压。

背景技术

作为用于从直流电压中产生交流电压的电路装置、下面也称为逆 变器，已公开了半桥和全桥电路。尤其使用半桥电路来驱动气体放电 灯。

半桥包含两个串接的电子开关，其交替地接通和关断。由控制电 路或者由所连接的负载电路对开关进行控制。在最后提到的情况下， 半桥通过反馈装置自己产生对电子开关的控制，因此这种电路装置被 称为自振荡半桥。为了用低成本来实现逆变器，在现有技术中使用具 有双极晶体管的自振荡半桥。由此节省了控制电路并且可以使用低成 本的双极晶体管。

在文献US 5,563,777(Miki)中描述了自振荡半桥的不同实施方 式。变压器被用作为反馈装置，其初级侧被布置在负载电路中并且其 次级侧提供对电子开关的控制。

电子开关一般具有两个工作触点和一个控制触点。在工作触点之 间可以定义工作电阻，而在工作触点和控制触点之间可以定义控制电 阻。在半桥中有一个双极晶体管的情况下，发射极和集电极构成工作 触点而基极构成控制触点。控制电阻位于基极和发射极之间。在半桥 中有一个MOSFET的情况下，源极和漏极构成工作触点而门极构成控制 触点。控制电阻位于门极和源极之间。

文献US 5,563,777(Miki)示出了变压器的多个实施例。首先， 可以将变压器设计为单独的变压器，其只用作为反馈装置。该变压器 可以设计成饱和的或不饱和的。其次，变压器可以由负载电路的电感 构成，次级线圈被应用于该电感。于是负载电路的电感构成变压器的 初级线圈。在驱动气体放电灯地应用中，电感可以被用作为所谓的灯 电感。在其他的应用中，例如可以使用电感来实现准谐振的工作。如 在上述单独的变压器中，包括电感的变压器也可以设计成饱和的或不 饱和的。

所有在现有技术中公开的实施方式具有与控制电阻并联的次级线 圈。

现有技术的实施方式具有下列缺点：具有不饱和的变压器的实施 方式有时具有很高的开关损耗，因为总是不保证无电压时电子开关接 通。此外，有时出现很高的控制损耗，因为电子开关的基极电流可能 取高值。

具有饱和的变压器的实施方式由于其强大的控制而具有较高的变 压器损耗。此外，饱和特性受大的同型元件的参数差异的控制。这在 选择大量生产的变压器时决定了复杂的选择方法。

发明内容

本发明的任务是提供一种用于从直流电压中产生交流电压的电路 装置，其利用变压器以低成本和小损耗实现自振荡。当一种解决方法 不需要带有高容差的部件时，则认为该解决方法是低成本的。

该任务通过用于从直流电压中产生交流电压的电路装置来解决， 该电路装置具有一个作为反馈装置的、带有至少一个次级线圈的变压 器，该次级线圈与电子开关的工作电阻串联。

这样连接控制触点，使得电子开关的控制电阻和次级线圈位于一 个环路(mesh)中。

次级线圈不像在现有技术中一样与控制电阻并联。而是通过移动 工作触点的电压水平来控制电子开关。在接通电子开关的时间间隔 内，负载电流流过次级线圈。因此该负载电流也影响对电子开关的控 制。

在半桥的情况下，只有在关断了一个电子开关后经过了空载时间 时，才接通另一个电子开关。众所周知，由此实现电子开关的开关卸 载。不是总保证：在逆变器的所有工作状态、例如卸载、短路、过载、 过压、低压下，空载时间具有最佳的长度。由于空载时间不是最佳， 在电子开关中可能出现电流峰值并导致电子开关的损坏。按照本发明 的电子开关控制具有带电感效应的元件，其与工作电阻串联。如果在 电子开关中出现电流峰值，则通过按照本发明的控制来有利地降低其 高度。

本发明的电路装置构成自振荡的逆变器，其在没有饱和的变压器 的情况下可以实现较低的电子开关的控制和开关损耗。

附图说明

下面根据实施例并参考附图来详细讲述本发明。其中：

图1示出了按照本发明的电路装置的一个实施例，

图2示出了根据图1的具有改进的电子开关控制的一个实施例，

图3示出了根据图1的具有进一步改进的电子开关控制的一个实 施例。

在下文中电阻由字母R、电容器由字母C、晶体管由字母T、二极 管由字母D、连接点由字母J来表示，字母后分别跟一个数字。在下文 中不同实施例的相同的和起相同作用的元件一律使用相同的参考符 号。

具体实施方式

在图1中示出了按照本发明的逆变器的一个实施例。

在第一和第二直流电压输入端J1和J2上可以连接一个直流电压 源。在本实施例中，必须将直流电压源的正极连接到J1上并且将负极 连接到J2上。

由第一电子开关T1、电阻R1和第一次级线圈L12组成的串联电路 构成第一串联装置。

由第二电子开关T2、电阻R2和第一次级线圈L13组成的串联电路 构成第二串联装置。

这两个串联装置串联并且接在直流电压输入端J1和J2之间。因 此这两个串联装置构成一个半桥。交流电压输出端K1位于这两个串联 装置的连接点上。通过交替地接通电子开关，交流电压输出端K1的电 势交替地位于J1和J2的电势上。

由于成本的原因，优选地将电子开关实现为NPN双极晶体管。然 而，也可以实现例如PNP双极晶体管、MOSFET或IGBT的其他电子开 关。

电阻R1和R2分别用于具有众所周知的作用的T1和T2的负反馈。 也可以取消这两个电阻并且由短路来代替。

对于按照本发明的次级线圈L12和L13的作用来说，重要的是次 级线圈在连接电子开关方面的布置。在按照图1的实施例中，次级线 圈L12通过电阻R1与T1的发射极相连接。因此，次级线圈L12与T1 的工作电阻串联。由T1的工作电阻和次级线圈L12构成的串联电路接 在直流电压输入端J1和交流电压输出端K1之间。此外在按照图1的 实施例中，次级线圈L13通过电阻R2与T2的发射极相连接。因此， 次级线圈L13与T2的工作电阻串联。由T2的工作电阻和次级线圈L13 构成的串联电路接在直流电压输入端J2和交流电压输出端K1之间。

众所周知的空转二极管D1和D2分别与T1和T2的工作电阻并联。 该二极管也可以集成在电子开关中或者可以完全取消。

在交流电压输出端K1和直流电压输入端J1之间连接一个所谓的 缓冲电容器C5。该缓冲电容器降低交流电压输出端K1上的电压的边缘 陡度。C5也可以与J2连接。

因此，对电子开关的控制通过次级线圈L12和L13起作用，这样 接通各个控制触点，使得各个控制电阻和各个次级线圈位于一个环路 内。为此，T1的基极通过电阻R11与交流电压输出端K1相连接，并且 T2的基极通过电阻R12与直流电压输入端J2相连接。

二极管D5、D6和电容器C3、C4分别与T1和T2的控制电阻并联。 为了实现本发明，二极管D5、D6和电容器C3、C4不是绝对必要的。 其用于优化对电子开关T1、T2的控制。

电路装置具有两个负载输出端J3和J4，在这两个负载输出端上可 以连接一个负载。J4上的电势可以理解为参考电势。J4与直流电压输 入端J2相连接。也可以将J4与J1相连接或者借助于分压器获得所期 望的参考电势，J4与该参考电势相连接。

在交流电压输出端K1和负载输出端J3、J4之间连接一个电抗网 络，该电抗网络将交流电压输出端K1上的阻抗转换到负载输出端。该 电抗网络由初级线圈L11和电容器C1和C2组成。初级线圈L11和电 容器C1串联并且接在交流电压输出端K1和负载输出端J3之间。电容 器C2接在负载输出端J3和J4之间。

初级线圈L11和次级线圈L12和L13耦合。因此，初级线圈L11 和次级线圈L12和L13构成一个变压器。变压器线圈各自的绕线方向 用已公开的方式由点来表示。初级线圈L11用第一端子与交流电压输 出端K1耦合，用第二端子与负载输出端J3耦合。因此，负载电流流 经初级线圈L11。

在负载输出端J3和J4上连接一个代表任意负载的负载电阻R3。 电抗网络可以用任意的方式进行修改。只是负载电流必须如上所述流 经初级线圈。在图1中所示的电抗网络优选地用于以下情况，即代替 R3连接一个或多个气体放电灯。在这种情况下，C1构成旁路电容器， 其阻止负载输出端J3和J4之间的电压具有直流电压分量。在这种情 况下，初级线圈L11承担灯电感的任务，并且与C2一起构成一个串联 谐振电路。

负载也可以通过另一个线圈连接到变压器上。在此，也可能涉及 卤素白炽灯。

半桥也可以扩展成全桥。于是初级线圈接在电桥支路中。于是变 压器此外还具有两个其他的次级线圈，以便用相同的方式控制两个其 他的电子开关。

在图2中示出了按照本发明的逆变器的另一个实施例。与图1相 比，在图2中由电阻R21或R22和二极管D21或D22组成的串联电路 分别与电阻R11和R12并联。因此改善了电子开关T1以及T2的关断。

在图3中示出了按照本发明的逆变器的另一个实施例。与图2相 比，电阻R11和R12分别由电感L31或L32所代替。此外，电阻R31 和R32分别与二极管D5和D6串联。在图3中相对于图2所进行的电 路改动表示对T1和T2的接通和关断的进一步改进。主要是由此降低 开关损耗并且优化就由电抗网络和负载组成的负载电路的谐振特性而 言的开关时刻。在逆变器的振荡频率较低、例如为30kHz时，已证明： 使用肖特基二极管来代替D5和D6并且短接电阻R31和R32将有利地 影响逆变器的损耗功率。

相对于图2，图3具有下列进一步的变动：电容器C3和二极管D1 不像在图2中一样直接连接在T1的发射极上，而是连接在R1和次级 线圈L12的连接点上。用相应的方式改变了电容器C4和二极管D2的 连接。因此，所谓的空转电流不再流经电阻R1以及R2，由此提高了电 路装置的效率。此外通过该变动实现了电子开关T1、T2的开关性能的 改进。

下面给出的图3中重要元件的规格可以使两个36瓦荧光灯在直流 电压输入端J1、J2上的电压为230V时工作：

变压器磁心：EVD 25

L11：128匝

L12：4匝

L13：4匝

C2：12nF

R1、R2：1ohm

L31、L32：1mH

R21、R22：39ohm

R31、R32：4.7ohm

得出逆变器的振荡频率约为50kHz。在使用双极晶体管的情况下， 在20kHz和100kHz之间的频率范围内工作是有利的。

优选地在电子驱动设备中使用本发明的电路装置以驱动荧光灯。 除了本发明的电路装置之外，这种驱动设备还包含用于从网路交变电 压中提供直流电压的装置。该装置还可以包含用于降低网络电流谐波 的装置。此外，这种驱动设备还可以包含调节工作参数的装置。这种 驱动设备此外还可以包含在工作状态不正常时切断驱动设备的装置。 此外，这种驱动设备还可以包含适合于抑制无线电干扰的装置。