美国专利荧光灯镇流器及其保护电路（专利号：5387846 授权日：1995.2.7）李志刚译摘要：本专利公布了一种能够实现节能的电子镇流器电路(1A)，用以驱动荧光灯管。

该电路具有功率因素高，谐波失真低，射频干扰小的特性。

它包括一个独特的直流电源(4)，该电源是由接收交流输入信号的高通滤波器(8)、二极管整流桥(6)和快速恢复二极管(D2)组成。

整流桥作为第一级整流，快速恢复二极管作为第二级整流，第一级是低频整流，第二级是高频整流。

稳流电容(C4)接在直流电源的第一级整流和第二级整流连接点之间，用来驱动荧光灯管。

第二级整流后，接入触发器和高频振荡器，并提供镇流器电路工作所必需的直流。

该镇流器接有保护电路(30)，一旦灯管故障，或灯与镇流器断开，或发生异常工作状态，振荡器立即停振，防止镇流器损坏。

参考专利文献：本专利是对Ser.No.07/799,209专利(1991.11.27，现已失效)的部分延续。

发明背景1. 技术领域本专利发明了一种紧凑节能的电子镇流器电路，能有效驱动荧光灯及紧凑型荧光灯，具有功率因素高、总谐波失真低、射频干扰小的特性，适合各类厂家生产的灯管。

此外，它还接有保护电路，一旦灯管故障，或灯管与镇流器断开，或发生异常工作状态，能防止镇流器损坏。

2. 技术背景荧光灯及紧凑型荧光灯系统是人们熟悉的照明装置。

荧光灯系统包括灯管和驱动灯管的独立式电子镇流器或适配器。

紧凑型荧光灯系统，灯管与镇流器是一个整体。

传统的荧光灯镇流器较重，体积大，能耗高，功率因素低。

对于一般的紧凑型荧光灯镇流器，如果不牺牲尺寸，其功率因素也较低。

在大多数情况下，这些镇流器的总谐波失真不能完全符合政府的规定。

由于紧凑型节能灯和电子镇流器是一个整体，当灯管损坏和寿命终结时，整个紧凑型照明系统都将废弃，造成不必要的浪费。

实际上，镇流器的生产成本比灯管高，预期寿命更长。

由于荧光灯故障，镇流器也会同时发生故障，从而降低镇流器的寿命，增加更换频率，提高营运费用。

当灯管（即负载）与镇流器断开，或接线错误，或故障灯管与镇流器相连，或灯管遭到浪涌电压的冲击，或环境温度高使灯管电气特性改变时，如果加电，也会使镇流器发生故障。

因此，我们希望克服上述荧光灯照明装置的缺陷，提出一种重量轻、紧凑型节能的电子镇流器，要求总谐波失真低、射频干扰小、功率因素高（达0.9以上）。

我们还希望镇流器与灯管分体，便于更换灯管，不必将镇流器扔弃。

此外，镇流器也必须遵守政府的有关规定，能与各类厂家生产的灯管相匹配。

我们希望镇流器本身带有保护电路，减少因灯管故障而发生镇流器故障损坏的现象。

发明概要本专利公布了一种能实现成本低、重量轻、高效节能的镇流器电路，以驱动荧光灯管。

根据本发明的第一个装置，镇流器包括一个由高通滤波器和两级二极管整流器组成的特殊直流电源，使输入电流经一次滤波然后两次整流，提供镇流器电路工作所必需的直流。

镇流器还包括高频振荡器和功率输出部分，它们由铁氧体振荡变压器、半桥功率晶体管、铁氧体扼流圈、电容和电阻组成。

镇流器还包括使振荡器触发以点亮灯管的触发部分，一旦灯管点亮，触发部分不再起作用。

根据本发明的第二个装置，镇流器接有保护电路，避免因荧光灯管故障损坏镇流器。

保护电路包括用于检测镇流器输出功率的铁氧体扼流圈、荧光灯故障时使镇流器停止振荡防止损坏的晶体管开关以及连接在扼流圈与晶体管开关之间用以控制晶体管开关的触发器电路。

在正常工作状态下，触发器不触发，开关截止，镇流器照常振荡，驱动灯管。

在空载状态下，即灯管发生故障或灯管与镇流器断开，此时触发器触发，开关导通，镇流器停止振荡。

附图的简单说明图1是本专利公布的电子镇流器电路，具有独特的直流电源，能有效驱动荧光灯管。

图2a是普通电子镇流器直流电源的输入电流波形。

图2b是图1电路的直流电源在整流后的输入电流波形。

图3a是普通电子镇流器直流电源的输出电压波形。

图3b是图1电路直流电源的输出电压波形。

图4a是普通电子镇流器直流电源的输出电流波形。

图4b是图1电路的直流电源在整流后的输出电流波形。

图5的电路含有电子镇流器、荧光灯管和保护电路，荧光灯由镇流器驱动，保护电路使镇流器不受灯管持续故障的影响。

专利的详细说明如图1所示，本专利公布的分体式电子镇流器线路1能实现相对紧凑、重量轻、成本低、高效节能，与荧光灯管2相接，也能用于紧凑型荧光灯。

它包括一个独特的直流电源4，能接入120V60Hz 的输入信号。

电源4包括一对滤波电容器C1和C2，它们相互并联。

接在滤波电容C1、C2之间的是一对铁氧体扼流圈L1A和L1B。

电容C1、C2和铁氧体扼流圈L1A、L1B相互连接形成高通滤波器8。

注意，滤波器8的铁氧体扼流圈L1A和L1B必须反接，有助于抑制对交流电网产生的射频干扰，从而符合政府对于干扰的有关规定。

滤波器8与二极管整流桥6相连，以通常的方法提供全波整流。

直流电源4还包括一对整流级输出电容C3和C5，它们相互并联，与二极管整流桥6相连。

快速恢复二极管D2接在输出电容C3和C5之间。

输出电容C5的容量与输出电容C3相比非常大，有益于实现高功率因素。

镇流器电路1直流电源各元件的最优值举例如下：C1=0.1~0.22μFC2=0.005~0.01μFC3=0.005~0.01μFC5=22~33μF1A=0.01~0.015HL1B=0.01~0.015H电源4的第一级整流输出端10是整流桥6、二极管D2、输出电容C3、稳流电容C4和电阻R1的公共端。

稳流电容C4通过电容C7与荧光灯灯丝12和14串联，电容C7接在灯丝12和14之间，既可以作为荧光灯2的一部分（如图所示），也可以作为镇流器电路1的一部分。

灯丝14与铁氧体扼流圈L2、铁氧体振荡变压器16的线圈L3A串联。

变压器16的次级线圈L3B经限流电阻R3与功率晶体管TR1的基极相连。

电源4的第二级整流输出端11是快速恢复二极管D2、输出电容C5和晶体管TR1集电极的公共点。

二极管整流桥6和快速恢复二极管D2对电源4两次进行整流，为线路1提供能获得高功率因素所必需的直流功率。

第一级整流输出端10是电流的总驱纽，二极管D2对二极管整流桥6整流后的输出电流以及流经稳流电容器C4和灯管2的高频电流进行再整流。

因而，镇流器电路1其余各部分工作所必需的全部直流可以由第二级整流输出端11提供。

晶体管TR1的射极经电阻R11与铁氧体振荡变压器16的线圈L3A、L3B和电阻R7相连作为公共点18。

电阻R11在反馈回路内与晶体管TR1射极、基极之间的电阻R7相连。

功率晶体管TR2的集电极与公共点18相连，射极经电阻R12接地。

电阻R12在反馈回路内与晶体管TR2射极、基极之间的电阻R6相接。

晶体管TR2的基极经限流电阻R4和触发二极管D4接到公共点20。

线圈L3C 与线圈L3A、L3B形成磁耦合，为铁氧体振荡变压器16提供电抗，线圈L3C通过电阻R2接到公共点24，电阻R4、R6和晶体管TR2的基极也接到公共点24。

在荧光灯2接入镇流器电路1的情况下，功率晶体管TR1、TR2，铁氧体扼流圈L2，铁氧体变压器线圈L3A、L3B、L3C，电容C3、C4和快速恢复二极管D2相互连接，使镇流器电路1提供高频振荡和大功率输出，有效地驱动荧光灯2。

当灯管2从镇流器卸下时，高频振荡将停止。

电阻R1和R8串联，组成分压器网络。

电阻R9的一端经公共点20接到触发二极管D4，另一端与电阻R1、R8相接。

电阻R1、R4、R9，触发二极管D4和电容C6相互连接，为镇流器电路1提供触发功能。

二极管D5跨接在与晶体管TR1射极相接的电阻R11和晶体管TR1集电极的两端，电阻R5与二极管D5并联。

另一个二极管D6接在公共端18和地之间，跨接在与晶体管TR2射极相接的电阻R12和晶体管TR2集电极的两端。

二极管D5、D6用于保护晶体管TR1、TR2，防止因浪涌电压而损坏。

二极管D3的一端与触发二极管D4、电阻R9和电容C6的公共点20相连，另一端经电阻R10与变压器16的线圈L3A的公共点18相连。

在镇流器电路1开始高频振荡后，二极管D3和电阻R10使触发停止。

现在，我们来叙述一下图1镇流器电路1的工作原理。

60Hz的电源或线路电压信号首先经过直流电源4的高通滤波器8，然后被二极管整流桥6整流。

120Hz半波整流信号通过稳流电容C4调制成高频电流（数十千赫）（见图4b的波形）。

电容C4的大部分高频电流流过电源4的第一级整流输出端10，经二极管D2整流后流到输出电容D5。

然而，也有少量流过电容C4的高频电流经输入端10流到输出电容C3。

如前所述，高通滤波器8的电感量较小，60Hz 线路电压采用小电抗，高频电流采用大电抗，并与输出端10的120Hz电流相迭加。

对于镇流器电路1触发器的工作，流过电阻R1、R9的正向电流将被加到电容C6。

当电容C6两端的电压增加到30~32V时，触发二极管D4将产生脉冲电流，经电阻R4流至功率晶体管TR2的基极，使镇流器电路1的振荡器被触发。

当电容C6两端的电压下降到3V时，触发停止。

铁氧体振荡器16的线圈L3A的电流被磁耦合到线圈L3B、L3C，因此，功率晶体管TR1、TR2以一般半桥方式工作，轮流导通，振荡器将在40-70KHz的范围内工作（视所使用的荧光灯2的特点而定）。

振荡器为一般镇流器所共有，我们在此不再详述镇流器电路1振荡器的工作原理。

铁氧体线圈L2与灯丝14、变压器16的线圈L3A串联，提供两种重要的功能。

在荧光灯2电离和点火之前，铁氧体扼流圈L2与电容C7相配合，在灯丝12、14之间提供点燃灯管2气体所必需的高压。

当灯管2点燃之后，铁氧体扼流圈L2限流，使灯管2的工作稳定。

假设 XL =2лfL，式中:XL =L的电抗（等效电阻）f =频率L =电感如果2лL已知，则RL与f 成正比。

也就是说，频率增加，电抗也增加，因而输入电流的波形也会产生相应的变化。

对于图2-4，以上是最好的说明。

图2a、3a、4a是一般电子镇流器的波形，图2b、3b、4b是图1电子镇流器电路1的直流电源4波形。

实际上，一般镇流器电源的输出电容的充电时间很短。

因而，其输入电流是脉动的（如图2a 所示），电流有效值很大，功率因素仅为0.5左右，谐波电流一般在90%以上。

在镇流器电路1的直流电源4中，输出电容C3上的120Hz半波电流与镇流器电路1振荡器产生的40-70kHz电流互相调制。

高通滤波器8和二极管D2使电流通过第二级整流输出端11加到输出电容C5上，波形非常平滑（如图4b所示）。

因此，对照图2a和图2b，与一般镇流器的交流输入电流有效值相比，图1直流电源4的交流输入电流有效值约减少39%或更多。

改变图2a所示的输入电流脉冲波形，使图2b的输入电流更接近于正弦波形，将大大降低输入电流的谐波成分，使功率因素从0.5上升到0.9以上。