CN100336421C - 电路装置及利用电路装置向高强度放电灯馈送电能的方法 - Google Patents
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Abstract
公开一种用于高强度放电(HID)灯的点火和工作的改进的电路装置。点火电压在单一电容器两端提供,点火阶段结束时,第二电容器便转接到电路中,以将电压分配到两个电容器上,并提供稳态方波电流和电压。
Description
技术领域
本发明涉及用于高强度放电(HID)灯的点火和工作的一种方法和一种电路。本发明在以成本作为重要考虑因素的大批量商业性HID器件中有着特殊的应用价值。
背景技术
HID灯一般都利用密封在容器或放电管内的气体和/或蒸汽,在灯的稳定工作期间,气体和/或蒸汽导电并发射特定波长的光。波长取决于所用一种或多种蒸汽类型。HID灯通常具有负电压-电流特性。因此,这类灯在稳态或稳定的灯的工作期间需要一个镇流电路来稳定经过灯的电流。为了启动HID灯的工作,需要使用高压脉冲,这通常由点火器或点火电路提供。点火器可以构成镇流器的一部分,特别是在一些现代电子镇流电路中则更是如此。HID灯一般有两个电极,在灯工作期间,电极之间发生放电。
为了启动或点燃HID灯,镇流器与点火器的组合一般有四个阶段必须加以考虑。第一阶段是点燃阶段,在此阶段内,相对高的电压脉冲(例如3千伏)加到HID灯的两个电极之间,使电子脱离气体和/或蒸汽分子,并启动导电过程。镇流器和点火器一般须提供持续时间约10微秒的高压脉冲。在10微秒的3千伏脉冲作用之后,便进入导通状态。依据灯和镇流器的使用条件,导通状态可能持续约数百微秒,在此期间,镇流器必须能向灯提供大约280-300伏的电压。引起气体和/或蒸汽进入稳态导电的过程将继续进行,从而得到稳定的放电。
导通之后,HID灯便进入起动阶段。在起动阶段的开始,灯内部的温度、内部压强和电压都相当低。在起始阶段经历1分钟或更长时间,电压从相当低的值,譬如20伏左右逐渐上升到对应于灯稳定工作的所谓灯电压的值,譬如90伏左右。随后,HID灯便进入它的第四个即最后的稳态工作阶段。在稳态期间,HID灯将在所设计的正常温度和压力下发光。
通常,HID灯的稳定工作采用交流,因此,在稳态期间,这种灯要依靠振荡电流信号进行工作。现代电子镇流器中,优选采用在正、负电流之间振荡的低频方波信号使HID灯工作。例如,稳态可能是100Hz的方波电流,从而得到在-90伏~+90伏之间振荡的灯电压。
上述四个阶段需要驱动灯的电路,为灯的点火和正常工作提供规定信号。更具体而言,驱动电路必须提供约10微秒的点燃(breakover)点火脉冲,继后是持续时间约数百微秒的280~300伏左右的导通(takeover)电压,随后是起动和稳态电压。图1是用于提供上述信号的典型现有技术电路装置。通常,HID灯的现代电子镇流器或开关式功率控制器均配备有预调节器,将输入电压例如来自公共电源的电压变换成相对高的直流电压,例如400伏。以这种方式形成的相对高的直流电压形成了镇流电路装置的灯点火电路部分和灯工作电路部分的电源。点火时,约400伏的信号加到接线端102、104之间。400伏经器件130和电感器134传送,引起在电容器132两端出现的300伏的信号。
电容器132引起点火器105产生约3千伏、持续时间约10微秒的脉冲,此后,点火器105基本上作为短路出现。点火器一般由电容器132两端的电压触发,以产生3千伏脉冲。在初始脉冲之后并且当点火器起有效短路时,电容器132的约280~300伏电压从电容器132经点火器105馈至HID灯108。这一208~300伏电压维持大约数百微秒,直到完成导通阶段。紧接导通阶段之后,控制器110使起动和稳态过程开始。在稳态期间,控制器110对开关136~139的栅压进行控制,以使上述振荡方波馈至灯108。
图1所示装置存在的问题是使用元件数量多,成本较高。更具体而言,由于需要产生周期性地改变其极性的方波,所以在换向器120内需要四个例如晶体管的开关。为了产生所需方波,四个晶体管将与由控制器110加到它们的栅极上的控制电压一道起作用。
图2示出向HID灯提供规定的四个信号阶段的另一种现有技术实施方案。图2的装置利用了两个相串联的电容器220和222作为分压器。HID灯210连接在点火器105与点208之间。该系统无需使用四个不同的晶体管来建立稳态期间所要的方波,而只需两个晶体管224和226。在稳态期间,灯210与点208相连,而晶体管224和226则可以在高频和变化的占空比下工作。因此,通过控制器218的操作,使晶体管224和226以适当持续时间交替接通和断开,便可以提供所需的稳态电流和电压波形。由于HID灯其中的一个电极连接到电容器220和222形成的分压器的中点,故只需两个晶体管224和226用来产生具有变化极性的方波。
图2所示装置存在的问题出现在点火期间。更具体而言,为了提供在导通阶段灯210两端所需的约280伏电压,在点214和216之间必须存在560伏电压。这个只在初始点火过程中使用的提高的电压对电路元件产生相当高的应力。这或者造成提高的故障率,或者在为装置采用耐高压应力的优质元件的情况下将使成本上升到接近图1中利用四个器件的程度。
鉴于以上分析,HID灯对点火电路的要求是:只利用少量转接器件便能工作,而且无需图2所示装置所要求的相当高的电压。
发明内容
根据本发明涉及用于HID灯点火和工作的电路所提供的技术要点,现有技术的上述和其它问题均能加以克服。利用二晶体管电路便足以给出提供灯压的稳态方波电压。在点火过程期间,利用开关将形成分压器的两个电容器之一转接到点火电路之外。这就使整个输入电压都加到一个电容器上,因而为点火提供足够的电压。在点火期之后,第二电容器转接到电路中,因而形成分压器,并允许将脉冲稳态电压提供给灯。
附图说明
图1绘出用于对HID器件点火的典型现有技术装置;
图2绘出用于对HID器件点火的另一种现有技术装置;以及
图3绘出用于对HID器件点火的本发明的典型实施方案。
以上已介绍了图1和图2示出的电路装置。
具体实施方式
图3的电路装置包含二个晶体管354和356、供电电容器350和352、电容器360以及控制电路310。作为惯例,点火器312与HID灯314相连。
尽管为简单起见未予画出,晶体管354和356的栅极与控制器310相连,所以,控制器310可以像下面所述那样以适当时间使器件354和356接通和断开。开关320跨接在电容器352两端。这个开关可以采用固态器件如MOSFET或任何其它便于得到的开关的形式。该开关还可以与控制器310相连,使控制更加容易。电容器350和352的一般数值范围为22~68微法。
工作时,约400伏的初始母线电压加到接线端318和316的两端,开关320由控制器310维持闭合。由此造成点328与接线端316短路,因而将整个400伏加到电容器350的两端。晶体管354和356工作在高频和适当的占空比上,所以,280~300伏加到电容器360的两端并对点火器312进行触发。
经历点燃期和导通期之后,系统进入起动阶段,必须使系统作好交流工作的准备。控制器310用来监视系统的状态,在灯进入起动阶段之后,将开关320置于开路位置。这可例如通过去除MOSFET或类似器件适当的栅板电压实现。
通过使这样一个开关开路,接线端316和318两端的400伏这时便分配到电容器350和352之间。因此,电路便是图2中所示将稳态方波电流和电压馈至HID灯314使其稳定工作的装置。所以,利用两个相串联的电容器并在点燃和导通期内通过将其中的一个电容器转接到电路之外,可以带来减少元件数量的效果,同时还节省了为承受接线端316和318之间的升高电压而不得不使用高应力元件所增加的费用。
从点火阶段过渡到稳态阶段必须正确定时。更具体而言,我们将稳态阶段称为交流工作,因为驱动HID灯的信号是交变极性的方波。重要的是,控制器检测出导通的结束并立即打开开关320,以便使电容器352返回到电路中。实施这个过程有几种方式。一种是利用控制器对HID灯314两端测得的阻抗进行监视。导通结束时将发生阻抗下降,因为气体已变得更具导电性。
另一种技术是利用控制器测量向HID灯提供的电流,因为灯的低阻抗造成向灯提供的电流突然增大形成了导通阶段结束的标志。
不管导通的结束是怎样被检测的,控制器310都是根据检测导通的结束将开关320打开,然后,电容器352以电容器350放电的方式开始自然充电。接线端318与316之间的总电压仍然基本上维持不变。当电容器350和352各自的端电压均达到200伏左右时,控制器310开始以适当方式接通和断开晶体管354与356,以产生使HID灯稳定工作所需的稳态交流脉冲信号。
通过选择典型值约为47微法的电容器350和352,可以将对电容器352充电所花的时间维持在100毫秒以内。这个定时是重要的,因为通过使充电时间维持很短,HID灯314便不会延长以直流方式工作的时间,否则可能引起对灯的损伤。
若灯在工作期间熄灭的同时仍然加上电源,则电容器352在重新点火之前应当放电。控制器310将对灯的熄灭进行检测,并在点火之前经开关320使电容器352放电。这个放电应由控制器310加以限制,以免出现损坏开关320的大电流。
这样的放电可以通过控制器310将一个附加电阻器转接到电容器352与地之间的路径内的方式加以实施,以限制电流放电路径,如图3中用电阻器321暂定表示。这样的放电电阻器(321)优选是放在开关320的支路内,因为这意味着在灯的稳定工作期间,电阻器通过开关320被转接到电路之外。换句话说,控制器可以适当地驱动开关320,以便通过常规方式调节栅压提供与器件特性相符的正确电流来限制所允许通过那里的电流。电容器352放电之后,控制器310便可以由闭合开关320重新启动点火顺序,因此在电容器350两端加上适当电压。
虽然以上介绍了本发明的优选实施方案,但那些本领域技术人员还会领悟到存在着各种不同的修改和变型。例如,在点火阶段和随后在稳态阶段,可以采用各自的电源。开关320可以使用各种开关器件实现。这些修改将在下面的权利要求中提及。
Claims (9)
1.适合于驱动高强度放电灯(314)的电路装置,包括:
连接在第一输入端(318)和第一点(328)之间的第一电容器(350),以及连接在所述第一点和第二输入端(316)之间的第二电容器(352);
连接在第一输入端(318)和第二点(330)之间的第一开关(354),以及连接在第二输入端(316)与第二点(330)之间的第二开关(356),这两个开关设置成为一个反相器工作;
开关装置,用于在对所述高强度放电灯点燃一预定阶段之后降低该高强度放电灯的工作电压;
其特征在于还包括:
连接在第一点(328)与第二输入端(316)之间的第三开关(320);以及
控制器(310),用于控制所述第三开关(320);
其中,所述控制器(310)设置成用于保持所述第三开关(320)闭合,直到对所述高强度放电灯(314)点火一预定阶段为止,并在所述高强度放电灯(314)的所述预定阶段之后,将所述可控制的第三开关(320)断开。
2.如权利要求1所述的电路装置,其特征在于,所述点燃的预定阶段为导通阶段。
3.如权利要求1所述的电路装置,其特征在于,所述控制器(310)还用于在所述高强度放电灯(314)进入起动工作阶段时使第三开关(320)断开。
4.如权利要求1-3中任一项所述的电路装置,其特征在于,还包括用于监测馈至所述高强度放电灯(314)的电压或电流的装置;
其中,当所述电压或电流在点燃的预定阶段变化时,所述控制器(310)用于断开第三开关(320)。
5.如权利要求1-3中任一项所述的电路装置,其特征在于,还包括一个与所述第三开关(320)串联的放电电阻器(321)。
6.如权利要求1-3中任一项所述的电路装置,其特征在于,所述控制器(310)还用于在稳态工作期间交替地使第一和第二开关(354,356)接通和断开,以便由输入电压产生大致为方波的波形。
7.如权利要求1-3中任一项所述的电路装置,其特征在于,还包括这样的装置,该装置确定在工作期间所述高强度放电灯是否熄灭,如果熄灭,则引起所述第二电容器(352)逐渐放电。
8.如权利要求7所述的电路装置,其特征在于,所述逐渐放电是由足以按一种预定的方式限制流过一个晶体管(320)的电流的形式对该晶体管的栅极进行驱动引起的。
9.利用权利要求1所述的电路装置向高强度放电灯(314)馈送电能的方法,包括以下步骤:
在一个电源的两个端子(316,318)之间连接一个分压器(350,352)从而将第一电压馈送至反相器(354,356);
由所述反相器将一个足以点燃高强度放电灯的起始驱动电压馈送给该高强度放电灯,直到使其点燃阶段出现为止;
维持所述驱动电压长到足以提供点燃所述高强度放电灯(314)的预定阶段;
在点燃所述高强度放电灯(314)的所述预定阶段之后,分配所述驱动电压从而降低所述高强度放电灯在稳态阶段的工作电压;
其特征在于,所述分压器包括至少两个电容器(350,352)。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20070905 Termination date: 20121004 |