CN100469210C - 镇流电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于使放电灯启动和运行的镇流器装置。该灯连接在整流桥中，与电感器串联并且与电容器并联。在启动阶段中，电感器和电容器共同形成一个谐振电路。然后，使整流桥以较高频率整流。在启动阶段之后，灯达到预备阶段，导致稳定运行阶段。在稳定运行阶段中，使整流桥以较低频率整流。按照本发明，在启动阶段中，使整流频率逐步地从较高频率降低到稳定运行阶段的低频，从而使预备阶段中提供的电流最佳。

Description

镇流电路
技术领域
本发明涉及用于具有谐振启动的放电灯的镇流器装置，包括一个位于桥式整流电路的对角支路中并且与电灯连接串联的线圈，还包括一个与这些连接并联的电容器，该整流电路给灯提供幅值较小、频率较低的方波电源电压，在正常运行阶段之前的启动阶段中，通过在根据时间变化的开关频率切换电压，使整流电路以较高频率整流。
更具体讲，本发明涉及具有灯的谐振启动的镇流器装置，其中，通过使所述线圈和所述电容器电气谐振，将使灯启动的启动电压加在电灯连接的两端。
背景技术
例如，在序列号为EP 0408121的欧洲专利申请中披露了这种镇流器装置。在所述申请中，描述了在启动阶段中，以随时间变化的开关频率使整流电路整流，该频率某一瞬间经过所述线圈和电容器的谐振频率。本发明的一个目的是在谐振启动阶段与正常运行阶段之间的所谓接管/预热阶段利用辉光放电对灯的电极充分加热，以便在没有供电电路的情况下，可靠地转换到正常运行阶段，该电路反过来又为超负载的整流电路供电。
按照同样涉及谐振启动的序列号为5932976的美国专利，其中，也使用了整流电路的按照频率进行扫描的电路频率，在频率扫描的结尾，将频率保持在与线圈和电容器的谐振频率接近的频率值一段时间。但是，结果使反过来为整流电路供电的电源电路负载很重，并且灯的电极没有被有效预热。
发明内容
利用如上定义的用于具有谐振启动的放电灯的镇流器装置实现了按照本发明的目的，所述整流电路的特征在于，在所述启动阶段与所述正常运行阶段之间的接管/预热阶段，将比所述较高频率电源电压的频率低的电源电压提供给灯，与所述较高频率的电源电压的频率相比，使该电压的频率按照一个或多个时间顺序的步骤减小一个频率台阶，以便在接管/预热阶段中使每次提供给灯的电流最佳。
本发明人发现，在接管/预热阶段，通过用与开关频率无关的因数2放大灯电容器两端的电压，电容器两端的电压足以在正常运行阶段产生转换接管(take-over)，从而可以按照这个阶段需要提供给灯的电流来选择频率。开关频率越低，这个所谓的接管电流越高，本发明通过按照阶段和步骤减小开关频率来利用这个现象，其结果可以预防太大的电流，如在接管阶段中，在灯的性能不均匀的情况下可能发生的电流，这个不均匀性能具有整流器作用并且因此产生单边大电流。
参照以下描述的实施例，将清楚和明白本发明的这些和其他方面。
附图说明
图1示出了以简化形式表示的UHP灯的常规镇流器装置，其中省略了对于理解本发明来说不必要的细节；
图2示出了作为图1的整流电路的开关频率的函数的灯电压；
图3为镇流器电路在不同的时间运行阶段示意图，其中，示出了电压幅值和开关频率；
图4示出了在接管/预热阶段中作为开关频率的函数的灯电流；
图5示出在接管阶段中作为时间的函数的灯电压。
具体实施方式
按照图1用于放电灯的镇流器装置包括连接到AC电压干线1的AC/DC变换器电路2，该变换器电路包括作为输出电容的电容器C1。
也称为“斩波器”的受控/开关DC/DC变换器电路3连接到变换器电路1，该斩波器包括被切换的开关晶体管T0、二极管D1、线圈L1和输出电容器C2。在正常运行阶段，在控制电路4的控制下，按照已知的方式将该斩波器用于使灯电流稳定，在正常运行阶段中，在灯中发生连续弧光放电，即“开”灯。
包括受控制电路6控制的开关晶体管T1-T4的整流电路5连接到斩波器3。在桥形整流电路5的对角支路P1-P2中，有与灯L的电灯连接串联的线圈L2以及与这些连接并联的灯电容器C3。
例如，灯L为HID灯或UHP灯。在灯L中连续产生弧光放电，因而“开”灯的正常运行阶段，控制电路6给开关晶体管T1-T4提供频率较低的开关电压，使这些晶体管按TI、T4和T2、T3的导通方式交替成对导通和关断，由此给灯提供幅值较小或适中的方波电源电压。
在所述正常运行之前的谐振启动阶段，控制电路6给开关晶体管T1-T4提供频率较高的开关电压，开关频率随时间变化，以便(至少近似地)使线圈L2与电容器C3电气谐振，从而在灯L两端产生启动电压。
本发明人进行了试验，在图2中示出了试验的结果，该结果产生了使线圈L和电容器C3谐振的新方法。
在所述试验中，在空载电路的情况下，测量作为开关频率fb的函数的灯电压VL，控制电路6使桥形整流电路5按照该开关频率fb整流，以下将其称为桥频率fb。
图2示出了在L2＝150mH并且C3＝250pF，即自然谐振频率f0＝1/2π根下LC，约等于820kHz的情况下，随桥频率fb变化的灯电压VL。由H3、H5和H7表示的电压峰值出现在桥频率fb，在该桥频率fb，L2-C3分别在桥频率的三次、五次和七次谐波频率开始谐振。已经发现，如果L2-C3在桥频率fb的三次谐波谐振，即如果已知线圈L2的自感值和电容器C3的电容，将桥频率fb选择为占L2-C3的自然谐振频率的三分之一，则峰值H3可以给灯L提供足够高的启动电压，并且根据灯的类型，甚至可能高于需要的电压，并且峰值H5和H7也能够如此，可以肯定，随着UHP和HID灯的进一步发展，可以减小这些灯的启动电压的需要值。
这些结果产生了在图3所示操作放电灯的方法。
在图3A中，垂直方向表示空载电路的电压幅值V，水平方向表示时间t，在图3B中，垂直方向表示频率f，水平方向表示时间t(这些图不是按照比例绘出的；它们仅用作示意性的表示)。
其中灯连续“开”的正常运行阶段从时刻t3开始，在这个阶段中，将频率较低，例如90Hz，且幅值较小的方波电源电压提供给灯。
所讨论的阶段，即启动阶段自开始直到t2，t1为重要的中间时刻。在这个阶段中，在中间时刻t1之前，整流电路5以随时间变化的桥频率fb运行，其中fb从例如210kHz变到160kHz，L2和C2使用的值分别为250μH和330pF，产生L2-C3的大约为554kHz的谐振频率fo，因而在任何时刻，桥频率fb可以达到这样的值(近似554/3＝185kHz)，即桥频率fb的三次谐波频率等于谐振频率f，并且在电容器C3两边建立能够启动灯的电压峰值(图2中的H3)。在这个连接中注意，只要桥频率的三次谐波频率接近谐振频率fo，但距所述谐振频率尚有一定距离(例如1kHz或更多)，就可在灯电容器两端建立足够高的启动电压。
这是有利的，因为谐振频率fo与桥频率fb的比例为3：1，线圈L2的自感和电容器C3的电容量的值可以比常规的比例为1：1的值低得多，尽管如此，仍然可以在不很高的桥频率下进行谐振启动。
图3A示出了灯两端的在时刻t1之前上升的电压，当桥频率fb接近谐振频率f0的三分之一时，或者换句话说，当fb的三次谐波接近fo时，出现启动电压。该时刻由电压电平检测电路7(图1)检测，该电路接在灯连接P3、P2两边，当P3与P2之间的电压达到某个电平时开始动作，并且在这种情况下，使这个电压稳定在至少接近所述值，开始动作之后，所述检测电路7给控制电路6提供一个指示信号，结果，后者将压控振荡器VCO保持在得到的频率，该振荡器连接在或包含在所述控制电路中，从该振荡器得到桥频率fb，在时刻t2之前，该频率至少接近谐振频率fo的三分之一。
为了说明，从t1到t2的时间长度可以是例如500ms，以便可靠启动，从开始到t1的时间长度可以是例如100ms，但不是必要的。
如果峰值H5和H7(图2)分别能够提供足够高的启动电压，则可以将以上提及的关于三次谐波的内容加以适当修改后应用于五次和七次谐波，以上为了说明给出的值都不应理解为限制性的，时间0-t1、t1-t2的值也只是为了说明，并且如果需要可以通过实验确定。
重要的是在谐振启动的启动阶段(图3A的0-t2)与“开”灯的正常运行阶段(t3之后)之间引入预热和/或接管阶段，在预热和/或接管阶段中，通过辉光放电使灯的电极预热。
启动之后，灯近似形成短路(电阻接近1欧姆)，如果在灯两端产生接近三次谐波的空载电压并且灯变为短路，则连接到整流电路5的斩波器或控制部分3提供较低的峰值电流，实践中，该电流低于1安培。但是，为了使灯的电极预热，需要较高的峰值，例如，实践中接近2安培，并且控制部分3的输出电容器C2两端需要足够高的电压。
图2中的，由本发明人通过实验得到的，在空载电路的灯电压与桥频率的关系曲线表明灯电压总是高于虚线所示电平，在所述具体情况下，在输出电容器C2两端的电压近似为160伏时，该电平为320伏。
进一步实验产生了图4中的曲线，其中绘出了灯电流I1与桥频率fb的关系曲线。该曲线说明，为了得到理想电流值，必须减小桥频率。
图5示出在桥频率，例如100kHz，的1个周期中，灯两端作为时间函数的电压V1，所示的振荡Os的频率等于L2-C3的谐振频率fo。因此，谐振电路L2-L3被100kHz的信号激励，且在电容器C3两端建立两倍于输出电容器C2两端峰值电压值的振荡0S，其结果，在输出电容器C2上的较低的电压就足够了。
如图3B所示，在时刻t2，将在时刻t1得到的频率近似为f0/3的桥频率fb(例如283kHz)减小一个台阶，例如减小到128kHz，以便使在这个阶段中提供给灯的电流最佳，并且应该考虑，灯的性能不均匀也会导致很大的不对称电流。在时刻t2′，为了得到有利于在时刻t3转换到正常运行阶段的更大(对称)电流，可以使桥频率进一步减小一个台阶，例如减小到84kHz。例如，t2-t3的持续时间可以是1秒。
需要注意，在时刻t2-t3期间，可以根据电流的需要对频率台阶的数量和大小的选择最佳，并且不应该将上述的纯示意性的数据理解为对频率台阶的数量和大小的限制。
参照图3A，还应该注意，示出了在t3之前，在空载电路，即灯没有被启动的状态中的电压；在击穿之后，该电压低得多。实践中，在t1与t3之间，灯可能再次熄灭。在这种情况下，如上所述，由于总有超过大约300V的最小电压(图3和图5)，灯将再次“开”。如果在时刻t3之后灯不保持开的状态—这可以按照已知的方法确定—则一段时间之后，重复上述的全部过程(图3B)。
上述关于在启动和接管/预热阶段中桥频率fb变化的描述应该允许本领域技术人员以固定或可变的，给整流电路5提供合适的开关电压的方式，对例如以微控制单元(微控制器)或微处理单元(微处理器)形式的配有VCO的控制电路6进行编程。本领域技术人员还应该能够选择具有指示信号的电压检测电路7，该电路可以是常规类型。
总而言之，按照本发明的措施提供了一种镇流器装置，其优点在于该装置包括小尺寸的与灯连接串联的线圈和小尺寸的与灯连接并联的电容器，可以在靠近桥频率的奇次谐波频率使灯可靠启动，并且在接管/预热阶段中，电压和经过优化的电流足够高。

Claims (1)

1.一种镇流器装置，用于具有谐振启动的放电灯，包括一个线圈，该线圈位于一个桥形整流电路的对角支路中，并被安排与电灯连接串联，还包括一个电容器，与这些连接并联，在灯的正常运行阶段中，所述整流电路给灯提供频率较低、幅值较小的方波电源电压，其中在所述灯的正常运行阶段中，在灯内部持续发生电弧放电，而在所述正常运行阶段之前的启动阶段，给灯提供频率较高的电源电压，这使得所述线圈和所述电容器发生电气谐振，特征在于，在所述启动阶段与所述正常运行阶段之间的接管/预热阶段，将频率比所述较高频率的电源电压低的电源电压提供给灯，与所述较高频率的电源电压的频率相比，该电压的频率按照一个或多个时间顺序的步骤减小一个频率台阶，以便使所述接管/预热阶段中每次提供给灯的电流最佳。
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