CN101044798B - 在dc操作中对pfc的调制 - Google Patents

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Abstract

公开了一种照明设备所用的操作装置，尤其是气体放电灯所用的电子镇流器(EVG)，该操作装置包括用于降低在输入电流提升时的谐波的功率因子校正电路(PFC)。仅仅在预定的时期(tON)期间，才在输入端提升电流。一旦DC电压施加到所述输入端，就对电流提升的预定时期(tON)进行调制。

Description

在DC操作中对PFC的调制
技术领域
本发明涉及用于操作照明设备所用操作装置的方法，所述操作装置例如气体放电灯所用的电子镇流器(EVG)。该操作装置具有用于降低在输入电流提升(take-up)时的谐波的功率因子校正电路(PFC)，所述PFC例如以带有计时开关的开关调节器(上变换器)的形式构成。
进一步，本发明涉及用于在可以通过编程或者硬件布线提供这种方法的控制部件上提供这种方法的计算机软件程序产品，还涉及照明设备所用的操作装置。
背景技术
如上所述，本发明涉及带有PFC电路的照明设备所用的操作装置。在图1中示出了可以从DE 10128588A1获知的此类操作装置。更具体地说，如图1所示的装置是电子镇流器(EVG)。如图1所示的镇流器在输入端通过高频滤波器1连接到电源供电电压U0。高频滤波器1的输出连接到全桥整流器形式的整流器电路2。经整流器电路2整流的供电交流电压同时向平滑电路3提供输入电压Ui。平滑电路3在本例中由平滑电容器C1以及具有电感器L1、MOS场效应晶体管S1形式的可控开关和二极管D1的上变换器形成。除了上变换器，还可以使用其他开关调节器。通过对开关S1的选择控制形成PFC电路。
通过恰当地对MOS场效应晶体管S1进行开关，以一种本身已知的方式(也可以参见例如WO 99/34647A1)生成中间电路电压Uz，该电压施加到布置在其后的存储电容器C2，并且被传送到倒相器4。倒相器4在本例中由布置成半桥布置的另外两个MOS场效应晶体管S2和S3形成。通过对这两个开关S2和S3进行高频开关，在这两个开关的中间抽头上生成高频交流电压，该高频交流电压被传送到连接有气体放电灯LA的负载电路5。
这种上变换器的运行在原理上是已知的，因此之后仅仅简要地加以概括。如果场效应晶体管S1导通，在电感L1处的电流线性地升高。然而，如果场效应晶体管S1截止，那么电流将自身放电到存储电容器C2。可以通过对开关S1进行具体的控制而影响上变换器的能量提升，并且由此也影响施加到存储电容器C2的中间电路电压(总线电压)Uz。
由控制电路6对上变换器的开关S1实行控制，所述控制电路6生成对应的开关信息并且将开关信息传送给连接到控制电路6的驱动器电路7。接下来驱动器电路7将开关信息转换成对应的功率控制信号，并且通过线路14控制场效应晶体管S1的栅极。采用相同的方式，由控制电路6和驱动器电路7生成的信号也用来控制倒相器4的两个场效应晶体管S2和S3。控制单元6的所有部件可以例如通过中央定时发生器8而得到同步，该中央定时发生器8将对应的定时信号发送给所述部件。控制单元6形成为特定用途集成电路(ASIC)，并且相应地仅仅占用很小的空间。
由布置在控制电路6中的数字控制系统9实行对上变换器开关S1所用开关信息的计算。为了这个目的，控制电路6具有模拟/数字转换器ADC1和ADC2，其将通过输入线路15传送的输入电压Ui和通过输入线路16传送的中间电路电压Uz转换成数字值。
计算模块12基于中间电路电压Uz的当前值为开关S1计算合适的导通时间。然而，在基于由计算模块12所确定的导通时间为开关S1生成控制信号之前，以由开关时间延长模块13所确定的附加值对导通时间进行补充(延长)。为了这个目的，开关时间延长模块13具有带有表的存储器，所述表将特定的时间间隔与输入电压Ui的每个值相关联，而所述开关S1的导通时间以该时间间隔扩展。如上所述，该附加间隔的值被加到由所述计算模块12所计算的导通时间，并且被发送到输出模块11。这生成相应的开关信息，该开关信息被传送给驱动器电路7，而驱动器电路7接下来最终通过线路14将相应的控制信号发送给开关S1。
在最常见的方式中，导通时间延长和输入电压之间的关系在于，导通时间延长越大，输入电压Ui就越低。特别地，这样导通时间延长将在施加到输入处的正弦交流电压过零的区域中实现。
从本领域情况所得知的已描述的电路适于AC操作；毕竟，导通时间延长的实现依赖于对所施加正弦交流电压U0过零的探测。
然而，一般来说，向这样的电路施加DC电压时，一个导通时期延长是不起作用的。例如在紧急操作中实现施加DC电压。已知电路这样不带导通时间延长而工作，并且在紧急操作中具有恒定的频率。因此，功率因子校正电路(PFC)3的固定工作频率与基本固定的频率生成干涉。这会导致电磁兼容规则方面的问题，所述规则同样存在于紧急照明操作(DC操作)中。
发明内容
有鉴于此，本发明将其目的设为改善DC操作中的电磁兼容性。
这意味着，根据本发明，从图1中获知的电路可以进一步用于AC操作。同时，根据本发明提出了在DC操作中对PFC的工作频率进行调制，从而可以说“削弱”了电路对中间工作频率以外的边带的干涉谱。这使得可能符合电磁兼容性规则。所述调制可能由此导致调制深度的变化(例如，延长/缩短计时开关的导通时间)和/或开关频率的变化。
更具体地说，通过独立权利要求的特征实现了上述目的。
从属权利要求以特定的有利方式进一步扩展了本发明的中心思想。
根据本发明，提供了一种用于操作照明设备所用操作装置的方法，所述操作装置尤其是气体放电灯所用的电子镇流器(EVG)。因此，所述操作装置具有用于降低在输入电流提升时的谐波的功率因子校正电路(PFC)。根据输入端施加DC电压来调制所述功率因子校正电路的工作频率。
所述功率因子校正电路(PFC)可以被构造为带有计时开关的开关调节器的形式。为了降低干涉，可以对该开关进行计时，从而使得根据在输入端施加DC电压对所述开关的导通时间周期和/或其开关频率进行调制。
因此，选择所述功率因子校正电路(PFC)的调制频率，从而使得功率因子校正电路(PFC)的输出电压设置恰当电平的波动。换句话说，对PFC电路的调制不是由该电路自身控制，也不是由互连总线调节控制。更确切地说，实现对总线电压(即，由功率因子校正电路提供并施加到存储电容器的中间电路电压)中所述“波动”的补偿，以通过倒相器的频率变化来保持照明设备的功耗恒定。用于该目的的控制单元可以以一种本身已知的方式探测操作参数，例如灯电流和灯电压，并且基于该探测以及与期望值的偏差来改变倒相器的频率。
所述功率因子校正电路的调制频率可以在例如50Hz到500Hz的范围内选择，并且优选地在90Hz到130Hz之间的范围内选择。如同已经从本领域情况所获知的，所述调制与交流电压的过零相联系，从而可以提供100Hz(欧洲)或者120Hz(美国)的调制频率。相反，在本发明中，可以随意地调节和优化调制频率。
当然，在施加DC电压后，输入电压的过零不再能够触发调制。根据本发明，可以提供通过定时器电路实现PFC电路的调制，通过该定时器电路可以从查询表中读出值。如同在本领域状态的情况下一样，这些值是施加到控制电路实际调节器的值TON-Regulator的延长值。其中调节器值TON-Regulator是开关的导通持续时间，其由调节器计算，用于使PFC的输出电压保持恒定。
根据本发明，一旦操作装置识别出DC电压的施加，就可以自动切换到借助于定时器电路和查询表的调制。从原理上来说，对紧急照明操作(施加DC电压)的自动识别已经从EP 490329B1中获知。参考该申请的图4中的附图标记C25和R21。
功率因子校正电路(PFC)可以工作在所谓的极限模式(“边界线模式”)。
根据本发明，进一步提供了一种计算机软件程序产品，在其运行于操作设备中的计算装置上时或者由硬件布线(ASIC)实现的时候，该产品提供上述的方法。
进一步，根据本发明，还提供了一种用于照明设备操作装置的控制部件(微控制器、ASIC等等)，该控制部件被配置为提供上述的方法。
本发明最后还提出了照明设备所用的操作装置。
附图说明
本发明的其它特征、方案和优点将参照对示例性实施例的阐释而变得更加清晰。在附图中给出了：
图1是从本领域情况得知的电路(DE 10128588A1)，以及
图2是根据本发明的电路。
具体实施方式
应该理解，根据本发明，对于AC操作，可以保留图1所示的电路。图2仅仅示出在AC供电情况下操作所需要的部件。另外，在两副图中，带有相同附图标记的部件彼此对应。
为了在紧急操作(DC供电操作)的情况下也能改善电路的干涉谱，如图2所示，根据本发明的电路包括控制电路6，其通过电路20和信号15识别AC或者DC电压的施加，所述信号15复制了整流后的输入电压Ui。因此，可以例如采用符合从EP 490329A1的附图4得知的原理的电路。DC识别电路20控制定时发生器8。定时发生器8可以说替代了对于DC电压不再可用的电源电压的过零。定时发生器8由此控制对开关S1导通时间期间所用延长值的查询表进行读出。
如同从本领域情况所得知的原理，根据本发明，如果恰当，总线电压Uz也被测量并且反馈给控制单元6(总线电压信号16)，从而(通过开关S1的开关频率的变化)将总线电压调节到期望电压UREF。这样，对总线电压的调节产生针对开关的导通时期和截止时期的调节值TON-Regulator，以对用于改进干涉谱的调制深度和/或开关频率进行调制，其中，根据本发明的所述调节值TON-Regulator按照在DC操作中也周期性变化的附加值TON-ADD起作用。
借助于对总线电压16的探测并由控制系统9所进行的对总线电压Uz的调节，与开关S1的导通时间期间ton的调制频率或变化相比较相对较慢，从而使得总线电压Uz中的这种调制没有被补偿，并且使得总线电压具有较之开关S1的开关频率而言的低频波动。
通过对参数19进行反馈以及对倒相器4的开关频率进行控制，来对总线电压的波动进行补偿，该参数19将照明设备功率(照明设备电压、照明设备电流、通过光学传感器探测的照明功率等等)重现为实际值，所述倒相器4用于将照明设备功率恒定地保持在预定的期望值。
根据本发明，从查询表读出的附加值Ton-add被加载到ASIC 6的闪存。然后，开关时间延长模块13的Ton-add值被调节器12增加标准的TON-Regulator：
Ton＝Ton-add+TON-Regulator
因此，针对可设置时间期间(“扫描值”)设置每个Ton索引，然后从查询表中选择下一个索引。通过扫描值的变化，可以设置调制频率。

Claims (16)

1.一种用于操作照明设备所用操作装置的方法，其中所述操作装置具有用于降低在输入电流提升时的谐波的功率因子校正电路，其被构造为带有计时开关(S1)的开关调节器，
其特征在于，
对在所述操作装置的输入端施加DC电压进行探测，和
计算所述开关(S1)的用于使所述功率因子校正电路的输出电压保持恒定的导通时间周期；
根据在输入端施加所述DC电压来调制所述开关(S1)的导通时间周期和/或开关频率，
通过定时器电路来实现对所述功率因子校正电路的调制，通过该定时器电路从查询表中读出值。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
选择所述功率因子校正电路的调制频率，从而使得在功率因子校正电路的输出电压中产生未被补偿的波动。
3.根据权利要求2所述的方法，
其特征在于，
在随后的照明设备调节电路中，对所述输出电压的波动进行补偿，以维持恒定的照明设备功率。
4.根据权利要求3所述的方法，
其特征在于，
照明设备调节电路通过照明设备工作频率的变化来补偿所传送的输出电压的波动。
5.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
所述功率因子校正电路的调制频率在50Hz到500Hz的范围内选择。
6.根据权利要求5所述的方法，
其特征在于，
所述功率因子校正电路的调制频率在90Hz到130Hz的范围内选择。
7.根据权利要求4所述的方法，
其特征在于，
一旦所述操作装置识别到施加DC电压，就自动切换到依靠定时器电路和查询表的调制。
8.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
以所谓的极限模式操作所述功率因子校正电路。
9.一种用于照明设备操作装置的控制部件，
其特征在于，
其包括分别提供根据权利要求1-6中任意一项所述的方法的模块。
10.一种照明设备所用的操作装置，其中所述操作装置具有用于降低在输入电流提升时的谐波的功率因子校正电路，其被构造为带有计时开关(S1)的开关调节器，
其特征在于，用于对施加DC电压进行探测的设备，
其中所述调节器计算所述开关(S1)的用于使所述功率因子校正电路的输出电压保持恒定的导通时间周期，
其中所述开关(S1)的导通时间周期和/或开关频率是根据在输入端施加所述DC电压来调制的，
通对所述功率因子校正电路的调制通过定时器电路来实现，通过该定时器电路从查询表中读出值。
11.根据权利要求10所述的操作装置，
其特征在于，
提供用于对在所述操作装置输入端施加DC电压进行探测的设备，和
所述功率因子校正电路的调制频率被选择为使得在功率因子校正电路的输出电压中产生相应的波动。
12.根据权利要求11所述的操作装置，
其特征在于，
带有波动的输出电压被传送给照明设备调节电路，该照明设备调节电路改变照明设备的操作频率，以保持恒定的照明设备功率。
13.根据权利要求10到12中任意一项所述的操作装置，
其特征在于，
所述功率因子校正电路的调制频率在50Hz到500Hz的范围内选择。
14.根据权利要求13所述的操作装置，
其特征在于，
所述功率因子校正电路的调制频率在90Hz到130Hz的范围内选择。
15.根据权利要求10所述的操作装置，
其特征在于，
切换到依靠定时器电路和查询表的调制根据施加DC电压自动发生。
16.根据权利要求10到12中任意一项所述的操作装置，
其特征在于，
所述功率因子校正电路被构造为以所谓的极限模式进行操作。
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