CN101049052A - 用于具有可变输出电容镇流器的灯的谐振点火器电路 - Google Patents

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Abstract

一种谐振点火器电路(11)，使用了开关点火分支和谐振点火分支。开关点火分支包括与开关节点(N1)串联连接的两个点火开关(M1、M2)。谐振点火分支包括点火线圈(L2)和点火变压器(T2)。点火线圈(L2)与开关节点(N1)和点火变压器(T2)的初级绕组串联连接。在操作中，点火线圈(L2)的串联电感至少是点火变压器(T2)的谐振电感的50倍，点火变压器(T2)在初级绕组和次级绕组之间具有带有空气间隙的磁芯，由此使从源看的谐振点火分支的功率级阻抗在输出电容的整个范围内总是电感性的。

Description

用于具有可变输出电容镇流器的灯的谐振点火器电路
技术领域
本发明一般涉及用于气体放电灯(如高强度放电灯)的驱动器电路。本发明具体涉及一种谐振点火器，它用于半桥换向正向电路(“HBCF”)型的灯驱动器，能够点火在远达20米的远方镇流条件下的灯。
背景技术
在这里参照引用其全文并且转让给本申请的受让人的欧洲专利申请流水号No.04100731.1给出的教导是如图1所示的谐振点火器电路10。如图1所示，谐振点火器电路10的开关点火分支使用了一对点火开关M1和M2(如MOS场效应晶体管)，点火开关M1和M2与两个电源输入线VH和VL之间的开关节点N1串联连接。谐振点火器电路10的谐振点火分支使用了点火电容器C1(如2200pF)、初级磁化电感为Lm(例如为5微亨)的点火变压器T1、点火线圈L1(如120μF)、和存储电容器C2(如220nF)。点火变压器T1有一个磁芯，初级绕组和次级绕组的匝数比为1∶7，初级绕组和次级绕组具有180°相移。点火电容器C1和点火变压器T1的次级绕组并联连接在两个谐振输出节点N1和N3之间。点火线圈L1、点火变压器T1的初级绕组和存储电容器C2串联连接在开关节点N1和电源输入线VL之间。
在操作中，将直流电源电压加在电源输入线VH和VL之间(例如400伏≤VH-VL≤500伏)，点火开关控制器(“SC”)20按常规方式以开关频率FS在导通状态和非导通状态之间适当地切换所说的点火开关M1和M2。众所周知的是，每当开关频率FS等于谐振点火分支的谐振频率时，在点火变压器T1两端的变压器电压达到最大幅度。照这样，由点火开关控制器20控制的谐振点火器电路10的任何频率的扫描都应该包括谐振点火分支的谐振频率FR在内。然而，镇流器要经过镇流器电缆30从节点N2、N3连接到灯，以便利于对于由谐振点火器电路10点火的灯(未示出)的远程镇流。因此，镇流器电缆30可能向谐振点火器电路10的谐振点火分支引入附加的输出电容(如100pF/米)，借此，谐振点火分支的谐振频率FR可能减小到未知的程度。再者，在节点N2、N3和镇流器之间的任何接触不良，都可能使输出电容发生极快的随机变化。输出电容的这种极快的变化可能导致开关M1和M2由于过热引起的零电压切换(ZVS)损失和自身破坏。
因此，照明工业一直在努力改善有关由在半桥换向正向电路(“HBCF”)型的灯驱动器中使用的谐振灯点火器(如谐振点火器电路10)点火的灯的远程镇流的当前技术。
发明内容
为此，本发明提供谐振灯点火器的新的独特的结构配置，通过保证从源方向看的功率级的阻抗在输出电容的整个范围总是电感性的，所说谐振灯点火器在可变电容负载作用下可以保证开关的零电压切换。
本发明的一种形式是使用开关点火分支和谐振点火分支的谐振点火器电路。开关点火器分支包括与一个开关节点串联连接的两个点火开关。谐振点火分支包括点火线圈和点火变压器。点火线圈与开关节点和点火变压器的初级绕组串联连接。在操作中，谐振点火分支有利于从源看的谐振点火分支的功率级组抗在输出电容的整个范围总是电感性的。点火线圈的串联电感至少是点火变压器的谐振电感的50倍，和/或点火变压器在初级绕组和次级绕组之间有一个空气间隙以产生有空气间隙的磁芯，由此便于从源看的谐振点火分支的功率级的阻抗在输出电容的整个范围总是电感性的。
本发明的第二种形式是使用点火开关控制器和上述的谐振点火器电路的镇流器。点火开关控制器可以操作，以便在指定的频率范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换谐振灯点火器的开关。
本发明的第三种形式是使用上述的谐振点火器电路的驱动器设备，以及稳态灯驱动器。谐振点火器电路和稳态灯驱动器便于实现灯的点火和稳态操作。
附图说明
从下面结合附图阅读的本发明的优选实施例的详细描述中，本发明的上述形式以及其它形式、特征、和优点将变得更加显而易见。详细描述和附图只是对于本发明的说明而不是限制，本发明的范围由所附的权利要求书及其等效物限定。
图1表示在本领域中公知的谐振点火器电路；
图2表示按照本发明的谐振点火器电路的一个实施例；
图3-5表示图2的谐振点火器电路的第一示例性的频率扫描；
图6-8表示图2的谐振点火器电路的第二示例性的频率扫描；
图9表示按照本发明的灯驱动器的一个实施例。
具体实施方式
本发明的一个有创造性的方面是使点火线圈的串联电感LS超出点火变压器的谐振电感LM，从而可以实现规定的频率范围的零电压切换(ZVS)，与输出电容无关。在一个实施例中，LS≥50LM，由此可以实现规定频率范围的零电压切换(ZVS)，与输出电容无关。
本发明的第二个有创造性的方面是所用的点火变压器的空气间隙相当大，从而可以产生空气间隙的磁芯，因而有利于获得点火变压器的谐振电感LM的期望值，使点火线圈的串联电感LS超出点火变压器的谐振电感LM。
本发明的第三个有创造性的方面是在覆盖谐振的灯点火器的整个谐振点火特征的频率范围内，实现往返的频率扫描。
下面描述的图2和图3提供了本发明的典型实施例，其中包括上述的本发明有创造性的方面中的一个或多个。
图2表示具有开关点火分支和谐振点火分支的谐振点火器电路11。谐振点火器电路11的开关点火分支使用了这里以上描述的点火开关M1和M2(如MOS场效应晶体管)。谐振点火器电路11的谐振点火分支使用了点火电容器C1(如2200pF)、点火变压器T2(如5微亨)、点火线圈L2(如120微亨)、和存储电容器C2(如150nF)。点火变压器T2的磁芯有一个空气间隙，初级绕组和次级绕组的匝数比为1∶6，它们的相移是180°。点火电容器C1和点火变压器T2的次级绕组并联连接在两个谐振输出节点N2和N3之间。点火线圈L2、点火变压器T2的初级绕组和存储电容器C2串联连接在开关节点N1和电源输入线VL之间。
在操作中，将直流电源电压加在电源输入线VH和VL之间(例如400伏≤VH-VL≤500伏)，点火开关控制器20依照覆盖谐振点火器的整个谐振点火特征的频率扫描并且按照常规的方式在导通状态和非导通状态之间适当地切换点火开关M1和M2历时规定的时间周期(如0.2-0.5秒)。
例如，图3表示输入电压110、源电流120、和用于谐振点火器电路11的输出电压130，谐振点火器电路11在140千赫兹到170千赫兹的频率扫描范围内的153千赫兹的谐振频率处工作，在这里，153千赫兹的谐振频率对应于基本输出电容。在图3中还画出了从源看到的阻抗相位100。此外，图4表示的是在谐振频率154千赫兹操作的谐振点火器电路11在时间域内的输入电压110、源电流120和输出电压130；图5表示的是在谐振频率150千赫兹操作的谐振点火器电路11在时间域内的输入电压110、源电流120、和输出电压130。
例如还有，图6表示的是在谐振频率110千赫兹操作的谐振点火器电路11在频率扫描范围100千赫兹到130千赫兹内的输入电压110、源电流120、和输出电压130，在这里谐振频率110千赫兹对应于基本输出电容的增量ΔC＝2.0nF。还有，从源看的阻抗相位100也画在图6内。此外，图7表示的是在谐振频率111千赫兹操作的谐振点火器电路11在时间域内的输入电压110、源电流120、和输出电压130；图8表示的是在谐振频率109千赫兹操作的谐振点火器电路11在时间域内的输入电压110、源电流120、和输出电压130。
图9表示的是一个灯驱动电路12，其中加入了谐振点火器电路11和稳态灯驱动器以便有利于灯的点火和稳态运行。为此，灯LP(例如HID灯)的一端连接到谐振节点N3，滤波器电容器分支使用了与滤波器节点N4串联连接的两个电容器C3和C4(如150μF)，滤波器节点N4与谐振节点N2连接。电容器C3还经过电阻器R1连接到电源输入线VH，电容器C4还连接到电源输入线VL。
灯LP的另一端连接到驱动节点N5。电容器驱动分支使用了与驱动节点N5串联连接的两个电容器C5和C6(如1.0μF)。电容器C5还经过电阻器R1连接到电源输入线VH，电容器C6还连接到电源输入线VL。
稳态开关分支使用了与开关节点N6串联连接的开关M3(如MOS场效应晶体管)和二极管D1，所说开关节点N6经过驱动电感器L3(如100微亨)连接到驱动节点N5。开关M3还连接到电源输入线VH，二极管D1还连接到电源输入线VL。
附加的稳态开关分支使用了与开关节点N7串联连接的开关M4(如MOS场效应晶体管)和二极管D2，所说开关节点N7经过驱动电感器L4(如100微亨)连接到驱动节点N5。二极管D2还经过电阻器R1连接到电源输入线VH，开关M4还连接到电源输入线VL。
缓冲电容器C7(如150μF)连接到电源输入线VH和VL。
为了点火灯LP，在谐振输出节点N3和N2之间加上一个点火电压(如3千伏≤VH-VL≤4千伏)，随后在节点N3和N5之间加上相同的电压。点火开关控制器20按照常规的方式并依据频率扫描范围在规定的时间周期内(如0.2-0.5秒)在导通状态和非导通状态之间适当地切换点火开关M1和M2，所说频率扫描范围覆盖谐振点火器的整个谐振点火特征。
为了按照稳态方式操作灯LP，在节点N3和N5之间加上驱动电压(如100伏≤VH-VL≤107伏)，并且驱动开关控制器22按照常规的方式并在稳态频率或频率范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换点火开关M3和M4。在稳态操作期间，点火开关控制器20还按照常规的方式并在稳态频率或频率范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换点火开关M1和M2。
虽然在这里公开的本发明的实施例现在被认为是优选的，但在不偏离本发明的构思和范围的条件下还可以进行许多不同的变化和改进。在所附的权利要求书中阐明了本发明的范围，期望在这里包括属于在等效物的含义和范围内的所有变化。

Claims (20)

1、一种谐振点火器电路(11)，包括：
开关点火分支，包括与开关节点(N1)串联连接的第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)；
与开关节点(N1)连接的谐振点火分支，谐振点火分支包括串联连接的点火线圈(L2)和点火变压器(T2)，其中从源看的谐振点火分支的功率级阻抗在谐振点火分支的输出电容的整个范围内是电感性的。
2、权利要求1的谐振点火器电路(11)，其中点火线圈(L2)的串联电感至少是点火变压器(T2)的谐振电感的50倍。
3、权利要求1的谐振点火器电路(11)，其中点火变压器(T2)包括围绕带有空气间隙的磁芯缠绕的初级绕组和次级绕组。
4、权利要求1的谐振点火器灯(11)，其中第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)可以操作，以便与点火开关控制器(20)连接，在频率扫描的范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)，所说频率扫描范围覆盖谐振灯点火器(11)的整个谐振点火特征。
5、权利要求1的谐振点火器电路(11)，
其中谐振点火分支还包括存储电容器(C2)；以及
其中点火线圈(L2)、点火变压器(T2)的初级绕组、和存储电容器(C2)串联连接在开关节点(N1)和电源输入线(VL)之间。
6、权利要求1的谐振点火器电路(11)，
其中谐振点火分支还包括谐振电容器(C1)；以及
其中谐振电容器(C1)和点火变压器(T2)的次级绕组并联连接。
7、一种镇流器，包括：
谐振点火器电路(11)，所说谐振点火器电路(11)包括：
开关点火分支，包括与开关节点(N1)串联连接的第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)；
与开关节点(N1)连接的谐振点火分支，谐振点火分支包括串联连接的点火线圈(L2)和点火变压器(T2)，其中从源看的谐振点火分支的功率级阻抗在谐振点火分支的输出电容的整个范围内是电感性的；
点火开关控制器(20)，连接到第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)以便在频率扫描范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)，所说频率扫描范围覆盖谐振灯点火器(11)的整个谐振点火特征。
8、权利要求7的镇流器，其中点火线圈(L2)的串联电感至少是点火变压器(T2)的谐振电感的50倍。
9、权利要求7的镇流器，其中点火变压器(T2)包括围绕带有空气间隙的磁芯缠绕的初级绕组和次级绕组。
10、权利要求7的镇流器，
其中谐振点火分支还包括存储电容器(C2)；以及
其中点火线圈(L2)、点火变压器(T2)的初级绕组、和存储电容器(C2)串联连接在开关节点(N1)和电源输入线(VL)之间。
11、权利要求7的镇流器，
其中谐振点火分支还包括谐振电容器(C1)；以及
其中谐振电容器(C1)和点火变压器(T2)的次级绕组并联连接。
12、一种灯驱动器(12)，包括：
谐振点火器电路(11)，所说谐振点火器电路(11)包括：
开关点火分支，包括与第一开关节点(N1)串联连接的第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)；
与第一开关节点(N1)连接的谐振点火分支，谐振点火分支包括串联连接的点火线圈(L2)和点火变压器(T2)，其中从源看的谐振点火分支的功率级阻抗在谐振点火分支的输出电容的整个范围内是电感性的；
稳态灯驱动器，其中的谐振点火器电路(11)和稳态灯驱动器按可操作方式进行连接，以便点火并稳态运行灯(LP)。
13、权利要求12的灯驱动器(12)，其中点火线圈(L2)的串联电感至少是点火变压器(T2)的谐振电感的50倍，借此使从源看的谐振点火分支的功率级阻抗在谐振点火分支的输出电容的整个范围内是电感性的。
14、权利要求12的灯驱动器(12)，其中点火变压器(T2)包括围绕带有空气间隙的磁芯缠绕的初级绕组和次级绕组。
15、权利要求12的灯驱动器(12)，其中：第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)按照可操作的方式连接到点火开关控制器(20)，以便在频率扫描范围在导通状态和非导通状态之间适当地切换第一点火开关(M1)和第二点火开关(M2)，所说频率扫描范围覆盖谐振灯点火器电路(11)的整个谐振点火特征。
16、权利要求12的灯驱动器(12)，
其中谐振点火分支还包括存储电容器(C2)；以及
其中点火线圈(L2)、点火变压器(T2)的初级绕组、和存储电容器(C2)串联连接在开关节点(N1)和电源输入线(VL)之间。
17、权利要求12的灯驱动器(12)，
其中谐振点火分支还包括谐振电容器(C1)；以及
其中谐振电容器(C1)和点火变压器(T2)的次级绕组并联连接。
18、权利要求17的灯驱动器(12)，
其中谐振电容器(C1)和点火变压器(T2)的次级绕组并联连接后再连接到灯(LP)的第一端。
19、权利要求18的灯驱动器(12)，其中：稳态灯驱动器包括：
第一驱动开关分支，包括第一驱动开关(M3)和与第二开关节点(N6)串联连接的第一二极管(D1)；
第一驱动线圈(L3)，连接到第二开关节点(N6)和灯(LP)的第二端；
第二驱动开关分支，包括第二驱动开关(M4)和与第三开关节点(N7)串联连接的第二二极管(D2)；
第二驱动线圈(L4)，连接到第三开关节点(N7)和灯(LP)的第二端。
20、权利要求19的灯驱动器(12)，其中：第一驱动开关(M3)和第二驱动开关(M4)按可操作方式连接到驱动开关控制器(22)，以便切换第一驱动开关(M3)和第二驱动开关(M4)，使它们按照适当的方式在导通状态和非导通状态之间进行切换。
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Open date: 20071003