CN101120619A - 用于操作高强度放电灯的方法和电路装置 - Google Patents

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Abstract

一种操作高强度放电灯(2)的方法和电路装置(1)，所说电路装置是通过直流(DC)电源线(4、6)供电的，包括：变压器(40)，变压器(40)的初级绕组(42)与电感器(46)和电容器(48)串联连接到直流电源线(4、6)，变压器的次级绕组(44)与所说的灯串联连接，开关(52)与电容器(48)并联连接；控制电路(56)连接到开关(52)，借此，当在开关上检测到电压(Vsw)的零交叉时，控制电路(56)控制所说开关使其导通，并且当检测到通过开关的电流值大于参考值时，控制电路(56)控制所说开关使其不导通。

Description

用于操作高强度放电灯的方法和电路装置
技术领域
本发明涉及用于操作分别如权利要求1和7的前序部分所述的高强度放电(HID)灯的方法和电路装置。
背景技术
WO2004/064457公开了一种用于操作高压放电灯的电路装置，这种高压放电灯是高强度放电(HID)灯的一种类型。所述文献公开的电路类似于以上所指的电路。
从出现高强度放电灯时开始，它的操作经历几个阶段，即击穿阶段、接收阶段、阴极由冷变热的过度阶段、起动阶段、和稳态阶段。L.C.Pitchford等人在“应用物理”期刊1997年7月1日第82卷中公开了这些阶段的细节。
现有技术的谐振点火部分的电容器连接到灯的两端。谐振点火部分的变压器与灯串联连接。变压器可以是一个自耦变压器。在将电源接通到这一装置时，控制电路使点火部分的开关交替地接通和断开，于是产生一个通过所说电容器和谐振点火器部分的变压器的初级绕组的交流电流。通过减小开关频率来减小点火电压。开关频率应该使点火电压频率是开关频率的倍数。在启动时，在所说电容器的两端，并且因此在与电容器并联连接的灯的两端，将要产生高电压。在某一瞬间使灯击穿。灯两端的电压表现出具有高电平的脉冲波形。在击穿以后，维持点火部分继续操作，从而通过所说的电容器和灯产生并提供频率由所说谐振点火部分确定的交流电流。在灯的两端检测到一个相对较低的电压幅值时，认为灯处在操作的起动阶段，并且谐振点火部分断开。于是，只有并非由谐振点火电路提供的相对较低频率的电流穿过灯。电源电路(APS)并联连接到与直流电源线连接的两个缓冲电容器系列中的一个电容器。使用电源电路(APS)在点火期间维持半桥电压恒定。
点火速率，或者灯点火需要的时间，取决于点火电压的幅度和它的频率的乘积。现有技术的电路不允许高的点火频率。因此它必须产生高的点火电压才能得到用于获得和维持点火所需的所说乘积值。这样一种相对较低的点火频率和相对较高的点火电压需要有一个庞大的点火变压器，这是一个缺点。
现有技术电路装置的另一个缺点是需要使用附加的电源电路，这使电路的整体更加复杂和昂贵。
发明内容
本发明的一个目的是克服以上所述的现有技术的方法和电路的缺点。
通过提供根据权利要求1所述的方法实现本发明的上述目的。
在谐振电路的零交叉电压对于初级电流产生的控制减小了由所说的产生引起的开关损耗。因此，可以使用点火部分的高开关频率和高谐振频率。结果，当使用相对较高的谐振频率时，需要较低的点火电压来获得和维持点火。因此，变压器可以很小，并且更加成本有效。另一方面，变压器的高的初级电压允许使用降低的绕组比、较低的次级电感、并且还有较小的尺寸和较少的成本。
通过提供根据权利要求7所述的电路装置还可实现本发明的上述目的。
最好使用饱和类型的变压器，饱和类型的变压器的初级绕组与一个附加的电感器以及点火谐振部分的电容器串联连接。结果，当变压器饱和时，可以限制变压器初级绕组中电流的增长速率。因此，变压器的或者灯的次级绕组的短路对于初级绕组的电流和电压没有任何明显的影响。所说的电流和电压基本上由附加的电感器和点火谐振部分的电容器确定。因此，这样的电路装置是非常可靠的。
附图说明
从下面结合附图的示例性的描述中，本发明将逐渐变得更加显而易见。在附图中：
图1表示用于操作按照本发明的高强度放电灯的电路装置的一个实施例的示意图；
图2表示在操作图1所示的电路装置期间发生的电压和电流的定时图。
具体实施方式
图1示出了用于操作高强度放电(HID)灯2的电路装置1的图。这个电路装置包括两个直流DC电源线4、6。假定在线6上的电压是0，在线4上的DC电源电压是正的。
所说电路装置进一步还包括一个下变换器(down converter)。该变换器的安排不属于本发明的部分。因此，只表示出它的一部分，具体来说就是两个开关电路，它们与电源线4和6串联连接。所说开关电路之一包括正向偏置的二极管8和MOSFET开关10的串联电路和与所说串联电路并联的反向偏置的二极管12。另一个开关电路包括正向偏置的二极管14和MOSFET开关16的串联电路和与所说串联电路并联的反向偏置的二极管18。这些开关电路具有公共的连接点或节点20。
与电源线4和6连接的还有例如由两个约为几百毫微法拉量级的并且具有一个公共节点26的小滤波电容器22、24组成的一个串联电路。电感器28连接到节点20和节点26。电容器22、24用于滤波通过电感器28的电流的高频交流。与电源线4和6连接的还有例如由两个为47μF的并且具有一个公共节点34的相对较大的缓冲电容器30、32组成的一个串联电路。缓冲电容器30、32用于保持节点34上的电压(半桥电压)基本上不变。灯2和点火电路36的串联电路连接到节点26和34。
在正常操作期间，下变换器(down converter)的控制电路(未示出)产生脉冲系列，通过这些脉冲系列分别导通一个开关10或16，同时分别断开另一个开关16或10。以例如20-500kHz的高频率产生所述的脉冲。对于所说脉冲系列进行选择，以便按照可能发生的动态方式，为所说的灯2提供直流电流，这个直流电流以比所说开关控制脉冲系列的高频率低的频率改变方向。以相对较低的频率进行这样的变换是维持灯的正常操作所必需的。这一操作方案和它的实施过程不是本发明的部分。
从给高强度放电灯供电开始，它的操作经历几个阶段，即击穿阶段、接收阶段、阴极由冷变热的过度阶段、起动阶段、和稳态阶段。恰在灯2击穿之前，在灯2的两端产生一个高压。在灯2击穿时(灯变为导通)，它的阻抗极其明显地下降。结果，灯2两端的电压下降。所说的电压较低，以单独地维持灯2的导通状态。为了防止灯2在灯击穿时熄灭，要使用一个点火电路。图1表示的就是按照本发明的这样一个点火电路36的实施例。
点火电路36包括变压器40，变压器40具有初级绕组42和次级绕组44。正是通过这个次级绕组44，才将点火电路36与灯2串联连接起来。初级绕组42与电感器46和电容器48串联地连接到电源线4和6，电容器48连接到电源线6。电容器48的一端或者连接节点50连接到MOSFET开关52和电阻器54的串联电路，这个电阻器还连接到电源线6。MOSFET开关52的漏极、栅极、和源极分别连接到控制电路56的Z输入端、G输出端、和P输入端。控制电路可以是市场上可以购买得到的集成电路，例如ST-Microelectronics的L6562表示的一个集成电路。控制电路测量在它的Z输入端的电压VSW，并且检测所说电压的零交叉。电阻器54的数值很小，用于测量流过它的电流，因此可以测量流过变压器40的初级绕组42、电感器46和MOSFET开关52的电流Iprim。控制电路测量在它的P输入端的电压，并且将其与一个参考值进行比较。所说的参考值代表了电流Iprim的一个数值，控制电路必须按照这个数值来改变在它的G输出端上的栅极电压Vg，控制电路借此参考值来控制MOSFET开关52。所说的参考值还称之为电流参考值Iref。
点火电路36的操作如下。
在向电源线4和6加上电源电压时，控制电路56将控制所说开关52导通。电流Iprim将流过变压器40的初级绕组42、电感器46、电容器48、和开关52。这个电流Iprim将增加。当测量的电流达到电流参考值Iref时，控制电路56控制所说开关52不能导通。在初级绕组42、电感器46、电容器48的串联电路内积累的能量将使这个串联电路谐振。因此，这个串联电路还叫做谐振电路。
在图2中示出了流过这个谐振电路的电流Iprim。因为变压器40是饱和类型的，所以在一部分初级绕组电流Iprim的周期时间，变压器40不将能量传送到次级绕组44。图2表明，从时间t2开始，变压器从饱和状态返回，可发生能量的传送。结果，初级绕组电流Iprim在次级绕组44两端感应出一个电压脉冲，如图2中的电压Vsec所示。
在图2中的时间t1，控制电路56在它的Z输入端检测到电压Vsw的零交叉时，控制电路56控制所说开关52使其导通。在图2中的时间t3，达到电流参考值时，控制电路56控制所说控制开关52使其不能导通。在时间t1和t3之间，能量从电源线提供给谐振电路，使谐振得以维持。
作为一个例子，对于电感器46的数值为250微亨、电容器48的数值为8.2毫微法拉、Iprim的峰值为3安培，在次级绕组44上获得电压Vsec的峰值。Vsec的这个电压脉冲系列可能保持200瓦的灯2在接收阶段，历时达到相继的阴极由冷变热的过渡阶段所需的时间。初级绕组电流Iprim的循环时间只有14微秒，借此可以产生很高的次级电压脉冲并且可使变压器的尺寸很小。开关52上的电压Vsw具有850伏的高峰值。因此，初级绕组两端的电压也具有很高的峰值。结果，变压器40的绕组42和44的匝数比可以很小，因此，次级绕组的电感值可以很小，并且因此变压器40和点火电路36作为一个整体可以很小。
由于变压器40是饱和类型的，所以变压器的次级绕组的短路或者灯2的短路对于变压器40的初级侧的电压Vsw和电流Iprim没有任何显著的影响。这使点火电路可靠，因此使电路装置的整体可靠。
在达到阴极由冷变热的过渡阶段时，或者在此之后很短时间，灯2的正常操作阶段，可停止点火电路36的操作。为此，可以检测灯2的阻抗变化。由于灯2对于点火电路36来说是一个负载，所以其初级绕组电流Iprim将通过灯的阻抗变化而变化。因此，控制电路56控制所说开关52导通(或者不导通)的时间也要随之变化。因此，通过比较所说开关52的导通时间与参考值，控制电路52就可以决定控制所说开关52使其不再导通。
如果不检测灯2的操作状态，或者除了检测灯2操作状态以外，根据其阻抗的变化，可以在从施加电源电压开始的一个特定时间之后使用计时器来停止点火电路36的操作。
以上已经描述了用于操作高强度放电灯的电路装置的一个优选实施例。必须看到，本发明是由所附的权利要求书确定的，在本发明的范围内可以对所说的优选实施例进行改进。

Claims (12)

1.一种操作高压放电灯(2)的方法，包括：
向直流(DC)电源线(4、6)施加直流电源电压；
从直流电源电压产生交流(AC)电压；
向灯施加交流电压，使灯可以击穿；
在变压器(40)的初级绕组(42)中产生交流初级电流(Iprim)，所说的初级绕组(42)是谐振电路的一部分，从而在变压器(40)的次级绕组(44)上产生交流点火电压(Vsec)，次级绕组(44)与灯(2)串联连接；
借此，交流点火电压(Vsec)的频率和幅度适合于在击穿之后的灯的接收阶段期间维持灯的击穿，并且，通过反复地瞬时连接谐振电路的连接点(50)与所说电源线(4、6)之一(6)，维持谐振电路的谐振，其特征在于：在施加直流电源电压之前，通过所说变压器(40)只连接谐振电路到两个电源线(4、6)，并且连接所说的灯(2)到谐振电路，在接收阶段期间，监视在谐振电路的所说连接点(50)上的电压(Vsw)，监视初级电流(Iprim)，在检测所监视的电压的零交叉时(t1)，连接谐振电路的连接点(50)到所说的一个电源线(6)，并且当初级电流(Iprim)的幅度变得大于参考值时(t3)断开连接点(50)和所说的一个电源线之间的连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：变压器(40)和初级电流(Iprim)应该是这样的：在初级电流的幅度超过饱和电平的初级电流的周期的一部分的期间内，变压器饱和，以及一个电感器与变压器的初级绕组(42)串联连接。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：在完成灯(2)的接收阶段之后，停止产生初级电流(Iprim)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在所说的监视期间，从监视的电压(Vsw)和监视的初级电流(Iprim)导出灯(2)的操作状态，并且在检测作为灯(2)的操作状态的接收阶段完成之后，停止产生初级电流(Iprim)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：灯(2)的操作状态是从谐振电路的所说连接点(50)连接到所说的一个电源线(6)的周期持续时间导出来的。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在从施加直流电源电压开始的预定时间周期过后，停止产生初级电流(Iprim)。
7.一种操作高强度放电灯(2)的电路装置(1)，所说电路装置是通过直流(DC)电源线(4、6)供电的，包括：变压器(40)和电容器(48)的谐振点火部分，变压器(4 0)的初级绕组(42)与开关(52)串联连接到电源线(4、6)，变压器的次级绕组(44)与所说的灯串联连接；和一个控制电路(56)，所说控制电路连接到开关(52)，以便按照可以在灯的至少接收阶段维持所说谐振点火部分谐振的速率控制所说的开关导通或者不导通，其特征在于，变压器(40)的初级绕组(42)和电容器(48)与直流电源线(4、6)串联连接，开关(52)与电容器(48)并联连接，借此，当在开关上检测到电压(Vsw)的零交叉时，控制电路(56)控制所说开关使其导通，并且当检测到通过开关的电流值大于参考值时，控制电路(56)控制所说开关使其不导通。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其特征在于：变压器(40)是一个饱和变压器，电感器(46)与变压器(40)的初级绕组(42)和电容器(48)串联连接。
9.根据权利要求7或8所述的电路装置，其特征在于：控制电路(56)控制和维持所说开关(52)使其在灯(2)的接收阶段以后不导通。
10.根据权利要求9所述的电路装置，其特征在于：控制电路(56)监视灯(2)的操作状态，并且在检测到作为灯的操作状态的接收阶段完成以后控制电路(56)终止开关(52)的控制使其导通。
11.根据权利要求10所述的电路装置，其特征在于：控制电路(56)测量所说开关(52)导通的时间，并且当所测的时间已过了参考值时控制电路终止开关(52)的控制使其导通。
12.根据权利要求9所述的电路装置，其特征在于：控制电路(56)在从首先控制开关开始的一个时间周期过后控制和维持所说开关(52)使其不导通。
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