CN101164383A - 可参数化的数字pfc - Google Patents

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Abstract

一种用于至少一个气体放电灯，特别是用于荧光灯的可调光电子镇流器，其具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压为所述灯供电的逆变器。从而调光值传送到所述镇流器用于指定所需要的灯功率。根据本发明，在施加不同的调光值的情况下，中间电路调节器具有不同的特性。

Description

可参数化的数字PFC
技术领域
本发明涉及用于照明装置的操作设备，特别涉及用于至少一个气体放电灯，尤其是用于荧光灯的电子镇流器。
背景技术
连接到电压电源的高频滤波器通常形成该技术的进展中所公知的电子镇流器的输入，高频滤波器连接到整流器电路。由整流器电路所整流的电源电压传送到平滑电路以便产生中间电路电压(总线电压)。馈入中间电路电压的逆变器最终产生高频交流电压施加到在此设置的具有气体放电灯的负载电路。与其它因素相比，使用高频交流电压具有增加灯的光产额的效果。除此以外，借助于工作频率的改变来提供以不同的亮度步幅(调光值)操作所述灯的可能性。
本发明特别涉及具有平滑电路(功率因子校正，PFC)的电子镇流器，所述平滑电路提供传送到逆变器的中间电路电压(总线电压)。通常，通过设置在平滑电路内的调节电路来实现将中间电路电压由此调节到预定的需要值。将作为实际值的中间电路电压的瞬时值与在内预定的需要值进行比较，并且相应地控制镇流器的启动能量和中间电路电压的值。通常在可控的开关元件的协助下来实现启动能量的控制。
然而，平滑电路的这个开关元件的开关过程能够产生谐波，“返向辐射”到连接的电压电源中。这意味着在镇流器的输入处的电压和电流关于它们的相位彼此分开地运行，而且失真发生导致谐波的产生，所述谐波能够由连接的电源来感知。然而，因为谐波会在电源中导致扰动效应，所以标准通常要求在气体放电灯的正常操作期间，由电子镇流器所产生的谐波只“返向辐射”到低于特定电平的电源中。因此平滑电路应该被如此构成以使得尽可能避免电压和电流关于它们的相位分开地运行。
从EP 1189490 A1可知所关注的这类电子镇流器。对于这种公知的电子镇流器，中间电路电压调节器在灯的不同的操作状态(预热、点燃、正常操作)中具有不同的动态调节特性。借助于此，可以保证在灯的不同操作状态中的平滑电路在每种情况下都具有针对相应操作状态的最佳特性。
相应地EP 1189490 A1的出发点是在恒定电源电压和在恒定功率下被操作的电子镇流器。因而涉及非可调光的电子镇流器。
发明内容
现在本发明设定它本身的目的是增加平滑电路(PFC)的灵活性，以使得它特别合适于构成可调光的电子镇流器的要求。
根据本发明，借助于独立权利要求中的特征来实现这个目的。从属权利要求以特别有利的方式进一步发展本发明的中心构思。
根据本发明的第一方面，提供一种用于至少一个气体放电灯，特别是用于荧光灯的电子镇流器。该镇流器被提供有输入电压，并且具有由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路、和馈入该直流中间电路电压的逆变器。至少一个灯可以连接到逆变器。与EP1189490 A1不同，本发明假定例如调光值的外部命令能够被传送到镇流器。中间电路调节器具有依赖于所施加的命令的特性。因此本发明与EP1189490 A1不同，而是如果必要，在相同的操作状态(预热、点燃、正常操作)下，特别是如果外部的调光值规格改变，也改变中间电路调节器的特性。
外部命令在这个程度上与“内部”操作状态相区分，根据EP 1189490A1将会给平滑电路带来不同的特征。
这里可以将控制器分配给中间电路调节器，外部命令能够被传送到控制器，而且依赖于当前所施加的命令将关于中间电路调节的动态特性或其它特性的需要值发送到中间电路调节器。
这些需要值的实例是关于中间电路电压、中间电路调节器的时间常数以及可允许的谐波(THD)的值。
在控制器和中间电路调节器之间能够实现双向通信，中间电路调节器使用双向通信将平滑电路的操作参数发送到控制器。这些操作参数可以是例如所施加的输入电压和/或中间电路电压的类型和/或电平。
控制器可以是软件控制的。
控制器可以连接到存储器，在存储器中存储比较表(LUT-查寻表)，其将相应的需要值分配给例如调光值的限定的外部命令，以便用于平滑电路。可替选地，控制器还可以依赖于外部命令，经由执行的函数来确定用于中间电路调节的需要值。
另外或者作为依赖于外部传送的命令的替选方案，，中间电路调节器的特征也可以根据电子镇流器的输入电压的类型和/或电平进行调节。
根据本发明的另一方面，这里提供一种电子镇流器(EVG)，其中中间电路调节器从软件控制的控制器接收用于平滑电路的操作的需要值。与该技术的进展相比，软件控制的控制器的加入使得更加灵活的配置电子镇流器成为可能，这尤其在可调光的镇流器的情况下带来了好处，并且在非调光的镇流器的情况下也带来了好处。
最后，本发明还涉及一种用于至少一个气体放电灯，特别是荧光灯的电子镇流器，所述电子镇流器具有被提供有输入电压并且由中间电路电压调节器来控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)和馈入该直流中间电路电压的逆变器，其中能够设置至少一个灯的负载电路连接到逆变器的输出，其中
---中间电路电压调节器直接或间接地检测负载电路的输出功率；以及
---中间电路电压调节器具有依赖于负载电路的输出功率的特性。
此外，本发明涉及具有这种镇流器的光源，涉及用于操作电子镇流器的方法，以及涉及用于支持这种方法的计算机软件程序产品。
最后，本发明还确切地涉及微控制器，因为它能够与这种方法或镇流器一起使用。
附图说明
将参考唯一的附图和参考详细实施例来详细地说明本发明的进一步特征、优点和特点。
从而，图1示出用于具有数字中间电路电压调节器的荧光灯的电子镇流器的示意图。
具体实施方式
在根据图1所示的本发明的电子镇流器的示意图的情况中，省略通常由全桥整流器所形成的整流器电路的表示。整流的电源电压提供给在所示的实例中由升压开关调节器构成的平滑电路，平滑电路包括电感器L1、二极管D1、存储电容器C1和由中间电路电压调节器1控制的场效应晶体管S1形式的开关元件。由平滑电路所提供的中间电路电压VZ传送给包含逆变器7和具有在其中设置气体放电灯的负载电路8的负载电路2，所述灯可以是荧光灯。
升压开关调节器的操作在原理上已经是公知的了，并因此将在下面的内容作简单的总结。如果场效应晶体管S1导通，则电感器L1中的电流线性增加。然而如果场效应晶体管S1被关断，则电流将它本身放电到存储电容器C1中以使得这里出现包括具有纹波(“调制”)的直流电压的中间电路电压Vz。借助于场效应晶体管S1的有目的的控制，能够改变升压变换器的启动能量，并由此影响存储电容器C1处的中间电路电压Vz。从而这里出现通过改变开关S1的导通时段或脉冲占空比Ton来改变启动能量的可能性。
在下面的内容中将详细说明，在所示的实例中构造为数字调节器的中间电路电压调节器1。经由输入线路9，首先检测中间电路电压VZ的瞬时值。然而，作为对于这个直接检测的可替选方案，中间电路电压VZ还可以被间接地检测，例如经由输入电压。对于进一步的数字处理，通过模数转换器4来将中间电路电压VZ的模拟值变换成数字值u(k)。在中间电路电压调节器1的每个时钟循环中实现该变换，由此，通过固定频率振荡器3形式的中心时序产生器来预定时序。与模数转换器4相分离，时序产生器3的时序信号还被传送给形成数字中间电路电压调节器1的核心的计算单元5，以及传送到用于控制场效应晶体管S1的控制块6。
每个时钟循环计算单元5计算发送给控制块6的控制值y(k)。这将控制值y(k)转换成用于操作场效应晶体管S1的信号，并由此控制其导通时间。从而在尽可能没有电流流过二极管D1的时间点处实现场效应晶体管S1的开关，因为这样将减小开关损失。为此，这里提供与升压开关调节器的电感器L1电感耦合的检测线圈L2。如果场效应晶体管S1被关断，则电流经由电感器L1连续下降直到它在特定时间达到零点为止。在检测线圈L2的协助下，这个时间由控制块6来检测并再次开关场效应晶体管S1以避免开关损失。从而控制值y(k)确定场效应晶体管S1被切换导通多长时间。通过该时间周期，确定镇流器的启动功率和所提供的中间电路电压VZ的高度。然而，代替开关S1的导通时间，还存在依赖当前控制值y(k)改变其脉冲占空比的可能性。
不仅关于中间电路电压VX的瞬时实际值u(k)，而且关于实际值以及在前时钟循环的控制值来实现控制值y(k)的计算。在根据有限序列的理想情况中，由于数字特性，根据特定函数来计算控制值y(k)。这个有限序列包括一序列元素；然而，在第三元素之后，这些序列元素在当前的实例中被中断，以便于保持在可接受区域内计算控制值所作的努力。这意味着例如参考下面的方程来计算当前控制值y(k)：
y(k)＝a1*y(k-1)+a2*y(k-2)+b1*u(k)+b2*u(k-1)+b3*u(k-2)
从而，y(k-1)和y(k-2)表示在前时钟循环和在前时钟循环的前一个时钟循环的控制值，而u(k-1)和u(k-2)表示在前时钟循环和在前时钟循环的前一个时钟循环的实际值。这些各个值是用参数a1、a2和b1到b3来加权的。
正如能够从上面所给定的方程所理解的，考虑用于加权各个序列元素的参数确定中间电路电压调节器1的动态性能。相应地，在控制值y(k)的计算中，中间电路电压调节器1能够通过控制块6使用不同的参数集合来适合于不同的要求。
为此，根据本发明，集成控制器10与中间电路调节器1的计算单元5相连接，所述集成控制器10与中间时间调节器1的计算单元5进行双向通信(见参考符号11)。
控制器10连接到存储器12。经由数字接口13，控制器10能够接收如例如调光值规格的数字命令，还能够将例如状态信号或错误消息发送给连接的例如使用DALITM标准的数字总线。
中间电路调节器1、具有接口13的控制器10以及存储器12能够被构成为例如ASIC。
软件控制的控制器10因此经由接口13来接收外部传送的数字命令。而且，中间电路调节器1的计算单元5能够报告返回控制器状态信息或操作参数。中间电路调节器的计算单元5到控制器10报告返回的典型实例是施加的输入电压的类型和/或电平以及中间电路电压Vz的瞬时值。
依赖于这个到来的信息(外部命令或来自中间电路调节器的返回报告，具有至少一个灯的负载电路的输出功率)，控制器10现在能够将用于操作所需要的值发送到中间电路调节器1的计算单元5。这些需要值可关注例如下面的参数：
---依赖于输入电压的总线电压需要值，
---中间电路调节器的动态特性：
在用于适合调节的动态和稳态要求的小的调光值的情况下，必须改变调节器系数。
---为了改善谐波性能(THD)，用于开关的TON值从该表开始能够被预定和优化。在更小的输入电压的情况下，开关的TON值的调制要被减小。
根据本发明，依赖于如例如调光值的外部传送的命令或还依赖于来自中间电路调节器的返回报告，中间电路调节器1因此经由软件被调节。
此外，针对包含灯的负载电路的输出功率，能够设定中间电路调节器。在这种情况下，外部指定的值因此是例如来自调节器的信号用于输出电路的功率。
这个设定对于调光电子镇流器尤其重要，由于可改变的灯功率，所以与非调光的电子镇流器相比，它能够进入到“静态”负载变化。因此平滑电路的特性还能够在灯的操作阶段内被改变，特别是在灯点燃条件下的灯的操作期间内被改变必须是可能的。
根据本发明，电源电压(交流、直流)的最大幅值和本性能够被直接测量(例如在分压器和AD变换器上)。可替选地，它们能够经由下面的数学函数被间接检测：
Vin＝Vz×Toff/Ton+Toff
从而，Toff是开关S1的关断时间周期，并且对应这个开关的导通时间周期Ton。
如图所示，用于中间电路调节的规格的分配通过控制器10能够经由比较表(查寻表)被执行，查寻表被存储在存储器12中而且将经由数字接口输入的命令、或者来自中间电路调节的返回报告与中间电路调节的相应规格相关联。可替选地或另外，控制器10还能够经由所执行的函数来确定这些规格。
作为依赖于类型和/或输入电压的中间电路调节的不同规格实例，提出如下场境：
---借助于施加的交流电压的最大值的检测能够确定特定地理区域(例如欧洲或美国)。经由应用的地理区域的该间接检测，能够依次确定可允许的THD限制值。于是，能够相应地实现用于中间电路调节的规格以使得观测到应用在适当地理区域中的标准。
---能够依赖于检测的交流电压的高度来设定总线电压的需要值规格，从而原理上应用如下规则：指定的总线电压越高，施加交流电压的最大幅值就越高。
---当应用交流电源电压时，能够预定中间电路调节的操作，其中开关S1的导通时间周期Ton是常数。与此相反，能够提供当应用直流电压时，周期地改变开关S1的导通时间周期Ton(“扫描模式”)。

Claims (23)

1.一种用于至少一个气体放电灯的电子镇流器，特别是用于荧光灯的电子镇流器，具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入该直流中间电路电压的逆变器，其中能够设置至少一个灯的负载电路连接到逆变器的输出，其中
外部命令可传送到所述镇流器；以及
所述中间电路调节器具有依赖于施加的命令的特性。
2.根据权利要求1所述的镇流器，其特征在于，
它是外部调光值可传送到其上的可调光的镇流器。
3.根据权利要求1或2所述的镇流器，
其中控制器与所述中间电路调节器相连接，外部命令可传送到控制器并且控制器根据当前施加的命令将关于动态特性的需要值发送给中间电路调节器。
4.根据权利要求2所述的镇流器，
其中控制器将关于所述中间电路电压、所述中间电路调节器的时间常数和可允许的谐波(THD)中的至少一个的需要值发送给中间电路调节器。
5.根据权利要求2或3中的任一项所述的镇流器，
其中所述中间电路调节器将所述平滑电路(PFC)的操作参数发送给控制器。
6.根据权利要求4所述的镇流器，
其中所述中间电路调节器将关于所述施加的输入电压的种类、所述施加的输入电压和/或所述中间电路电压的电平的信息发送到所述控制器。
7.根据权利要求2至4中的任一项所述的镇流器，
其中控制器是软件控制的。
8.根据权利要求2至6中的任一项所述的镇流器，
其中控制器连接到存储有比较表的存储器，将用于所述平滑电路的需要值分配给限定的外部命令。
9.根据任一在前权利要求所述的镇流器，
其中所述中间电路调节器被构成为逻辑电路。
10.根据任一在前权利要求所述的镇流器，
其中所述中间电路调节器的所述特性依赖于所述输入电压是可调节的。
11.根据任一在前权利要求所述的镇流器，
其中所述外部命令是关于所述负载电路的输出功率的信息。
12.一种用于至少一个气体放电灯的电子镇流器，特别是用于荧光灯的镇流器，具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压的逆变器，其中能够设置至少一个灯的负载电路连接到逆变器的输出，其中
所述中间电路电压调节器直接或间接检测所述负载电路的输出功率；以及
所述中间电路电压调节器具有依赖于所述负载电路的输出功率的特性。
13.一种用于至少一个气体放电灯的电子镇流器，特别是用于荧光灯的镇流器，具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压的逆变器，其中包含所述灯的负载电路连接到逆变器的输出，其中
所述中间电路调节器被构成为逻辑电路；以及
软件控制的控制器将需要值传送给所述中间电路调节器用于操作所述平滑电路。
14.根据权利要求13所述的镇流器，
其中所述控制器依赖于传送到所述控制器的调光值来将需要值发送给所述中间电路调节器。
15.根据权利要求13或14所述的镇流器，
其中所述控制器依赖于所述输入电压的类型和/或电平来将需要值发送给中间电路调节器。
16.根据权利要求15所述的镇流器，
其中所述控制器对于更高的输入电压增加用于所述中间电路电压的需更值。
17.根据权利要求12至16中的任一项所述的镇流器，
其中所述中间电路调节器将所述平滑电路的至少一个操作值发送给所述控制器。
18.一种光源，具有至少一个气体放电灯和根据任一在前权利要求所述的镇流器。
19.一种用于操作针对至少一个气体放电灯的可调光的电子镇流器的方法，特别是用于操作针对荧光灯的可调光的电子镇流器的方法，所述镇流器具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压为所述灯供电的逆变器，其中
将针对需要的灯功率的规格的调光值传送到所述镇流器；以及
所述中间电路调节器随着施加不同的调光值而具有不同的特性。
20.一种用于操作针对至少一个气体放电灯的可调光的电子镇流器的方法，特别是用于操作针对荧光灯的可调光的电子镇流器的方法，所述镇流器具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压为所述灯供电的逆变器，其中
所述中间电路调节器被构成为逻辑电路；以及
软件控制的控制器将用于操作所述平滑电路的需要值传送给所述中间电路调节器。
21.一种用于操作针对至少一个气体放电灯的可调光的电子镇流器的方法，特别是用于操作针对荧光灯的可调光的电子镇流器的方法，所述镇流器具有被提供有输入电压并由中间电路电压调节器控制以便产生调节的直流中间电路电压的平滑电路(PFC)、以及馈入直流中间电路电压为所述灯供电的逆变器，其中
所述中间电路调节器直接或间接检测至少一个灯的输出功率；以及
依赖于所述输出功率来调节所述中间电路调节器的特性。
22.一种计算机软件程序产品，
当它运行在计算设备上时是一种根据权利要求19至21中的任一项所述的方法。
23.一种微控制器，
其特征在于构成为支持根据权利要求19至21中任一项所述的方法。
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