CN101253819B - 用于放电灯的具有eol监控电路的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于放电灯LA1的具有EoL监控电路R1、R2、U1、R9、U2-A、U2-B、U3-A、AE的电子镇流器，该监控电路具有带有电流镜输入的电流差动放大器U1。

Description

用于放电灯的具有EOL监控电路的电子镇流器

技术领域

本发明基于通过电子镇流器交流驱动放电灯。

背景技术

如今，通常利用电子镇流器来驱动不同结构类型的放电灯。这种镇流器通常包括高频变换器，用于由低频电网电源或者由直流电压供给为灯产生交流供电功率。

除了用于启动和驱动放电灯的必要功能以外，电子镇流器常常还具有附加的监控功能和调节功能。在本上下文中，所关心的是所谓的EoL监控(寿终(End of Life)监控)，在EoL监控中通过镇流器的电路部分来监控：所驱动的放电灯的电极之一的寿终何时来临。

这种EoL监控电路本身已公开，如由WO00/11916公开，为了阐述技术背景而补充地引用该文献。尤其是在该文献说明了，在EoL监控装置中利用了放电灯的整流特性，其中该整流特性随着电极寿命临近结束而出现。电极寿终随着电子发射材料的消耗或者退化而出现。一般说来，电极寿命的结束通过该电极上的电子逸出功的升高而预示来临。由此，在交流运行中出现不对称，或者换言之，在具有相应的不对称电压降的灯中出现了单极的附加功率。

发明内容

本发明的任务是给出一种在EoL监控方面被改进的、用于放电灯的电子镇流器。

本发明一方面涉及一种用于交流驱动放电灯的具有EoL监控电路的电子镇流器，该EoL监控电路用于识别放电灯的电极的寿终，该EoL监控电路对放电灯的不对称功率作出反应。该电子镇流器的特征在于，在EoL监控电路中，将与不对称功率相关联的电流和参考电流输送给电流差动放大器。本发明还涉及一种对应的灯系统，该灯系统包括这种镇流器和合适的放电灯。

优选的扩展方案在从属权利要求中给出并在下面更为详细地予以阐述。

本发明的基本思想在于，与现有技术不同，即不是导出与放电灯开始的整流特性相关的电压、通过对电压敏感的放大器电路检测该电压以及将该电压用于控制镇流器的运行，而是替代地进行电流差动放大。为此，使用与放电灯的不对称功率相关的电流，并且将该电流与参考电流一起输送给电流差动放大器。电流差动放大器的特征在于，即使不存在EoL识别，即还不能检测到整流特性，该电流差动放大器也容许输入电流。由此，尤其是可以避免：在对电压敏感的输入的情况下，通过在EoL识别时连接的晶体管由于随后出现的电阻的电流负载而产生电压偏移，其中借助这些电阻产生相应的用于识别的测量电压或者产生用于比较的参考电压。

尤其是在已经提及的WO00/11916中，两个分压器电路相互负载，因为由电压差动信号形成电流，该电流表示其他信号量。由此产生了干扰的电压偏移、所使用的电势的绝对值与参考电势的相关性以及电势差的非线性相关性。

与此不同地，在本发明中使用这样的电流输入端，该电流输入端在正常运行情况下也可以传导电流，使得在EoL识别的情况下没有产生显著偏移。

由于供电线路中的电阻具有相应的高电阻值，所以所需的测量电流和参考电流可被减小到这样小的值，使得与此相关联的功耗完全不显著。此外，通过相应的预负荷，如通过电流差动放大器上的反馈能够容易地调节合适的工作点。

电流差动放大器的输入端的一种优选的扩展方案在于本身已知的电流镜电路，其中该电流差动放大器还特别优选地被构建为运算放大器。这种具有电流镜输入的OP放大器例如作为所谓的诺顿(Norton)放大器可从制造商摩托罗拉(如今为安森美半导体(On Semiconductor))获得。

此外，该诺顿放大器具有电压输出，并且由此示出了本发明的另一优选特征。最后，在此涉及一种具有MOSFET电流镜输入的放大器(这种电流镜输入的一种有利实施形式)。此外，电流镜输入也可以以其它单极技术或者也可以以双极技术来实施。

在本发明的一种简单和有利的扩展方案中，电流差动放大器的输出信号可以在窗比较器上被给出，该窗比较器也即两个简单的比较器的组合，在这两个比较器的阈值之间形成相对应的窗。比较器的输出信号例如可以通过NAND门电路结合并且被输送给断路设备，该断路设备在识别电极寿终的情况下使高频变换器不运行。

由于在镇流器中运行时会产生干扰的振荡和高次谐波，尤其是在运行开始时可能有瞬态振荡过程，所以EoL监控电路优选地具有低通滤波器，如RC环节。在一种有利的扩展方案中，RC环节的电容器可以位于电流差动放大器的测量电流输入端与镇流器内部的参考电势之间。

作为对尤其是适合于离散的实现方案的通过比较器和逻辑门进行分析的代替，也可以设置有电流差动放大器的微处理器采样装置，该微处理器采样装置以特定的时间间隔进行采样，并且可能在EoL识别的情况下出于可靠性原因而执行重复询问。在这种情况下应注意，通过标准化和/或技术边界条件预先确定的、EoL监控电路的反应时间不是特别短的，而是在通常情况下有数秒时间可供使用。最后，在通常情况下仅仅重要的是，避免通过电极由于源于灯中的不对称的附加功率而引起的热损害和例如由此而来的火灾危险。这些热过程比较缓慢。

用于产生电流差动放大器的参考电流的一种可能性在于，通过相对高电阻值的电阻由参考电势导出电流，尤其是由镇流器内部的高频变换器导出电流。

在实践方面的许多重要情况下，所谓的耦合电容器位于放电灯与镇流器内部的参考电势之间，该耦合电容器在运行时通常被充电到镇流器内部的电源电势与参考电势之间的中间电势，并且由此保证放电灯的真正交流运行。在这种电路连接中，对该参考电势进行参考的电流差动放大器还以有利的方式通过电阻与耦合电容器和放电灯之间的分接头相连，以便由此分接与耦合电容器上的电压相关的电流。在这种情况下应考虑，电流差动放大器的输入在电势方面非常接近参考电势。

另一在实践中重要的电路连接在高频变换器的交流输出端与放电灯之间设置有相应的耦合电容器，并且因此相应地通常将放电灯的另一连接端直接连接到参考电势。根据与灯并联的、尤其是对于谐振点燃过程所需的谐振电容器的电路连接，这种电路特别是有利于以简单和直接的方式测量灯电流，并且例如能用于电流调节。在这种情况下有利的是，通过电阻再次由耦合电容器与放电灯之间的中间分接头导出再次对参考电势进行参考的电流差动放大器的测量电流。该测量电流于是与灯电压相关联，也即以平滑(geglaetteterweise)的方式在纯交流运行时该测量电流平均值为零。在这种情况下，电流差动放大器的相应的测量电流输入例如可以通过放大器输出的反馈被预负载，为此也参阅第二实施例。

本发明的一种优选的应用是低压放电灯，但是也适于高压放电灯。

此外，本发明还涉及方法并且因此也涉及一种用于利用这种镇流器交流驱动放电灯的方法，在该方法中，通过EoL监控电路识别放电灯的电极的寿终，其中该EoL监控电路对放电灯的不对称功率作出反应。该方法的特征在于，在EoL监控电路中，与不对称功率相关联的电流和参考电流被输送给电流差动放大器。上述以及下面所阐述的各个特征对于本发明的方法方面也隐含地起了决定性作用。

附图说明

下面参照实施例对本发明更为详细地进行了阐述，其中各个特征在其他组合中也反映了本发明的实质，并且本发明不仅涉及装置方面，而且涉及方法方面。

图1示出了作为第一实施例的、用于低压放电灯的镇流器的简化电路图。

图2对应于图1并且示出第二实施例。

图3对应于图1并且示出第三实施例。

具体实施方式

图1示出根据本发明的用于(同样绘制在右边区域中的)低压放电灯LA1的镇流器的电路图，该镇流器在左边区域中对于常用的家用电网电源通过相位线L和中性线N被连接到输入端KL1-1和KL1-2。电感线圈LD2和电容器C5构成整流器D1至D4与中间电路存储电容器C6之间的无线电干扰抑制滤波器，在该中间电路存储电容器C6上，中间电路电压以位于该图下部区域中的镇流器内部的参考电势和位于上部区域中的镇流器内部的电源电势存在。

在这两个电势之间有常用的半桥变换器电路的两个开关晶体管T1和T2，续流二极管D11和D12分别与两个开关晶体管T1和T2并联，并且这两个开关晶体管T1和T2通过在两个开关晶体管的中间分接头与电源电势之间的所谓的梯形电容器C8而减轻开关负荷(schaltentlasten)。控制连接端(此处为双极型晶体管T1和T2的基极)通过次级绕组RK1-B和RK1-C以及电阻R3或R4来控制，其中初级绕组RK1-A与次级绕组RK1-B和RK1-C耦合并且位于所提及的中间分接头与灯LA1之间，因此也位于半桥的交流输出端与灯LA1之间。在由绕组RK1-A、RK1-B和RK1-C构成的控制变压器(该控制变压器在此还仅用符号代表自激励控制器，该控制器也可以通过其他方式、尤其是通过外部控制器来实现)的初级绕组与灯LA1之间有常用的灯电感线圈LD1。灯LA1通过灯端子KL2-1至KL2-4来连接，其中端子KL2-3和KL2-4被设置在中间分接头侧，而端子KL2-1和KL2-2被设置在灯的另一侧，并且在端子KL2-2与KL2-3之间连接有为了以本身已知的方式点燃灯所需的谐振电容器C9。

灯连接端KL2-1通过同样本身已知的耦合电容器C10被连接到参考电势，使得在运行时通过中间电路电容器C6将耦合电容器C10平均充电到中间电路电压的一半，并且由于对称地围绕在耦合电容器C10的上连接端上的支配电势振荡的中间分接头电势，因此可以使灯LA1运行在纯的交流运行中。

到此为止所描述的电路部分本质上是惯用的，因而不详细地解释。下面对根据本发明的EoL监控电路进行阐述。该EoL监控电路具有带有电流镜输入的OP放大器U1，此处为安森美半导体的所谓的诺顿放大器LM3900。在该放大器的非反相输入端(用“+”表示)上给出参考电流，其中该参考电流通过高电阻值的10MΩ的电阻由电源电势导出，在反向输入端(用“-”表示)给出测量电流，其中该测量电流通过同样高电阻值的6.5MΩ的电阻R2由耦合电容器C10与灯端子KL2-1之间的分接点导出。参考电流与测量电流之间的差以本身已知的方式被放大，其中该放大器U1通过在该放大器的输出端与其反相输入端之间的813kΩ的电阻R9以本身已知的方式被反馈地连接。

放大器U1的输出信号在由第一比较器U2-A和第二比较器U2-B构成的窗比较器上被给出，在该窗比较器中与在本情况下为3.5V与8.5V之间的阈值窗比较。与此对应地，比较器U2-A和U2-B的输入端被连接到NAND门电路U3-A，该NAND门电路U3-A的输出由此显示，电流差是否位于由两个比较器阈值限定的容差范围之内。

该信号被输送给断路设备AE，该断路设备AE响应于该信号而抑制半桥变换器的下开关晶体管T2的基极触发，由此也停止上开关晶体管T1的开关过程。

已经确定，在两侧都具有完全能发射的电极的灯LA1的情况下产生纯交流运行，并且在电容器C10上产生与开关晶体管T1和T2的半桥的交流输出端上的电势的直流分量对应的电势。该电势可以在需要时通过在放大器U1的反相输入端与参考电势之间的100nF的附加电容器C2来平滑。即使在不同条件下，如在开关晶体管运行的占空比不同于0.5的情况下，在耦合电容器C10上也产生了特定的平均电压。

由于放大器U1对参考电势进行参考，并且由于其电流镜输入而在其输入端上相对于参考电势仅仅建立低的电压(在通常情况下低于1伏特)，所以流经电阻R2进入放大器U1的反相输入端中的电流在实践中成比例地对应于耦合电容器C10上的电压。流入反相输入端中的电流由该电流和通过反馈电容器R9的电流组成。在此，确定电阻R2和R9的大小，使得在耦合电容器C10上没有不对称的EoL电压分量的平衡情况下，放大器U1的输出约为窗比较器U2-A、U2-B的输入端上的参考电势的算术平均值6V的一半。在本情况下，在耦合电容器C10上产生约+/-20V的断路电势。

图2示出大致与图1相同的实施例，然而耦合电容器C10的电路连接不同，并且因而放大器U1的连接也略有不同。因此，首先参考图1的解释。然而不同之处在于，耦合电容器C10在此位于初级绕组RK1-A与灯电感线圈LD1之间，并且由此位于具有开关晶体管T1和T2的半桥变换器的交流输出端与灯LA1之间。

因此，通过此处确定大小为1.5MΩ的电阻R2的测量电流被从灯电感线圈LD1与灯LA1之间的分接头取出。由于电阻R2上的直流电压分量明显小于第一实施例中的直流电压分量，所以针对该参考电流的此处为6V的参考电势从本来供镇流器的控制电路使用的电源提取并且相应的电阻R1被匹配。在该实施例中，图1中可选地(并且因而用虚线)示出的电容器C2被设置用于低通平滑。

在对称的正常运行中因此得出，反相输入端中的静态电流完全流经反馈电容器R9，并且因此等于通过电阻R1的电流。因此，R1上的电压对应于窗比较器U2-A、U2-B的两个阈值之间的算术平均值。

图3大致对应于图1，从而再次参考在图1中的说明。然而，在放大器U1与断路设备AE之间舍弃了窗比较器U2-A、U2-B和NAND门U3-A。在这种情况下，也就是断路设备具有微处理器μP，该微处理器以特定的时间间隔采样放大器U1的输出，并且如果输出信号在预先给定的窗(此处又为3.5V至8.5V)之外，则为了可靠而执行重复测量，并且接着开始断路过程。本发明因此也可以与微处理器控制相结合。此外，在这种应用中，自然也可以以微处理器控制的方式来控制开关晶体管T1、T2和承担镇流器的其他功能。

Claims (13)

1.一种用于交流驱动放电灯(LA1)的电子镇流器，

具有EoL监控电路(R1，R2，U1，R9，U2-A，U2-B，U3-A，AE)，用于识别放电灯(LA1)的电极的寿终，

该EoL监控电路(R1，R2，U1，R9，U2-A，U2-B，U3-A，AE)对放电灯(LA1)的不对称功率作出反应，

其特征在于，在EoL监控电路(R1，R2，U1，R9，U2-A，U2-B，U3-A，AE)中，与不对称的功率相关联的电流和参考电流被输送给电流差动放大器(U1)。

2.根据权利要求1所述的镇流器，其中，电流差动放大器(U1)在输入端上具有电流镜电路。

3.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，电流差动放大器(U1)具有电压输出。

4.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，电流差动放大器(U1)的输出信号线被连接到窗比较器(U2-A，U2-B)。

5.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，EoL监控电路(R1，R2，U1，R9，U2-A，U2-B，U3-A，AE)具有用于滤除干扰振荡的低通滤波器(R2，C2)。

6.根据权利要求5所述的镇流器，其中，低通滤波器(R2，C2)具有电容器(C2)，所述电容器在电流差动放大器(U1)的测量电流输入端与镇流器的内部参考电势之间。

7.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，电流差动放大器(U1)的输出信号线被连接到微处理器电路(μP)。

8.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，通过电阻(R1)由参考电势导出参考电流。

9.根据权利要求8所述的镇流器，其中，参考电势是高频变换器(T1，T2)的内部电源电势，该高频变换器(T1，T2)用于产生放电灯(LA1)的交流供给功率。

10.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，在放电灯(LA1)与镇流器的内部参考电势之间设置有耦合电容器(C10)，电流差动放大器(U1)对参考电势进行参考，并且通过电阻(R2)从耦合电容器(C10)与放电灯(LA1)之间的分接头导出与不对称功率相关联的电流。

11.根据权利要求1或2所述的镇流器，其中，在放电灯(LA1)与被设置用于产生放电灯(LA1)的交流供给功率的高频变换器(T1，T2)的交流输出端之间设置有耦合电容器(C10)，电流差动放大器(U1)对参考电势进行参考，并且通过电阻(R2)由耦合电容器(C10)与放电灯(LA1)之间的分接头导出与不对称功率相关联的电流。

12.根据权利要求1或2所述的镇流器，该镇流器被设计用于低压放电灯(LA1)。

13.一种灯系统，该灯系统包括放电灯(LA1)和根据前述权利要求中任一项所述的镇流器。

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