CN101529985B - 用于点燃高压放电灯的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于点燃高压放电灯(LA)的电路装置和对应的方法，该高压放电灯具有带有第一和第二主电极(HaE1，HaE2)的主燃烧室(HaBK)以及辅助燃烧室(HiBk)，所述电路装置具有：逆变器(10)；用于控制逆变器(10)的电子开关(S1，S2，S3，S4)的控制电路；点燃辅助电路(14)，其具有：第一和第二输入端子(ZE1，ZE2)，用于连接高压放电灯(LA)的第一主电极(HaE1)的第一输出端子(ZA1)，用于连接高压放电灯(LA)的第二主电极(HaE2)的第二输出端子(ZA2)；以及辅助电极(HiE)，用于感应在辅助燃烧室(HiBk)中的点燃辅助电压，其中辅助电极(HiE)设置在第一输出端子的侧上，并且其中点燃辅助电路(14)包括级联电路，该级联电路在其输出端子提供用于点燃高压放电灯(LA)的电压。

Description

用于点燃高压放电灯的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于点燃高压放电灯的电路装置，该高压放电灯具有带有第一和第二主电极的主燃烧室以及具有辅助燃烧室，所述电路装置具有：逆变器，其具有至少一个第一电子开关和至少一个第二电子开关以及第一和第二输出端子；控制电路，用于控制逆变器的电子开关；点燃辅助电路，其具有第一和第二输入端子，其中第一输入端子与逆变器的第一输出端子耦合，而第二输入端子与逆变器的第二输出端子耦合，还具有第一输出端子用于连接高压放电灯的第一主电极，具有第二输出端子用于连接高压放电灯的第二主电极，以及具有辅助电极用于感应在辅助燃烧室中的点燃辅助电压，其中辅助电极设置在第一输出端子一侧。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电路装置点燃高压放电灯的方法，该高压放电灯具有带有第一和第二主电极的主燃烧室以及具有辅助燃烧室。

背景技术

这种类型的电路装置例如使用在TV领域中的背投(Rueckprojektionen)中。在此，高压放电灯借助恒定的矩形电流或者成阶梯状的矩形电流来驱动。典型的驱动频率为100Hz。为了点燃高压放电灯，目前使用两种不同的变形方案：一方面，可以用比较低的开销来实现谐振点燃，然而该谐振点燃证实为有大的缺点：热的高压放电灯的大约120秒的长的再点燃时间。在谐振点燃的情况下，例如使LC回路谐振，并且通过谐振回路放大系数形成的高压被用于进行点燃。另一方面，已公开了所谓的脉冲点燃，该脉冲点燃的特征在于，器件如Sidac(高压触发二极管)或者火花放电段(Funkenentladungsstrecke)用于击穿。该脉冲点燃具有10秒至20秒的较短的再点燃时间。然而带有脉冲点燃的电路装置的特征在于明显升高的实现开销，这导致不希望的高成本。

发明内容

因此，本发明的任务在于，改进这种类型的电路装置或者这种类型的方法，使得尚热的高压放电灯的再点燃能够在尽可能短的再点燃时间的情况下以及在尽可能低的实现成本的情况下实现。

该任务通过具有权利要求1的特征的电路装置以及具有权利要求9的特征的方法来解决。

本发明基于如下的知识：当使用一种谐振点燃系统作为基础，该谐振点燃系统通过被设计用于产生极化高压的点燃辅助电路来补充，其中该高压被相位正确地施加在高压放电灯的辅助电极和对置的主电极之间以实现最大电压时，可以解决上述任务。为此目的，点燃辅助电路包括级联电路，该级联电路在其输出端子提供用于点燃高压放电灯的电压，其中级联电路的输出端子由点燃辅助电路的第二输出端子和辅助电极形成。

通过该措施，点燃辅助电路仅需针对非常小的电流来设计，这最终得到非常可靠的点燃系统与低成本情况下的短的再点燃时间的结合。

在一个优选的实施形式中，点燃电路此外包括谐振电容器，该谐振电容器耦合在点燃辅助电路的第一和第二输入端子之间，其中谐振电容器的第一端子与点燃辅助电路的第一输出端子耦合，而谐振电容器的第二端子与点燃辅助电路的第二输出端子耦合。

优选的是，点燃辅助电路还包括第一级联电容器、第一级联二极管和第二级联二极管，其中谐振电容器的第一端子此外通过第一级联电容器和第二级联二极管的串联电路与辅助电极耦合，其中第一级联电容器的连接点与第二级联二极管的正极以及与第一级联二极管的负极耦合，并且其中第一级联二极管的正极与谐振电容器的第二端子耦合。由此，实现了一种点燃级联装置，该点燃级联装置以有技巧的方式和方法产生高压，并且将其施加到辅助电极上。由此，在辅助燃烧室中产生了受激准分子放电(Excimer-Entladung)，该放电引起在主燃烧室中的点燃。

在合适设计的情况下，在谐振电容器上的电压可以大约变为三倍。基于在谐振电容器上的大约2.5kV的电压，相应地可以通过根据本发明的方式产生高达7.5kV的点燃电压。该辅助电压在辅助电极和对置的主电极之间。

优选的是，点燃辅助电路还包括欧姆电阻，该电阻耦合在谐振电容器的第二端子和第二级联二极管的负极之间。通过这种方式，可以控制对第一级联电容器充电的速度以及在高压放电灯的正常工作中维持的剩余电压。在此，欧姆电阻的值也可以趋向于零。

优选的是，点燃辅助电路还包括第二级联电容器，其第一端子与第一级联二极管的负极耦合，并且其第二端子与辅助电极耦合。通过这种方式，可以提高在辅助电极和对置的主电极之间的、由于系统而引起的电容。这降低了电压的波动性并且缩短了再点燃时间。

在一个优选的实施形式中，点燃辅助电路还包括适配网络，该适配网络耦合在点燃辅助电路的第一和第二输入端子以及谐振电容器的第一和第二端子之间。优选的是，适配网络在此包括至少一个电感器、特别是第一和第二电感器，其中第一电感器串联耦合在点燃辅助电路的第一输入端子和谐振电容器的第一端子之间，并且第二电感器串联耦合在点燃辅助电路的第二输入端子和谐振电容器的第二端子之间。所述至少一个电感器与谐振电容器一同形成了谐振回路，该谐振回路是该点燃辅助电路的基础。通过这种方式，还可以以简单和损耗最小的方式来将逆变器的固定的输出电压模式变形为高压放电灯在工作中需要的电流。同时，对高压放电灯给出了调节其自身电压所需的自由度，其中在刚好提供电流时产生该电压。此外，所述至少一个电感器作为回送滤波器(Rueckschlagsfilter)起作用，该回送滤波器阻抑高压放电灯对逆变器的干扰性影响，并且同时积极地影响逆变器本身的切换过程。

当第一级联电容器、第一级联二极管和第二级联二极管形成第一级联级时，则此外优选可以设计的是，点燃辅助电路包括至少一个第二级联级，该级联级耦合到第一级联级和第一输出端子、第二输出端子和点燃电路的辅助电极之间。通过多个级联级的彼此连接，可以将点燃辅助电路的输出端子上提供的电压调节为任意高。

其他优选的实施形式由从属权利要求中得出。

参照根据本发明的电路装置所提及的优选的实施形式及其优点只要可用就相应地适用于根据本发明的方法。

附图说明

下面参照所附的附图进一步描述根据本发明的电路装置的实施例。其中：

图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的结构；

图2示出了图1的三个变量的时间变化曲线，其中第二级联二极管通过短路来替代；以及

图3示出了图2的变量的时间变化曲线，其中使用了第二级联二极管。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的电路装置的一个实施例的结构。该图示出了逆变器10，直流电压、通常所谓的中间回路电压U_ZW在该逆变器的输入端子WE1、WE2上。逆变器10的开关S1至S4以已知的方式被控制装置12控制，以便在逆变器10的输出端子WA1、WA2之间产生矩形信号。在一个优选的实施例中，矩形信号的频率在30kHz到100kHz之间。如对于本领域技术人员而言显然的那样，替代全桥电路，逆变器10也可以实现为半桥电路。

逆变器10的输出端子WA1与点燃辅助电路14的输入端子ZE1相连，逆变器10的输出端子WA2与点燃辅助电路14的输入端子ZE2相连。点燃辅助电路14首先具有适配网络，该适配网络包括电感器L1和L2。它们与谐振电容器C_RES一同形成了谐振回路。在此，电感器L1和L2可以是两个独立的器件，它们可以具有相同的值，然而不必一定具有相同的值，其中特别是两个电感器之一可以趋近于零。特别优选的是，它们也可以通过组合器件来实现，其中两个绕组施加到同一个磁芯上。在此，电感器L1和谐振电容器C_res的连接点用连接点2表示，电感器L2和谐振电容器C_res的连接点为连接点1。连接点2形成了点燃辅助电路14的第一输出端子ZA1，连接点1形成了点燃辅助电路14的输出端子ZA2。此外，点燃辅助电路14还具有辅助电极HiE，其设置在高压放电灯LA的辅助燃烧室之上，并且螺旋形地实施。点燃辅助电路14的输出端子ZA1与高压放电灯LA的第一主电极HaE1连接，输出端子ZA2与高压放电灯LA的第二主电极HaE2连接，使得第一和第二主电极HaE1、HaE2被引入其主燃烧室HaBk中。在连接点2和辅助电极HiE之间设置有第一级联电容器C_HV1和第二级联二极管D2的串联电路，其中级联二极管D2的负极称为连接点3，第一级联电容器C_HV1和第二级联二极管D2之间的连接点称为连接点5。在连接点1和连接点5之间设置有欧姆电阻R和第一级联二极管D1的串联电路，其中欧姆电阻R和级联二极管D1的正极之间的连接点称为连接点4。在连接点4和连接点3之间可以任选地设置有第二级联电容器C_sys。如在图1中表明的那样，在谐振电容器C_res上下降的电压、即在连接点1和2之间下降的电压被称为电压U₁₂。在连接点1和第二级联二极管D2的负极之间、即在连接点1和3之间下降的电压被称为电压U₁₃。当连接点3和2之间的电压称为U₃₂时，由此根据以下方程得到电压U₁₃：

U₁₃＝U₁₂-U₃₂。

通过这种方式来确定电压U₁₃是必要的，因为电压U₁₃是非常高阻值的并且由此难以测量(与电压U₁₂和U₃₂相对)。

为了描述工作方式，此外参照图2和3，其中图2示出了当第二级联二极管D2通过短路来替代时电压U₁₂、U₃₂和U₁₃的时间变化曲线，而图3示出了其中使用了第二级联二极管D2的相应的变化曲线。此外要注意的是，对于电压U₁₂、U₃₂和U₁₃的共同的零线是图2和3中所示的图的对应地标明的中间线。

通过包括电感器L1和L2以及谐振电容器C_res的串联谐振回路，在谐振电容器C_res上出现电压U₁₂。对此，要注意以下内容：通过全桥电路在谐振频率的三分之一、五分之一或七分之一处的运行(该谐振频率通过器件L1、L2和C_res限定)，将全桥电路恰好切换到形成的谐振电压的过零点。该切换时刻在图2和3中通过如下方式来看出：所形成的谐振电压具有正的或者负的最大值。在其间没有能量输送给谐振回路，并且电压根据指数函数衰减。通过借助矩形电压的这种模拟，在谐振电容器C_res上的谐振电压形成为正弦电压。

电压U₁₂是无直流的正弦交流电压。当连接点1相对于连接点2具有正极性时，通过该电压经用作负载电阻的欧姆电阻R和第一级联二极管D1对第一级联电容器C_HV1充电。如果不存在二极管D2，即连接点5和3通过短路连接，则第一级联电容器C_HV1具有基本上恒定的电荷，即电压U₃₂是直流电压，其幅度几乎不改变，对此参见图2中的图。通过在电压U₁₂和电压U₃₂之间形成差来得到电压U₁₃。因此，在图2中电压U₁₃相对于电压U₁₂降低了U₃₂的数值。该电压在第二主电极HaE2和辅助电极HiE之间，并且通过在辅助燃烧室HiBk中产生受激准分子放电来支持点燃。

如从将图3中的电压U₃₂的时间变化曲线与图2中的电压U₃₂的时间变化曲线的比较中得出的那样，可以通过使用第二级联二极管D2来实现电压U₃₂同样正弦形地变化，其中最小的幅度对应于图2中的电压U₃₂。通过这种方式，实现了电压U₁₃的时间变化曲线不再下降到零，而是形成明显主要的平均值(Mittelwert)。通过这种方式，非常有利于在辅助燃烧室中出现受激准分子放电，由此相对于没有根据本发明的点燃辅助电路的电路装置，可以实现高达50％的再点燃时间缩短。

对于图2和3之间的区别：首先针对图2，即没有第二级联二极管的变形方案：如果在第一级联二极管D1上有正半波，则由此对第一级联电容器C_HV1充电。如果在第一级联二极管D1上有负半波，则由此对第二级联电容器C_sys充电。而在没有第二级联二极管D2的情况下，在第一级联二极管D1上接下来为正半波时又使电容器C_sys放电。由此U₁₂等于U₃₂，由此电压U₁₃具有零。通过第二级联二极管D2防止了第二级联电容器C_sys放电。通过这种方式，防止了U₁₂等于U₃₂，由此U₁₃现在不再具有零。

替代设置分立的第二电容器Csys，也可以将其省略，因为在辅助电极HiE和主电极HaE1、HaE2之间总归存在由于系统引起的电容器。

在灯LA完全点燃之后，谐振回路被突然地强烈衰减。该情况被逆变器10的控制装置12识别，随后高压放电灯现在以其持续工作参数来驱动。

在图2和3中的电压U₁₂和U₁₃的比较示出了：对于简单的谐振点燃，在没有第二级联二极管D2的情况下的实现已得到明显的改进。

Claims (7)

1.一种用于点燃高压放电灯(LA)的电路装置，该高压放电灯具有带有第一主电极和第二主电极(HaE1，HaE2)的主燃烧室(HaBK)以及具有辅助燃烧室(HiBk)，所述电路装置具有：

逆变器(10)，其具有至少一个第一电子开关和至少一个第二电子开关(S1，S2，S3，S4)以及第一输出端子和第二输出端子(WA1，WA2)；

控制电路(12)，用于控制逆变器(10)的电子开关(S1，S2，S3，S4)；

点燃辅助电路(14)，其具有：

第一输入端子和第二输入端子(ZE1，ZE2)，其中第一输入端子(ZE1)与逆变器(10)的第一输出端子(WA1)耦合，而第二输入端子(ZE2)与逆变器(10)的第二输出端子(WA2)耦合；

第三输出端子(ZA1)，用于连接高压放电灯(LA)的第一主电极(HaE1)；

第四输出端子(ZA2)，用于连接高压放电灯(LA)的第二主电极(HaE2)；以及

辅助电极(HiE)，用于感应在辅助燃烧室(HiBk)中的点燃辅助电压，其中辅助电极(HiE)设置在第三输出端子(ZA1)一侧；

其特征在于，

点燃辅助电路(14)包括级联电路，该级联电路在其输出端提供用于点燃高压放电灯(LA)的电压，其中级联电路的输出端由点燃辅助电路(14)的第四输出端子(ZA2)和辅助电极(HiE)形成，

点燃辅助电路(14)还包括：谐振电容器(C_res)，该谐振电容器(C_res)耦合在点燃辅助电路(14)的第一和第二输入端子(ZE1，ZE2)之间，其中谐振电容器(C_res)的第一端子与点燃辅助电路(14)的第三输出端子(ZA1)耦合，而谐振电容器(C_res)的第二端子与点燃辅助电路(14)的第四输出端子(ZA2)耦合，并且

点燃辅助电路(14)还包括：

第一级联电容器(C_HV1)；

第一级联二极管(D1)；和

第二级联二极管(D2)，

其中谐振电容器(C_res)的第一端子直接与第一级联电容器(C_HV1)耦合而且还通过第一级联电容器(C_HV1)和第二级联二极管(D2)的串联电路与辅助电极(HiE)耦合，并且第二级联二极管(D2)的负极直接与辅助电极(HiE)耦合；

其中第一级联电容器(C_HV1)的连接点(5)与第二级联二极管(D2)的正极以及与第一级联二极管(D1)的负极耦合；并且

其中第一级联二极管(D1)的正极与谐振电容器(C_res)的第二端子耦合。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

点燃辅助电路(14)还包括欧姆电阻(R)，该欧姆电阻耦合在谐振电容器(C_res)的第二端子和第一级联二极管(D2)的正极之间。

3.根据权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，

点燃辅助电路(14)还包括第二级联电容器(C_sys)，其第一端子与第一级联二极管(D1)的正极耦合，并且其第二端子与辅助电极(HiE)耦合。

4.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

点燃辅助电路(14)还包括适配网络(L1，L2)，该适配网络耦合在点燃辅助电路(14)的第一输入端子和第二输入端子(ZE1，ZE2)以及谐振电容器(C_res)的第一端子和第二端子之间。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，

适配网络还包括第一电感器和第二电感器(L1，L2)，其中第一电感器(L1)串联耦合在点燃辅助电路(14)的第一输入端子(ZE1)和谐振电容器(C_res)的第一端子之间，并且第二电感器(L2)串联耦合在点燃辅助电路(14)的第二输入端子(ZE2)和谐振电容器(C_res)的第二端子之间。

6.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，

至少第一级联电容器(C_HV1)、第一级联二极管(D1)和第二级联二极管(D2)形成第一级联级，其中点燃辅助电路(14)包括至少一个第二级联级，该第二级联级耦合到第一级联级和点燃辅助电路(14)的第三输出端子(ZA1)、第四输出端子(ZA2)和辅助电极(HiE)之间。

7.一种用于借助如下电路装置点燃高压放电灯(LA)的方法，其中该高压放电灯具有带有第一和第二主电极(HaE1，HaE2)的主燃烧室(HaBK)以及具有辅助燃烧室(HiBk)，该电路装置具有：逆变器(10)，其具有至少一个第一电子开关和至少一个第二电子开关(S1，S2，S3，S4)以及第一输出端子和第二输出端子(WA1，WA2)；控制电路(12)，用于控制逆变器(10)的电子开关(S1，S2，S3，S4)；点燃辅助电路(14)，其包括：第一和第二输入端子(ZE1，ZE2)，其中第一输入端子(ZE1)与逆变器(10)的第一输出端子(WA1)耦合，而第二输入端子(ZE2)与逆变器(10)的第二输出端子(WA2)耦合；第三输出端子(ZA1)，用于连接高压放电灯(LA)的第一主电极(HaE1)；第四输出端子(ZA2)，用于连接高压放电灯(LA)的第二主电极(HaE2)；以及辅助电极(HiE)，用于感应在辅助燃烧室(HiBk)中的点燃辅助电压，其中辅助电极(HiE)设置在第三输出端子(ZA1)一侧；

其特征在于，该方法包括以下步骤：

通过点燃辅助电路(14)包括的级联电路来产生用于点燃高压放电灯(LA)的电压；

在点燃辅助电路(14)的第四输出端子(ZA2)和辅助电极(HiE)之间提供用于点燃高压放电灯(LA)的电压；

点燃辅助电路(14)包括的谐振电容器(C_res)耦合在点燃辅助电路(14)的第一和第二输入端子(ZE1，ZE2)之间，其中谐振电容器(C_res)的第一端子与点燃辅助电路(14)的第三输出端子(ZA1)耦合，而谐振电容器(C_res)的第二端子与点燃辅助电路(14)的第四输出端子(ZA2)耦合；

谐振电容器(C_res)的第一端子直接与点燃辅助电路(14)包括的第一级联电容器(C_HV1)耦合而且还通过点燃辅助电路(14)包括的第一级联电容器(C_HV1)和第二级联二极管(D2)的串联电路与辅助电极(HiE)耦合，其中第二级联二极管(D2)的负极直接与辅助电极(HiE)耦合；

第一级联电容器(C_HV1)的连接点(5)与第二级联二极管(D2)的正极以及与点燃辅助电路(14)包括的第一级联二极管(D1)的负极耦合；以及

第一级联二极管(D1)的正极与谐振电容器(C_res)的第二端子耦合。

Images