CN101627665A - 用于驱动放电灯的电路装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动放电灯(La)的电路装置，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层，该电路装置具有：初级回路(P)，其包括带有至少一个电子开关(T_Q)的通量转换器(W1，T_Q)，其中通量转换器(W1，T_Q)具有用于连接输入电压的第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)；次级回路(S)，其具有用于连接放电灯(La)的第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)；以及将初级回路(P)与次级回路(S)相连的变压器(T)，其中变压器(T)至少具有初级绕组(W1)、次级绕组(W2)和变压器芯，在该变压器芯上盘绕有该初级绕组(W1)和该次级绕组(W2)；其中该电路装置还包括带有芯的分立电感(L)，其中该分立电感(L)与次级绕组(W2)并联电耦合。此外，本发明还涉及一种用于借助这种电路装置来驱动放电灯的方法，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层。

Description

用于驱动放电灯的电路装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动放电灯的电路装置，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层，该电路装置具有：初级回路，其包括带有至少一个电子开关的通量转换器(Flusswandler)，其中通量转换器具有用于连接输入电压的第一输入端子和第二输入端子；次级回路，其具有用于连接放电灯的第一输出端子和第二输出端子；以及将初级回路与次级回路相连的变压器，其中变压器至少具有初级绕组、次级绕组和变压器芯，在该变压器芯上盘绕有初级绕组和次级绕组。此外，本发明还涉及一种借助这种电路装置来驱动放电灯的方法，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层。

背景技术

这种电路装置和这种方法在DE 100 11 484 A1以及在DE 198 39 329A1中公开。在现有技术中首先被提及的文献中已经指出的是，这种电路装置的减小的结构体积和结构重量是非常值得追求的，其中该大小基本上是由变压器造成的。此外，在首先提及的申请中已经提到了在变压器芯中的损耗的问题，该损耗通过变压器的不希望的发热表现出来。

发明内容

因此，本发明的任务是改进这类电路装置或这类方法，使得在小的结构体积和结构重量的情况下能够实现降低损耗功率。

该任务通过具有权利要求1的特征的电路装置以及通过具有权利要求12的特征的方法来解决。

本发明基于如下知识：在现有技术中转换成热的损耗基本上源于变压器的饱和。于是，当选择具有较陡的磁滞曲线的芯材料时，可以实现较低的损耗。然而这种材料昂贵，使得不考虑用具有较陡的磁滞曲线的材料构成的芯直接代替现有的变压器芯。现在，本发明采用的方法是，与次级绕组并联设置带有芯的分立电感。由于在该分立电感的芯上不必盘绕两个电流隔离的绕组(如在变压器中那样)，所以能够实现在该分立电感的芯上的绕组的绝缘降低。尤其是，在给定的芯大小的情况下在电感中可以比在变压器中施加更多的铜体积。由此，通过较小的芯体积可以实现如在变压器中那样相同的电压-时间面积。由此，只须分立电感的芯由具有陡的磁滞曲线的高品质材料形成，而变压器芯可以由具有较平坦的磁滞曲线的较廉价的芯材料形成。具有陡的磁滞曲线的芯材料不仅使得磁滞回线的面积较小(由此得到较小的芯损耗)，而且也能够明显更快地使电感从mH范围改变到μH范围。由此，可以实现放电灯的更为快速的再加载并且由此实现放电灯更高的效率。

特别优选的是，分立电感进入饱和的电压-时间面积小于变压器由于次级绕组上的电压而进入饱和的电压-时间面积。通过该措施保证了优选由比电感芯更为廉价的材料制成的变压器的芯不进入饱和。尽管电感的芯进入饱和，但是该芯由具有陡的磁滞曲线的高品质的芯材料制成，使得在总体平衡上与现有技术相比较低了损耗。

优选地，变压器和分立电感设计为：在接通通量转换器的至少一个电子开关之后，分立电感至少针对次级绕组上的电压的可预先给定的电压-时间面积而防止变压器饱和。在该可预先给定的电压-时间面积的适当设计的情况下，可以保证变压器的芯在正常工作中并不饱和，而是仅仅分立电感的芯进入饱和。

优选地，变压器和分立电感设计为：在接通通量转换器的至少一个电子开关之后并且在次级绕组上的电压的可预先给定的电压-时间面积之后，分立电感进入饱和，而变压器并未进入饱和。由此也保证了在相应设计可预先给定的电压-时间面积的情况下在正常工作中的变压器芯并未饱和。

此外优选的是，第一输出端子和第二输出端子设置在次级绕组与分立电感之间，其中放电灯和分立电感构建在可连接到第一输出端子和第二输出端子的单元中。由此，可以明显地降低EMV(电磁兼容性)干扰。这基于如下知识：干扰性的高频信号的大部分出现在分立电感与灯之间。因此如果缩短分立电感与灯之间的距离，则可以降低EMV干扰。

优选地，通量转换器的至少一个电子开关被针对20kHz到100kHz之间的工作频率而设计。分立电感在不饱和情况下优选在1mH到400mH之间，尤其为100mH。分立电感在饱和情况下优选在5μH到100μH之间，尤其为50μH。此外优选的是，变压器的变换比在2到100之间，尤其为7。

在一个优选的实施例中，该电路装置还包括放电灯，其中该放电灯可以通过第一电容与串联电路的并联电路来描述，其中该串联电路包括第二电容和欧姆电阻，其中特征频率

$f=\frac{1}{(2*\mathrm{\π}\sqrt{\left({\mathrm{LC}}_2\right)})}$

小于10kHz，其中L表示不饱和的分立电感而C₂表示第二电容。

最后在考虑到成本降低方面分立电感的芯优选由具有比变压器的芯更陡的磁滞曲线的材料制成。

参照根据本发明的电路装置所介绍的优选的实施形式和优点只要可应用就相应地适用于根据本发明的方法。

附图说明

在下面参照所附的附图描述了根据本发明的电路装置的一个实施例，该附图以示意图示出了根据本发明的电路装置的一个实施例。

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。其中，首先用La表示放电灯，该放电灯设计用于介电阻挡放电，并且在等效电路图中可以通过与串联电路并联的电容器C₁来描述，该串联电路包括电容器C₂和欧姆电阻R₁。该放电灯La连接在次级回路S中，该次级回路除了包含放电灯La之外还包含变压器T的次级绕组W2以及与其并联的分立电感L。此外，设置有第一输出端子A1和第二输出端子A2。变压器T的初级绕组W1在初级回路P中，该初级回路由电源Q为变压器T、电感L和放电灯La供电。电源Q通过第一输出端子E1和第二输出端子E2耦合到初级回路。

此外，在电源Q和初级绕组W1之间的支路之一中存在快速开关T_Q。在此其为功率MOSFET，其由控制装置SE切换或者控制。

与初级绕组W1和开关T_Q构成的串联电路并联有存储电容器C_Q。该存储电容器C_Q由源Q再充电、基本上属于源Q并且用于根据开关T_Q的开关状态将电压施加到初级绕组W1上。在此优选是陶瓷多层电容器。通量转换器通过初级绕组W1和开关T_Q形成，在该通量转换器中首先以传统方式产生通过初级绕组W1的电流，其中变压器T的匝数比设计为使得通过初级绕组W1的电流在次级绕组W2中并且由此直接在放电灯La上感生点燃电压。如果开关T_Q通过控制装置SE被断开，则在次级回路S中至少以变压器T和电感L的剩磁化的形式残留能量。

由图1直接得出，在初级回路P和次级回路S之间存在完全的电流隔离。在考虑到次级回路侧S上存在高压的情况下，这在安全方面是极其有利的。

在图1中所示的根据本发明的电路装置的实施形式中，分立电感L的芯由比变压器T的芯具有更陡的磁滞曲线的材料制成。此外，其中分立电感L进入饱和的电压-时间面积小于其中变压器T由于在次级绕组W2上的电压而进入饱和的电压-时间面积。由此在闭合通量转换器的开关T_Q之后，至少针对次级绕组W2上的电压的可预先给定的电压-时间面积而言，分立电感L防止了变压器T的饱和。尤其是，通过这种方式实现了：尽管分立电感L进入饱和，然而变压器T未进入饱和。

当L表示不饱和的分立电感时，特征频率f可以由如下式子来计算：

$f=\frac{1}{(2*\mathrm{\π}\sqrt{\left({\mathrm{LC}}_2\right)})}$

在此通过适当地设计可以保证频率f小于10kHz。通过该等式由此可以根据放电灯La的等效电路图中的电容C₂得到与分立电感L的量级的关系。

虽然在图1中示出了通量转换器的一个确定的实施形式，但本发明可以容易地借助其他通量转换器来实现。

优选地，分立电感L和放电灯La构建为一个单元，使得电感L和放电灯La之间的距离可以构建得尽可能小。

在一个优选的实施例中，电感L的芯由Vacuumschmelze公司的Vitroperm构成，更确切地说构建为外直径为40mm、内直径为32mm、高度为15mm以及匝数为81的环形芯。放电灯La在该实施例中具有0.28m²的面积。变压器T的芯由有利的铁氧体材料组成。

Claims (12)

1.一种用于驱动放电灯(La)的电路装置，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层，该电路装置具有：

-初级回路(P)，其包括带有至少一个电子开关(T_Q)的通量转换器(W1，T_Q)，其中通量转换器(W1，T_Q)具有用于连接输入电压的第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)；

-次级回路(S)，其具有用于连接放电灯(La)的第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)；以及

-将初级回路(P)与次级回路(S)相连的变压器(T)，其中变压器(T)至少具有初级绕组(W1)、次级绕组(W2)和变压器芯，在该变压器芯上盘绕有该初级绕组(W1)和该次级绕组(W2)；

其特征在于，

该电路装置还包括带有芯的分立电感(L)，其中该分立电感(L)与次级绕组(W2)并联电耦合。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，其中分立电感(L)进入饱和的电压-时间面积小于其中变压器(T)由于次级绕组(W2)上的电压而进入饱和的电压-时间面积。

3.根据权利要求1和2之一所述的电路装置，其特征在于，变压器(T)和分立电感(L)设计为使得在闭合通量转换器(W1，T_Q)的至少一个电子开关(T_Q)之后，分立电感(L)至少针对次级绕组(W2)上的电压的能够预先给定的电压-时间面积而防止变压器(T)的饱和。

4.根据权利要求3所述的电路装置，其特征在于，变压器(T)和分立电感(L)设计为使得在闭合通量转换器(W1，T_Q)的至少一个电子开关(T_Q)之后并且在次级绕组(W2)上的电压的能够预先给定的电压-时间面积之后，分立电感(L)进入饱和而变压器(T)不进入饱和。

5.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)设置在次级绕组(W2)和分立电感(L)之间，其中放电灯(La)和分立电感(L)构建在能连接到第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)的单元中。

6.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，通量转换器(W1，T_Q)的所述至少一个电子开关(T_Q)针对20kHz到100kHz之间的工作频率而设计。

7.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，分立电感(L)在不饱和情况下在1mH到400mH之间，尤其为100mH。

8.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，分立电感(L)在饱和情况下在5μH到100μH之间，尤其为50μH。

9.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，变压器(T)的变换比在2到100之间，尤其为7。

10.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，该电路装置此外包括放电灯(La)，其中该放电灯能够通过第一电容(C₁)与串联电路的并联电路来描述，该串联电路包括第二电容(C₂)和欧姆电阻(R₁)，其中特征频率

$f=\frac{1}{(2*\mathrm{\π}\sqrt{\left({\mathrm{LC}}_2\right)})}$

小于10kHz，其中L表示不饱和的分立电感而C₂表示第二电容(C₂)。

11.根据上述权利要求中任一项所述的电路装置，其特征在于，分立电感(L)的芯由比变压器(T)的芯具有更陡的磁滞的材料制成。

12.一种用于借助电路装置来驱动放电灯(La)的方法，其中该放电灯在至少一个电极与放电媒质之间具有介电层，该电路装置具有：初级回路(P)，其包括带有至少一个电子开关(T_Q)的通量转换器(W1，T_Q)，其中通量转换器(W1，T_Q)具有用于连接输入电压的第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)；次级回路(S)，其具有用于连接放电灯(La)的第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)；以及将初级回路(P)与次级回路(S)相连的变压器(T)，其中变压器(T)至少具有初级绕组(W1)、次级绕组(W2)和变压器芯，在该变压器芯上盘绕有该初级绕组(W1)和该次级绕组(W2)；其特征在于，该方法包括以下步骤：

a)闭合通量转换器(W1，T_Q)的至少一个电子开关(T_Q)，以在变压器(T)的次级绕组(W2)上产生电压改变；

b)与次级绕组(W2)并联电耦合的分立电感(L)进入饱和，而变压器(T)不进入饱和。

Images