CN101861041A - 驱动至少两种不同类型的放电灯的电子镇流器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于驱动至少两种不同类型的放电灯(La)的电子镇流器，为了驱动这些放电灯需要不同的灯电流(I_La)。该镇流器包括升压转换器，其提供与电网电压相关的中间回路电压。

Description

驱动至少两种不同类型的放电灯的电子镇流器

技术领域

本发明涉及一种用于驱动至少两种不同类型的放电灯的电子镇流器，为了驱动这些放电灯需要不同的灯电流，该电子镇流器包括：输入端，其带有第一输入端子和第二输入端子，用于连接直流供电电压；升压转换器，其带有升压电感线圈、升压开关和升压二极管，该升压开关具有控制电极、参考电极和工作电极，其中升压转换器在输入侧耦合在第一输入端子和第二输入端子之间并且具有带有第一输出端子和第二输出端子的输出端；带有第一电子开关和第二电子开关的桥电路，其中第一电子开关和第二电子开关分别具有控制电极、参考电极和工作电极，其中第一电子开关和第二电子开关的串联电路在构建第一桥中点的情况下耦合在升压转换器的第一输出端子和第二输出端子之间；输出端，其带有第一输出端子和第二输出端子，用于连接放电灯，其中第一输出端子与第一桥中点耦合，并且其中第二输出端子与整流器的第二输出端子耦合；灯电感线圈，其串联地耦合在电子镇流器的第一输出端子和第一桥中点之间；第一电压测量装置，其设计为测量第一输入端子和第二输入端子之间的电压；第二电压测量装置，其设计为测量升压转换器的第一输出端子和第二输出端子之间的电压；以及微控制器，其带有与第一电压测量装置耦合的第一输入端，与第二电压测量装置耦合的第二输入端，与第一电子开关的控制电极耦合的第一输出端，与第二电子开关的控制电极耦合的第二输出端，以及与升压开关的控制电极耦合的第三输出端，其中微控制器设计为通过改变在第三输出端上提供的信号的开关频率来调节升压转换器的第一输出端子和第二输出端子之间的电压。

背景技术

为了在电子镇流器中满足用于正弦形电流消耗的条件，首先在电网输入端中使用升压转换器作为电路拓扑。为了保证正确的功能，升压转换器的输出电压、所谓的中间回路电压必须始终大于电网输入电压的峰值。对于例如180Vrms至264Vrms的输入电压范围，由此最大峰值为大约372V。为了保证带有所谓功率因子校正的可靠的运行，在现有技术中调节中间回路电压，使得其具有电网输入电压的最大峰值之上的固定百分比(例如15％)。在例如在264Vrms的输入电压时得到的372V的峰值情况下，由此中间回路电压为大约430V。与电网输入电压的实际值无关，由此驱动升压开关的频率改变为使得出现中间回路电压的该恒定值。在这种已知的方式中，不希望地出现了高的损耗。在电网输入电压和中间回路电压之间的差越大，则升压开关的开关频率越高，由此产生无线电干扰方面的问题。

发明内容

本发明的任务是改进开头所述的电子镇流器，使得能够在尽可能小的电磁干扰情况下实现尽可能低损耗的运行。

该任务通过具有权利要求1所述的特征的电子镇流器来解决。

本发明所基于的认识是，通过使用微控制器可以同时确定电网输入电压和升压转换器的中间回路电压。基于此，现在可以调节中间回路电压，使得该中间回路电压具有电网输入电压的峰值之上的确定百分比(例如4％至8％)。在低的电网输入电压情况下，由此降低中间回路电压，在提高电网输入电压的情况下，中间回路电压以相同程度提高。通过这种措施，一方面保证了正弦形的电流消耗，另一方面能够在升压开关的尽可能低的工作频率情况下实现电路的运行。

优选的是，微控制器设计为调节升压转换器的第一输出端子和第二输出端子之间的电压，使得该电压至少在第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值的第一值域内、或者在升压转换器的第一和第二输出端子之间的电压值的第一值域内在第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值之上的可预先给定的阈值上。换言之，测量在升压转换器的输入端上的电压或者输出端上的电压，并且通过相应地激励升压转换器的开关保证了升压转换器的输出电压始终大到使得可靠地引起正弦形的电流消耗，然而另一方面尽可能地小，以便使得损耗最小化。通过在升压转换器的输出端上的电压和输入端上的电压之间的小的电压振幅(Spannungshub)，提高了升压转换器的效率。一般地，由此降低了在根据本发明的电子镇流器的组件中的电流负荷，使得可以使用较小的部件。这降低了组件的价格及其位置需求。通过升压转换器的与现有技术相比平均较小的输出电压，明显降低了升压转换器的损耗。

在此，可预先给定的阈值尤其是在第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值的2％到10％之间，优选在4％到8％之间。在现有技术中出于安全性的原因阈值恒定地为第一和第二输入端子之间的电压的峰值的最大电压值之上的15％，而相应地根据本发明得到明显更小的距离并且由此得到明显降低损耗。

改进方案的一种特别优选的类型的特征在于，微控制器还设计为，通过执行测量例程来确定连接在输出端上的放电灯的类型，其中在微控制器中针对至少两种类型的放电灯的每一种都存储有针对第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值的第一值域的下边界值或者针对升压转换器的第一和第二输出端子之间的电压值的第一值域的下边界值。这能够实现如下情况的不同处理：其中在第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值或者在升压转换器的第一和第二输出端子之间的电压的峰值的电压值在相应的边界值之上或者之下。优选的是，在此通过其灯电流的额定值和/或其灯功率的额定值来表示放电灯的类型。

因此特别优选的是，微控制器设计为在第二值域中通过改变在第三输出端提供的信号的开关频率来将升压转换器的第一和第二输出端子之间的电压调节到最小电压，其中该第二值域接在第一和第二输入端子之间的电压的峰值的电压值的第一值域的下边界值之下，或者接在升压转换器的第一和第二输出端子之间的电压值的第一值域的上边界值之下。该措施考虑了如下认识：在驱动放电灯时，在升压转换器的输入端上的电压和在输出端上的电压的峰值的电压值之间的距离不能超过整个值域地被调节到可预先给定的阈值上。如试验表明的那样，在降低在升压转换器的输入端上的电压的峰值的电压值或者降低升压转换器的输出端上的电压值的情况下，根据在何处测量，不再产生对于相应类型的放电灯所需的灯电流的额定值。降低在相应的电压值的电压的大的、第一值域中的损耗的代价是，在相应的电压值的第二值域中，确定类型的放电灯不再可以被驱动。在所提及的优选的改进方案中，这通过如下方式来阻止：监视低于第一值域的下边界值，并且保证通过相应地激励升压开关来保证不低于可预先给定的最小电压，该最小电压可以是与灯类型相关的。由此，此外，在所提及的电压值的第一值域中将损耗保持较小，并且仍然保证用所提及的在第二值域中的电压值驱动放电灯。该组合才能够实现在多灯设备情况下有利地使用本发明。

最小电压优选至少与升压转换器的第一和第二输出端之间的电压的第一值域的下边界值一样大，尤其是该最小电压对应于该下边界值。通过这种方式，在同时保证驱动相应的灯类型的情况下将损耗的降低最大化。

其他有利的实施形式由从属权利要求得到。

附图说明

下面参照附图进一步描述根据本发明的电子镇流器的一个实施例。其中：

图1以示意图示出了根据本发明的电子镇流器的一个实施例；

图2示出了针对中间回路电压的不同值的、关于频率的灯电流I_La的曲线图；以及

图3以示意图示出了中间回路电压U_Zw与升压转换器的输入端上的电压的峰值的电压值的相关性。

具体实施方式

图1以示意图示出了根据本发明的电子镇流器的一个实施例。该镇流器包括带有第一输入端子和第二输入端子的输入端，在这些输入端子之间施加电网电压U_N。整流器10与输入端耦合，在该整流器的输出端E1、E2上提供电压U_g1，该电压对应于整流后的电网电压U_N。电压U_g1具有峰值U_peak。在整流器10之后是升压转换器12，该升压转换器包括升压电感线圈L1、升压二极管D1以及升压开关S1。如对于本领域技术人员明显的是，也可以将直流电压直接连接在升压转换器12的输入端上。由此，根据本发明的电子镇流器会同样地工作。

在升压转换器12的输出端上提供的、借助电容器C1稳定的电压是所谓的中间回路电压U_Zw。在升压转换器12的输出端子之间耦合有桥电路，该桥电路在此包括开关S2和S3。在开关S2、S3之间定义了桥中点BM1。在桥中点BM1和电子镇流器的第一输出端子A1之间耦合有耦合电容器C_K以及灯电感线圈L2的串联电路。第一输出端子A1用作第二桥中点BM2。在第一输出端子A1和第二输出端子A2之间一方面耦合有谐振电容器C_res，另一方面耦合有放电灯La。电子镇流器具有微控制器14，该微控制器借助在其输出端AM1和AM2上提供的信号来激励开关S2和S3。这些信号的特征在于瞬时频率f₂₃。微控制器14通过输出端AM3激励开关S1，其中在输出端AM3上提供的信号的特征在于瞬时频率f₁。在此，这通过如下方式实现：微控制器14在其输出端AM3上提供接通时间，其中频率f₁自动由该时间得到，在升压电感线圈L1中的电流需要经该时间又变为零。

通过与分压器R1、R2的抽头耦合的第一输入端EM1，微控制器14与如下信号耦合：该信号与电压U_g1相关。类似地，微控制器14通过其与分压器R3、R4的抽头耦合的输入端EM2与如下信号耦合：该信号与中间回路电压U_Zw相关。为了调节输出电流I_La，此外分流电阻R_Sh与放电灯La串联地设置，其中在分流电阻R_Sh上下降的电压通过输入端EM3输送给微控制器14，其中微控制器14设计为通过相应地改变信号AM1、AM2来改变输出电流I_La，如对于本领域技术人员已知的那样。微控制器14设计为通过调节频率f₁来激励开关S1，使得电压U_Zw在电压U_g1的峰值U_peak的第一值域内始终有关于U_peak的值的可预先给定的阈值。该可预先给定的阈值优选在U_peak的电压值的2％到10％之间，尤其是在4％到8％之间。

为了示出微控制器14的另外的设计，首先进一步讨论图2。图2示出了与频率f₂₃相关的灯电流I_La的曲线图，该频率即在微控制器14的输出端AM1、AM2上的用于激励开关S2、S3的信号的频率。示出的是三个曲线，它们代表不同的中间回路电压U_Zw。最下部的曲线对应于等于270V的中间回路电压U_Zw，中间的曲线对应于等于370V的中间回路电压U_Zw，而最上部的曲线对应于等于430V的中间回路电压U_Zw。要注意的是，由于负载的电感特性，电子镇流器可以在U_Zw的相应曲线的下降区域中工作。

如果中间回路电压为430V并且对于连接在电子镇流器的输出端A1、A2上的灯类型需要300mA的灯电流的额定值，则灯可以在工作点P1中工作，也即微控制器14在此选择70kHz的频率f₂₃。

如果现在例如由于降低的电网电压U_N在整流器10的输出端上提供较小的电压U_g1。则可以通过相应地激励开关S1、即通过选择频率f₁来调节相应较小的中间回路电压，例如U_Zw等于370V。为了调节I_La等于300mA的灯电流，灯La在工作点P2上工作，也即f₂₃为30kHz。如果现在电网电压U_N降低到更小的值，则在整流器10的输出端的U_g1也降低。如果现在中间回路电压U_Zw相应地降低，例如降低到U_Zw等于270V，则图2的视图示出了，不再能够找到如下工作点：灯La可以在该工作点用300mA的所需灯电流I_La来驱动。

图3针对一个特别优选的实施形式示出了中间回路电压U_Zw与电压U_peak、即在升压转换器12的输入端上的电压U_g1的峰值的电压值的相关性。在U_peak的大的幅度情况下(这些幅度表示第一值域W1)，适用：U_Zw＝a＊U_peak，其中a＞1。

优选的是，a在1.02到1.10之间。由此，根据本发明的电子镇流器一方面在极低的损耗情况下工作，另一方面保证了正弦形的电流消耗。这是可能的，直到边界值U_peak＝U_Zwmin/a，其为第二值域W2的开始。在此，通过U_Zwmin限定了最小的中间回路电压，其取决于连接在电子镇流器的输出端A1、A2上的灯La的类型，以便实现灯的额定电流。灯的额定电流或者灯功率和/或最小中间回路电压U_Zwmin的相应值可以针对不同的灯类型例如以查找表的形式存储在微控制器14中。

微控制器14优选设计为在驱动灯La之前执行测量例程，以便确定连接在输出端A1、A2上的灯La的类型。对此相关的措施对于本领域技术人员而言是已知的。随后，微控制器14从查找表中读取灯的额定电流或者最小中间回路电压U_Zwmin的与确定的灯类型关联的值，并且在激励开关S1时尤其是通过相应地选择频率f₁来考虑这些值。在边界值U_peak＝U_Zwmin/a之下，偏离线性关系U_Zw＝a＊U_peak并且设置U_Zw＝U_Zwmin。

此外，可以使值U_Zwmin与其他边界条件相关，例如电子镇流器是直接由直流电源馈电还是由交流电源馈电，如在图1的实施例中那样，以及与得到的频率f₂₃相关。

Claims (7)

1.一种用于驱动至少两种不同类型的放电灯(La)的电子镇流器，为了驱动所述放电灯需要不同的灯电流(I_La)，该电子镇流器包括：

-输入端，其带有第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)，用于连接直流供电电压(U_N)；

-升压转换器(12)，其带有升压电感线圈(L1)、升压开关(S1)和升压二极管(D1)，该升压开关具有控制电极、参考电极和工作电极，其中升压转换器(12)在输入侧耦合在第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间并且具有带有第一输出端子和第二输出端子的输出端，

-带有第一电子开关(S2)和第二电子开关(S3)的桥电路，其中第一电子开关(S2)和第二电子开关(S3)分别具有控制电极、参考电极和工作电极，其中第一电子开关(S2)和第二电子开关(S3)的串联电路在构建第一桥中点(BM1)的情况下耦合在升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间；

-输出端，其带有第一输出端子(A1)和第二输出端子(A2)，用于连接放电灯(La)，其中第一输出端子(A1)与第一桥中点(BM1)耦合，并且其中第二输出端子(A2)与第二输入端子(E2)耦合；

-灯电感线圈(L2)，其串联地耦合在电子镇流器的第一输出端子(A1)和第一桥中点(BM1)之间；

-第一电压测量装置(R1，R2)，其设计为测量第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压；

-第二电压测量装置(R3，R4)，其设计为测量升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压；以及

-微控制器(14)，其带有与第一电压测量装置(R1，R2)耦合的第一输入端(EM1)，与第二电压测量装置(R3，R4)耦合的第二输入端(EM2)，与第一电子开关(S2)的控制电极耦合的第一输出端(AM1)，与第二电子开关(S3)的控制电极耦合的第二输出端(AM2)，以及与升压开关的控制电极耦合的第三输出端，其中微控制器设计为通过改变在第三输出端上提供的信号的开关频率来调节升压转换器的第一输出端子和第二输出端子之间的电压，

其特征在于，

微控制器(14)还设计为将升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压(U_Zw)调节到如下值：该值取决于第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压(U_g1)的值。

2.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，微控制器(14)设计为调节升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压，使得该电压至少在第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压(U_g1)的峰值的电压值(U_peak)的第一值域(W1)内、或者在升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压值的第一值域内在第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压的峰值的电压值(U_peak)之上的可预先给定的阈值上。

3.根据权利要求2所述的电子镇流器，其特征在于，可预先给定的阈值是第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压(U_g1)的峰值的电压值(U_peak)的2％到10％之间，尤其是在4％到8％之间。

4.根据上述权利要求中的任一项所述的电子镇流器，其特征在于，微控制器(14)还设计为通过执行测量例程来确定连接在输出端上的放电灯(La)的类型，其中在微控制器(14)中针对至少两种类型的放电灯(La)的每一种都存储有针对第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压(U_g1)的峰值的电压值(U_peak)的第一值域(W1)的下边界值或者针对升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压值的第一值域的下边界值(U_Zwmin)。

5.根据权利要求4所述的电子镇流器，其特征在于，通过放电灯(La)的灯电流的额定值(I_La)和/或其灯功率的额定值来表示放电灯(La)的类型。

6.根据权利要求4或5所述的电子镇流器，其特征在于，微控制器(14)设计为在第二值域(W2)中通过改变在第三输出端(AM3)提供的信号的开关频率(f₁)来将升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压(U_Zw)调节到最小电压(U_Zwmin)，其中该第二值域接在第一输入端子(E1)和第二输入端子(E2)之间的电压(U_g1)的峰值的电压值(U_peak)的第一值域(W1)的下边界值之下，或者接在升压转换器(12)的第一输出端子和第二输出端子之间的电压值(U_Zw)的第一值域(W1)的下边界值(U_Zwmin)之下。

7.根据权利要求6所述的电子镇流器，其特征在于，最小电压(U_Zwmin)至少与升压转换器(12)的第一输出端和第二输出端之间的电压(U_Zw)的第一值域(W1)的下边界值一样大，尤其是该最小电压对应于该下边界值。

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