CN101896031B - 驱动低压气体放电灯的串联电路的电路装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯的串联电路的电路装置以及相应的方法。本发明能够在没有大开销的情况下实现对至少两个气体放电灯的电极的可靠预热。在包括输入端(2)、输出端(8，9，10，11)以及带有谐振电感线圈(12)和谐振电容器(13)的谐振回路的电路装置的情况下提出了使用电容性的分压器(16)。第一电容器(16a)与输出端(8，9，10，11)的第一连接装置(8，9)并联耦合，而第二电容器(16b)与第二连接装置(10，11)并联耦合。因此，在预热阶段期间可以将谐振电容器(13)上的总电压调节到在各个气体放电灯(6，7)的点燃电压之上的值。

Description

驱动低压气体放电灯的串联电路的电路装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种用于驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯的串联电路的电路装置，该电路装置具有：输入端，其带有第一输入端子和第二输入端子用于施加供电交流电压；输出端，其带有至少一个第一连接装置，该第一连接装置具有用于连接第一低压气体放电灯的第一端子对和第二端子对，并且带有第二连接装置，该第二连接装置具有用于连接第二低压气体放电灯的第一端子对和第二端子对，其中第一连接装置的第二端子对的第一端子与第二连接装置的第一端子对的第一端子耦合；谐振回路，其带有耦合在第一输入端子和第一连接装置的第一端子对的第一端子之间的谐振电感线圈，以及耦合在第一连接装置的第一端子对与第二连接装置的第二端子对之间的谐振电容器。此外，本发明还涉及一种借助这种电路装置来驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯的串联电路的方法。

背景技术

用于驱动多个低压气体放电灯的串联电路的电路装置已在现有技术中公开。这种电路装置具有包括谐振电感线圈和谐振电容器的谐振回路；谐振电容器与气体放电灯的串联电路并联连接。此外，在此一般使用至少一个所谓的顺序启动电容器，其在两个灯的串联电路的情况下与两个灯之一并联连接。这能够实现降低对灯的串联电路实际所需的点燃电压，因为直至未被电容性跨接的灯点燃为止，几乎将在串联电路上的全部电压施加到该灯上并且该灯在另外的灯之前被点燃。由此保证了灯的相继点燃(顺序)，并且对于该配置的必要的总点燃电压近似由点燃电压加上一个灯的燃烧电压得到。在此不利的是如下情况：在灯的预热期间在灯上的总电压实际上在一个灯上。该值不允许超过最大值，因为否则该灯在电极的充分预热之前点燃并且灯的开关强度受到非常不利的影响。

在此，感兴趣的尤其是气体放电灯的电极的预热。现有技术是，为此目的在谐振电感线圈上使用附加的加热绕组。然而通过这种方法一方面在电极中形成了并非可忽略的持续加热功率，这对包括电路装置和气体放电灯的整个系统的效率有不利影响。另一方面，多个加热绕组(在两个气体放电灯的串联电路的情况下通常使用三个附加的加热绕组)费事地盘绕、引导并且隔离。尤其是多个附加的加热绕组的隔离是成本高昂的。如果使用特定的电感线圈配件，设计分离的室用于隔离加热绕组，对于谐振电感线圈的主绕组明显提供了较小的盘绕空间，并且必须使用更细的并且由此欧姆值更高的线。这通常在该部件中引起极大的热问题。

此外已知的是，使用附加的加热回路来对气体放电灯的电极预热。在此，参照出版物DE 4425859A1的公开内容。在该文件中所描述的电路装置包括加热回路，借助该加热回路可以对两个气体放电灯的电极预热。这种加热回路针对两个灯的串联电路具有单独的加热变压器、桥整流器、两个晶体管(耐受点燃电压的功率金属氧化物半导体场效应晶体管)、多个二极管以及多个欧姆电阻。借助这种加热回路实现了保证对气体放电灯的电极的充分预热。然而，特别的挑战是实现对至少两个串联的气体放电灯的电极的可靠预热，而不必使用多个附加的器件。

发明内容

因此，本发明的任务是提出一种如何能够以尽可能低的技术开销可靠地对至少两个低压气体放电灯的电极进行预热并且以小的持续热损耗来驱动电极的解决方案。

根据本发明，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5的特征的方法来解决。本发明的有利的实施形式是从属权利要求的主题。

在开头所提及的类型的电路装置的情况下，相应地设计了：该电路装置还具有电容性的分压器。该分压器具有与第一连接装置并联耦合的第一电容器和与第二连接装置并联耦合的第二电容器。

因此，通过电容性的分压器实现了根据本发明的效果，借助该分压器划分在第一连接装置的第一端子对与第二连接装置的第二端子对之间的电压。以此方式实现了将预热时在谐振电容器上并且由此在灯上的总电压提高到对于单个气体放电灯允许的值之上并且由此也提高了该支路中的预热电流，而不需增大谐振电容器，其电容确定了持续加热损耗。由此也提高了在预热期间流经“外部”电极(与第一连接装置的第一端子对以及第二连接装置的第二端子对耦合的电极)的电流的电流强度与在工作中(即在气体放电灯点燃之后)该电流的电流强度的比值。换言之，以此方式和方法降低了持续加热电流的电流强度与预热电流的电流强度的比值，或降低了持续加热功率与预热功率的比值。该降低归因于流经气体放电灯的“外部”电极或者流经谐振电容器的电流的电流强度直接通过在谐振电容器上的电压的幅度来确定。

借助根据本发明的电路装置，一方面可能的是可靠地对气体放电灯的外部电极预热；另一方面通过根据本发明的电路装置形成了持续工作中明显降低的损耗。这在根据本发明的电路装置的情况下无需使用如在根据出版物DE 4425859A1的主题中所使用的多个昂贵的有源和无源器件来实现。根据本发明的电路装置借助仅仅一个电容性的分压器来解决上述任务，由此该电路装置与已知的电路装置相比可以成本更为低廉地并且减少部件地制造。

不仅第一电容器而且第二电容器的电容值都优选小于谐振电容器的电容值。由此，能够实现气体放电灯的可靠点燃。例如，第一电容器和第二电容器的电容值可以为谐振电容器的电容值的5％至25％。另一方面，第一电容器和第二电容器应选择得大到使第一连接装置和第二连接装置的寄生电容不会影响灯上的分压。在一个实施形式中设计的是，对于供电交流电压的在大约40kHz到大约50kHz之间的值域中的工作频率，第一电容器和第二电容器分别具有在10pF到5nF的值域中的电容值，优选在100pF到2.5nF的值域中的电容值。于是，满足了上述在气体放电灯上的电压方面的要求。在一个实施形式中，第一电容器的电容值可以为1nF而第二电容器的电容值可以为560pF，并且谐振电容器的电容值可以为10nF。

第一电容器的电容值优选与第二电容器的电容值不同。由此实现了气体放电灯顺序点燃，即一个在另一个之后被点燃。由于两个电容器的不同的电容值，于是首先在气体放电灯中的第一气体放电灯上的电压击穿，这直接导致在另一气体放电灯上的电压的提高并且由此导致该气体放电灯的点燃。两个电容器的电容值的比值优选在0.5到0.8的值域中。例如，该比值可以为2/3。

已证明为特别有利的是，在谐振电感线圈上盘绕附加绕组，该附加绕组与第一连接装置的第二端子对的第二端子以及第二连接装置的第一端子对的第二端子耦合。于是，也可以预热气体放电灯的“内部”电极，其中该“内部”电极连接到第一连接装置的第二端子对或者第二连接装置的第一端子对上。在此，也以如在外部电极中类似的程度降低了持续加热电流与预热电流的比值，因为谐振电感线圈上的电压在预热和点燃时一阶近似地与谐振电容器上的电压成比例。因此，可以降低次级加热绕组的匝数和由此降低持续加热损耗。相对于已知的其中在谐振电感线圈上盘绕有三个或者更多个的附加绕组的电路装置，本电路装置借助在谐振电感线圈上的仅仅唯一的附加绕组就能实现(前提是驱动两个气体放电灯)。与现有技术相比，谐振电感线圈作为部件因此可以更为简单得多并且成本更为低廉得多地制造；附加绕组可以与谐振电感线圈的主绕组在没有大开销的情况下隔离。此外，为谐振电感线圈的主绕组提供了更多的盘绕空间，使得有效地克服了现有技术中出现的热问题。

为了进一步降低气体放电灯的持续热损耗或者尖峰电流(Stiftstroeme)，无功元件尤其是电感线圈可以耦合在第一连接装置的第一端子对的端子之间和/或在第二连接装置的第二端子对的端子之间。

根据本发明的方法设计用于借助开头所述类型的电路装置来驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯的串联电路。在该方法中设计的是，借助电容性的分压器来划分在第一连接装置的第一端子对和第二连接装置的第二端子对之间的电压，该分压器具有与第一连接装置并联耦合的第一电容器和与第二电路装置并联耦合的第二电容器。

参照根据本发明的电路装置所介绍的优选的实施形式及其优点相应地适用于根据本发明的方法。

本发明的其他特征由权利要求、附图和附图说明中得到。上面在说明中所提及的特征和特征组合以及在下面在附图说明中提及的和/或在附图中单独示出的特征和特征组合不仅可以以所说明的各组合来使用，而且也可以以其他组合来使用或者单独地使用，而未离开本发明的范围。

附图说明

现在借助优选的实施例以及参照附图更为详细地阐述本发明，其中唯一的附图以示意图示出了根据本发明的一个实施形式的电路装置。

具体实施方式

在附图中所示的电路装置1包括输入端2，其带有第一输入端子3和第二输入端子4。第二输入端子4是在该图中未示出的控制单元的参考电势。在该图中同样未示出的并且可被控制单元激励的逆变器与该参考电势耦合，该逆变器提供供电交流电压U_V。该供电交流电压U_V施加在第一输入端子和第二输入端子3、4之间。逆变器从中间回路直流电压产生供电交流电压U_V，该中间回路直流电压在该图中未示出的中间回路电容器上。该中间回路直流电压在此在中间回路极5和控制单元的参考电势4之间。

此外，电路装置1包括输出端，该输出端带有第一连接装置和第二连接装置，其分别用于连接低压气体放电灯6、7。第一连接装置包括带有第一端子和第二端子8a、8b的第一端子对8和带有第一端子和第二端子9a、9b的第二端子对9。相应地，第二连接装置包括带有第一端子10a和第二端子10b的第一端子对10以及带有第一端子11a和第二端子11b的第二端子对11。

第一连接装置的第二端子对9的第一端子9a与第二连接装置的第一端子对10的第一端子10a直接相连。由此，存在两个气体放电灯6、7的串联电路。

输入端2的第一输入端子3通过谐振电感线圈12与第一连接装置的第一端子对8的第一端子8a耦合。谐振电感线圈12与谐振电容器13一起形成电路装置1的谐振回路。在此，谐振电容器13连接在第一连接装置的第一端子对8的第二端子8b和第二连接装置的第二端子对11的第二端子11b之间。谐振电感线圈12的电感值在该实施例中为1.3mH，谐振电容器13的电容值为7.5nF。

除了谐振电感线圈12之外，在同一部件上盘绕有附加绕组14，通过该附加绕组可对气体放电灯6、7的内部电极预热。气体放电灯6、7的内部电极在此理解为连接到第一连接装置的第二端子对9上和连接到第二连接装置的第一端子对10上的电极。附加绕组14通过电容器15与第一连接装置的第二端子对9的第二端子9b耦合。另一方面，附加绕组14与第二连接装置的第一端子对10的第二端子10b相连。

气体放电灯6、7的与第一连接装置的第一端子对8以及第二连接装置的第二端子对11耦合的电极以下称作外部电极。为了保证对气体放电灯6、7的外部电极的可靠预热，电容性的分压器16与谐振电容器13并联连接。电容性的分压器16包括第一电容器16a以及第二电容器16b。在此，第一电容器16a连接在第一连接装置的第一端子对8的第一端子8a与第二端子对9的第一端子9a之间。换言之，第一电容器16a与第一连接装置并联连接。第二电容器16b连接在第二连接装置的第一端子对10的第一端子10a与第二端子对11的第一端子11a之间。也就是说，第二电容器16b与第二连接装置并联连接。通常，电容性的分压器16必须与外部端子8、11耦合，即一方连接到端子8a或8b之一而另一方面连接到端子11a或11b之一上。设置在电容器16a、16b之间的连接点必须连接到端子9(9a或9b)或10(10a或10b)的恰好一个上。第一电容器和第二电容器16a、16b的电容值在该实施例中为1nF或560pF。

此外，电路装置1具有第一耦合电容器和第二耦合电容器17、18。第二连接装置的第二端子对11的第一端子11a通过第一耦合电容器17与中间回路极5相连，即借助第一耦合电容器17与中间回路极5电去耦。另一方面，第二连接装置的第二端子对11的第一端子11a通过第二耦合电容器18与控制单元的参考电势4相连。两个耦合电容器17、18使得没有直流电流可以流经气体放电灯6、7。这种直流电流会导致由气体放电灯6、7发出的光的可见的不均匀性(阳离子电泳，Kataphorese)。此外，通过耦合电容器17、18的对称布置实现了中间回路电容器的电流负荷最低的优点。

此外，在第一连接装置的第一端子对8的第一端子和第二端子8a、8b之间连接有电感线圈19。相应地，在第二连接装置的第二端子对11的第一端子和第二端子11a、11b之间连接有电感线圈20。电感线圈19、20在此的任务是使气体放电灯6、7的持续热损耗或尖峰电流(Stiftstroeme)最小。

以下更为详细地阐述了电路装置1的工作方式：

首先，提供中间回路直流电压，即例如通过操作人员闭合电网开关来提供。如在中间回路电容器上存在中间回路直流电压，则控制单元也处于工作中，其可以在相应地激励逆变器的情况下产生供电交流电压U_V。在气体放电灯6、7运行之前首先开始预热阶段，在该预热阶段中气体放电灯6、7的电极(即外电极和内电极)被加热。这些电极在此被加热到如下温度：该温度实现气体放电灯6、7的经济的启动。

控制单元开始预热阶段，其方式是供电交流电压U_V的频率被调节到预热频率。在预热阶段期间，供电交流电压U_V于是调节为使得气体放电灯6、7尚未被点燃。电容性的分压器16的存在能够实现在预热阶段期间在谐振电容器13上存在的电压调节到高于各个气体放电灯6、7的点燃电压的值。以此方式可以对气体放电灯6、7的外部电极施加比较大的电流(流经谐振电容器13的电流的电流强度通过电压的幅度来确定)并且由此被可靠地预热。同时，通过使用电容性的分压器16降低了在工作中流经外部电极的持续加热电流的电流强度与在预热阶段期间流经谐振电容器13的预热电流的电流强度的比值。于是，也降低了持续加热功率与预热功率的比值。换言之，持续加热电流的电流强度可以被降低并且由此实现了较低的持续加热损耗。该损耗还可以借助电感线圈19、20被进一步降低。

在预热阶段结束之后，供电交流电压U_V的频率被降低使得气体放电灯6、7点燃。由于电容器16a、16b的不同的电容值，所以气体放电灯6、7的点燃顺序地进行。这意味着：气体放电灯6、7相继地被点燃。

总之，这样提供了一种电路装置1，其能够实现对至少两个气体放电灯6、7的串联电路的电极的可靠预热。在此，该电路装置1在没有附加的成本高昂的并且技术上复杂的预热回路的情况下也能实现，其可以成本低廉地并且减少部件地制造。包括第一电容器和第二电容器16a、16b的电容性分压器16负责对电极的可靠预热。这省去了在谐振电感线圈12上使用多个附加绕组，仅仅一个附加绕组14就足够了，该附加绕组可以在没有太多开销的情况下并且以较少的匝被盘绕。

Claims (7)

1.一种用于驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯(6，7)的串联电路的电路装置(1)，具有：

-输入端(2)，其带有第一输入端子和第二输入端子(3，4)用于施加供电交流电压(U_V)，

-输出端(8，9，10，11)，其带有：至少一个第一连接装置(8，9)，该第一连接装置具有用于连接第一低压气体放电灯(6)的第一端子对和第二端子对(8，9)；以及第二连接装置(10，11)，该第二连接装置具有用于连接第二低压气体放电灯(7)的第一端子对和第二端子对(10，11)，其中第一连接装置(8，9)的第二端子对(9)的第一端子(9a)与第二连接装置(10，11)的第一端子对(10)的第一端子(10a)耦合，

-谐振回路，其带有耦合在第一输入端子(3)与第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)的第一端子(8a)之间的谐振电感线圈(12)，以及耦合在第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)和第二连接装置(10，11)的第二端子对(11)之间的谐振电容器(13)，

其特征在于，

该电路装置(1)还具有电容性的分压器(16)，该分压器具有与第一连接装置(8，9)并联耦合的第一电容器(16a)以及与第二连接装置(10，11)并联耦合的第二电容器(16b)，以及

无功元件(19，20)耦合在第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)的端子(8a，8b)之间和/或第二连接装置(10，11)的第二端子对(11)的端子(11a，11b)之间。

2.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其特征在于，所述无功元件(19，20)是电感线圈(19，20)。

3.根据权利要求1所述的电路装置(1)，其特征在于，对于供电交流电压(U_V)的在40kHz到50kHz之间的值域中的工作频率，第一电容器和第二电容器(16a，16b)分别具有在10pF到5nF的值域中的电容值。

4.根据权利要求3所述的电路装置(1)，其特征在于，第一电容器和第二电容器(16a，16b)分别具有在100pF到2.5nF的值域中的电容值。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的电路装置(1)，其特征在于，附加绕组(14)盘绕到谐振电感线圈(12)上，该附加绕组与第一连接装置(8，9)的第二端子对(9)的第二端子(9b)耦合并且与第二连接装置(10，11)的第一端子对(10)的第二端子(10b)耦合。

6.一种借助电路装置(1)驱动至少一个第一低压气体放电灯和第二低压气体放电灯(6，7)的串联电路的方法，该电路装置具有：

-输入端(2)，其带有第一输入端子和第二输入端子(3，4)用于施加供电交流电压(U_V)，

-输出端(8，9，10，11)，其带有：至少一个第一连接装置(8，9)，该第一连接装置具有用于连接第一低压气体放电灯(6)的第一端子对和第二端子对(8，9)；以及第二连接装置(10，11)，该第二连接装置具有用于连接第二低压气体放电灯(7)的第一端子对和第二端子对(10，11)，其中第一连接装置(8，9)的第二端子对(9)的第一端子(9a)与第二连接装置(10，11)的第一端子对(10)的第一端子(10a)耦合，

-谐振回路，其带有耦合在第一输入端子(3)与第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)的第一端子(8a)之间的谐振电感线圈(12)以及耦合在第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)和第二连接装置(10，11)的第二端子对(11)之间的谐振电容器(13)，

该方法的特征在于，

借助电容性的分压器(16)来划分在第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)和第二连接装置(10，11)的第二端子对(11)之间的电压，该分压器具有与第一连接装置(8，9)并联耦合的第一电容器(16a)和与第二连接装置(10，11)并联耦合的第二电容器(16b)，以及

将无功元件(19，20)耦合在第一连接装置(8，9)的第一端子对(8)的端子(8a，8b)之间和/或第二连接装置(10，11)的第二端子对(11)的端子(11a，11b)之间。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述无功元件(19，20)是电感线圈(19，20)。