CN101982020A - 用于操作hid放电灯的电路结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于操作气体放电灯的电路结构，该电路结构包括施加有直流电压(Uo)并包括四个可控开关(S1-S4)的全桥电路，气体放电灯(EL)布置在将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点的电桥支路中，该电路结构还包括交替地起动两个电桥对角线之一的控制电路(1)，电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关构成，该控制电路(1)总是在测量信号满足再接通条件时才接通电桥对角线的高频脉冲开关，该控制电路(1)还在当高频脉冲开关的再接通条件至此尚未被满足时在高频脉冲开关断开之后在规定时间(T2)之后断开同一电桥对角线的低频脉冲开关(图2b)，以便快速降低电桥支路电流，其中该低频和/或高频脉冲开关的接通在时间上在高频脉冲开关的再接通条件出现之后进行。

Description

用于操作HID放电灯的电路结构

技术领域

本发明涉及用于操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯的电路结构，该电路结构被用在相应的气体放电灯的电子镇流器中。高压气体放电灯与低压气体放电灯的区别尤其在于，它需要较高的点亮电压点亮电压并且其色温随当时输入的灯功率而变。后一种性能造成高压气体放电灯很难调光或无法调光。相反，为了获得高压气体放电灯的色温，必须通过相应的调节来恒定保持供给各灯的能量。高压气体放电灯的电子镇流器据此一方面必须产生高的点亮电压，另一方面，提供保持供给灯的功率恒定的可能性。

背景技术

已知的用于高压气体放电灯的电子镇流器依据包括四个可控电子开关的全桥电路。以下将结合图4来说明原理，其中图4所示的电路例如从WO-A-86/04752中知晓。

如上所述，为了控制气体放电灯EL尤其是高压气体放电灯，该已知电路包括具有四个可控开关S1-S4的全桥，这些开关按照上述文献尤其由双极晶体管构成双极晶体管。在该全桥的电桥支路中，接有一个由一个线圈L1和一个电容C1构成的串联谐振回路，其中待控的气体放电灯EL与电容C1并联布置。全桥将接受直流电压U0。自振荡二极管与所述开关或者说晶体管S1-S4并联，但为了简明起见而在图4中未示出自振荡二极管。为了操作气体放电灯EL，在WO-A-86/04752中提出，在第一操作阶段中接通可控开关S4并且断开可控开关S2和S3。此外，在该第一操作阶段中，该可控开关S1以较高的脉冲定时频率被交替通断在开关S1的接通期间内直流电流流过可控开关S1、线圈或者说扼流圈L1、气体放电灯EL和在该操作阶段中总是接通的可控开关S4。通过断开晶体管S1，电流流动被中断并且在线圈L1中原先通过电流流动建立的磁能被转换为电能，该电能提供反电压，该反电压在下次开关S1接通时刻之前都保持电流在相同方向上流过气体放电灯EL，在这里，存储在线圈L1中的能量逐渐消失。通过重新接通开关S1，重新接通上述的电流回路，从而上述的过程重复。在可控开关S2和S3此时长期断开而可控开关S4长期接通且可控开关S1被高频交替通断的第一操作阶段中，电流总是在相同方向上流过气体放电灯EL。这导致气体放电灯EL在其操作中闪烁较弱并且可能有较高的亮度。但在长期以直流电压U0工作时，在气体放电灯EL的电极区内可能聚集了沉积，这是由总在相同方向上流动的电子流动造成的。为了避免这种沉积，气体放电灯EL被反复低频变极，从而在第二操作阶段中，现在开关或者说晶体管S1、S4被长期断开而可控开关S3被长期接通。此外，在第二操作阶段中，可控开关S2被高频交替通断，从而原则上出现了与在上述第一操作阶段中一样的工作方式，但在这里，在第二操作阶段中，流过气体放电灯EL的电流是反向的。

总之可以据此确定，图4所示的全桥原则上以直流电压U0工作，但是，通过在电桥对角线S1-S4或者S2-S3之间低频变极，即通过在上述两个第一和第二操作阶段之间的低频切换，给气体放电灯EL和扼流圈L1供应低频交流电流，其频率对应于变极频率。在这两个操作阶段中，可控开关S1或者可控开关S2被高频交替通断。用以交替通断可控开关S或者S2的脉冲频率和低许多的变极频率之间的数值比应该选择尽量大，例如可以等于1000∶1。扼流圈或线圈L1的尺寸越小，该比例越大。因为可控开关S1或S2的高频切换，产生相应高频的流过扼流圈L1的电流。用于限制灯电流的扼流圈的尺寸因此可以设定为比低频电流将流过它时的尺寸。

图4所示的气体放电灯EL的点亮借助由扼流圈L1和电容C1构成的串联谐振回路来实现，其中为了点亮而需要以这样的频率操作该气体放电灯EL，该频率接近该串联谐振回路的谐振频率。如果是这样的情况，则在气体放电灯EL上出现电压升高，其导致气体放电灯点亮。

EP-A2-0740492公开了一种电路结构，用于点亮和操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯。为了点亮或者说操作气体放电灯，在此文献中提出，在第一操作阶段中借助相应控制电路互补地以较高频率来控制该全桥的布置在电桥对角线中的可控开关S1、S4或者S2、S3，直到气体放电灯点亮。随后，控制电路切换到第二操作阶段(正常操作阶段)，在此操作状态中，控制电路以较低频率互补地控制该全桥布线的可控开关S1-S4。另外，根据该文献，采用了一个调整机构，它在输出侧如此通过电容与该全桥耦合，即该全桥与电容并联布置。该调整机构另外用于全桥的电压供应并且尤其是调整供给气体放电灯的功率。为此，测量施加在调整机构的输出端子上的电压以及瞬间流动的电流，使相应的值相乘并且将得到的实际值作为灯功率的实际值供给该调整机构。上述的控制电路与该调整机构连接并且规定了调整机构输出功率的额定值，在这里，该控制电路尤其是在上述第一操作阶段(起动操作阶段)中提高额定值，从而能给全桥的调整机构供应较高的输出功率。气体放电灯的点亮可以通过点亮装置来实现，该点亮装置与设在电桥支路中的电感L1耦合。或者，该气体放电灯可以通过采用图4所示的且与气体放电灯EL并联的电容C1来点亮，该电容与该电感L1构成一个串联谐振回路。

另一个用于点亮和操作气体放电灯尤其是金属卤素高压气体放电灯的电路结构由GB-A-2319677公开并且如图5所示。该电路结构也包括四个布线连成一个全桥的可控开关S1-S4，它们可以由双极晶体管或者场效晶体管构成。在该全桥电路的电桥支路中有一个气体放电灯EL以及由一个电感L1和一个电容C1构成的串联谐振回路。为了起动即点亮该气体放电灯EL，该全桥借助相应的控制电路以较高频率工作，该控制电路能通过相应的电桥驱动器单独控制独立的可控开关S1-S4，该频率可处于20-40kHz范围。尤其是如此选择该高频，即它接近由该电感L1和电容C1构成的该串联谐振回路的谐振频率，从而气体放电灯EL在一定时间后点亮。气体放电灯EL的点亮例如可以通过监测灯电流或通过监测灯亮度来掌握。一旦发现气体放电灯EL点亮，该全桥可以切换到尤其可以在50-200Hz的低工作频率，以便操作该灯。如图5所示，由该文献公开的电路结构还包括一个称为点亮变压器或自耦变压器的变压器，其初级绕组L2与该串联谐振回路的电容C1串联布置，而次级绕组与气体放电灯EL串联。具有电感L2和L3的该变压器用于在出现流过电容C1的电流时(尤其是在施加高点亮频率时就是这种情况)在次级线圈L3中产生增大的电压，该增大的电压被施加到气体放电灯EL。通过这种方式，气体放电灯EL的点亮和操作可被简化。

图5所示的电路结构采用了自耦变压器，该变压器的初级绕组L2与串联谐振回路电容C1串联且其次级绕组L3与气体放电灯EL串联，但是，这样的电路结构的缺点是，流过全桥的波形电流也被增大并且相应地不利影响到灯电流。由EP-A2-0740492公开的且同样如上所述的电路结构确实实现了供给全桥的功率的调整或者说保持恒定，但是为此需要相对多的元件，因此该电路结构相对复杂和昂贵。

DE19916879A1公开了一种用于操作高压气体放电灯(HID灯)的电路结构，如从该申请的图1-图3所述。此时，多个可控开关S1、S2、S3和S4(见图1)被如此脉冲定时，即其中一个电桥对角线S1、S4或者S3、S2被交替起动。此时，每个电桥对角线由一个高频脉冲开关和一个低频脉冲开关组成。

此外，当在电桥支路中流动的电流iL2已经达到下换向点即最小值时，高频脉冲开关总又被接通。

此外，DE19916878A1公开了，若电桥支路电流在规定时间后还未达到其最小值，则除了高频脉冲开关被断开之外，一个起动的电桥对角线的低频脉冲开关也被断开。

本发明现在基于附加断开低频脉冲开关的设想并且如此改进该原理，从而足以满足对现代电路技术的要求。

发明内容

根据本发明，上述任务将通过独立权利要求的特征来完成。从属权利要求分别描述本发明的优选有利的实施方式。

根据第一方面，本发明提出一种用于操作气体放电灯的电路结构，它具有全桥电路，在该全桥电路上施加有直流电压Uo并且包括四个可控开关S1-S4，气体放电灯EL布置在一个电桥支路中，该电桥支路将第一开关S1和第二开关S2之间的节点连接到第三开关S3和第四开关S4之间的节点，电路结构还具有控制电路1，该控制电路交替起动两个电桥对角线之一，这两个电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关构成，其中该控制电路总是在测量信号满足再接通条件时接通一个电桥对角线的高频脉冲开关，其中当用于高频脉冲开关的再接通条件尚未被满足时，也在高频脉冲开关断开后的规定时间T2后断开同一电桥对角线的低频脉冲开关图2b，以便快速降低电桥支路电流，其中该低频和/或高频脉冲开关的接通在时间上延迟地在高频脉冲开关的再接通条件出现之后进行。

根据本发明的另一个方面，提出一种用于操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯的电路结构，它具有全桥电路，在该全桥电路上施加有直流电压Uo并且包括四个可控开关S1-S4，其中气体放电灯EL布置在一个电桥支路中，该电桥支路将第一开关S1和第二开关S2之间的节点连接到第三开关S3和第四开关S4之间的节点，还具有控制电路，该控制电路交替起动两个电桥对角线之一，两个电桥对角线各由一个高频脉冲开关和一个低频脉冲开关构成，其中该控制电路1总是在一个测量信号满足再接通条件时接通一个电桥对角线的高频脉冲开关，其中当至此尚未满足用于高频脉冲开关的再接通条件时，该控制电路还在高频脉冲开关断开之后的规定时间T2后也断开同一电桥对角线的低频脉冲开关，以便可以快速降低该电桥支路电流。

该低频脉冲开关的附加断开时刻和/或随后的接通时刻可以外部调节和/或通过控制电路自适应调节，即根据事件来调节。

低频和/或高频脉冲开关的接通时刻可以尤其是在这样的时段内，该时段的起点是进入高频脉冲开关的再接通条件。

该时段可以优选是高频脉冲开关的再接通条件出现后至迟3μS、优选是300nS-2.5μS结束。

当灯电压或输出电压在规定阈值下时，低频脉冲开关的接通时刻可以在高频脉冲开关接通后。

本发明还涉及气体放电灯操作方法，该气体放电灯具有全桥电路，在该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，一个气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，它将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点，其中这两个电桥对角线之一被交替起动，两个电桥对角线各由一个高频脉冲开关和一个低频脉冲开关组成，当一个测量信号满足再接通条件时，一个电桥对角线的高频脉冲开关总是被接通，并且当至此尚未满足用于高频脉冲开关的再接通条件时，同一电桥对角线的低频脉冲开关在高频脉冲开关断开之后的规定时间(T2)后也被断开，以便可以快速降低该电桥支路电流，低频和/或高频脉冲开关的接通在时间上(有意识延迟)在高频脉冲开关的再接通条件出现之后进行。

本发明此外涉及气体放电灯操作方法，该气体放电灯具有全桥电路，在该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，一个气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，它将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点，其中这两个电桥对角线之一被交替起动，两个电桥对角线各由一个高频脉冲开关和一个低频脉冲开关组成，该控制电路(1)总是在一个测量信号满足再接通条件时接通一个电桥对角线的高频脉冲开关，并且当至此尚未满足用于高频脉冲开关的再接通条件时，同一电桥对角线的低频脉冲开关在高频脉冲开关断开之后的规定时间(T2)后也被断开(图2b)，以便可快速降低该电桥支路电流，该低频脉冲开关的附加断开时刻和/或随后的接通时刻可以外部调节和/或通过控制电路自适应调节，即根据事件来调节。

最后，本发明还涉及一种控制单元，尤其是集成电路如ASIC或者微控制器，其设计用于执行上述权利要求之一的方法。

附图说明

以下将结合优选实施例并参照附图来详细说明本发明。

图1表示根据本发明一个优选实施例的本发明电路结构的电路图。

图2a表示第一曲线图，其表示图1所示电路结构中的随时间变化的电压和电流曲线。

图2b表示第二曲线图，它表示图1所示电路结构中的、对应改进方式的开关状态和电流随时间变化曲线。

图3表示电子镇流器，其中采用了图1所示的电路结构。

图4表示按照现有技术的电路结构。

图5表示按照现有技术的另一个电路结构。

图6表示用于说明本发明的示意电路图。

图7表示可能在根据图6的电路中出现的信号曲线。

图8表示在采用本发明时的信号曲线。

图9表示根据本发明另一个优选实施例的本发明电路结构的电路图。

具体实施方式

图1所示的电路结构包括多个可控开关S1-S4，它们布线连成一个全桥。在该全桥上施加有直流电压Uo，其源于采用了该电路结构的相应电子镇流器的合适的直流电压源。与可控开关S1-S4并联地分别设有自振荡二极管，其中为简明起见，在图1中只示出了与可控开关S1并联的自振荡二极管D1。优选采用场效晶体管作为可控开关S1-S4，其已经包括自振荡二极管。在图1所示全桥的电桥支路中设有一个待控的气体放电灯EL，尤其是高压气体放电灯。图1所示的电路结构尤其是适用于操作金属卤素高压气体放电灯，其需要很高的点亮电压。如上所述，高压气体放电灯与低压气体放电灯的区别尤其是其需要较高的点亮电压并且在其较小的灯体内出现较高的压力。此外，高压气体放电灯具有较高的亮度，但是，各高压气体放电灯的色温随输入的功率而变。

高压气体放电灯的电子镇流器因此一方面应提供高的点亮电压，另一方面，实现输入功率的恒定保持。

一个串联谐振回路与图1所示的全桥的电桥支路耦合，该串联谐振回路包括一个电感L1和一个电容C1，其中电容C1作用在电感L1的分接点并且通过另一个可控开关S5与可控开关S4并联。此外，设有一个斩波电路或滤波电路，其具有另一个电感L2和另一个电容C2，其中这些元件如图1所示地布线连接。此外，在全桥上连接一个用作电流测量电阻或并联电阻的电阻R1。

上述的包括电感L1和电容C1的串联谐振回路与另一个电容C2组合地尤其用于点亮气体放电灯EL。为此，激励串联谐振回路谐振，将对应于谐振频率的频率或者其多倍(谐波)供给灯。谐振回路的激励通过交替接通可控开关S3和S4来实现。以下将对此详加说明。

为了点亮气体放电灯EL，两个直接串联的开关如可控开关S1和S2借助一个合适的控制电路被断开，与电容C1串联的可控开关S5被接通。全桥的另外两个开关例如可控开关S3、S4被交替通断，其中这以较高频率(大约150kHz)进行。开关频率朝由电感L1和电容C1构成的串联谐振回路的谐振频率的方向缓慢降低谐振。气体放电灯EL的点亮电压一般已经在达到谐振频率之前达到。在此情况下，用于可控开关S3、S4的开关频率被保持在该频率，直到灯EL点亮。在L1右半侧降低的电压因由电感L1实现的自耦变压器原理而例如按照比例1∶2升压变换到至与气体放电灯EL耦合的左半侧，其中在电感L1左半侧上出现的电压构成气体放电灯EL的实际点亮电压，该点亮电压通过电容C2施加到灯上。为了掌握气体放电灯EL的点亮，测量在电感L1分接点降低的电压，该电压同点亮电压或者说灯电压成比例Uj∶L，因为其在灯EL点亮后衰减地作用在串联谐振回路。在完成气体放电灯EL的点亮后，可控开关S5断开以便后续的正常工作。

还要注意，对于本发明电路结构的功能能力来说，开关S5不一定是必需的。相反，可控开关S5也可以在完成气体放电灯EL的点亮后保持接通，或者原则上用一个相应的支路代替。但是，借助在气体放电灯EL点亮后被断开的开关S5，可以做到气体放电灯EL的齐整工作。此外要注意，尤其如此设计点亮线圈L1，即，它在以下还要具体说明的正常工作中饱和工作，因此不影响电路其余部分。这例如可以如此做到，即，作为点亮线圈L1而采用带有铁芯的线圈，铁芯在正常工作中饱和运行，从而该线圈L1在气体放电灯EL点亮后在正常工作中只构成可忽略不计的电感。因此在正常工作中，同样设在电桥支路中的电感L2只起到限制电流作用。

以下将详细说明在气体放电灯EL点亮后起动的正常工作，其中在正常工作中，本发明的电路结构或者说全桥按照所谓的非连续模式来操作。原则上，图1所示的包括可控开关S1-S4的全桥按照本身已知的方式在正常工作中运行，就是说，包括开关S1和S4或者S2和S3的这两个电桥对角线被交替投入工作和解除工作，因此这两个电桥对角线的相应开关被相对交替或互补地通断，此外，在起动包括开关S1和S4的电桥对角线时，可控开关S1被高频交替通断，而在包括可控开关S2和S3的电桥对角线起动时，可控开关S2被相应高频交替通断。就是说，该全桥以可尤其位于80-400Hz范围的相对低频来变极，而各自有效的电桥对角线的可控开关S1或S2此外被高频例如以约90kHz频率交替通断。可控开关S1或S2的该高频通断借助相应控制电路的高频脉宽调制控制信号来实现，该信号借助由元件L2和C2构成的滤波电路或者斩波电路被滤波，从而在气体放电灯EL上只有流过电桥支路的支路电流iL2的线性平均值。借助脉宽调制控制信号，供给全桥的功率可保持恒定，这如上所述尤其对高压气体放电灯的操作是重要的。供给气体放电灯EL的电流的低频分量将通过两个电桥对角线的切换或变极，就是说，通过从S1和S4切换到S2和S3来产生。通过包括开关S3和S4的右侧电桥支路，在此情况下将把灯EL低频接到供电电压Uo或大地，从而在灯EL的接线端子基本上只有低频分量。

根据上述低频非连续模式，各自起动的电桥对角线的可控开关S1或S2总在流过电感L2的支路电流iL2已达到其最小值时被接通。在此，“最小值”是指电流iL2的下换向点，其中该最小值也一定可处于少许负的电流值区域内。

在观察电流曲线时将基于以下出发点，即，首先，包括可控开关S2和S3的电桥对角线被起动，而包括可控开关S1和S4的电桥对角线未被起动。即，可控开关S2和S3接通，而可空开关S1和S4断开。在可控开关S2和S3的接通时刻，电流iL2开始流过电感L2，电流根据指数函数增大，在这里，在所关注的区域内可以看到近似线性的电流A2的增大，从而为简明起见，以下将提到电流iL2的线性增大或降低。开关S2的断开造成电流iL2中断，其中，如上所述，可控开关S2尤其与开关S3的开关状态无关地被高频交替通断。开关S2的断开造成电流iL2确实先继续在相同方向上流经断开的开关S1的自振荡二极管D1，但是连续减小，甚至最终能达到负值。

在自振荡二极管D1的阻挡层的电子耗尽之前，尤其就一直是这种情况。监测达到电流iL2的下换向点并且在识别出该下换向点之后再接通可控开关S2，从而电流又增大。就是说，开关S2的高频接通总是在已经达到电流iL2的下换向点时进行。开关S2的断开原则上可以任意选择，在这里，开关的断开时刻对气体放电灯EL的功率供应很重要，因而可以通过适当调节断开时刻来控制或者说恒定保持供给灯的功率。作为接通准则，为此可以考虑例如支路电流iL2的时间或最大值。通过各自高频交替通断的可控开关S1或S2总是在电流iL2的下换向点即在零电流值附近又被接通的措施，相应的场效晶体管S1或S2得到保护，即防损保护，并且可以采用场效晶体管作为开关S1或者S2，其对于相应的自振荡二极管具有比较长的耗尽时间。以下将对此详加说明。

在开关S2接通前，加于开关上的电压在这里约为400伏特。如果开关S2被接通，则该电压崩溃，即它很快地从400伏特降低至0伏特。但是场效晶体管的特性是，在相应电压降低至0伏特之前，电流在相应的场效晶体管起动时已开始流动。在针对场效晶体管而流动的电流增大和达到0伏电压之间的这个短暂时间段内，由电流和电压的乘积构成被供给各自的场效晶体管的功率，该功率会损坏场效晶体管。因此优选的是，在尽量少的电流流动时，尤其在零电流值附近接通场效晶体管。

还要注意，当开关S1断开且开关S2也还是断开时，流经电感L2的电流iL2流过自振荡二极管D1。如果开关S2被接通且开关S1被断开，则经过一段时间后，来自振荡二极管D1的阻挡层的电子才会耗尽。在此期间内，场效晶体管S1实际处于导通状态。这意味着场效晶体管S2在对应于场效晶体管S1的自振荡二极管D1的阻挡层耗尽之前在相对短的时间内处于约400伏特的全工作电压Uo，由此同样会出现上述场效晶体管S2的过载，甚至损坏。因为以上提出的做法，即开关S2总是在流过电感L2的电流iL2已达到其最小值时接通，以上结合开关或者场效晶体管S1的耗尽时间所说明的效果几乎不引人注意，因而针对开关S1-S4也可以采用场效晶体管，其对于与之连接的自振荡二极管有相对长的耗尽时间。确实已经存在耗尽时间很短的开关元件，例如所谓的IGBT(绝缘栅双极晶体管)，但是，这些元件很昂贵。因此，借助本发明，可以放弃采用这种昂贵的元件。

对于上述做法来说必需的是，电流iL2的瞬间值以及达到其换向点的时刻是已知的。

电流iL2的瞬间值例如可以通过测量在电阻R1上降低的电压来确定。电流iL2的下换向点优选通过如变压器那样在线圈L2上分接出的电压来确定。为此，一个(图1未示出)绕组或线圈如变压那样与线圈L2耦合，该线圈L2导致流过线圈L2的电流iL2的区分并进而可说明电流iL2的换向点。

下换向点也可以通过其它反馈信号例如在开关S1和S2的连接点上的中点电压来间接测定。有意义的是，电桥支路电流的下限最小值的时刻是可测定的。而对该电流的定量说明对于确定高频脉冲开关的接通时刻不是必需的。

以下将结合图2所示的曲线图来描述图1所示电路结构的正常工作，其中图2与时间相关地表示在开关S1、S2之间节点上施加的电压Ui、灯电压uEL和流过线圈L2的电流iL2的变化曲线。图2尤其示出这样的情况，即，在图1所示的电路结构的第一时间段T1，包括开关S2和S3的电桥对角线被起动，而在随后的时间段T2内，包括开关S1和S4的电桥对角线被起动。即，在时间段T1内，开关S3是常闭而开关S1和S4是常开。而且在时间段T1中，开关S2被高频通断。图2尤其示出了开关S2总是在流经线圈L2的电流iL2已到达其下换向点即其最小值时被接通，从而出现电压U1的脉冲状变化曲线。电流iL2的边缘陡度由线圈L2的电感来确定。通过改变电流iL2的峰值，即改变开关S2的断开时刻，可改变电流iL2的电流平均值，进而调整或者说恒定保持供给灯EL的功率及其色温。电流iL2的高频变化曲线将通过元件L2和C2被斩波，从而得到如图2所示的斩波后的、施加在气体放电灯EL上的电压uEL的变化曲线。

在经过时间段T1后，开关S2和S3长期断开而开关S4长期接通。与时间段T1内的开关S2相似，开关S1现在被高频通断，从而出现电压Uj和uEL以及电流iL2的图2所示的变化曲线。如上所述，借助一个控制电路在时间段T1和T2内的工作阶段中被反复切换，其中该变极频率尤其可以位于80-400Hz范围内，而开关S2的高频脉冲频率(在时间段TA内)或者开关S1的高频脉冲频率(在时间段T2内)可以位于90kHz左右。

在电桥对角线S1-S4和S2-S3之间的低频切换或变极必然造成交流噪音，该交流噪音因低频而声音相对轻而不扰人。但是，在时间段T1和T2之间的切换时刻的陡峭边缘造成谐波，谐波本身有扰人作用。为此缘故，如此优选地设计控制开关S1-S4的控制电路，即，它减小在操作阶段T1和T2之间切换之前和之后的电流iL2的电流峰值。这可以例如通过特殊软件或通过特殊调整控制电路5的硬件做到，其减小该时间段T1内的最后电流峰值以及时间段T2内的第一电流峰值，以便通过这种方式在操作阶段T1和T2之间切换时平滑边缘。在此情况下出现图2虚线所示的电流iL2或灯电压uEL的变化曲线。从该虚线图中看到，在切换时刻之前和之后，电流峰值相对初始曲线略微降低，因此实现灯电压uEL略微柔和的过渡。

上述控制中，在高频接通的开关断开后，在恰好有效的电桥对角线的第二开关还保持接通时，电流继续流经自振荡二极管，同时相对缓慢地减小。这造成较小的电流峰值，也相应导致较小的损耗功率。可是会出现以下情况，即，在自振荡二极管的阻挡层的电子此时耗尽且因此达到电流iL2的下换向点的时刻，电流降低得还不够，因而开关在接通时还总是遇到高负荷。为了消除该负荷，可在一个改进方案中依据图2b的曲线控制开关。

该曲线图表示时间段T1内的第二和第三开关2、3的电流曲线iL2和状态。另两个开关在该时间段T1内断开。在第一阶段[tau]1，两个开关接通，电流iL2连续增大。像在上述控制中一样，在其开始可由达到iL2的最大值或规定时间[tau]1确定的第二阶段[tau]2中，第二开关S2断开，iL2缓慢减小。但是，现在从第二开关S2断开后的规定时刻起，在第三阶段x3中还断开第三开关S3。电流现在流经第一和第四开关的两个自振荡二极管且现在比在第二阶段[tau]2中减少更多。为此能保证iL2实际也能在自振荡二极管的阻挡层耗尽前达到负值。若电流iL2达到下换向点，则两个开关又被接通，控制又处于第一阶段[tau]1的状态。不过如果电流iL2原先已降到0，则省掉第三开关S3的断开，即第三阶段x3，因为此时在断开的开关中没有出现高负荷。相反，接着进行第一阶段[tau]1且第二开关S2又被断开。两个电桥对角线之间的低频切换与之前的实施例相似地进行，在此还优选地可在操作阶段T1和T2之间切换之前或之后减小电流iL2的电流峰值。

高压气体放电灯的已知性能是，其在完全变热之前具有相对差的可控不稳定性能。完全变热此时大致在1-2分钟后出现。在预热阶段，灯上的电压可小于正常工作时的电压。如果在预热阶段如在上述正常工作中那样操作镇流器，则减小的灯电压造成这样的后果，即，，具有相应较小的陡度diL2/dt的电流ixi流过电感L2，从而有可能不能借助先前提到的如变压器那样的分接可靠地检测iL2的换向点。因此优选的是，在预热阶段中，即在点亮后且在真正的正常工作前，开关S3和S4也类似于开关S1和S2被高频脉冲定时，其中在电桥对角线S1、S4和S2、S3之间进行低频切换，即在两个状态之间进行低频切换，在第一状态，开关S1、S4被高频脉冲定时且开关S2和S3断开，在第二状态中，开关S2、S3被高频脉冲定时且开关S1和S4断开。通过该措施实现的是，电流也通过开关S4、S1的自振荡二极管流过线圈L2，由此，在如变压器那样与该线圈L2耦合的且图1未示出的设置用于测定电流iL2的换向点的绕组中，产生较高的电压，从而可以可靠掌握或监测电流iL2。尤其是可以准确监测切换时刻。从预热阶段切换至正常工作是在达到灯的工作温度后，例如在灯电压超过阈值(约45V)后进行，在此优选在实际切换之前还等候一定时间。

图3表示图1所示的本发明电路结构被用在用于操作气体放电灯尤其是高压气体放电灯的电子镇流器中。

电子镇流器在输入侧具有去无线电干扰滤波器，其具有对称变压器L4、L5及电容C3和C4，它们连接到供电电压网的火线L、零线和地线。一个整流器与去无线电干扰滤波器连接，整流器包括二极管D5-D8。一电路与该整流器相连，该电路作为升压变压器并包括电阻R2-R6、电容C5和C6、二极管D9、变压器L6、L7、场效晶体管S6和由供电电压VCC供电的集成控制电路4，其尤其借助依据在电阻R3上分接的电压的脉宽调制信号来控制作为开关的场效晶体管S6。通过这种方式将实现的是，晶体管S6导通的时间在一个电网半波期间内被如此控制，即，所接收的电流的包络曲线基本是正弦形。该输出电压将借助二极管D9被整流并借助电容C6被滤波，从而给设置用来操作气体放电灯EL的电路结构提供已结合图1说明的供电直流电压Uo。在输出侧，图3所示的电子镇流器包括图1所示的电路结构，相应的元件带有相同的附图标记，因此可放弃重复说明这些零部件。但要补充说明，图3还示出已描述的绕组L3，该绕组通过变压器与位于全桥电桥支路的电感L2耦合并用于检测电流iL2的换向点(见图1)。

此外，图3示出一个中央控制电路1，其由供电电压VDD供电且一方面借助线圈L3测量电流iL2的换向点以及借助在电阻R1上分接出的电压测定电流iL2的瞬间大小。而且，尤其可以设计成专用集成电路(ASIC)形式的控制电路1监测加在串联谐振回路线圈L1的分接点上的电压，借助该电压，可以测定气体放电灯EL的点亮。控制电路1的输出与电桥驱动器2、3耦合，电桥驱动器各自用于控制场效晶体管S1和S2或者S3和S4。同样作为开关的且与谐振回路电容C1串联的场效晶体管S5将直接由控制电路1控制。

图6示出了本发明的另一个实施例。如所知的那样，本发明的前提是，在包括四个开关(在图6中现在称为A、B、C和D)的全桥电路中，其中一个电桥对角线A、B或者C、D可被交替起动，其做法是，各有其中一个开关A、B或者C、D被高频脉冲定时，同一电桥对角线中的另一个开关被低频脉冲定时。

尽管在图1和图5的实施例中举例说明了此时开关S1和S3被高频脉冲定时，但现在参照图6举例说明，开关A、C被分别高频脉冲定时，而开关B、D被分别低频脉冲定时。

尤其是对于被高频脉冲定时的开关(在此是A、C)，近年来采用具有快速的体二极管的场效晶体管(FET)，即耗尽时间短的体二极管。出于成本考虑，在低频侧(在图6的例子中是开关B、D)采用普通场效晶体管，即它们不具有耗尽时间短的二极管。可是，也可以在低频侧设置具有耗尽时间短的体二极管的场效晶体管。

在此可出现以下过程：

在阶段1，开关A以及开关B均被接通，在此前提是，在这个例子中，正好是电桥对角线A、B被起动。即，如图6所示，电流从供应电压Vbus经开关A流过包括灯的负载回路，随后经过接通的开关B流向大地。此时，流过包括灯的电桥支路的电流连续增大，直到达到高频脉冲开关A的断开条件。在达到断开条件后，开关A被断开，而低频脉冲开关B还是接通的。此时在阶段2中出现电流流动，就是说在阶段2中，线圈L驱动电流继续流过灯和还是接通的开关B。该电流连续减小，直到达到其下换向点，在这里，随后通常在达到电桥电流的换向点时再接通开关A，该过程以阶段1又开始。

而当再经过规定时刻后电流在阶段2中还未降低到其最小值时，根据本发明，除了断开开关A外，还断开开关B，从而出现根据阶段3的电流曲线。在此阶段中，电流从现在起流过开关C和D的体二极管，因此加速降低至其最小值。该阶段3从现在起持续这样长的时间，直到开关C、D的体二极管耗尽。但是，此时可能出现以下问题，即，高频侧(开关A、C)的体二极管的耗尽时间短于开关B、D即低频脉冲支路的开关的体二极管的耗尽时间。

在此情况下，就是说，在高频脉冲支路中的中点电压Ux比低频脉冲支路中的中点电压Uy更快速地变换。这可能引起以下问题，即，在高频脉冲开关侧，用于各自起动的高频脉冲开关的再接通条件已达到且开关被接通，而在低频脉冲的电桥支路上的体二极管尚未完全耗尽。因而在现有技术中出现所谓的低频脉冲侧的晶体管的硬接通，因为根据现有技术，在低频脉冲侧的附加断开的开关的再接通是与同一被起动的电桥对角线的高频脉冲开关的再接通同时进行的。硬接通此时是指该工作的电桥对角线的低频脉冲开关的接通没有无功率地进行。

本发明现在着手该问题并提出一种如何能防止该硬接通的技术。

根据本发明，现在尤其是在高频脉冲开关的再接通条件的出现后延迟电桥对角线的附加断开的低频脉冲开关的再接通。

在利用识别再接通条件的控制单元的接通过程的触发和实际物理接通过程即开关载流之间，存在电路固有的延迟，该延迟例如由驱动电路造成并且一般可以在0.1μs至1μs的数量级之间。

根据本发明，控制单元在出现再接通条件后有目的地等候一个规定的尤其是编程的时间，随后它通过发出接通信号来触发接通过程，在此，真正的开关接通于是如上所述以另一段延时出现。接通信号因此是在经过延迟时间之后才出现在控制单元的输出上。

这个规定时间被“存储”在控制单元本身中，因此不是外来延迟效果的产物，外来延迟效果因不同装备而无法确定计算。

当然优选的是，工作的电桥对角线的高频脉冲开关以及低频脉冲开关(如果已断开，以便如上所述快速降低电流)的再接通触发通过控制单元在高频脉冲开关的再接通条件出现之后被延迟。

如果再接通条件是达到电桥支路电流的最小值(这可通过监测电桥支路电流或与之相关的参数来进行)，则工作的电桥对角线的高频脉冲开关以及附加断开的低频脉冲开关的再接通将移至这样一个时间段，该时间段在时间上在达到电桥支路电流的换向点(最小值)之后。

也可以有其它再接通条件，例如在一个半桥的两个开关的连接点上的中点电压的增大超过规定阈值。

这在图8中被示意示出，在此能看到，已经达到接通条件，但控制单元延迟以例如0.5μs时间触发开关A、B的同步接通(对于电桥对角线A、B工作的情况)。接通过程触发的延迟保证了中点电压Ux或Uy(见图6)在两个开关A、B或C、D实际接通时处于同一电位。为此不会出现低频脉冲开关的硬接通。

为了实现该无功率接通，延迟时间值可被调节为例如300ns至2.5μs，但优选小于1μs。

当低频脉冲开关侧的灯电压、输出电压或者其它在输出回路中被监测的电压例如中点电压(在开关B和D被低频脉冲定时时，就是中点电压Uy)小于规定的阈值时，低频脉冲开关的接通时刻可以在高频脉冲开关接通之后。因为为了识别再接通条件也监测中点电压Ux，所以可以简单地通过监测中点电压Uy来确定。

除了低频脉冲开关的再接通时刻之外，根据本发明，还可以调节低频脉冲开关的断开时刻(即图6中从阶段2至阶段3的过渡)。

控制单元可以从外界例如依据所用晶体管的类型来规定再接通触发的延迟时间的调节和低频脉冲开关断开时刻的调节。尤其是低频脉冲开关的接通在进入高频脉冲开关的再接通条件之后的延迟可以被编程。

如通过对比图1和图9所看到的，在图9中，开关S5被省略，可以说被长期短路。由自耦变压器L1和电容C1构成的串联谐振回路的电容C1还以一端接地。

为此，设置一个附加电容CN，它一方面与串联谐振回路的电感L1和电容C1之间的连接点连接。另一方面，附加电容CN设置在开关S1和S2之间的连接点或者斩波电路或滤波电路的电感L2和电容C2之间的连接点上(其此外构成自己的串联谐振回路)。

或者，可以如图9的虚线所示，附加电容CN′还可以连接在串联谐振回路的电感L1和电容C1之间的连接点和第三和第四开关S3、S4的连接点之间。可替代或补充上述电容CN′设置的该附加电容CN′因此与自耦合变压器L1的图7右侧的支路并联。而所述的附加电容CN′与气体放电灯EL和自耦变压器L1的左侧支路并联，点亮电压在左侧支路中变换。

Claims (8)

1.一种用于操作气体放电灯的电路结构，该电路结构包括全桥电路，该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，所述气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，该电桥支路将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点，该电路结构还包括控制电路(1)，该控制电路交替起动两个电桥对角线之一，所述两个电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关组成，其中该控制电路(1)总是在测量信号满足再接通条件时触发电桥对角线的高频脉冲开关的接通，其特征是，该控制电路(1)在用于所述高频脉冲开关的再接通条件出现之后在由所述控制电路规定的延迟时间之后触发所述低频脉冲开关和/或所述高频脉冲开关的接通。

2.根据权利要求1所述的电路结构，其中，所述延迟时间最大为3μs，优选为300ns至2.5μs。

3.一种用于操作气体放电灯的电路结构，该电路结构包括全桥电路，该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，所述气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，该电桥支路将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点上，所述电路结构还包括控制电路(1)，该控制电路交替起动两个电桥对角线之一，所述两个电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关构成，其中该控制电路(1)总是在测量信号满足再接通条件时接通一个电桥对角线的高频脉冲开关，该控制电路(1)还在当用于所述高频脉冲开关的再接通条件至此尚未被满足时在所述高频脉冲开关断开之后在规定的时间(T2)之后断开同一电桥对角线的所述低频脉冲开关(图2b)，以便快速降低电桥支路电流，其特征是，控制单元根据外部规定条件调节所述低频脉冲开关和/或所述高频脉冲开关的附加断开时刻和/或随后的接通时刻和/或该时刻通过所述控制电路(1)来自适应调节，即依据规定事件来调节。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电路结构，其中，只有当供给控制单元的灯电压或输出电压小于规定的阈值时，根据所述高频脉冲开关的再接通条件的所述低频脉冲开关的接通触发时刻才被延迟。

5.一种气体放电灯操作方法，该气体放电灯包括全桥电路，该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，该电桥支路将第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点上，并且两个电桥对角线之一被交替起动，所述两个电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关组成，一个电桥对角线的所述高频脉冲开关总是在测量信号满足了再接通条件时被接通，其特征是，所述低频脉冲开关和/或所述高频脉冲开关的接通触发只有在用于高频脉冲开关的再接通条件出现之后在规定的延迟时间后进行。

6.一种气体放电灯操作方法，该气体放电灯包括全桥电路，该全桥电路上施加有直流电压(Uo)并且包括四个可控开关(S1-S4)，气体放电灯(EL)布置在一个电桥支路中，该电桥支路将节点第一开关(S1)和第二开关(S2)之间的节点连接到第三开关(S3)和第四开关(S4)之间的节点上，其中两个电桥对角线之一被交替起动，所述两个电桥对角线各由高频脉冲开关和低频脉冲开关组成，控制电路(1)总是在测量信号满足再接通条件时接通一个电桥对角线的所述高频脉冲开关，并且同一电桥对角线的所述低频脉冲开关还在所述高频脉冲开关的再接通条件至此尚未被满足时在断开所述高频脉冲开关之后在规定的时间(T2)后被断开(图2b)，以便快速降低电桥支路电流，其特征是，所述低频脉冲开关和/或所述高频脉冲开关的附加断开时刻和/或随后的接通时刻通过外部规定条件来调节和/或自适应调节，即根据事件来调节。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，只有当供给控制单元的灯电压或输出电压低于规定的阈值时，根据所述高频脉冲开关的再接通条件的所述低频脉冲开关的接通触发时刻才被延迟。

8.一种控制单元，尤其是集成电路且特别是ASIC，其设计用于执行根据权利要求5至7中任一项所述的方法。

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