CN102160467B - 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的电路装置，其包括：带有第一输入端子(E₁)和第二输入端子(E₂)的输入端；第一电子开关(Q₁)，其具有控制电极、工作电极和参考电极；控制装置(12)，带有第一输出端子(A₁)和第二输出端子(A₂)的输出端；电感器(L_Z)；灯电感线圈(L₁)；以及第一电容器(C₁)；其中电路装置此外包括用于测量输出电压(U_A)的电压测量装置(10)，其中电压测量装置(10)设计为在其输出端提供信号，其中电压测量装置(10)与控制装置(12)耦合，用于将该信号传输给控制装置(12)，并且其中控制装置(12)设计为根据所测量的输出电压(U_A)改变关断时间(T_关断)。此外，本发明涉及一种用于驱动放电灯的相应方法。

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，其包括：带有第一输入端子和第二输入端子的输入端，用于连接供电电压；第一电子开关，其具有控制电极、工作电极和参考电极，其中工作电极与第一输入端子耦合；第一二极管，其正极与第二输入端子耦合并且其负极与第一电子开关的参考电极在形成第一连接点的情况下耦合；控制装置，其为了激励第一电子开关而与该电子开关的控制电极耦合；带有第一输出端子和第二输出端子的输出端，用于将输出电压提供给放电灯；电感器，其与输出端子之一串联地设置；灯电感线圈，其耦合在第一连接点和第一输出端子之间；以及第一电容器，其耦合在第一输出端子和第一二极管的正极之间，其中控制装置设计为将第一电子开关持续地在接通时间中切换为导通并且在关断时间中切换为不导通。此外，本发明涉及一种用于驱动放电灯的相应方法。

背景技术

这种电路装置在现有技术中是已知的。该电路装置基本上是用于放电灯的带有连接在其后的点燃装置的升压转换器，其中所提及的电感器是点燃电感器。在实践中，现在确定的是，借助这种电路装置来驱动的放电灯有时会熄灭。通过将附加的欧姆电阻器引入到输出回路中，即串联于放电灯，可以在很大程度上防止熄灭。然而，该解决方案在形成的损耗功率方面是不希望的。

发明内容

因此，本发明的任务是，改进开头所提及的电路装置或者开头所提及的方法，使得在较小的损耗功率情况下可靠地防止放电灯的熄灭。

该任务通过具有权利要求1所述的特征的电路装置以及通过具有权利要求14所述的特征的方法来解决。

本发明基于以下认识：振荡会根据点燃电感器和第一电容器在输出回路中出现。在低的灯阻抗情况下，该振荡被较少地衰减并且会干扰灯工作，因为灯电流振荡。在现有技术中已知的常规电路装置的通常的其他布线中，设计了输出电流的测量，其中通过相应地激励第一电子开关来以固定频率峰至峰地调节输出电流。如果现在在输出回路中出现振荡，则这会导致接通循环完全失效并且有效的激励频率接近谐振频率，该谐振频率基本上通过点燃电感器和第一电容器来确定。调节回路于是被“拉入振荡”。在此，电流甚至振荡到负值并且由此导致灯熄灭。

由现有技术中已知的将欧姆电阻器插入输出回路的方式无意地用于使得振荡衰减，然而导致不希望的高的损耗功率。

基于该认识，本发明通过如下方式克服了上述问题：在连续模式中，电路装置并非几乎以固定频率工作，而是第一电子开关的关断时间变化。通过测量输出电压确定与所提及的谐振频率的距离并且通过改变关断时间来建立与其足够的间距。由此，可靠地避免了将振荡回路“拉入”到振荡中。由此，不使用附加的欧姆电阻器来对输出回路进行衰减也可以可靠避免放电灯的熄灭。

控制装置可以设计为将关断时间与输出电压成比例地、尤其是直接或者间接成比例地改变。控制装置尤其是可以设计为在输出电压增大时缩短关断时间，并且反之亦然。当T_接通表示接通时间，T_关断表示关断时间，L_Z表示与输出端子之一串联设置的电感，而C₁表示第一电容器的电容时，控制装置尤其是设计为改变关断时间，使得适用如下式子：

特别优选的是，控制装置通过改变关断时间避开了低于谐振频率20％至高于谐振频率20％的范围，使得适用如下式子：

为了保证也避免谐振频率的谐波，进一步适用的是：

在该方面特别优选地又有：避免了低于相应的频率20％至高于相应的频率20％的范围，使得适用：

尤其是当要连接在输出端上的放电灯的阻抗不可忽略时，在相应的上面提及的式子中要考虑由于要连接在输出端上的放电灯的阻抗导致的由第一电容器和电感器构成的振荡回路的失谐。由此，可以确定并且在通过控制装置控制时考虑针对要避免的频率的特别精确的值。

优选的是，根据本发明的电路装置此外包括电流测量电阻器，其耦合在第一二极管的正极和第二输入端子之间，以在其导通状态中测量通过第一电子开关的电流，其中控制装置与电流测量电阻器耦合，并且设计为改变接通时间以将电流调节到可预先给定的值。在此，接通时间尤其是被调节为使得尽管关断时间不同而平均电流保持恒定。

前面提及的根据本发明的电路装置的实施形式尤其涉及借助单个电子开关的实现。然而，本发明所基于的思想尤其是也可以转移到全桥拓扑。就此而言，根据本发明的电路装置的一个优选的改进方案此外包括第二、第三和第四电子开关，其中第一、第二、第三和第四电子开关构成全桥，其中第一连接点是第一桥中点，其中该电路装置还包括第二二极管，其与第一电子开关并联耦合，其中第二电子开关与第一二极管并联耦合，其中第三和第四电子开关在形成第二连接点的情况下彼此耦合(第二连接点是第二桥中点)，其中第二桥中点是第二输出端子，其中控制装置设计为，将第一、第二、第三和第四电子开关根据本发明地激励。在此，控制装置优选设计为，在第一阶段中将第三电子开关切换为导通，将第四电子开关和第一电子开关切换为不导通，在第二阶段中将第四电子开关切换为导通，将第三电子开关和第二电子开关切换为不导通，其中第一阶段和第二阶段以可预先给定的、尤其是在低频范围中的第一频率持续地交替，其中控制装置此外设计为在第一阶段中将第二电子开关以及在第二阶段中将第一电子开关以可预先给定的、尤其是在高频范围中的第二频率交替地切换为导通和不导通，并且在此根据所测量的输出电压来改变关断时间。

优选的是，与第三电子开关和第四电子开关分别并联连接有续流二极管。

此外优选的是，电路装置包括第二电容器，其耦合在第一输入端子和第一输出端子之间。在该情况中，在上述式子中可以使用第一电容器和第二电容器的总电容以替代第一电容器的电容。

其他优选的实施形式由从属权利要求得出。

参照根据本发明的电路装置提出的优选实施形式及其优点只要可用则相应地适用于根据本发明的方法。

附图说明

下面现在参照附图进一步描述本发明的实施例。其中：

图1在示意图中示出了根据本发明的带有电子开关的电路装置的第一实施例；

图2在示意图中示出了根据本发明的带有全桥拓扑的电路装置的第二实施例；

图3示出了根据现有技术的在峰至峰调节情况下不同电流的时间变化曲线；以及

图4示出了根据现有技术的在谐振情况下相应量的时间变化曲线。

具体实施方式

图1在示意图中示出了根据本发明的电路装置的第一实施例。该电路装置包括带有第一输入端子E₁和第二输入端子E₂的输入端，供电电压可以连接到该输入端上。在输入端之间设置有可选的电容器C_E，其用于稳定输入电压。电路装置包括第一电子开关Q₁，其带有控制电极、工作电极和参考电极。工作电极与第一输入端子E₁耦合。此外，存在二极管D₁，其负极与电子开关Q₁的参考电极在形成连接点N的情况下耦合。此外，该电路装置包括带有第一输出端子A₁和第二输出端子A₂的输出端，在该输出端上将输出电压U_A提供给放电灯La。在连接点N和第一输出端子A₁之间设置有灯电感线圈L₁和点燃电感器L_Z的串联电路。在灯电感线圈L₁和点燃电感器L_Z之间的连接点通过电容器C₁与第二输出端子A₂耦合。二极管D₁的正极同样与输出端子A₂耦合。

为了测量输出电压U_A，设置有电压测量装置10。与所测量的输出电压U_A相关的量被耦合到控制装置12上，该控制装置与电子开关Q₁的控制电极耦合，以便对其进行激励。此外，控制装置12与电流测量装置14耦合，该电流测量装置测量电流测量电阻器R_S上的电压并将其提供给控制装置12，其中电流测量电阻器耦合在二极管D₁的正极和第二输入端子E₂之间。虚线示出的是点燃电容器C_Z1。控制装置12根据本发明设计为根据所测量的输出电压U_A来改变开关Q₁的关断时间。该改变尤其进行为使得借助来激励开关Q₁的频率不同于谐振频率及其倍数，该谐振频率基本上通过点燃电感器L_Z和第一电容器C₁来限定。流过灯电感线圈L₁的电流用I_L1表示，流过灯La的电流用I_La表示，并且流过开关Q₁的电流用I_Q1表示。

图2在示意图中示出了根据本发明的电路装置的第二实施例，其中该电路装置现在具有全桥拓扑。结合图1介绍的附图标记进一步适用于图2的相同和作用相同的部件并且不再介绍。

此外，该电路包括第二开关Q₂、第三开关Q₃和第四开关Q₄。与开关Q₁并联连接有第二二极管D₂。在第一输入端子E₁和第一输出端子A₁之间耦合有第二电容器C₂。在第一开关Q₁和第二开关Q₂之间形成第一桥中点BM1，在第三开关Q₃和第四开关Q₄之间形成第二桥中点BM2。在此，点燃电感器L_Z设置在第二输出端子A₂和第二桥中点BM2之间。任选地，绘出了另一点燃电容器C_Z2，其可以对于点燃电容器C_Z1可替选地或者附加地来设置。该点燃电容器可以与两个输出端子A₁、A₂并联耦合。

图2的电路装置的工作通过由控制装置12相应地激励开关Q₁至Q₄来进行。在此，控制装置12在第一阶段中控制开关Q₄导通，开关Q₃和Q₂不导通。在第二阶段中，开关Q₃切换为导通，开关Q₄和Q₁切换为不导通。第一阶段和第二阶段以可预先给定的第一频率持续地交替，该第一频率尤其是在低频范围中。在第一阶段中开关Q₁并且在第二阶段中开关Q₂以可预先给定的第二频率交替地切换为导通和不导通，其中第二频率尤其是在高频范围中。在此，根据所测量的输出电压U_A改变关断时间，使得激励频率不同于谐振频率及其倍数，其中谐振频率基本上通过电容C₁、C₂和点燃电感L_Z来限定。

图3和图4再次说明了本发明所基于的考虑和认识。针对图2的基本的拓扑(然而没有根据本发明的控制)图3示出了在通过开关Q₁的电流I_Q1的峰至峰调节情况下不同电流的时间变化曲线。绘出了关断电流阈限I_S。一旦通过开关的电流达到该电流值I_S，则开关I_Q1切换到不导通状态。接通时间为T_接通并且导致通过灯电感线圈L₁的电流I_L1升高。在关断开关Q₁之后，即在灯电感线圈L₁的去磁化阶段中，通过灯电感线圈的电流I_L1连续减小，参见T_关断。此外绘出了在续流阶段中、即在断开的开关Q₁情况下的电流I_D1。最后，绘出了提供给放电灯La的电流I_La，该电流对应于通过灯电感线圈L₁的平均电流I_L1quer。

图4示出了在输出回路中出现振荡时的情况，即输出电流I_La振荡的情况。如果在输出回路中出现振荡，则经过电流测量电阻器R_S的电流在振荡的最大值的情况下得到“偏移”，即更早达到关断时间点，并且开始将接通时间T_接通降低。在振荡的最小值的情况下，T_接通保持不变，即在最小值的情况下比在最大值的情况下耦合输入更多能量。尤其是，能量以点燃电感器L_Z和电容器C₁、C₂构成的振荡回路的固有频率而耦合输入。结果，回路起振，在最大值情况下的偏移变大，直到其高到使得在开关Q₁的接通时间点(参见图4的t₁)已经达到关断阈限。由此，开关Q₁不再接通。总能量在最小值的情况下被耦合输入，回路以其谐振频率来激励。换言之，调节回路“将自己拉入振荡中”。

Claims (14)

1.一种用于驱动放电灯的电路装置，其包括：

-带有第一输入端子(E₁)和第二输入端子(E₂)的输入端，用于连接供电电压；

-第一电子开关(Q₁)，其具有控制电极、工作电极和参考电极，其中工作电极与第一输入端子(E₁)耦合；

-第一二极管(D₁)，其正极与第二输入端子(E₂)耦合并且其负极与第一电子开关(Q₁)的参考电极在形成第一连接点(N)的情况下耦合；

-控制装置(12)，其与第一电子开关(Q₁)的控制电极耦合，用于激励第一电子开关(Q₁)；

-带有第一输出端子(A₁)和第二输出端子(A₂)的输出端，用于将输出电压(U_A)提供给放电灯(La)；

-电感器(L_Z)，其与输出端子(A₁；A₂)之一串联地设置；

-灯电感线圈(L₁)，其耦合在第一连接点(N)和第一输出端子(A₁)之间；以及

-第一电容器(C₁)，其耦合在第一输出端子(A₁)和第一二极管(D₁)的正极之间；

其中控制装置(12)设计为将第一电子开关(Q₁)持续地在接通时间中切换为导通并且在关断时间中切换为不导通；

其特征在于，

电路装置此外包括用于测量输出电压(U_A)的电压测量装置(10)，其中电压测量装置(10)设计为在其输出端提供信号，该信号与所测量的输出电压(U_A)相关，其中电压测量装置(10)与控制装置(12)耦合，用于将该信号传输给控制装置(12)，并且其中控制装置(12)设计为根据所测量的输出电压(U_A)改变关断时间(T_关断)，控制装置(12)设计为，在输出电压(U_A)增大时缩短关断时间(T_关断)，并且反之亦然。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于，控制装置(12)设计为与输出电压(U_A)成比例地改变关断时间(T_关断)。

3.根据权利要求2所述的电路装置，其特征在于，控制装置(12)设计为与输出电压(U_A)直接或者间接成比例地改变关断时间(T_关断)。

4.根据权利要求1至3之一所述的电路装置，其特征在于，控制装置(12)设计为改变关断时间(T_关断)，使得适用如下式子：

其中T_接通表示接通时间，T_关断表示关断时间，L表示与输出端子(A₁；A₂)之一串联设置的电感器(L_Z)，并且C₁是第一电容器(C₁)的电容。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，适用如下式子

6.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于，

n＝1，2，3，...。

7.根据权利要求6所述的电路装置，其特征在于，

n＝1，2，3，...。

8.根据权利要求5至7之一所述的电路装置，其特征在于，在相应的式子中考虑由于要连接在输出端上的放电灯(La)的阻抗导致的由第一电容器(C₁)和电感器(L_Z)构成的振荡回路的失谐。

9.根据权利要求1至3之一所述的电路装置，其特征在于，所述电路装置此外包括电流测量电阻器(Rs)，该电流测量电阻器耦合在第一二极管(D₁)的正极和第二输入端子(E₂)之间，用于测量在第一电子开关(Q₁)的导通状态中通过第一电子开关(Q₁)的电流，其中控制装置(12)与电流测量电阻器耦合并且设计为改变接通时间(T_接通)，以将电流调节到可预先给定的值。

10.根据权利要求9所述的电路装置，其特征在于，所述电路装置此外包括第二电子开关(Q₁)、第三电子开关(Q₄)和第四电子开关(Q₃)，其中第一电子开关(Q₂)、第二电子开关(Q₁)、第三电子开关(Q₄)和第四电子开关(Q₃)构成全桥，其中第一连接点(N)表示第一桥中点，

其中所述电路装置此外包括第二二极管(D₂)，该第二二极管与第一电子开关(Q₂)并联耦合，其中第二电子开关(Q₁)与第一二极管(D₁)并联耦合，其中第三电子开关(Q₄)和第四电子开关(Q₃)在形成第二连接点的情况下彼此耦合，所述第二连接点表示第二桥中点，其中第二桥中点表示第二输出端子(A₂)，其中控制装置(12)设计为激励第一电子开关(Q₂)、第二电子开关(Q₁)、第三电子开关(Q₄)和第四电子开关(Q₃)。

11.根据权利要求10所述的电路装置，其特征在于，控制装置(12)设计为：

在第一阶段中将第三电子开关(Q₄)切换为导通，将第四电子开关(Q₃)和第一电子开关(Q₂)切换为不导通，

在第二阶段中将第四电子开关(Q₃)切换为导通，将第三电子开关(Q₄)和第二电子开关(Q₁)切换为不导通，

其中第一阶段和第二阶段以可预先给定的、尤其是在低频范围中的第一频率持续地交替，

其中控制装置(12)此外设计为：

在第一阶段中将第二电子开关(Q₁)以及在第二阶段中将第一电子开关(Q₂)以可预先给定的、尤其是在高频范围中的第二频率交替地切换为导通和不导通，并且在此根据所测量的输出电压来改变关断时间。

12.根据权利要求10或者11所述的电路装置，其特征在于，与第三电子开关(Q₄)和第四电子开关(Q₃)分别并联连接有续流二极管。

13.根据权利要求1至3之一所述的电路装置，其特征在于，电路装置此外包括第二电容器(C₂)，其耦合在第一输入端子(E₁)和第一输出端子(A₁)之间。

14.一种用于驱动在电路装置上的放电灯的方法，所述电路装置包括：带有第一输入端子(E₁)和第二输入端子(E₂)的输入端，用于连接供电电压；第一电子开关(Q₁)，其具有控制电极、工作电极和参考电极，其中工作电极与第一输入端子(E₁)耦合；第一二极管(D₁)，其正极与第二输入端子(E₂)耦合并且其负极与第一电子开关(Q₁)的参考电极在形成第一连接点(N)的情况下耦合；控制装置(12)，其与第一电子开关(Q₁)的控制电极耦合，用于激励第一电子开关(Q₁)；带有第一输出端子(A₁)和第二输出端子(A₂)的输出端，用于将输出电压(U_A)提供给放电灯(La)；电感器(L_Z)，其与输出端子(A₁；A₂)之一串联地设置；灯电感线圈(L₁)，其耦合在第一连接点(N)和第一输出端子(A₁)之间；以及第一电容器(C₁)，其耦合在第一输出端子(A₁)和第一二极管(D₁)的正极之间；其中控制装置(12)设计为将第一电子开关(Q₁)持续地在接通时间中切换为导通并且在关断时间中切换为不导通，控制装置(12)设计为，在输出电压(U_A)增大时缩短关断时间(T_关断)，并且反之亦然；

其特征在于以下步骤：

a)测量输出电压(U_A)；

b)将与所测量的输出电压(U_A)相关的信号耦合到控制装置(12)上；以及

c)通过控制装置(12)根据所测量的输出电压(U_A)来改变关断时间(T_关断)。

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