CN102281692A - 损耗功率减小的气体放电灯的电子驱动设备及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于气体放电灯的电子驱动设备，该设备具有：变压器，其将输入电压转换成中间电路电压；逆变器，其具有灯扼流圈和带有至少两个开关的桥式电路，该开关将中间电路电压转换成灯电压，其中驱动设备设计用于将施加在直流变压器和逆变器之间的中间电路电压调节到取决于灯状态的预定值。本发明同样也涉及一种用于使驱动设备运行的方法。

Description

损耗功率减小的气体放电灯的电子驱动设备及其运行方法
技术领域
本发明涉及一种用于气体放电灯的电子驱动设备，该电子驱动设备具有：变压器，其将输入电压转换成中间电路电压；逆变器，其具有灯扼流圈和带有至少两个开关的桥式电路，该开关将中间电路电压转换成灯电压。 
背景技术
本发明基于一种根据独立权利要求的类型的、用于气体放电灯的电子驱动设备。 
已知有用于气体放电灯的驱动设备，该驱动设备具有变压器和逆变器，其中变压器通常将输入交流电压转换成较高的直流电压、所谓的中间电路电压，该电压然后被逆变器转换成交流电压，以便使气体放电灯运行。在已知的驱动设备中，将中间电路电压调节到一个恒定值，以便使整个系统的调节比较简单。如果输入电压是230V的交流电压，正如输入电压在欧洲供电网里常用地那样，则中间电路电压常常为420V。如果使具有低的灯电压的气体放电灯运行，则会不必要地产生许多损耗功率，这是因为输入交流电压必须被变压器首先升高，以便随后由逆变器重新降低到灯电压。然而由于常用的气体放电灯根据老化状态也可以具有更高的灯电压，因此这种高的中间电路电压是必要的，以便能够在所有运行点上和在所有灯电压的情况下使气体放电灯安全地运行。 
发明内容
本发明的目的是，提出一种用于气体放电灯的电子驱动设备，该设备具有：变压器，其将输入电压转换成中间电路电压；逆变器，其具有灯扼流圈和带有至少两个开关的桥式电路，该开关将中间电路电压转换成灯电压，该驱动设备在所有运行点上具有较小的损耗功率。 
该目的根据本发明利用一种用于气体放电灯的电子驱动设备来实现，该设备具有：变压器，其将输入电压转换成中间电路电压；逆变器，其具有灯扼流圈和带有至少两个开关的桥式电路，该开关将中间电路电压转换成灯电压，其中驱动设备设计用于将施加在直流变压器和逆变器之间的中间电路电压调节到取决于灯状态的预定值。 
中间电路电压优选地是灯电压的函数。如果对于中间电路电压适用下列公式：UZK＝UK+UL·C，那么可以以简单而经济有利的方式降低驱动设备的损耗功率。UK是中间电路电压的安全距离的预定值，UL是灯电压，以及C是预定的因数。 
在一个可替换的实施方式中，电子驱动设备设计用于将中间电路电压从上最大值出发一直降低，直到灯电压正好还没有显示出重新点火峰值为止。重新点火峰值是电压过高，它们可能出现在气体放电灯5刚换向之后。以下将这样的过程看作为换向，在该过程中电压的极性交替，而且在该过程中因此出现强烈的电流-或电压变化。在灯的一种基本对称的运行方式中，电压过零或者电流过零位于换向时间的中间。这里要提到，电压换向通常总是比电流换向进行的快。利用该措施可以使损耗功率最小化，但它的实施费用高。 
在另外一种实施方式中，驱动设备可以设计用于这样来调节中间电路电压，即中间电路电压比灯电压大一个预定值。这个措施可以简单而经济有利地实施。 
在另外一种实施方式中，驱动设备可以设计用于这样来调节中间电路电压，即中间电路电压比灯电压大一个预定值，但不小于输入电压加上第二个预定值。这个措施也可以简单而经济有利地实施。 
在另外一种实施方式中，中间电路电压是灯电流的函数。这个措施也可以经济有利地实施，这是因为灯电流由于其它的原因已经在常见的拓扑结构中被测量。 
在另外一种实施方式中，电子驱动设备可以设计用于将中间电路电压从上最大值出发一直降低，直到灯电流正好在过程中还没有显示出扰动为止。这要求一种更加费事的测量方法，然而可以用这种运行方式使驱动设备里的损耗功率最小化。 
驱动设备可以设计用于在不可预见的灯熄灭之后，相比于灯电压提高中间电路电压的值。利用这种措施提高了运行困难的灯的运行可靠性。 
此外，驱动设备可以在不可预见的灯熄灭之后将中间电路电压的值提高到预定的最大值。这种措施使在运行困难的灯的情况下的运行可靠性最大化，但有损耗功率。 
变压器优选地具有功率因数校正电路的功能。 
驱动设备的桥式电路优选是半桥式电路。半桥式电路具有构件少的优点，但是必须有双倍高的中间电路电压，并且因此提高了在电子驱动设备里的损耗。桥式电路因此同样也可以是全桥式电路。其优点在于需要较低的中间电路电压，而且因此可以减小损耗。 
根据本发明的驱动设备的另外的有利的改进方案和设计方案可以从从属权利要求和以下的说明中得出。 
附图说明
按照以下对实施例的说明以及按照附图得出了本发明的其它优点、特征和细节，在附图中相同的或者功能相同的元件采用同样的标号。附图所示为： 
图1示出了根据本发明的，具有全桥式电路和谐振点火系统的根据本发明的电子驱动设备的第一种实施方式的电路图； 
图2示出了根据本发明的，具有半桥式电路和脉冲点火系统的电子驱动设备的第二种实施方式的电路图； 
具体实施方式
图1在示意性的视图中示出了具有全桥式电路和谐振点火系统的根据本发明的电路布置的第一种实施方式的构造。电网输入电压UE在变压器里被转换成直流电压、所谓的中间电路电压UZK。变压器12具有功率因数校正电路的功能。功率因数校正电路由控制装置20来控制。为此在中间电路电压和基准电位之间接入由两个电阻R5和R6组成的分压器，该分压器将代表了中间电路电压的测量值输入控制装置20和电压测量装置18里。逆变器14与功率因数校正电路连接在一起。逆变器具有全桥式电路布置，其带有两个开关偶Q1，Q2，和Q3，Q4。第一个开关Q1和第二个开关Q2形成一个半桥，并且第三个开关Q3和第四个开关Q4形成一个半桥。在两个开关偶上施加有中间电路电压UZK。该电压根据实施方式大约为200至500V，并且由功率因数校正电路产生。全桥中点HB通过灯扼流圈LD与灯5的第一个接口连接。此外与该接口连接的还有两个电容器C1和C2，它们在第一种实施方式中与灯扼流圈LD一起设计用于使流过灯的电流变得平滑。流过灯的电流用IL表示，在灯上的下降的电压用UL表示。灯5的另一个接口一方面通过第三个开关Q3与中间电路电压UZK连接，另一方面通过第四个开关Q4与基准电位、在这里是接地连接。第一个灯接口通过包括有电阻R1和R2的第一个分压器与基准电位连接。分压器的用于求出与灯电压UL相关的电压的分接头与电压测量装置18连接，以用于测量在高 压放电灯5上的电压UL的实际值。控制装置20设计用于，交替地使桥式电路的第一个和第四个开关晶体管Q1，Q4以及第二个和第三个开关晶体管Q2，Q3以第一频率接通和断开，并且在开关偶Q1，Q4的断开阶段期间，利用第二频率的矩形信号和可预定的接通时间来控制另一个开关偶Q2，Q3的开关Q2，第二频率大于第一频率。正好相反，在另一个开关偶Q2，Q3的断开阶段期间，利用大于第一频率的第二频率的矩形信号和可预定的接通时间来控制开关偶Q1，Q4的开关Q1。因此在全桥中点HB上的交流电压小于逆变器14的输入电压UZK。控制装置20此外设计用于这样控制开关晶体管QPFC，既可以调节中间电路电压UZK。为此设计有另一个分压器，其包括有电阻R5和R6，该另一个分压器接入在中间电路电压UZK和基准电位之间。 
灯电压UL按照如下方式来测量：如果开关Q1和Q4闭合，而开关Q2和Q3断开，那么气体放电灯5的另一个接口通过灯扼流圈LD位于基准电位上，而一个接口则连接于中间电路电压的电位。灯电压UL因此可以直接利用由电阻R1和R2组成的第一个分压器测量。如果开关Q2和Q3闭合，而开关Q1和Q4断开，那么气体放电灯5的接口通过灯扼流圈LD位于基准电位上，而气体放电灯5的另一个接口在中间电路电压的电位上。灯电压UL由利用R5和R6组成的分压器测量的中间电路电压和在由电阻R1和R2组成的第一个分压器上的电压之差来计算出。 
根据本发明，控制装置20现在使灯电压UL与中间电路电压UZK相互联系在一起。中间电路电压UZK随着灯电压的降低而降低，并随着灯电压的升高而升高。关系可以是线性函数，例如像UZK＝UK+UL·C；UK在这里是在中间电路电压和灯电压之间的安全距离的预定值。UK通常在280V和320V之间。C是恒定的预定的因数，其取决于灯的类型、输入电压和准确的线路拓扑结构。在本实施方式中，C可以从0.8至1.2变化。根据输入变压器和输入电压的工作范围的实施方式，可能附加地必需要使中间电路电压UZK总是保持为比输入电压大一个最小值。如果在低的灯电压时，使 中间电路电压降低，那么逆变器14在相同的输出电流时，产生较小的损耗，这是因为其必须从较低的输出电压转换。直流变压器12不必同时如此大地升高输出电压，这同样也引起较小的损耗。如果在运行中造成灯熄灭，那么控制装置可以设计用于将中间电路电压的预设值提高一个预定的量，但是也或者将中间电路电压设定在最大值，以便防止灯熄灭。 
图2在示意图中示出了根据本发明的电路布置的第二种实施方式的结构。第二种实施方式类似于第一种实施方式，因此只是说明与第一种实施方式的区别。第二种实施方式与第一种实施方式相反，设置有半桥和脉冲点火系统。电网输入电压UE在变压器里被转换成直流电压UZK。变压器12具有功率因数校正电路的功能。功率因数校正电路由控制装置20来控制。逆变器14与功率因数校正电路连接在一起。逆变器具有一个带有两个开关Q1，Q2的半桥布置。在半桥布置中的两个开关Q1，Q2上施加有中间电路电压UZK。半桥中点HB通过灯扼流圈LD和点火变压器TR与灯5的第一个接口连接。两个电容器C1和C2与气体放电灯5的另一个接口连接，这些电容在该实施方式中构成了流过灯的电流的反馈。该电流用IL表示，在灯上的下降的电压用UL表示。第一个灯接口通过点火变压器TR和包括有电阻R1和R2的第一个分压器与基准电位连接，而灯5的第二个接口通过包括有电阻R3和R4的第二个分压器与基准电位连接。两个分压器的用于求出与灯电压UL相关的电压的各自的分接头与电压测量装置18连接，以用于测量在高压放电灯5上的电压UL的实际值。控制装置20设计用于，交替地使第一个和第二个开关晶体管Q1，Q2，以第一频率接通和断开，并且在开关Q1断开阶段期间，利用大于第一频率的第二频率的矩形信号和可预定的接通时间来控制另一个开关Q2。正好相反，在另一个开关Q2的断开阶段中，利用大于第一频率的第二频率的矩形信号和可预定的接通时间来控制开关Q1。因此在半桥中点HB上的交流电压小于逆变器14的输入电压UZK。控制装置20此外设计用于，这样控制开关晶体管QPFC，从而可以调节中间电路电压UZK。为此如同在第一种实施方式中那样，设计有 另外一个分压器，其包括有电阻R5和R6，分压器接入在中间电路电压UZK和基准电位之间。 
第二个实施方式与第一个实施方式相反，设置有脉冲点火系统，而没有谐振点火系统。因而点火变压器TR的次级线圈串接于第一种实施方式的灯扼流圈LD。初级线圈与点火装置16连接，该装置在初级侧将点火能输入至点火变压器里，以便产生点火脉冲。刚才所述的脉冲点火系统也常常称为叠加点火。 
所有其它的常见的具有中间回路的电路拓扑结构可替换地适合于实施所述的方法。对于已知的电路拓扑结构的例子可能是一种Sepic-转换器，作为功率因数校正电路具有以下的全桥或者升压变流器，作为功率因数校正电路具有以下的半桥/全桥。 
对于使直流电压灯运行的驱动设备来说，所介绍的方法也是有利的。这样一种驱动设备可能不具有逆变器，而只还具有一个直流变压器。 
在示例性的实施方式中应用了一种气体放电灯5，其灯电压为85V。通常地，中间电路电压UZK在欧洲设备中，在230V输入电压时为420V。在灯电压为85V时，有代表性的是，将中间电路电压UZK降低到380V。以下表格表示了，中间电路电压的降低如何影响损耗功率PV： 
  UZK   UL   PV
  420V   85.7V   6.29W
  400V   85.7V   6.06W
  380V   85.7V   5.91W
[0029] 因此在中间电路电压从420V降低到380V时，损耗功率降低6％。损耗功率的这种降低在通常的电子驱动设备中引起了自加热降低大约3℃。这样一种降低例如使安装在那里的电解电容器的寿命提高25％。 
为了使损耗功率最小化，可以取代一种预定的线性电压安全距离，也使用另一种方法来调节中间电路电压。为此测量装置应该设计用于，能够识别出灯电压里的重新点火峰值。如果是这样的话，那么控制装置20可以降低灯电压，从而正好还没有在灯电压里出现重新点火峰值。重新点火峰值是刚刚在气体放电灯5换向之后可能出现的电压过高。重新点火峰值通过电压需求的提高而产生，这是由于电极过冷，或者由于驱动设备一侧的电流供给能力过小。 
重新点火峰值出现在矩形电压开始处，作为高度窄的电压脉冲，并且可以通过适合的测量电路来识别了解。 
为了使损耗功率最小化，也可以使用另一种方法来调节中间电路电压。在这种方法中，中间电路电压是灯电流的函数。 
中间电路电压正好降低到，使得在灯的运行期间，在灯电流里不会确定发现有扰动。电流应该在单独的矩形相位里(并且因此局部地)是不变的，而且除了在换向时，没有突变。如果电流的变化曲线呈现出不规则形状，那么又稍微提高中间电路电压，直到电流变化曲线又是局部恒定的。 
利用这种方法使中间电路电压保持在最低可能的水平上，以便使气体放电灯可以安全地运行。驱动设备的损耗在此实现最小化。 
参考标号表 
1根据本发明的电子驱动设备 
5气体放电灯 
12变压器 
14逆变器 
16点火装置 
18测量装置 
20控制装置 
UE输入电压 
UZK中间电路电压 
UZKMax中间电路电压的最大值 
UL灯电压 
TR点火变压器 

Claims (14)

1.一种用于气体放电灯(5)的电子驱动设备(1)，所述电子驱动设备具有：
-变压器(12)，所述变压器将输入电压(UE)转换成中间电路电压(UZK)，
-逆变器(14)，所述逆变器具有灯扼流圈(LD)，并且
-所述逆变器具有带有至少两个开关(Q1，Q2)的桥式电路，所述开关将所述中间电路电压(UZK)转换成灯电压(UL)，其特征在于，
-所述驱动设备设计用于将施加在直流变压器(12)和所述逆变器(14)之间的所述中间电路电压(UZK)调节到取决于灯状态的预定值。
2.根据权利要求1所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述中间电路电压(UZK)是所述灯电压(UL)的函数。
3.根据权利要求2所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，对于所述中间电路电压UZK适用下列公式：UZK＝UK+UL·C，其中UK是所述中间电路电压的安全距离的预定值，UL是灯电压，C是预定的因数。
4.根据权利要求2所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述电子驱动设备(1)设计用于将所述中间电路电压从上最大值(UZKMax)出发一直降低，直到所述灯电压(UL)正好还没有显示出重新点火峰值为止。
5.根据权利要求2所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述驱动设备设计用于这样来调节所述中间电路电压(UZK)，即所述中间电路电压比所述灯电压(UL)大一个预定值。
6.根据权利要求2所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述电子驱动设备(1)设计用于这样来调节所述中间电路电压(UZK)，即所述中间电路电压是所述灯电压(UL)的所述重新点火峰值的函数。
7.根据权利要求1所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述电子驱动设备(1)设计用于这样来调节所述中间电路电压(UZK)，即所述中间电路电压是灯电流的函数。
8.根据权利要求7所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述电子驱动设备(1)设计用于将所述中间电路电压(UZK)从上最大值(UZKMax)出发一直降低，直到所述灯电流正好在过程中还没有显示出扰动为止。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述驱动设备设计用于在不可预见的灯熄灭之后，相比于所述灯电压(UL)提高所述中间电路电压(UZK)的值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述驱动设备在不可预见的灯熄灭之后将所述中间电路电压(UZK)的值提高到预定的最大值(UZKMax)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述变压器(12)具有功率因数校正电路的功能。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述桥式电路是半桥式电路。
13.根据前述权利要求中任一项所述的电子驱动设备(1)，其特征在于，所述桥式电路是全桥式电路。
14.一种用于使电子预接装置运行的方法，所述电子预接装置具有变压器(12)和逆变器(14)，其中电子驱动设备(1)设计用于使气体放电灯运行，其特征在于，所述驱动设备设计用于将施加在直流变压器(12)和所述逆变器(14)之间的中间电路电压(UZK)调节到取决于灯状态的预定值。
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