CN102523667A - 用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动至少一个放电灯(La)的电子镇流器，其中电子镇流器包括用于借助电压转换器进行功率因数校正的装置(12)。电压转换器包括电感(L1)，二极管(D5)和开关(S1)。将矩形信号作为控制信号提供给用于功率因数校正的装置的开关的控制装置(16)包括I调节器(20)。该I调节器提供控制信号接通时间(ton)的第一分量(ton1)。为了对在负载电路(14)中短期的功率需求做出响应，比如在点燃放电灯时，根据本发明的电子镇流器还包括功率测定装置(24)，其与控制装置耦合，其中控制装置设计成，依据在放电灯中所转换的功率来改变控制信号。本发明还包括用于驱动至少一个放电灯的相应的方法。

Description

用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器和方法
技术领域
本发明涉及一种用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器，所述镇流器具有：输入端，其带有用于与交流供电电压耦合的第一和第二输入端接头；整流器，其带有输入端和输出端，其中整流器的输入端和第一以及第二输入端接头相耦合；用于功率因数校正的装置，其带有输入端和输出端，其中用于功率因数校正的装置的输入端和整流器的输出端相耦合，并且用于功率因数校正的装置包括电感、二极管和开关，其中在电子镇流器工作时，可以在用于功率因数校正的装置的输出端上提供中间电路电压；负载电路，其带有用于与至少一个放电灯耦合的第一和第二输出端接头，其中负载电路和用于功率因数校正的装置的输出端耦合；以及控制装置，其带有I调节器，所述I调节器带有额定值输入端和实际值输入端，其中额定值输入端和用于提供与中间电路电压的额定值相关的变量的额定值提供装置相耦合，其中实际值输入端和负载电路的节点相耦合，以用于提供和中间电路电压的实际值相关的变量，其中控制装置设计成，在其输出端上给电压转换器的开关提供一个控制信号，其中控制信号是矩形信号，其中I调节器的调节变量为控制信号接通时间的第一分量，其中接通时间为矩形信号在一个周期内的持续时间，在所述持续时间内电压转换器的开关导通。此外本发明涉及用于驱动至少一个放电灯的相应的方法。
背景技术
从现有技术中已知的电子镇流器例如使用升压变换器作为用于功率因数校正(PFC＝Power Factor Correction)的装置的电压转换器。在此，可以通过迟缓的I调节器产生差不多恒定的中间电路电压。在此，I调节器的时间常数必须大到以便得到电压转换器的PFC特性，也就是可以实现正弦形的电流消耗。在例如在点燃和随后操作放电灯时出现的负载突然变化时，在I调节器可以响应之前，中间电路电压必须首先明显下降。此外，在闭环控制开始工作前，调节器的这个迟缓的I特性产生额外的时间延迟。在此，中间电路电压不希望地继续下降。那么，这在基于临界设计的负载电路中导致在不希望的工作点。这能够导致，放电灯没有点燃或者电子镇流器切断。
为了避免上述问题，在现有技术中，将相应的备用装置(Reserven)装入负载电路中。因此在现有技术中，负载电路的尺寸确定为，使得其甚至能够以较低的中间电路电压提供足够的功率，比如用于点燃灯。为此例如在整流器的输出端上的电容器具有较大的尺寸，并且灯电感线圈也是一样。通过这些措施能够更多地提供无功电流，所述无功电流即便在低的中间电路电压的情况下也允许放电灯的点燃。由于这里流过的高的无功电流，产生不希望的高的损耗。由此导致的结果是这种类型的电子镇流器的效率不希望地低。
从WO 02/098187 A1和EP 0 596 740 A1中已知一种用于闭环控制灯功率的电路布置，比如以便考虑到放电灯的老化。
发明内容
因此，本发明的目的在于，改进一种电子镇流器以及一种方法，使得实现尽可能高的效率。
这个目的通过一种用于驱动至少一个放电灯的电子镇流器以及一种用于驱动至少一个在电子镇流器上的放电灯的方法得以实现，其中所述电子镇流器还包括功率测定装置，其设计成，测定与在至少一个放电灯工作时在放电灯中所转换的功率相关的变量，其中功率测定装置和控制装置耦合，其中控制装置设计成，依据在放电灯中所转换的功率来改变控制信号，并且其中所述方法具有步骤：依据在放电灯中所转换的功率来改变控制信号。
本发明基于如下认识，当用于电压转换器的开关的控制信号依据在放电灯中所转换的功率变化时，上述目的能够得以实现。在此，在放电灯中所转换的功率为扰动变量，并且作为操纵变量供给用于功率因数校正的装置。因此在中间电路电压骤降之前，在负载阶跃上的响应是可能的。本发明尤其有利的是，在能够在用作控制装置的新型的微控制器中，为了闭环功率控制目的，总归要经常测量输出端电路的功率。因此相应的测量值通常是已经存在的，使得用于实施本发明的附加的耗费可以保持很低。
对于降低中间电路电压起决定性作用的时间常数通过在电压转换器的输出端上的电容器的电容以及负载电路的电阻来限定。该时间常数通常在2ms与10ms之间。相反，对于在灯中所转换的功率方面控制信号的变化起决定性作用的时间常数大约在400μs至1ms之间。因此可以及时地克服中间电路电压的降低。能够有效地阻止中间电路电压的骤降。因此，电解电容器以及灯电感线圈的尺寸相对小，从而可以得到比在现有技术中较少的损耗。因此，根据本发明的电子镇流器的效率明显高于上述已知的操作方法的效率。
在尤其优选的实施形式中，控制装置设计成，根据放电灯中所转换的功率提供控制信号的接通时间的第二分量。除了来自于I调解器的第一分量之外，依据在放电灯中所转换的功率相应地添加第二分量。因此可以很快实现调压器的开关的较长的接通时间，从而允许特别快地对在电压转换器的输出端上的电容器再充电。因此能够有效地避免中间电路电压的不希望的降低。在完成增加的功率需求之后，相应地再次减少接通时间的第二分量。
控制装置尤其可以设计成，在确定在至少一个放电灯中所转换的功率提高时，同样增加接通时间的第二分量。因此可以对在负载电路内的短期的功率需求很快做出响应。
I调节器的时间常数优选大于与在至少一个放电灯中所转换的功率相关的变化的时间常数，特别是该时间常数的多倍。因此，在闭环控制可依据在至少一个放电灯中所转换的功率对快速的功率需求，比如在点燃放电灯时，做出响应期间，I调节器如所希望地为了实现功率因数校正引起在电压转换器的输出端上电容器的相对较慢的再充电。
尤其优选的是，P调节器与I调节器并联。P调节器在这里优选提供控制信号的接通时间的第三分量。由此在正常运行时，也就是在没有负载电路的特殊的功率需求时，能够通过I调节器和P调节器进行闭环控制。显然，P调节器可以比I调节器更快地对中间电路电压的变化做出响应。
通过P调节器的特别合适的设计，可以确保不违背PFC条件。因此在本文中优选的是，P调节器的反映接通时间的第三分量与中间电路电压的变化之间的关系的传递函数在过零点的区域内具有平坦的中间部段，即中间电路电压的额定值。通过这个平坦的中间部段可以确保，在正常工作时100Hz脉动(在交流供电电压具有50Hz频率的情况下)不导致偏离PFC条件。因此，P调节器首先对变化做出响应，该变化会导致偏离中间电路电压的由100Hz脉动预先设定的窗口。变化速度通过P调节器的传递函数限定，P调节器以所述变化速度对不由I调节器覆盖的变化做出响应。如果这个传递函数反映接通时间的第三分量与中间电路电压的变化之间的关系，那么P调节器的传递函数包括至少一个具有可预先设定的斜率的部段。尤其优选的是，控制装置设计成，可以改变P调节器的传递函数的至少一个部段的这个可预先设定的斜率，尤其是依据中间电路电压的变化或者变化速度。例如，在激活P调节器之后，可以使P调节器的传递函数的这个至少一个部段的斜率缓慢地下降，使得必然具有大的，即缓慢的时间常数的I调节器能够逐渐地再次取代P调节器的闭环控制的部分。
尤其优选的是，控制装置设计成，将接通时间的各个分量相加。因此，I调节器覆盖中间电路电压的由于电网频率引起的缓慢的变化。当例如由于电网电压下降而存在可预先设定的值偏离中间电路电压范围的危险时，P调节器将介入。相反，在负载电路的特殊的功率需求的情况下，由于在放电灯中所转换的功率，控制信号的在电压转换器的开关上的变化起作用。通过这三种用于闭环控制中间电路电压的措施的共同作用，可以在尽可能遵循PFC条件的情况下有效地避免放电灯的不希望的工作点。
在尤其优选的实施例中，电压转换器为升压变换器。
其他的优选的实施方式可由下文得出。
参考根据本发明的电子镇流器说明的优选的实施形式和它们的优点相应地适用于且通常可应用于根据本发明的方法。
附图说明
接下来，参考附图详细说明本发明的实施例。附图示出：
图1示出不具有和具有通过根据本发明的电子镇流器的闭环控制的中间电路电压的随时间的变化曲线的示意图(曲线a)和曲线b))；以及
图2示出根据本发明的电子镇流器的实施例的示意图。
具体实施方式
图1示出用于已知的电子镇流器(参见曲线a))的以及用于根据本发明的电子镇流器(参见曲线b))的中间电路电压UZW的随时间的变化曲线的示意图。如所见，由于基于电网交变频率的脉动中间电路电压UZW围绕额定值UZWsoll波动。中间电路电压尤其在最小值UZWmin和最大值UZWmax之间波动。连接在电子镇流器的输出端上的放电灯在时间点tZ被点燃。由于高的功率需求，在现有技术中的中间电路电压UZW，参见曲线a)，下降到低于允许的最小值UZWmin。由此得到不可能点燃放电灯且能够导致电子镇流器断开的不希望的工作状态。相反，在根据本发明的电子镇流器中，在时间点tZ记录一个在负载电路中增加的功率需求并开始闭环控制，所述闭环控制还将参考图2详细阐明。这导致可以有效地避免中间电路电压UZW下降到低于允许的最小值UZWmin，参见曲线b)。
图2示出根据本发明的电子镇流器的实施例的示意图。所述电子镇流器包括具有第一输入端接头E1和第二输入端接头E2的输入端，在所述第一和第二输入端接头之间可以连接交流供电电压UN，尤其是电网电压。在输入端接头E1、E2之间耦合整流器10的输入端，所述整流器包括二极管D1至D4。整流器10的输出端与用于功率因数校正的装置12相耦合，在本发明中，所述装置包括电压转换器，尤其是升压变换器。升压变换器就其而言包括电感L1，二极管D5和开关S1。在用于功率因数校正的装置12的输出端上且在特别地构成为电解电容器的电容器C1上，所谓的中间电路电压UZW被提供给负载电路14。在该实施例中，负载电路14包括在半桥构造中的逆变器，其中半桥包括开关S2、S3以及耦合电容器CK1和CK2。灯电感线圈LD与第一半桥中点BM1相连，该半桥中点是开关S2和S3的耦合点。灯电感线圈LD的另外一个接头和第一输出端接头A1相耦合。在输出端接头A1和参考电位之间耦合用于点燃放电灯的点火电容器CZ，所述参考电位在这里为整流器10的第二输出端接头。电子镇流器的第二输出端接头A2与第二半桥中点BM2相耦合，所述第二半桥中点是耦合电容器CK1和CK2的耦合点。在输出端接头A1、A2之间连接放电灯La，这两个输出端接头构成电子镇流器的输出端。
接下来详细描述控制装置16，它在其输出端将控制信号提供给用于功率因数校正的装置12的开关S1。所述控制装置包括额定值提供装置18，其提供用于中间电路电压UZW的额定值UZWsoll。中间电路电压UZW的实际值UZWist通过分压器R1、R2来获取，其中分压器R1、R2与电容器C1并联。在中间电路电压的实际值UZWist和额定值UZWsoll之间的差值一方面供给I调节器20另一方面供给P调节器22。I调节器具有大约20至50ms的时间常数并在其输出端提供用于开关S1的控制信号的接通时间ton的第一分量ton1。这个控制信号是矩形信号，其中接通时间ton是在矩形信号的一个周期内的持续时间，在所述持续时间内开关S1导通。P调节器22具有带有可预先设定的斜率的两个部段以及一个平坦的中间部段。示意地画出的坐标系反映在工作点UZWsoll上接通时间ton的另一分量ton3的关系。通过平坦的中间部段可以确保，中间电路电压UZW的通常的闭环控制由I调节器20来进行，而只在当由于网络脉动偏离波动区域时，参见图1，P调节器22才介入。P调节器具有2ms至10ms的时间常数。控制装置16可以构成为，尤其与中间电路电压的变化或者变化速度相关地改变P调节器的传递函数的两个部段的可预先设定的斜率。所以可以实现，I调节器20再次逐渐取代接通时间的在此期间由P调节器22所提供的分量。因此避免中间电路电压UZW的不允许的波动。
根据发明提出，为用于功率因数校正的装置12的开关S1提供控制信号的接通时间ton的另一分量ton2。为此在功率测定装置24中测定在负载电路14中，尤其是在灯La中所转换的功率。为了这个目的，将在与逆变器的开关S2、S3串联地设置的分流电阻器Rsh上下降的电压URsh供给功率测定装置24。这个电压与提供给放电灯La的电流I成正比。此外，功率测定装置24与分压器R1、R2的分接头相耦合，以用于提供变量，所述变量与中间电路电压UZW的实际值UZWist相关联。功率测定装置24从这两个所提供的电压中可以测定在负载电路14中，特别是在灯La中所转换的功率。其他的测定功率的可能性对于本领域技术人员而言是十分熟知的并且同样满足他们的目的。基于该测定的功率，功率测定装置24借助查询表为开关S1提供控制信号的接通时间ton的另一分量ton3，在查询表中描述了在所测定的功率和接通时间ton的分量ton3之间的关系。这个分量与其他的两个分量ton1和ton2相加，得出：ton＝ton1+ton2+ton3。
通过提供接通时间ton的与功率相关的分量ton2，甚至在中间电路电压UZW骤降前，闭环控制就可以对负载阶跃做出响应。因此，通过P调节器22的平坦的中间部段能够遵循在电子镇流器的正常工作时的PFC条件。仅在例外情况下，比如在在输入电压UN不寻常地下降时，P调节器才介入，以便将中间电路电压UZW调整回额定值UZWsoll。但是，P调节器本身不能够对在负载电路14中的特殊的功率需求做出响应，因为假如在电网零点的附近发生功率变化，那么P调节器22不能够引起电容器C1的再充电。反之，由于接通时间ton的与功率相关的分量ton2，可以在认可升高的功率需求时，已经开始电容器C1的再充电，使得不必等到中间电路电压UZW下降到最小值UZWmin以下。通过提前对在负载电路14中的功率需求进行响应，可以有效地避免中间电路电压UZW下降到最小值UZWmin以下。因此，根据本发明的电子镇流器不占有不希望的工作点。

Claims (12)

1.一种用于驱动至少一个放电灯(La)的电子镇流器，具有：
-输入端，其带有用于与交流供电电压(UN)耦合的第一输入端接头(E1)和第二输入端接头(E2)；
-整流器(10)，其带有输入端和输出端，其中所述整流器(10)的所述输入端和所述第一输入端接头(E1)以及所述第二输入端接头(E2)相耦合；
-用于功率因数校正的装置(12)，其带有输入端和输出端，其中所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输入端和所述整流器(10)的所述输出端相耦合，并且所述用于功率因数校正的装置(12)包括电感(L1)、二极管(D5)和开关(S1)，其中在所述电子镇流器工作时，在所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输出端上能够提供中间电路电压(UZW)；
-负载电路(14)，其带有用于与所述至少一个放电灯(La)耦合的第一输出端接头(A1)和第二输出端接头(A2)，其中所述负载电路(14)和所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输出端耦合；以及
-控制装置(16)，其带有I调节器(20)，所述I调节器带有额定值输入端和实际值输入端，其中所述额定值输入端和用于提供与所述中间电路电压(UZW)的额定值相关的变量的额定值提供装置(18)相耦合，其中所述实际值输入端和所述负载电路(14)的节点相耦合，以用于提供和所述中间电路电压(UZW)的实际值相关的变量，其中所述控制装置(16)设计成，在其输出端上给电压转换器的所述开关(S1)提供控制信号，其中所述控制信号是矩形信号，其中所述I调节器(20)的调节变量为所述控制信号的接通时间(ton)的第一分量(ton1)，其中所述接通时间(ton)为所述矩形信号在一个周期内的持续时间，在所述持续时间内所述电压转换器的所述开关(S1)导通；
其特征在于，
所述电子镇流器还包括功率测定装置(24)，其设计成，测定与在所述至少一个放电灯(La)工作时在所述放电灯(La)中所转换的功率相关的变量，其中所述功率测定装置(24)和所述控制装置(16)耦合，其中所述控制装置(16)设计成，依据在所述放电灯(La)中所转换的功率来改变所述控制信号。
2.根据权利要求1所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置(16)设计成，根据在所述放电灯(La)中所转换的功率，提供所述控制信号的所述接通时间(ton)的第二分量(ton2)。
3.根据权利要求1或2之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置(16)设计成，在确定在所述至少一个放电灯(La)中所转换功率提高时增加所述接通时间(ton)的所述第二分量(ton2)。
4.根据上述权利要求之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述I调节器(20)的时间常数大于与在所述至少一个放电灯(La)中所转换的功率相关的变化的时间常数，尤其是该时间常数的多倍。
5.根据上述权利要求之一所述的电子镇流器，其特征在于，P调节器(22)与所述I调节器(20)并联。
6.根据权利要求5所述的电子镇流器，其特征在于，所述P调节器(22)提供所述控制信号的所述接通时间(ton)的第三分量(ton3)。
7.根据权利要求5或6之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述P调节器(22)的反映所述接通时间(ton)的所述第三分量(ton3)与所述中间电路电压(UZW)的变化之间的关系的传递函数在过零点的区域内具有平坦的中间部段。
8.根据权利要求5至7之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述P调节器(22)的反映所述接通时间(ton)的所述第三分量(ton3)与所述中间电路电压(UZW)的变化之间的关系的传递函数具有至少一个斜率能预先设定的部段。
9.根据权利要求8所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置(16)设计成，能够改变所述P调节器(22)的所述传递函数的所述至少一个部段的所述能预先设定的斜率，尤其依据所述中间电路电压(UZW)的变化或者变化速度。
10.根据权利要求2至9之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述控制装置(16)设计成，将所述接通时间(ton)的所述各个分量(ton1，ton2，ton3)相加。
11.根据上述权利要求之一所述的电子镇流器，其特征在于，所述电压转换器为升压变换器。
12.一种用于驱动至少一个在电子镇流器上的放电灯(La)的方法，所述电子镇流器具有：输入端，其带有用于与交流供电电压(UN)耦合的第一输入端接头(E1)和第二输入端接头(E2)；整流器(10)，其带有输入端和输出端，其中所述整流器(10)的所述输入端和所述第一输入端接头(E1)以及所述第二输入端接头(E2)相耦合；用于功率因数校正的装置(12)，其带有输入端和输出端，其中所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输入端和所述整流器(10)的所述输出端相耦合，并且所述用于功率因数校正的装置(12)包括电感(L1)、二极管(D5)和开关(S1)，其中在所述电子镇流器工作时，在所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输出端上能够提供中间电路电压(UZW)；负载电路(14)，其带有用于与所述至少一个放电灯(La)耦合的第一输出端接头(A1)和第二输出端接头(A2)，其中所述负载电路(14)和所述用于功率因数校正的装置(12)的所述输出端耦合；以及控制装置(16)，其带有I调节器(20)，所述I调节器带有额定值输入端和实际值输入端，其中所述额定值输入端和用于提供与所述中间电路电压(UZW)的额定值相关的变量的额定值额定值提供装置(18)相耦合，其中所述实际值输入端和所述负载电路(14)的节点相耦合，以用于提供和所述中间电路电压(UZW)的实际值相关的变量，其中所述控制装置(16)设计成，在其输出端上给所述电压转换器的所述开关(S1)提供控制信号，其中所述控制信号是矩形信号，其中所述I调节器(20)的所述调节变量为所述控制信号的所述接通时间(ton)的第一分量(ton1)，其中所述接通时间(ton)是所述矩形信号在一个周期内的持续时间，在所述持续时间内所述电压转换器的所述开关(S1)导通；
其特征在于，具有下述步骤：
a)依据在所述放电灯(La)中所转换的功率来改变所述控制信号。
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