CN1048830C - 电路设备 - Google Patents

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Abstract

一种向包括灯的负载供电的线路设计，包括产生直流电压的装置，它具有连接到电压电源的输入端，连接到输入端用来对电压电源提供的交流电压整流的整流装置，连接到负载的输出端，连接在整流装置和输出端间的并有第一电感装置、第一单向元件、和开关元件的DC-DC转换器，和连接到输出端的第一电容装置。输出端上跨接由阻抗和第一电容装置串联而成的分支电路，该阻抗由另一单向元件傍路。由此可使线路设计接通瞬间流动的涌入电流受限制。

Description

电路设备
本发明涉及一种向由灯构成的负载供电的电路设备，它包括产生直流电压的装置，它具有
-用于连接到电压电源的输入端，
-连接到输入端、用于对由供电电压源提供的交流电压整流的整流装置，
-用于连接到负载的输出端，
-连接在整流装置和输出端之间的DC-DC(直流-直流)转换器，它备有第一电感装置、第一单向元件和一个开关元件，和
-连接到输出端的第一电容装置，和
-电路分支，包括一个阻抗和第一电容器设备的串联结构，并且互连接输出端。
这样一种电路设备可从欧洲专利EP 0544998 A2中获悉。另一个电路结构可以从EP 0323676获知。在那里所说明的转换设备中，输出端被接到一个DC-AC(直流-交流)转换器以便从直流电压产生一个交变极性的电流，这个电流可以用于供应给一个灯。在灯工作时让DC-DC转换器的开关元件轮流地以高频导通和不导通。其结果是在第一电容装置的两端会出现一个直流电压，DC-AC转换器就由它供电。这个已知的电路设备非常适合于向灯供电，特别是对像低压水银灯这样的放电灯是更为合适的。但是，这种已知电路设备的一个缺点是，当这个电路设备在接通的时刻供电电压有较高值的情况下第一电容装置由一个比较强的电流进行充电。这个比较强的电流在今后文中也称为涌入电流，它可能对第一电容装置和流过这个电流的其它元件的寿命产生有害的影响。如果电压电源含有一个保安断路器，则比较强的涌入电流还会引起保安断路器切断供电电源。
本发明的一个目的就是提供一种电路设备，利用它可以把电路设备在紧接着接通电源之后使第一电容装置充电的电流的幅值受到限制。
按照本发明，在开头一段所说明的电路设备就是为此目的的，其特征在这个阻抗还由一个单向元件所傍路。当按照本发明的电路设备接通时，对第一电容装置充电的电汉流经该阻抗。由于这个涌入电流的流向和另一个单向元件的方向相反，第一个单向元件中不流过电流。这就有可能限制上述电流到一个所希望的值，因为该阻抗值可适当地选择。因此就可以使涌入电流比较小。这个相对较小的涌入电流对第一电容装置的寿命和通过这个涌入电流的电路设备中的其它元件的寿命有良好的效果。这个较小的涌入电流也可防止形成电压电源一部分的任何安全断路器去切断电源电压。如果电源从第一电容装置传送到负载，则提供这一电源的电流主要是流经另一个单向元件的，所以在阻抗中消耗的功率比较小。在稳定运行时，一个周期性的、其频率为交流电压频率两倍的充电电流流经第一电容装置和阻抗，所以在阻抗中有一个有限的功率损耗发生。但是，已经发现，当交流电压是正弦波且DC-DC转换器的开关元件被控制成使得从电压电源所取的也是一个和交流电压相位一致的正弦波电流时，这种功率损耗是比较小的。
应该指出，在例如日本专利申请59-191476和63-107457中也已知有这样的电路设备，它也含有整流装置和用于连接负载的输出端，它和一个阻抗和电容装置相串联的第一设备相连接，而这个阻抗被一个单向元件傍路。但是在这些电路设备中，在整流装置和输出端之间未连接有DC-DC转换器，而按照本发明的一个电路设备却是有的。当上面这些电路设备由正弦波电源电压供电时会从电源电压上取得一个有波峰状的周期性电流。而按照本发明的电路设备由正弦波交流电压供电时，却有可能通过调整DC-DC转换器的开关元件的占空比而使从电压电源所取的电流在形状上也大体为正弦波、且和供电电压大体上同相位。在灯的稳态运行时期的电流的波峰形状，和在使用按照本发明的电路设备时的灯的稳态运行相对比，会导致在阻抗中较高的功率损耗。在日本专利申请59-191476和63-107457所说明的电路设备在与本发明的电路设备相比时，电源的电能利用效率较低。
在按照本发明的电路设备中，阻抗包括一个欧姆型电阻或一个电感元件，它可以得到良好的结果。
按照本发明的电路设备的一个有利的实施例的特征在于，其中DC-DC转换器是个升压转换器。如果在灯的稳态运行期间出现在输出端之间的直流电压高于由电源电压提供的交流电压的最大幅值，则升压转换器在全波整流的交流电压的整个瞬时振幅的范围内都是起作用的，这个交流电压就是DC-DC转换器的输入电压，这样可使DC-DC转换器可以有比较简单的结构。也可以通过调整开关元件的占空比而以比较简单的方式实现使从电压电源取得的电流大致为正弦波且和交流电压大体上同相位。因此这个有利的实施例具有高功率因数，而在稳态运行时阻抗中的功率消耗比较低。
按照本发明的电路设备的另一个有利的实施例的特征在于，该电路设备另外还包括一个连接到输出端的DC-AC变换器，用以产生具有交变极性的电流。由于负载是灯，所以常希望向负载提供交变极性的电流。这可以防止例如电泳或在放电灯的情况下灯电极上不相等的负载。特别是当这个交变极性电流的频率比较高时，若在电路分支中还包括另外的电感装置和在电路设备还包括对分支电路傍路的另外的电容装置时，这是有好处的。这种另外的电感装置和另外的电容装置一起形成滤波器，通过它，由交变极性的电流在阻抗和第一电容装置中消耗的功率限制在较小的范围内。如果该阻抗包括一个电感元件，则有可能把这个电元件和另一个电感装置集成于一个元件中。如果该阻抗包括一个欧姆型电阻，则把这个欧姆电阻和另个电感装置集成为一个元件也是可能的。这种集成可以用一个带空气芯的线圈来实现，并且(因此)它有比较多的圈数。由于有许多圈，这样的线圈除了一定的自感外还有较高的欧姆电阻。
按照本发明的电路设备的另外的有利的实施例的特征在于，阻抗被一个开关元件所傍路。通过在涌入电流对第一电容装置充电后使开关元件导通，就能做到在灯的稳态运行期间在阻抗中基本上没有功率损耗，这是因为第一电容装置的充电电流主要流经开关元件。
本发明的各实施例将参考附图作更详细的解释，这些图中
图1-2和3表示按照本发明的电路设备的一个实施例，如
图4表示按照本发明的电路设备的一个实施例，它连接到一个DC-AC转换器所组成的负载和接到这个转换器上的一个灯。
在图1中，K1和K2形成用于连接电压电源的输入端。I是连接到输入端的整流装置，用于对电压电源提供的交流电压整流。整流装置I的输出端接到DC-DC转换器II的相应的输入端。DC-DC转换器的构造在图1中未示出。DC-DC转换器包括一个开关元件、第一电感装置和第一单向元件。DC-DC转换器II的输出端K3和K4用以形成产生直流电压的装置的输出端以便连接到一个负载，并且还跨接到串联设置的一个电阻R1和电容器C1，在本实施例中它们分别是一个阻抗和第一电容装置。电阻R1和二极管D5并联，后者在本实施例中形成另一个单向元件。在本实施例中电阻R1和电容器C1形成分支电路。
图1所示的电路的工作情况如下。当输入端K1和K2连接到传送出交流电压的电压电源时，这个交流电压在电路设备的稳态运行期间被整流装置I所整流。整流后的交流电压被DC-DC转换器转换成一个输出直流电压，它主要是一个基本上恒定的直流电压并在其上叠加一个其频率等于交流电压频率两倍的周期性电压。这个周期性的电压是由交替地通过电阻R1向电容器C1充电、和电容器C1经过二极管DS放电所造成的。供给负载的是电容器C1的放电电流。但在输入端K1和K2接到电压电源这后的开始瞬间，跨过电容器C1两端却没有、或只有一个较低的电压，所以要从电压电源取用一个比较大的电流以便对电容器C1充电，直到达到输出的直流电压为止。这个比较大的电流的幅值是被限制的，因为这个比较大的电流要流经电阻R1。这种限制应发生在这样一个范围，即要使这个比较大的电流对电路设备中各元件的寿命不会有决定性的影响。这种限制还要达到这样的目的，使成为供电电源一部分的任何保安断路器不会切断电源电压。
在图2中，具有和图1中所用的相同的参考符号的部件和图1中相对应的部件是相同的。二极管D1-D2-D3和D4形成二极管桥路，它在本实施例中形成连接到输入端的整流装置。控制信号发生器III、开关元件S1、二极管D6和线圈L1一起形成升压转换器型的DC-DC转换器，它连接在整流装置和输出端之间。二极管D6和线圈L1分别形成第一单向元件和第一电感元件。
在图2所示的实施例的稳态运行期间，控制信号发生器产生一个高频控制信号以使开关元件S1导通和不导通。这把经整流的交流电压转变成输出的直流电压。控制信号的占空比和经整流的交流电压的瞬时值成正比，以便改善电路设备的功率因数。这同时可以实现在灯的稳态运行期间使阻抗中的功率消耗比较小。输出的交流电压的平行值也通过控制信号的占空比加以控制。为实现这两种控制功能所需要的电路部分没有显示于图2中。
在图3所示的电路设备中，除了那些示于图2中形成部分电路设备中的相对应的中路部分外，还包括傍路于电阻R1的一个开关元件S2。这个电路设备还包含一个控制电路IV，它连接到开关元件S2的控制电极。控制电路IV的一个输入连接到电容器C1和电阻R1的公共连接点。这一连接是用图3中的虚线表示的。当输入端K1和K2刚接到电源电压之后，开关元件S2是不导通的，因此它不通过对C1进行充电的比较大的电流。一旦电容器C1充电到这样的电压电平、即电容器C1的充电电流只有一个较小的幅值时，控制电路IV使开关元件S2导通，从而使电容器C1在稳态运行期间主要是通过开关元件S2充电，因此在稳态运行期间电阻R1中消耗的功率可被阻止。在其它方面，图3所示的电路设备的运行情况都相当于图2所示的电路设备。
图4所示的电路设备和图2所示的差别就在于包括一个和电阻R1串联的线圈L2并形成了本实施例中的另一个电感装置。输出端K3和K4另外还通过电容器C2而互连。本实施例的C2形成另一个电容装置。输出端K3和K4连接到DC-AC转换器V的相应的输入端。灯La连接到DC-AC转换器V的输出端。
和其它几个图所示的电路设备的情况相同，当输入端K1和K2刚连接到电压电源之后，对电容器C1充电的电流受电阻R1的限制。DC-AC转换器产生高频电流以提供给灯在稳态时运行。由DC-AC转换器在灯的稳态运行期间产生的高频电流导致跨在电容器C1和电阻R1之上将会有一个高频电压分量。这个高频电压分量引起电容器C1和电阻R1中进一步的功率损耗。但是，线圈L2和电容器C2作为高频滤波器而工作，所以使高频电压分量的幅值比较小，由这个电压分量所引起的功率损耗也同样比较小。
在图4所示的电路设备的一种具体实现中，额定功率为100瓦的放电灯由频率约为45千赫的高频电流所激励，电容器C1的容量为22微法。电阻R1约为20欧，线圈L2的自感为400微亨，电容器C2的电容为180微微法。电路设备由有效值为230伏的正弦波交流电压供电。升压转换器的开关元件的占空比和全波整流后的交流电压的瞬时幅值成正比。已发现涌入电流被电阻R1所满意地限制。还发现在灯的稳态运行期间电阻所消耗的功率不超过约0.34瓦。当电阻R1、电容器C1、和二极管D5被直接连接到二极管桥路的输出端且由线圈L2和电容器C2所组成的滤波器被省掉时，在灯的稳态运行期间电阻所消耗的功率约为1.95瓦。

Claims (8)

1.一种用于向由包括灯的负载供电的电路设备，包括产生直流电压的装置，它具有：
-用于连接到供电电压源的输入端，
-连接到输入端、用于对供电电压源提供的交流电压整流的整流装置，
-用于连接到负载的输出端，
-连接在整流装置和输出端之间的DC-DC转换器，它具有第一电感装置、第一单向元件和开关元件，
-连接到输出端的第一电容装置，和
-一个电路分支，包括一个阻抗和第一电容器件的串联结构并且互连接输出端，其特征在于这个阻抗由另一个单向元件所旁路。
2.权利要求1所要求的电路设备，其特征在于，其中的阻抗包括一个欧姆型电阻。
3.权利要求1所要求的电路设备，其特征在于，其中的阻抗包括一个电感元件。
4.如上述任一权利要求所要求的电路设备，其特征在于，其中的DC-DC转换器是个升压转换器。
5.如权利要求1的电路设备，其特征在于，其中的电路设备另外还包括连接到输出端的DC-AC转换器，用于产生交变极性的电流。
6.权利要求5所要求的电路设备，其特征在于，其中的分支电路还包括另一个电感装置，且电路设备包括另一个傍路该线路分支的电容装置。
7.权利要求6所要求的电路设备，其特征在于，其中的阻抗和另一个电感装置集成为一个部件。
8.如权利要求1的电路设备，其特征在于，其中的阻抗被开关元件所傍路。
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