CN1087463A - 放电灯照明装置 - Google Patents

Abstract

一种放电灯照明装置，用两个分别由两开关元件 组成且彼此与直流电压源并联连接的串联电路使装 在跨接两串联电路中两开关元件之间的两连接点的 负载电路中的放电灯照明。令一串联电路中各开关 元件的通/断时间相对于另一个串联电路中各开关 元件的通/断时间在同相至180度相差范围内变 化，且使起码一个串联电路中各开关元件的导通时间 比不同，以在较宽的范围调节放电灯的明暗程度，即 使供到放电灯上的功率很小也能保持放电灯处于照 明状态。

Description

本发明涉及采用特别是将直流变换成交流的变流器的一种放电灯照明装置。

在采用半桥式变流电路的放电灯照明装置中，通常是在直流电源E两端串联连接象MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）之类的两个开关元件，两开关元件其中一个的两端再通过一个隔直电容器接上一个负载电路，该负载电路由起码一个由电感线圈和电容器组成的谐振电路和作为负载的放电灯组成。在此情况下，开关元件在控制电路的控制下交替导通和截止，将直流电源E的电压变换成高频电压提供给放电灯，于是放电灯就进行高频照明。此外，在供电给负载的过程中，即，使变流电路的输出在该放电灯照明装置中可加以调节，它满足了改变两开关元件开关频率的要求，从而，换句话说，可以控制放电灯的明暗程度。

这里，在各开关元件的开关频率调得高于谐振电路的谐振频率的场合下，开关频率调低时会趋近谐振频率，于是电容器两端的电压升高，供到放电灯的功率增加;而开关频率调高时会偏离谐振频率，使电容器两端的电压降低，供到放电灯的功率减少。

专利权授与Steigerwald的美国专利4，504，895中公开了一种功能基本上与上述Henz等人的已知装置相同的变流电路，其中X射线管的放电是通过改变变换器的工作频率控制的。

但在该已知变流电路的情况下有这样的问题，即通过交流电源电压的整流和滤波获取直流电压时，开关元件开关频率的变化会使高频漏泄到交流电源侧。为防止高频分量漏到交流电源侧，在整流交流电源电压用的二极管桥输入端等处配备了一个滤波器，但使用这种滤波器能滤掉高频分量，甚至在开关元件的工作频率变化时还会引起另一问题，从而使电路的设计过程更加复杂。此外，在将电源电压供到作为负载的放电管而改变变流电路工作频率时，也使放电灯发出的光在频率上发生变化，从而引起另一个问题，即对于象红外遥控器之类的其它装置产生了坏的影响。

此外，放电灯采用HID（高强度放电灯）灯时，由于输出频率的变化，还容易产生声谐振现象，从而使放电灯等损坏。就是说，变流电路的工作频率变高时，大有可能与HID灯正好处于声频谐振的频率吻合。

1991年第6卷第1期的《IEEE    Transaction    on    Power    Electronics》公开了J.A.Sabaté等人为解决上述问题的题为“固定频率箝位状态串联谐振变换器在离线情况下的应用”（Off-Line    Application    of    Fixed-Frequecncy    Clamped    Mode    Series    Resonant    Converter）的论文。按照该论文，分别由两个开关元件组成的两个串联电路与直流电源并联连接，在两串联电路各开关元件的两连接点之间接上由起码一个LC谐振电路和一个负载组成的负载电路，各串联电路中的开关元件交替导通和截止，使得在促使其中一个串联电路中开关元件的通/断时间随另一个串联电路开关元件的通/断时间而变化时不致同时导通。举例说，专利权授与Henz等人的美国专利4，855，888即公开了这种方案。

此外，专利权授与Schutten等人的美国专利4，951，185公开了一种工作稳定的电路，开关装置系设计得使其工作频率只要在工作频率范围内就可加以调节，且当频率在接近工作频率范围临界面时，电路的输出电压通过改变工作相位来控制。另外，专利权授与Walker的美国专利3，750，004中公开了一种过电流保护装置，该装置能保护电路不受上述输出控制过程中在工作相位变化时产生的任何过电流的影响，其中保护作用是在过电流流通时起作用而不致降低变流电路各阶段的输出电压，具体作法是缩短各电源开关元件的操作时间，只有在该段时间过电流才借助于阶梯波的静态变流电路流通而起保护作用。

但上述已知方案却有这样的问题，即这些方案用在放电灯照明装置中时，在低温情况下加到放电灯的功率降低时放电灯就不能维持其照明，从而使放电灯失灵或闪烁。

欧洲专利03901285公开了一种方案，其中作为杜绝放电灯在其输出功率受到限制光通量不高时失灵或闪烁的措施，往放电灯的高频电流上叠加了其电平能使放电在低光通量下维持下来的直流电流，从而得以在低光通量状态下稳定照明。此外，日本专利公报64-3318公开了叠加直流电流稳定照明从而防止徒动电流引起的闪烁的措施。

但在上述任何已知方案中仍然有这样的问题，即放电灯照明装置采用这些方案时，放电灯的明暗调节范围由于放电灯在低温情况下容易在供到其上的功率受限制变小时失灵而受到限制。

因此，本发明的主要目的是提供一种解决了上述问题的放电灯照明装置，该照明装置能调节加到放电灯上的功率而不致改变其频率，在甚至供到放电灯的功率因受限制而变小时也能稳定工作，且能在较宽的范围调节放电灯的明暗程度。

按照本发明，上述目的是通过这样一种放电灯照明装置实现的，在该照明装置中，直流电源并联上两个分别由两个开关零件组成的串联电路，在两串联电路各开关元件的两连接点之间接有一个由起码一个LC谐振电路和一个放电灯组成的负载电路，两串联电路中的各开关元件交替导通和截止从而不致同时导通，同时使其中一个串联电路中开关元件的通/断时间在同相至180度移相状态下相对于另一串联电路中开关元件的通/断时间变化，其特征在于，起码一个串联电路中各开关元件的导通时间比取得彼此不相同。

下面参照附图从对本发明所作的详细说明可以清楚了解本发明的其它目的和优点。

图1示出了本发明放电灯照明装置的一个实施例的电路图。

图2至10是说明图1所示装置各种不同工作情况的波形图。

图12和13是说明图11中所示实施例工作情况的波形图。

图14是图11实施例中控制电路的详细电路图。

图15是说明图14中控制电路工作情况的波形图。

图16至18以波形图示出了本发明装置的其它工作情况。

图19和20以电路图示出了本发明其它的工作情况。

图21和22示出了图11中所示电路的另一种工作情况。

图23和24是本发明装置另一些实施例的电路图。

图25和26是说明本发明的图24实施例中装置的工作情况的示意图。

虽然下面是就附图中所示的实施例对本发明进行说明的，但应该理解的是，本发明并不局限于这些实施例，而是包括了所有在所附权利要求书范围内所作的更改、修改和等效的方案。

参看图1，图中示出了本发明放电灯照明装置的一个实施例，其中采用了直流电压变换成交流电压。在此情况下，直流电源E并联连接有分别由两个开关元件S1和S2或S3和S4组成的两个串联电路，该两个串联电路的开关元件S1和S2的连接点与开关元件S3和S4的连接点之间连接有一个电感线图L1和并联上电容器C2的放电灯Z组成作为负载电路的串联电路。就是说，本放电灯照明装置形成所谓全桥配置的形式，其中各开关元件S1-S4接成电桥，且在对角线方向对置着的开关元件S1和S4以及S2和S3借助于控制电路11交替导通和截止，从而将交流电流加到负载电路上。此外，这里考虑采用MOSFET作为开关元件S1-S4，这些寄生二极管的电流反向流通。在上述放电灯照明装置中，假设，如图2中所示，从控制电路11供到开关元件S1和S4的控制信号V2和V3在时间to时每次处于低电平。这时，开关元件S1和S4导通，如图2的波形（a）和（d）所示，同时另外的开关元件S2和S3截止，如图2的波形（b）和（c）所示，从而使电流从直流电源E通过开关元件S1、电感线圈L1、电容器C2、放电灯Z和开关元件S4流通，馈到负载电路上。在下一个时间t2，控制信号V1和V4处于低电平，同时控制信号V2和V3处于高电平，这时开关元件S1和S4截止，如波形（a）和（b）所示，同时开关元件S2和S3导通，如波形（b）和（c）所示。这时，会放电灯照明装置的开关频率范围高于由电感线图L1、电容器C2和负载组成的负载电路的谐振频率时，聚集在谐振电路的能量促使电流流过由电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z、开关元件S3的寄生二极管、直流电源E和开关元件S2的寄生二极管组成的通路。从谐振电路中的电流变零时起，开关元件S2和S3在正方向上导通，于是电流就从电源E按与原先流动相反的方向经过开关元件S3、并联连接的电容器C2和放电灯Z、电感线圈L1和开关元件S2组成的通路流动。

达到时间t4时，控制电路11的控制信号V1和V4和时间t0时相似再次处于高电平，同时控制信号V2和V3处于低电平，从而使开关元件S1和S4导通，另两个开关元件S2和S3截止。这时，聚集在谐振电路中的能量也促使电流流经由电感线圈L1、开关元件S1的寄生二极管、直流电源E、开关元件S4的寄生二极管和并联连接的电容器C2及放电灯Z组成的通路。此外，从谐振电路中的电流变为零的时候起，电流流经由直流电源E、开关元件S1、电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z、和开关元件S4组成的通路，于是电源供到负载电路上。只要放电灯照明装置稳定工作，则负载电流在流经开关元件S1和S4的寄生二极管之后就也在时间t0时通过开关元件S1和S4在正方向上提供，此外，这样的结构也可以分别将各二极管与双极晶体管的开关元件s1至S4反向并联连接，并促使谐振电路中的能量流通。

此外，如图3中所示，还可以这样安排，即令开关元件S3和S4串联连接的通/断时间有一个时间滞后，如波形（c）和（d）所示，在另一个串联连接的开关元件S1和S2的通/断时间之间也使其一个时间滞后，如波形（a）和（b）所示，这时连接在直流电源E两端由并联连接的S1、S2和S3、S4组成的两个串联电路会交替导通和截止。这里如果和前面一样将开关频率调得使其高于谐振频率，则开关元件S2和S4在时间t0导通，如波形（b）和（d）所示，同时开关元件S1和S3截止，如波形（a）和（c）所示，因而没有电压加到负载电路上。达到时间t1时，开关元件S3导通，同时开关元件S4截止，如波形（c）和（d）所示，从而使负载电流从电源E通过开关元件S3、关联连接的电容器C2和放电灯Z、电感线圈L1和开关元件S2供应。在时间t2，如波形（b）所示，开关元件S2截止，于是加到负载上的电压消失。同时，开关元件S2截止时，由控制电路11提供控制信号V1，从而使开关元件S1导通，如波形（a）所示。在此情况下，聚集在谐振电路中的能量促使负载电流按已流动电流的方向流动，通过由电感线圈L1、开关元件s1的寄生二极管、开关元件S3的寄生二极管、电容器C2和放电灯Z组成的通路。

在时间t3，如图3的波形（c）所示，开关元件S3截止，这时控制信号V4由控制电路11提供，从而使开关元件S4导通，如波形（d）所示。因此，每当谐振电路中仍然有能量时，电流就会流经由感应线圈L1、开关元件S1的寄生二极管、直流电源E、开关元件S4的寄生二极管和并联连接的电容器C2和放电灯Z等组成的通路。谐振电路中的电流变零之后，开关元件S1和S4都在正方向上导通，于是负载电流就按与原先流动相反的方向流经由直流电源E、开关元件S1、电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z和开关元件S4组成的通路。这里，当谐振电路中的电流为零，且控制电路11的控制信号V4处于高电平时，开关元件S4在正方向上同时导通。在此情况下，由于开关元件已在该时间t3导通，因而负载电流流经由电源E、开关元件S1、电感线圈L1、关联连接的电容器C2和放电灯Z和开关元件S4组成的通路。

达到时间t4时，负载电流通过上述通路的供电停止。与此同时，加有使开关元件S2导通的控制信号V2，于是聚集在谐振电路中的能量使电流流经由感应线圈L1、并联连接的电容器C2和负载Z、开关元件S4和开关元件S2的寄生二极管组成的通路。接下去，当达到时间t5时，开关元件S4截止，于是提供如波形（a）所示的控制电路11的高电平控制信号V3。这时只要谐振电路中仍然有能量，就有电流流经由电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z、开关元件S3的寄生二极管和开关元件S2的寄生二极管组成的通路。谐振电路的能量变零时，负载电流就通过由电源E、开关元件S3、并联连接的电容器C2和放电灯Z、感应线圈L1和开关元件S2组成的通路提供。

上述一系列过程反复进行，于是来自直流电源E的直流电压被变换成交流电压加到负载电路上。在参照图3说明的工作情况下，各对角线对置的开关元件对S1、S4和S2、S3的导通时间系取得使其比参照图2说明的工作情况的短，且可以减少加到负载电路的功率。这里，开关频率的范围最好取得比谐振频率高，且起码应接近该范围内的最小值。

更具体地参照以上所述的情况，完全可以通过改变开关元件S3和S4相对于开关元件S1和S2通/断时间的通/断相位，改变加到放电灯的负载电路的功率，就是说，改变由开关元件S1和S2组成的一个串联电路与由开关元件S3和S4组成的另一个串联电路之间的通/断操作，但保持这些开关元件S1至S4的开关频率不变。这样，就能够更容易设计特别是滤波器（图中未示出）及其周围的各元件。此外，由于开关频率不变，因而还可以避免影响象红外遥控器等之类的其它设备。另外，由于输出频率即使在采用HID灯作为放电灯时也保持不变，因而还可以减少频率变化时容易引起的声频谐振现象的任何风险。

在上述工作情况下是就开关元件S2和S3的开关时间使其相对于开关元件S1和S4的开关时间有所延迟，但即使相反使开关元件S2和S3的的开关时间提前也可以基本上达到同样的作用。

按照本发明突出的特点，可以安排得使放电灯即使供到其上的功率因低温情况而大大受到限制而变低也不致失灵不亮，且充分扩大了放电灯的明暗调节范围。这方面可以参看图4，开关元件S1和S2在其导通时间的比例方面（即在导通状态下）都使它们彼此不同。此外，还令开关元件S1和S2的通/断操作彼此相反，同时使其余的开关元件S3和S4在导通时间的比例上彼此相等。

这时，令开关元件S1和S4在时间t0之前共同导通，从而使负载电路流经由直流电源E、开关元件S1、电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z和开关元件S4组成的通路。达到时间t0时，开关元件S4截止，于是上述通路中的负载电流停止流通。在该时间t0，高电平的控制信号V3从控制电路11提供给开关元件S3，从而使聚集在谐振电路中的能量释放出来，形成经电感线圈L1、并联连接的电容器、C2和放电灯Z和开关元件S3和S1各自的寄生二极管的电流通路。在下一个时间t1，开关元件s1截止，使上述电流通路停止流通，在开关元件S1截止的同时，高电平控制信号V2从控制电路11提供给开关元件S2，于是聚集在谐振电路的能量形成经电感线圈L1、关联连接的电容器C2和放电灯Z、开关元件S3的寄生二极管、直流电源E和开关元件S2的寄生二极管的另一个电流通路。谐振电路中的电流变零时，负载电流流经由直流电源E，开关元件S3，并联连接的电容器C2和放电灯Z、电感线圈L1和开关元件S2组成的通路。

达到时间t2时，两个开关元件S2和S3都截止，于是负载电流通过上述通路的供应停止。与此同时，控制信号V1和V4从控制电路11提供给开关元件S1和S4使该两个开关元件导通，于是聚集在谐振电路上的能量形成通过开关元件S1的寄生二极管、电源E、开关元件S4的寄生二极管和并联连接的电容器C2和放电灯Z的电流通路。来自谐振电路的电流变零时，负荷电流流经由电源E、开关元件S1、电感线圈L1，并联连接的电容器C2和放电灯Z和开关元件S4组成的通路。达到时间t3时，开关元件S4截止，通过上述通路的负载电流停止流动，这时谐振电路中的能量按时间t0时同样的形式通过开关元件S3的寄生二极管释放出来。

在上述参照图4说明的工作情况下，开关元件S1和S2在导通时间的比例方面系取得彼此不同，使开关元件S1和S4同时导通的时间调得比开关元件S2和S3同时导通的时间长，从而使负载电流流通的时间在开关元件S1和S4同时导通时彼此不同，于是在这些导通时间中，聚集在谐振电路中的能量不同。在开关元件S2的导通时间如在目前情况下比开关元件S1的短时，聚集在谐振电路中的能量在开关元件S1和S2同时导通时增加，同时随能量而产生的直流分量加到负荷电路上。

在图5的另一种工作情况下，开关元件S2的导通时间系取得比开关元件S1的短，同时使开关元件S3和S4的开关时间比参照图4说明的方案中的开关元件S1和S2的开关时间推迟以改变开关元件S1和S4或S2和S3同时导通的时间，从而将加到负载电路的功率调节得使加到放电灯Z的功率减少。在此情况下，除开关元件S1和S4或S2和S3同时导通的时间比图4的情况进一步缩短外，照明装置的工作情况与图4的情况相同。

在图4的情况中，开关元件S3和S4的通/断时间比开关元件S1和S2通/断时间推迟，而在图5的工作情况中，则令开关元件S3和S4的通/断时间比开关元件S1和S2的通/断时间提前。在此情况下，同样也可以有效减少加到放电灯Z的功率。如此安排，不仅无需改变开关频率就可以达到目的，而且还可以避免开关频率同时带来的任何问题。另外，令开关元件S1和S4在同时导通的时间长短方面与开关元件S2和S3不同，可以有效地将直流分量加到放电灯Z上。因此，作为负载的放电灯其明暗情况在低温条件下变得更暗时，上述加上去的直流分量即使在交流分量下降时也能有效地维持放电灯的照明，从而避免了放电灯Z照明不起来，并减小了因所谓徙动电流引起的闪烁。这样，简化了扩大放电灯明暗范围的过程，同时使放电灯的照明稳定。

在图6中所示的另一种工作情况下，与图4的上述情况相反，开关元件S1的导通时间取得比开关元件S2的导通时间短，且开关元件S3和S4的通/断时间比开关元件S1的通/断时间迟。在此情况下，如图6中所示的那样，开关元件S2和S3同时导通的时间就变得比开关元件S1和S4同时导通的时间长，从而使电感线圈L1中聚集有在极性上与上述情况相反的直流分量，该分量也能有效地防止放电灯Z产生任何失灵。

在图7的工作情况中，开关元件S3和S4的通/断时间进一步取得比图6的情况相对于开关元件S1和S2的通/断时间更足，从而进一步减少供到放电灯Z上的功率。从图8中可以看到，另一种工作情况是开关元件S1的导通时间取得比开关元件S2的导通时间长，同时开关元件S3的通/断时间比开关元件S1和S2的通/断时间迟。在图8的这种工作情况下，同样也可以防止放电灯Z在照明上失灵，而且减少加到放电灯Z上的功率。此外，即使在图9所示开关元件S3和S4之间的导通时间比例不同的另一种工作情况下，也能够得到与上述同样的工作情况。

在上述情况下，直流分量是通过使聚集在谐振电路中的能量不平衡而加到放电灯Z上的，加到放电灯Z上的直流分量实际上保持不变。这里，放电灯Z易于失灵的情况是在放电灯亮度调得很暗的情况下发生的，因此总希望加到放电灯Z上的功率降低时，加到放电灯Z上的直流分量能有所增加。这里，加到放电灯Z上的功率下降的情况是在开关元件S3和S4的通/断时间滞后比开关元件S1和S2的通/断时间滞后大的情况下发生的。在此情况下是这样进行安排的，使得开关元件S3和S4的通/断时间滞后程度比开关元件S1和S2的更大，开关元件S3和S4导通时间的比例大幅度改变，且加到放电灯Z上的直流电压能有效地随加到放电灯Z上的功率的减少而增加。

更具体地说，如例如图4和5还有图10中所示的那样，扩大开关元件S3和S4相对于开关元件S1和S2的通/断时间滞后的变化情况，以大幅度改变开关元件S1和S2之间导通时间的比例，这样就能很好达到上述作用。就是说，就例如图3中所示的情况而论，图5的工作情况能减少加到放电灯Z的电压，就图10的情况而论，可以进一步减少加到放电灯Z的功率。这样，大大改变了开关元件S1和S2之间的导通时间比，从而不难理解增加了聚集在谐振电路中能量的不平衡程度，从而最终增加了加到放电灯上的直流分量。

现在参看图11，图中示出了本发明装置更实用的实施例。在此情况下，从图12和13中具体实施例各相应部分的各波形图可以看出这样的安排，即使得可以改变开关元件S1和S2之间的导通时间，且使开关元件S3和S4的通/断时间比开关元件S1和S2的通/断时间提前。这里，从图13可以知道，可以设法减少加到放电灯Z上的功率，同时可以达到上述诸实施例的同一功能。

另一方面，在图11所示的放电灯照明装置中，流经电感线圈L1的电流I_Li系通过改变开关元件S1和S2之间的导通时间使其正峰值I_Lip比负峰值I_LIN高，这从图12和13可以看出，从而使灯电流I_Z的正峰值I_ZP也比负峰值I_ZN高，这从图12和13也可以看出，而且通过采用将直流分量叠加到灯电流I_Z的方案可以减少加到放电灯Z上的功率。

图14中示出了图11放电灯照明装置中控制电路11的详细电路图，该控制电路包括：振荡电路12，用以产生基频方波信号;激励电路13和14，用以根据振荡电路12的信号激励开关元件S1和S2;延迟电路15，用以制备比振荡电路12的输出滞后固定时间的信号;和激励电路16和17，用以根据来自延迟电路15的信号激励开关元件S3和S4。振荡电路12由计时器IC12a和装在计时器IC12a外部诸如电阻器R11、可变电阻器VR11和VR12、二极管D11和D12和电容器C11之类的元件组成，且产生如图15中的波形（a）所示方波信号。这里，调节可变电阻器VR11和VR12可以改变方波信号高电平与低电平之间的比例。

开关元件S1的激励电路13由断电截止（dead-OFF）电路31和电平转移电路32构成，前者用以相对于振荡电路12的输出信号设定一个时间，以防止开关元件S1与直流电源E之间因与其它开关元件S2同时导通而产生任何短路，虽然在前述工作情况下没有指出，但与直流电源E串联连接的开关元件S1和S2或S3和S4同时导通是会使电源E容易发生短路的。为防止这一点，规定了断电截止时间，在该时间内令开关元件S1和S2或S3和S4在导通和截止时同时截止。断电截止电路31由三个可变电阻器VR13至VR15、两个二极管D13和D14、电容器C12和缓冲放大器B1组成。就是说，制备这样一个信号V1，信号V1的波形如图15中的（c）所示，且在振荡电路12产生输出信号时延迟一段时间，该段时间由可变电阻器VR13和VR14及电容器C12的时间常数确定（图15中t0至t1的时间）。

电平偏移电路32由电流镜象电路CM3、缓冲放大器B2和恒压电路33组成，电路CMB由晶体管Q11至Q14组成，恒压电路33由一个齐纳二极管ZD1和电容器C18组成，用以使直流电源E的电压稳定。在该电平转移电路32，断电截止电路31的输出由电流镜象电路CM3的电流所取代，将信号传送给缓冲放大器B2，该放大器在在不同的电位起动，其输出作为控制信号V1提供给开关元件S1。开关元件S2的激励电路14有一个断电截止电路41，供设定防止直流电源E与开关元件S2之间因与开关元件S1同时导通而相对于振荡电路12的输出Va产生短路的断电截止时间。在此情况下，可以使开关元件S2的工作基准电位与控制电路11的基准电位一致，而且可无需使用电平转移电路42。断电截止电路41由倒相器门I1、可变电阻器VR16至VR18、二极管D15和D16、电容器C13和缓冲放大器B3组成。在该断电截止电路41，振荡电路12的输出Va经过倒相，如图15的波形（b）所示，且经延迟的信号随着振荡电路12的输出Va的上升而上升，如图15的波形（d）所示，延迟一段时间，该段时间取决于可变电阻器VR16和VR17和电容器C3的时间常数，是图15中t5-t6的一段时间。

延迟电路15通常包括延迟时间调定电路51和延迟信号制备电路52，电路51用以调定振荡电路12输出Va的延迟时间，电路52用以在振荡电路12的输出Va总的根据延迟时间调定电路51所调定的延迟时间延迟的情况下制备延迟信号。更具体地说，延迟时间调定电路51包括可变电阻器VR19和VR20、二极管D17、电容器C14和倒相器门I3和I4，而由可变电阻器VR19和电容器C14的时间常数确定的时间，例如时间t0-t2，则为振荡电路12的输出Va的延迟时间。更详细地说，电容器C14随着振荡电路12输出Va的上升开始进入充电状态，如图15的波形（e）所示，且当电容器C14两端的电压与倒相器门I3的阈值电压相等时，倒相器门I3的输出Vd便会如图15的波形（f）所示。

延迟信号制备电路52包括：与门AND1，用以将倒相器门13的输出Vd与振荡电路12的输出Va进行逻辑乘;延迟电容器C15;电流镜象电路CM1，以用与门ADN1的输出Vg给电容器C15充电;比较器CP1，用以将电容器C15两端的电压与预定的电压相比较;倒相器门I2，用以对振荡电路12的输出Va进行倒相;与门AND2，用以将倒相器门I2的输出Vf与比较器CP1的输出Vi进行逻辑乘;或门OR1，用以将与门AND2的输出Vj与延迟时间调定电路51的输出Ve进行或运算;和电流镜象电路CM2，用以根据与门AND3的输出Vl使电容器C15放电，与门AND3则用以将或门OR1的输出Vk与倒相器门I2的输出Vf进行逻辑乘。

在此情况下，在延迟信号制备电路52中，与门AND1的输出Vg在延迟时间调定电路51倒相器门I3的输出Vd（如图15的波形（f）所示）与振荡电路12的输出Va进行逻辑乘时处于高电平，历时相当于延迟时间调定电路51所调定的延迟时间，如图15中的波形（i）所示，同时电容器C15在与门AND1的输出Vg处于高电平的那一段时间为电流镜象电路CM1所充电，如图15中的波形（j）所示。这时，在比较器CP1中定为基准电压的预定电压基本上调到零伏，同时比较器的输出Vi会保持处于高电平，如图15中的波形（k）所示。

在上述工作点。倒相器门I2的输出Vf处于低电平，如图15中的波形（h）所示，与门AND2的输出Vj处于低电平，如图15中的波形（l）所示，比较器CP1的输出Vi则在电容器C15充电期间保持高电平。这里，振荡电路12的输出Va由于转入低电平，如图15的波形（a）所示，倒相器门I2的输出Vf升到高电平，如波形（h）所示，从而使与门AND2的输出Vj转入高电平，如图15的波形（l）所示，于是或门OR1的输出Vk即使在延迟时间调定电路51倒相器门I4的输出Ve下降到低电平之后也保持高电平，如图15中的波形（m）所示。这时，与门AND3的输出Vl上升到高电平，如图15的波形（n）所示，从而激励了电流镜象电路CM2，同时电容器C15开始放电。该电流镜象电路CM2和上述电流镜象电路CM1都取1∶1的镜象比，且电容器C15在延迟时间调定电路51所调定的同一时间之后完全放电，如图15的波形（j）所示。

由于电容器C15完全放电，变换器CP1的输出Vi就降到低电平，如图15的波形（k）所示，从而使与门AND2的输出Vj处于低电平，如图15的波形（l）所示，同时或门OR1的输出Vk也转入低电平，如图15的波形（m）所示。在或门OR1的输出Vk的情况下，与门AND3的输出V1降到低电平，如图15的波形（n）所示，且电流镜象电路CM2停止工作。就是说，延迟信号制备电路52是这样设计的，使或门OR1的输出Vk的下降会延迟一段与延迟时间调定电路51所设定的同样时间，且信号系总的用振荡电路12的输出Va根据延迟时间调定电路51调定的延迟时间制备的。此外，激励电路16和17根据该输出Vk工作，激励开关元件S3和S4。开关元件S3的激励电路16包括断电截止电路61和电平转移电路62，开关元件S4的激励电路17则由断电截止电路71组成。断电截止电路61由倒相器门I5，可变电阻器VR24-VR26、二极管D20和D21、电容器和缓冲放大器B5构成，它通过促使或门OR1倒相输出Vm的上升延迟如图15中的t6-t7所示的一段时间来调定断电截止时间。此外，电平转移电路62包括：电流镜象电路CM4，由晶体管Q15-Q18形成;缓冲放大器B6和恒压电路63，由齐纳二极管ZD2和电容器C19组成，用以稳定直流电源E的电压。

断电截止电路71由可变电阻器VR21-VR23、二极管D18-D19、电容器C16和缓冲放大器B4组成，它通过促使或门OR1输出端Vk的倒相输出延迟图15中所示的t2-t3的一段时间调定断电截止时间，从而给定图15中t1与t3的时差为开关元件S1和S2或S3和S4通/断时间之间的时差。要使开关元件S1和S2的导通时间比例可加以调节，只要例如加大图16中可变电阻器VR15的电阻值即可，这样就延迟了控制信号V1的下降时间。

参看图16，图中示出了应用图11电路的另一种工作情况。在前述的工作情况中，直流分量是以开关元件S1和S2之间的导通时间比加到负载电路上的。这时如果改变这些开关元件导通的时间比，则会产生这样的问题，即，即使提供给放电灯的功率很大，也就是说，即使放电灯完全处于十足的照明状态，供到放电灯Z的功率也会减少。另一方面，在此情况下，进行了这样的安排，使另一对开关元件S3和S4的导通时间比也随开关元件S1和S2的导通时间比的变化而变化。在例如开关元件S1的导通时间系取得如图16中的波形（a）和（b）所示的那样长于开关元件S2的导通时间的情况下，则开关元件S4的导通时间也如波形（c）和（d）所示的那样取得比开关元件S3的导通时间长，因此可以延长开关元件S1和S4同时导通的时间，从而使总的加到放电灯照明装置的放电灯Z上的功率增加，因而给放电灯Z提供的功率其大小基本上与开关元件S1和S2之间的导通时间比不变的情况一样。

图17中示出了另一种工作情况，在该工作情况下，令开关元件S3和S4的通/断时间比开关元件S1和S2的通/断时间迟。任此情况下，当开关元件S1的导通时间也取得如图17的波形（a）和（b）所示的那样比开关元件S2的长，则开关元件S4的导通时间就调定得开关元件S4的导通时间如图17的波形（c）和（d）所示的那样比开关元件S3的长，因此能够延长开关元件S1和S4同时导通的时间，以便增加总的供到放电灯照明装置的放电灯Z上的功率。

图18中示出了应用图11电路的另一种工作情况，图中进行了这样的安排，使得当供到放电灯Z的功率，在开关元件S1和S2之间的导通时间按上述类似的方式变化的情况下，放电灯处在十足照明期间看来具有减少的倾向时，能通过根据开关元件S1和S2之间的导通时间比改变开关元件S3和S4之间的导通时间比来补偿这种减少。

图19中示出了本发明放电灯照明装置另一个实施例的电路图，其中除谐振电容器C2与放电灯Z并联连接外，在放电灯Z灯丝不接电源侧两端都跨接有预热电容器C3。在此情况下，在放电灯Z处在不照明状态时令电流经电容器C3流到灯丝，从而改变开关元件S3和S4相对于开关元件S1和S2的时间，进而增加输出。电容器C3两端的电压在放电灯亮时下降，因而通过电容器械C3的电流下降，从而使电容器C3有助于照明之前的预热过程。这种方案可用于上述各实施例中，使我们可以将放电灯Z的照明调暗而无需改变开关元件S1-S4的开关频率，同时还可以通过改变开关元件S1和S2之间的导通时间比有效抑制和避免放电灯Z失灵、闪烁等等。

在本发明图20中所示的另一个实施例中，采用第二个电感线圈L2来预热放电灯Z。用这种方案也可以在放电灯Z照明之前预热灯丝，而且还可以通过改变开关元件S1和S2的导通时间改变聚集在电感线图L2中的能量增加要叠加到供到放电灯Z的功率的直流分量，从而进一步更好地防止放电灯Z在低温情况下大幅度调暗时失灵。

图21中示出了本发明应用图11电路的另一个工作情况，其中开关元件S2和S3的开关周期设计得与开关元件S1和S4的不一样，此外还令开关元件S2和S3的截止时间与开关元件S1和S4同步，并使开关元件S2和S3在两倍于开关元件S1和S4的开关周期导通。现在更具体地参照一下在波形变得与前述各情况不同之后的工作情况，这时开关元件S3在时间t3不导通，但却发生了聚集在振荡电路中的能量所引起的振荡。在下一个时间t4，开关元件S1和S4导通，从而使负载电流Iz从电源E通过由开关元件S1、电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z和开关元件S4组成的通路流通。就是说，负载电流Iz在聚集在谐振电路中的能量加到电源电压上且聚集在电感细圈L1中的能量进一步增加时流通。在时间t5，有促使开关元件S2和S3导通的控制信号V2和V3产生，这时聚集在谐振电路中的能量使电流流经电感线圈L1、并联连接的电容器C2和放电灯Z、开关元件S3的寄生二极管、直流电源E和开关元件S2的寄生二极管，同时在能量耗尽之后，这时在正方向导通的开关元件S2和S3促使负载电流Iz经由由直流电源E、开关元件S3、并联连接的电容器C2和放电灯Z、电感线圈L1和开关元件S2组成的通路提供。此外，开S2和S3系这样配置，使它们能在它们能导通的时间导通，这样就可以将正负电压加到谐振电路上。

图22中示出了图11中所示电路的工作情况，其中作了这样的安排，使得开关元件S3和S4的通/断时间与开关元件S1和S2的不同，而且缩短彼此在对角线方向上对置的开关元件S1和S4或S2和S3同时导通的时间，从而减少加到放电灯Z上的功率。这样，除了可以改变加到放电灯上的功率而无需改变开关频率外，还可以使在对角线方向上对置的成对开关元件S1、S4和S2、S3的开关频率不同，从而在理想情况下使开关元件S1和S4的开关频率高于或低于开关元件S2和S3的开关频率。这样就使加到谐振电路上的正负电压不平衡，从而能有效地将直流电压加到放电灯Z上。因此，放电灯Z即使在低温情况下处于昏暗状态也能稳定照明，而且可以防止任何闪烁等等。此外还可以改变串联连接的成对开关元件之间（例如开关元件S3和S4之间）的通/断比，从而可以控制如图22的波形（e）所示的这种所加电压V_AB正负时间之间的时间比，而且还可以改变直流叠加的程度。

此外，按照本发明还可以提供使放电灯Z能更好地预热以便起动图19的电路的方案。通常放电灯不亮时阻抗特别高，因而不会受谐振电路谐振作用的影响，而且谐振频率变得最高。这里，各开关元件的开关频率是象例如图11的实施例中所示的那种元件S1至S4中最小的开关频率，开关元件S2和S3系调定得略高于谐振电路的谐振频率。此外，对角线方向对置着的成对开关元件S1、S4和S2、S3通/断时间的相位变化范围是从滞后180度的状态到同相状态，以如图11实施例中的元件S1-S4中开关频率最大的开关元件的控制信号作为基准。因此，要使放电灯亮起来可以将开关元件S1、S4和S2、S3同时导通的时间从较短状态改变到较长的状态，在使灯保持不亮的情况下预热灯丝，然后往灯上加放电起始电压。预热和起动放电灯Z时，可以采用与一般所说的那种放电灯照明装置类似的方案，即先使装置的开关频率从高频状态下入更接近谐振电路谐振频率的状态。达到恒定照明状态时，改变在对角线方向上对置的成对开关元件S1、S4和S2、S3之间同时导通的时间，以进行明暗控制。

在本发明的另一种工作情况下采取了防止加到放电灯的功率因电源电压波动的措施。因此，放电灯照明装置针对加到放电灯的功率配备了防止功率波动的电路。实际上，在图14的电路中就在可变电阻器VR19上并联连接了诸如光耦合器之类的这种元件，该元件二次端侧的电阻值随一次侧电流而变化，这样，流到光耦合器的输出晶体管的电流就随电源电压的波动而变化，从而改变电容器C4的充电电流，因而可以改变延迟时间调定电路51所调定的延迟时间状态。电源电压升高时，输入到光耦合器的电流减小，于是光耦合器的输出电流下降，而且延长了电容器C14需要的充电时间从而缩短了开关元件S1、S4和S2、S3之间同时导通的时间，因而可以有效阻止电流流到放电灯Z。相反，电源电压下降时，借助于上述所设的预防功率波动的电路所加的前馈，试图稳定加到放电灯的功率，于是有效达到使放电灯Z稳定照明的目的。

虽然在放电灯照明装置的上述任何实施例中是就单个放电灯的照明控制进行说明的，但本发明的装置也可有效地用作多个放电灯照明装置。参看图23，图中示出了从同样的装置供电给一对放电灯Z和Z′的放电灯照明装置。在该装置中，由电容器C4和放电灯Z组成的串联电路和由另一个电感线圈L2和另一个放电灯Z′组成的另一个串联电路分别跨接在电容器C2的两端，从而使只有因谐振引起的交流分量可流到放电灯Z，同时只使直流分量流到另一个放电灯Z′。由于电感线圈L2中产生直流分量的情况下促使预热电流流到灯丝中，并使放电灯Z′特别是在明暗度极低的情况下达到稳定照明。

参看图24，图中示出了本发明多个放电灯的放电灯照明装置的另一个实施例，其中，尤其是开关元件S1-S6各由控制电路11控制。参看图24这种装置的工作情况，同时也参看图25，开关元件S1和S4从时间t0至时间t1导通，开关元件S2和S3从时间t1至时间t2导通，开关元件S1和S6从时间t2至t3导通，所有开关元件S1-S6从时间t3至t4导通，开关元件S1和S4从时间t4至t5导通，开关元件S2和S5从t5至t6导通，开关元件S1和S6从t6至t7导通，所有开关元件S1-S6从t7至t8导通。

重复上述工作过程，成对开关元件S3、S5和S4、S6交替导通，从而可以通过与前述单个放电灯的放电灯照明装置中同样的操作实现对多个放电灯Z和Z′的照明控制。

图26示出了图24中所示装置的另一种工作情况，其中开关元件S6在开关元件S1导通的前半个时间导通，开关元件S4则在该导通的后半个时间导通，开关元件S5是在开关元件S2导通的前半个时间导通，开关元件S3则在该同一导通的后半个时间导通。就是说，开关元件S3和S4的开关时间比开关元件S1和S2的开关相位滞后90度，开关元件S5和S6在开关相位上也滞后90度，从而可以按上述单个放电灯照明装置同样的操作方式控制多个放电灯的照明过程。

不难理解，图2-10、12、13、16-18、21、22、25和26中，以符合V_AB表示的波形表示加到包括在两组开关元件之间具有放电灯的负载电路在内的电路上的电压。此外，在图11、23和24中，开关元件S1-S6以FET的形式示出，且对各工作情况的说明也是在采用FET的前提下进行的，但采用二极管反向并联双极晶体管、可控硅等连接成开关电路代替FET也可以进行同样的操作。再有，尽管在各实施例中所说的都是采用直流电源E，但当然也可以采用交流电源经整流获得的整流电源。

Claims (15)

1、一种放电灯照明装置，包括：一个直流电源；两个串联电路，分别由两个开关元件组成，且与所述直流电源并联连接；一个负载电路，跨接在所述两串联电路中的所述两开关元件之间的两个连接点上，且由至少一个LC谐振电路和一个负载组成；转换和改变装置，用以交替使各所述两串联电路的所述开关元件导通和截止，同时防止它们同时导通，并用以改变其中一个所述两串联电路中开关元件的通/断时间使它们可在同相状态至180度相差状态范围内相对于另一个串联电路中开关元件的通/断时间变化；和异化装置，用以使至少其中一个所述两串联电路中所述两个开关元件的导通时间比彼此不同。

2、根据权利要求1所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述转换和改变装置调定得使其改变所述其中一个串联电路中的所述开关元件的通/断时间在所述相差状态范围内相对于另一个串联电路中各开关元件的通/断时间有相差。

3、根据权利要求2所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述相差处于导前状态。

4、根据权利要求2所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述相差处于滞后状态。

5、根据权利要求2所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述异化装置根据所述通/断时间相差状态的相差程度扩大所述一个串联电路中两开关元件的导通时间比。

6、根据权利要求5所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述异化装置在所述一个串联电路是所述两开关元件的导通时间比变化时改变另一串联电路中所述开关元件的导通时间比，从而使供到所述放电灯上的功率基本上恒定。

7、根据权利要求1所述的放电灯照明装置，其特征在于，所述转换装置使所述两串联电路各所述开关元件导通和截止，从而使在对角线方向对置的两组开关元件在开关周期上不同。

8、根据权利要求6所述的放电灯照明装置，其特征在于，它能检测出电源电压因所述直流电源引起的任何波动，且根据所述检测出的波动调节所述两串联电路各所述开关元件之间的所述相差状态。

9、根据权利要求7所述的放电灯照明装置，其特征在于，它能检测出电源电压因所述直流电源引起的任何波动，且根据所述检测出的波动调节所述两串联电路各所述开关元件之间的所述相差状态。

10、根据权利要求2所述的放电灯照明装置，其特征在于，检测负载电流以确定其中的任何波动，然后根据所述检测出的波动调节所述两串联电路的所述开关元件之间的所述相差状态，从而控制所述负载电流使其恒定。

11、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，在所述两个由所述开关元件组成的串联电路之间连接有多个负载。

12、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，令另一个串联电路中所述各开关元件彼此不同时导通和截止。

13、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述负载电路中的负载是一个放电灯。

14、根据权利要求1所述的照明装置，其特征在于，所述负载电路中的所述负载是个放电灯，且所述各开关元件的开关频率至少在所述放电灯不照明时取得高于所述LC谐振电路的谐振频率，在起动放电灯时使所述开关频率接近LC谐振电路的谐振频率。

15、根据权利要求2所述的照明装置，其特征在于，所述负载电路中的所述负载是个放电灯，所述各开关元件的开关频率至少在所述放电灯不照明期间取得高于所述LC谐振电路的谐振频率，且在放电灯起动时促使其所述两串联电路之间各开关元件的所述通/断时间处于所述相差状态。

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