CN1110229C - 电路装置 - Google Patents

Abstract

一种用于点火和使高压放电灯工作的电路装置，具有由转换装置，电感装置和整流装置一起形成的Buck变换器，变换器连接到用于连接电源的输入端和连接到用于连接包括灯的装置的输出端，通过周期地转换转换装置的电流，转换装置交替处于导通和非导通状态，在灯稳定工作期间，Buck变换器工作在自激振荡方式。根据本发明，电路装置具有使Buck变换器根据灯状态工作在强制振荡方式的装置。

Description

电路装置

技术领域

本发明涉及到用于点火和操作高压放电灯的电路装置，该装置包括由转换装置、电感装置和整流装置一起组成的Buck(布克)变换器，该变换器连接到用于连接电源的输入端以及连接到用于连接包括灯装置的输出端，以便给灯提供经过转换装置的电流，转换装置周期地转换因而交替地处于导通和非导通状态，当灯相应于稳定的灯工作状态时，Buck变换器工作在自激振荡方式。

技术背景

从EP-A-4001931＝US5068572可以知晓在前面段落中所述类型的电路装置。已知的电路装置特别适合于组成投影TV(电视)设备部分的用来点火和操作高压放电灯。

布克(Buck)型转换方式电源也被称之为诸如以下名称：下变频变换器、降压变换器、电感器耦合降压变换器、直接降压变换器。

虽然一般说来，在Buck(布克)变换器中，输入端和输出端是直接互相电连接的，但是采用在输入和输出端之间是隔离的电路，例如，以变压器形式，也同样是可以的。

在已知的电路装置中，Buck变换器工作在自激工作，其特征在于：在通过电感装置的电流变为零的时刻，将转换装置从非导通转换到导通状态，因此转换是立即发生的。

用已知电路装置向所连接的灯提供宽范围的电流和电压的恒定电源是可能的，从而使灯产生高稳定的光通量。自激振荡方式的特征在于：在变换装置的周期变换中低的变换损耗，特别是在灯可稳定工作的电流电压范围内，变换损耗低。最好是，灯工作期间，下变频变换器是这样选定的，以致使从非导通到导通状态的转换的频率在人听觉所达频率以上频率。这也意味着，电感装置可选定比较小。

在已知电路装置中，当正比于经过电感装置的电流的信号变得等于独立设定的控制信号时，就发生从导通到非导通状态的转换。例如根据跨接输出端的电压，通过控制流经电路装置输出端的电流来控制加到灯的功率是可能的。虽然用在负载(灯)中的功率耗散能被控制，利用已知电路装置可以用比较简单结构来实现电源控制，但是已知电路装置是有许多缺点的。

已经发现，在已知电路装置中，在某些情况下，用以使转换装置转换的频率可认为是很高或非常低的。特别是在初始阶段，即，在灯稳定工作状态之前的灯状态时，会出现高和低的转换频率。

较高转换频率的结果是大大增加转换损耗，甚至导致转换装置变为无效。较低转换频的发生导致噪声污染问题，因为转换频率可进入人类听觉的范围。

发明内容

为此，本发明的目的是提供在很大程度上消除上述缺点的电路装置。按照本发明，为此目的，在前面段落中所述类型的电路装置，其特征在于，电路装置具有使Buck变换器根据灯状态而工作于强迫振荡方式的装置。

强迫转换方式的使用提供了使下变频变换器根据灯的状态工作，即根据输出端的电压进行工作的可能性。因此就能避免转换装置以很低和/或很高转换频率工作。

最好是，当灯状态相应于在灯中发生电弧放电之前的状态时，所述本发明提供的装置给Buck变换器提供不连续方式的工作。最好是，在稳定的灯工作状态之前，当灯状态相应于在灯中击穿之后电弧放电已经形成的状态时，该装置给Buck变换器提供连续方式的工作。

下面再作一些说明：有关Buck转换器的“强迫振荡方式”的概念是指转换装置从导通到非导通状态的转换不是由通过电感装置的电流变为零时所触发的那些方式。

两种类型强迫振荡方式为：连续方式，不连续方式。

在连续方式中，电流连续经过电感装置，在转换装置从非导通到导通状态的转变期间同样也是如此。当电路装置工作在连续方式时，在经过连接到输出端的负载的电流中的纹波是比较小的，因此能够供给负载较强的电流。在这种情况下，由于转换装置从非导通到导通状态以较强的电流转换，所以相应转换损耗也高。

在电路装置工作于不连续方式时，流经电感装置的电流变为零，但是转换装置从非导通状态到导通状态的转换过程不是由此触发的。虽然可能在后面一段时间内，可使经过电感装置的电流一直到转换装置导电时保持为零，但电路装置的实际构成经常是包括一个次级电路，而此次级电路组成了一部分电感装置，并在接下来的期间当作为一个调谐电路。在经过所述接下来的周期之后，适当选择转换到导通状态的瞬间，就可能使转换以低的转换损耗进行。当电路装置工作在不连续方式时，在被连接的负载分支的电流的纹波较长，跨在负载分支上的电压也较高。

在高压放电灯中的点火和工作可以区分下列灯状态：

熄灭的非点火灯；

跟随有辉光放电之后灯的击穿，和从辉光放电到电弧放电的过渡，

灯的起动；

稳定的灯工作。

在灯的熄灭，非点火状态中，不发生导电。跨在灯上的电压等于加到灯的外部电压。

当在灯上产生叫做点火脉冲的高电压脉冲时，灯中发生击穿，从而在灯中将发生辉光形式的导电，继之发生给出足够电流的电弧放电，由于击穿而使灯导电，使放电电压(灯电压)电压和由此跨在灯上的电压陡降至几伏特。

灯的起动是这样一种灯状态：在此状态中，由点火引起的电弧放电发展成稳定的灯工作状态。在起动起始时，伴有强电流经灯，随着电弧电压的增加而逐渐下降。为防止灯超负荷，在某些条件下要求将电流限制在一个最大值，于是控制加到灯的功率并只让功率慢慢上升。

在稳定的工作状态中，灯具有与灯消耗功率和在灯中的热力平衡相一致的稳定的灯的电压。

在灯的熄灭，非点火状态中，在电路装置的输出端有较高的电压对连接的灯的快速而可靠的点火是有利的。由于在这种状态中，灯是非导电的，因此在输出端发生强电流波纹不是很大的缺点。因此，在不是连续方式中，电路装置的工作是非常适合于这种灯状态。

在灯起动期间，为了使灯快速和可靠达到稳定工作状态而供给灯以相当强的电流是很重要的。在连续方式中电路装置的工作至少是很适合于这种在起动的最初的状态。在连续方式中发生的较高的转换损耗并不构成大的负面因素，这是因为高压放电灯的起动是只在一个有限短的期间内进行。

本发明的电路装置特别适合于投影电视(TV)装置。本电路装置还很有利地用在汽车的前灯系统。上两种应用涉及形体紧凑的高压放电灯的点火和工作，此时在稳定工作状态中，提供高恒定的光通量和高的点火电压。在击穿之后，特别是汽车前灯系统，最重要的是光必须很快地发射，因此在很短的期间就要从起动达到稳定的工作状态。

在投影电视(TV)应用中，在连续方式工作的电路装置中限制经过电感装置的最大电流，是为了防止灯的过载。

当电路装置工作在连续方式或不连续方式时，例如利用根据检测跨在灯上的电压，经过灯的电流，或者这两者的组合产生的控制信号来控制从非导通到导通状态的转换装置是可能的。

在实际电路装置中，当电路装置工作在连续或不连续方式时，根据定时信号产生用于转换装置从非导通到导通状态转换的控制信号。时间信号最好是与自转换装置进入非导通状态瞬间起的经历的时间间隔有关。这种优点是可能使电路装置的结构大大地简化。各个灯的稳定工作之值的差别则发现并不重要。在电路装置的工作从连续转换到自激振荡方式之后，灯的起动持续到达稳定态为止。最好，电路装置工作在自激振荡方式的同时可实行恒定功率控制。

在自激方式工作期间，在已知的电路装置中，用来从非导通转换到导通状态的控制信号是这样实现的：在电感装置中的电流变为零之后改变极性并产生跨于电感装置两端的辅助电压，该辅助电压用作产生用于将转换装置转换到导通状态的控制信号的电压源。由此组成了在实际的实施的电路装置中的可靠和性能良好的结构，但是这仅是从实践和文献中许多可能实现中的一种。在许多情况中，在转换装置进入导通状态时经过电感装置的电流又基本上即时地增加且无极性改变。

上述的经过电感装置电流的极性改变只是一个很短的瞬间，实际上在下文是不考虑这个值的，而在电流已经变为零之后，由于转换装置转换到导通态，经过电感装置的电流梯度被认为是流经电感装置的电流的一个即时的增加。

附图描述

参考附图将更详细说明本发明的上述和其它方面，其中：

图1是本发明的电路装置的实施例的示意图；

图2示出了在自激振荡方式工作期间的电路装置具体实施的若干部分中的作为时间函数的电流；

图3表示在连续方式工作期间的电路装置的具体实施的几个部分中的作为时间的函数的电流；和

图4表示在不连续方式工作期间的电路装置的具体实施的几部分的作为时间的函数的电流。

发明实施例

图1是用于点火和操作高压放电灯7的电路装置的示意图，该电路装置配置有转换装置1、电感性装置2和整流装置4，这些装置一起组成了Buck变换器，电路装置与输入端5相连以用来接到电源，又与输出端6相连，输出端6包括灯7的装置8，从而可给灯提供电流，其中，当灯是在相应的稳定灯工作的状态中时，Buck变换器工作在自激振荡方式，转换装置周期地交替在导通和非导通状态之间转换。Buck变换器也具备有容性缓冲装置3。

电路装置配有用于控制转换装置1的控制电路10，该控制电路产生用于使转换装置交替地在导通和非导通状态转换的控制信号。

装置8包括灯，在许多实际情况中，包括转换器用来使在灯工作期间，使周期地改变极性的电流流过灯。装置8通常也包括点火电路，用于产生给灯点火的电压脉冲。转换器和点火电路二者通常形成本发明的电路装置的一部分。在灯工作在直流电压时，转换器可省略。

电路装置配置有装置11，使Buck变换器在灯中发生电弧放电之前的灯的状态时，以不连续方式工作。

当灯状相应于在灯中击穿之后，已经形成电弧放电的状态，但先于灯稳定工作状态之前时，装置12使BUCK变换器工作在连续方式。

于是，装置11和12共同组成了一种使Buck变换器根据灯状态工作，以强制振荡方式工作的装置，并为此而连接到控制电路10。

参数20表示流经电感装置2的电流的检测端与控制电路10之间的电连接，检测具体地说是检测流经电感装置的电流变为零。这种联接用于启动转换装置从非导通到导通状态转换的过程。

控制电路10包括用于以已知的方式产生控制信号的装置(未示出)，用于转换装置从导通到非导通状态的转换。在描述的实施例中，当电路装置工作在自激振荡方式时，给送到输出端6的功率加上一个恒定功率控制。

在描述的电路装置的实际实现的实施例中，用于使转换装置从非导通到导通状态转换的控制信号是以类似于已知的电路装置工作在自激振荡方式的EP-A-0 401 931的电路装置的方式产生的。

在电路装置的实际实现的装置11和12是这样形成的，每个装置产生与从转换装置进入到非导通状态一起经历的时间间隔有关的时间信号，装置11设计得一直到最小时间间隔之后，才能被转换到导通状态。装置12是这样构成的，使得最大时间间隔之后，转换装置才被转换到导通状态。

在实际实现的描述中，装置11提供的最小时间间隔是5μs。由装置12实现的最大时间间隔是36μs。

图2、3和4表示所描述的电路装置的实际实现的实施例中的经过电感装置电流IL和经过转换装置电流Is，它们都是作为时间的函数。图2相应于自激振荡方式，图3相应于连续方式，而图4相应于不连续方式。

实际实现的电路装置适合于连接到220V、50Hz的电源。为此，电路装置在输入端配置了和转换装置之间配置了用于将连接到输入端的交流电压变换到适应转换装置工作的直流电压的部分(已知未示出)。

所描述的实际实现的电路装置适合于菲利浦制造的UHP型高压金属检卤灯。该灯对标称灯电压85V和灯电流1.2A，具有100W的额定功率。由国际整流器制造的IRF840 MOSFET型，用作转换装置1。电感装置2由具有100匝的初级绕组和次级绕组30匝的铁氧体芯的变压器组成，组成控制电路10的一部分和作为产生使转换装置到导通状态转换的控制信号的电压源。电容缓冲器装置3具有0.82μF的电容量。整流装置4由13YV29F 500型二极管构成，菲利浦制造。于是用在自激振荡方式中的Buck变换器能给输出端提供范围在50到110V的恒定功率。

在熄灭、非点火灯状态中，电流装置工作于不连续方式。跨在输出端上的电压是160V。点火电路(未示出)产生20KV的点火脉冲，随即使灯点火。

在灯中的电弧放电已到达的灯状态时，跨在灯上的电压降到15V，于是跨在输出端的电压也降到此电平。这样，电路装置突然从不连续方式改变到连续方式。然后将最大值限制在2A的电流加到灯。在灯起动期间，灯电压逐渐上升，经过灯的电流逐渐减少。这就表明了，在转换装置的非导通期间，经过电感装置的电流很快下降。

在转换装置处于非导通态而在流经电感装置的电流在36微秒内变为零时，电路装置的工作从连续方式转换到自激振荡方式，电路装置配置了将加输出端的功率控制到恒定电平的装置。

在描述的实际实现中，上述情况相应于跨在灯和跨在输出端的电压为50V。继之，灯起动继续直到灯电压已经达到稳定电平为止，这样灯就稳定状态工作。恒定功率控制使灯达到在85V的标称灯电压上稳定工作状态。

当在额定灯功率上灯稳定工作时，转换装置处于非导电状态的时间大约是18微秒。

Claims (5)

1.一种用于点火和使高压放电灯工作的电路装置，具有

由转换装置、电感装置、和整流装置，这三者一起组成的Buck变换器，变换器与输入端相连用于连接电源变换器，又与输出端相连用来连接包括灯的装置，以便给灯提供一流经周期转换交替进入导通和非导通态的转换装置的电流，当灯在相应于灯稳定工作状态时，Buck变换器工作在自激振荡方式，其特征在于，电路装置具有根据灯状态使Buck变换器工作在强制振荡方式的装置。

2.如权利要求1所述的电路装置，其特征在于，电路装置具有使Buck变换器在灯中发生电弧放电之前的灯状态下以不连续方式工作的装置。

3.如权利要求1或2所述的电路装置，其特征在于，电路装置具有，当灯状态相应于在击穿之后电弧放电在灯中已经形成，而在灯稳定工作状态之前的状态时，使Buck变换器工作在连续方式的装置。

4.如权利要求1或2的电路装置，其特征在于，电路装置适合于组成投影TV设备部分的点火和操作的高压放电灯。

5.如权利要求1或2的电路装置，其特征在于，电路装置组成为汽车前灯系统的一部分。