CN1110230C - 电路装置 - Google Patents

Abstract

一种用于高压放电灯的点火和运行的电路装置，其带有的反向变换器连接到用于灯连接的输入端上，其负责向所述的灯馈送电流，它根据控制信号，通过其中的开关装置的交替变换，在周期Ton使灯处于导通状态和在周期Toff使灯处于不导通状态，根据本发明，该电路装置还包括一个将周期Toff限制到一个固定的限值的装置。

Description

电路装置

技术领域

本发明涉及一种电路装置，用于高压放电灯的点火和运行，包括：

-开关装置、感应装置和整流装置共同形成一个反向变换器(Buckconverter)，它连接到与电源相连的输入端，也连接到与包括灯的装置相连的输出端，负责向所述的灯馈送电流，它根据控制信号，通过其中的开关装置的交替变换，在周期Ton使灯处于导通状态和在周期Toff使灯处于不导通状态，并且在灯稳定工作时，这个反向变换器工作在自振荡方式。

-一个产生控制信号的控制电路，包括产生一个闭合信号的部分和一个产生断开信号的部分。

背景技术

上述电路装置已公开在EP-A-4001931(＝USP5,068,572)中，这种公知电路特别适用于作为投影式TV设备的部件的高压放电灯的点火和运行。

这种开关式电源也称为反向变换器，它的已知的其它表示法还有：下变换器、直接下降变换器、降压式变换器和感应耦合降压式变换器，直接降压变压器。

尽管在反向变换器中，输入端子和输出端子一般是直接电连接的，同样还存在一种等效的电路，它在输入端和输出端之间存在一个电分隔，例如连接一个变压器。

所述的包括灯的装置通常具有一个换向电路，它负责在灯工作期间交替地改变流过灯的电流的极性。这个包括灯的装置一般还包括产生放电灯点燃的脉冲电压的启动电路。这两个电路一般也使用在本发明的电路装置中，如果放电灯是采用直流电工作的，则换向电路可以省略。

在这个公知的电路中，反向变换器以自振荡方式工作，从而产生闭合信号，因此这个开关装置从不导通状态变换到导通状态，在变换起动时通过感应装置的电流变为零，随即所述变换立即发生。

采用这种电路装置可以在比较宽的电流和电压范围内向所连接的放电灯提供基本不变的功率，因此放电灯能产生恒定程度相当高的光通量。自振荡方式的特征是开关装置进行交替变换时变换损失小，尤其在放电灯工作的电流-电压范围内，工作稳定性高。下变换器最好是这样设计的，它以高于当放电灯稳定工作期间人所听到的噪声极限的频率产生从不导通到导通的变换，这也使自感应装置的规格必须保持较小。在公知的电路装置中，在正比于流过感应装置的电流值的信号变成与分立的调节控制信号相等的瞬间，该开关装置从导通状态变为不导通状态。提供给灯的功率的控制可以通过对这个电路的输出端的电流进行控制来实现，例如使电流取决于输出端两端的电压。

尽管公知的电路装置的可调节的电流源具有比较简单的结构，而且消耗在负载(灯)上的功率是可调的，然而这种公知的电路装置还具有一些不足。

这两个周期Ton和周期Toff在公知装置中是在一定的范围内变化，其变化程度一方面与通过感应装置的最大电流有关，另一方面与感应装置的规格和在输入端及输出端上的电压值(输入和输出电压)有关。尽管公知的电路装置在稳定的灯工作条件下能够可靠和高效地工作，然而在异常工作条件下，产生较大的功率消耗，甚至可使开关装置损坏。另一个缺点是开关装置的变换频率将进入人耳可听到噪声的频率范围内。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够消除或至少基本克服了上述缺陷的电路装置。

根据本发明，为此目的在本文开头所述的电路中，电路装置包括一个将周期Toff限制到一个固定的限值的装置。

人们可以清楚地发现，通过将周期Toff限制到一个固定的限值，能够完全克服公知的电路装置的所述缺陷。一方面，强迫地将周期Toff限制到一个固定的限值，即最大周期Tmax，使开关装置的变换频率保持在可听到的范围之外；另一方面，将周期Toff限制到一个固定的限值，即最小周期Tmin，能使变换的功率消耗限定到可以接受的程度。

如果把该电路装置的工作的自振荡方式作为起动点，那么，可以通过改变感应装置的规格尺寸，将周期Toff限制到一个固定的限值。

在一个优选的实施例中，当开关装置处于非导通状态时，通过用于产生闭合信号的控制电路的控制信号的耦合产生闭合信号，为了实现这种耦合，提供有一个延时电路。其中第一延时电路用于产生Tmin，它具有较短的延时时间；第二延时电路用于产生Tmax，它具有较长的延时时间。由于将周期Toff限制到一个固定的限值的装置包含在所述控制电路中，而且采用控制信号产生闭合信号，因此延时电路的结构可以是比较简单的。

实际上，Tmax和Tmin的实现，使本电路装置的工作进入一种强迫振荡方式，具体为各自工作在非连续方式和连续方式。然而这种工作方式特别适用于高压放电灯的点火和运行，尤其是当灯尚未点燃时和在灯启动期间，后者是指灯处于电弧放电的条件下，但尚未达到灯的稳定工作条件的期间。当灯尚未点燃时和在灯启动期间，产生与获得灯稳定工作的值具有较大偏差的Toff。

下面解释一下“强迫振荡方式”的概念。这个方式将结合本发明对反向变换器的说明和权利要求书的内容来理解，它是指开关装置从非导通状态变为导通状态的变换不是根据流过感应装置的电流变成零这一事实而触发的。

强迫振荡方式包括两种方式：

连续方式；

非连续方式。

在连续方式中，当开关装置从非导通状态变为导通状态时，电流始终连续地流过感应装置。当电路装置工作在这种连续方式下，流过与输出端连接的负载的电流中的脉动较小，于是可以向负载提供较强的大电流。由于开关装置在这种流过较大电流的环境下从非导通状态变为导通状态，因此变换损耗较高。

电路装置工作在这种非连续方式下，流过感应装置的电流确实变为零，但是开关装置从非导通状态变为导通状态的变换过程并未因此而触发。尽管可以在直到开关装置变为导通的瞬间之前的连续的时间周期内使流过感应装置的电流保持为零，但在具体实践上，在电路装置中经常还要增加一个从电路，它是感应装置的一部分，并且在连续的周期内起一个调谐电路的作用。当所述连续的周期过去后开关装置变为导通的瞬间，如果进行适当的选择，完全可以使变换发生时的功率损耗减小。如果电路装置是工作在这种非连续方式下，流过所连负载分支的电流中的脉动程度可能较大，作用在这个负载分支上的电压可能较高。

高压放电灯的点火和运行的条件可以这样确定：

-熄灭状态，尚未点燃的灯，

-灯内击穿，随后微小放电，瞬间从微小放电到弧光放电，

-灯启动，

-灯稳定工作。在熄灭状态，尚未点燃的灯内没有发生电导通现象，在灯两端的电压等于馈给灯的外部电压。

当在灯的两端产生高压脉冲，也称为启动脉冲时，灯内发生击穿现象，微小放电导致灯内出现电导通，随即变成具有足够电流的电弧放电。由于击穿引起灯内产生导通，于是放电两端电压(灯电压)和灯两端的电压迅速下降到几伏特。

灯启动引起的弧光放电发展到灯稳定工作条件之间的灯的条件称为灯的启动，在启动期间电压逐渐上升，启动开始时有大电流流过灯，它逐渐减小，同时电弧电压上升。为了防止灯发生过载，应设计使电流在一定的条件下被限制到某一最大值，并且控制馈送给灯的功率，使这个功率慢慢地上升。

在稳定工作条件下，灯具有稳定的灯电压，这与灯所消耗的功率和主要在灯内的热平衡有关。

在灯的熄灭、尚未点燃的条件下，电路装置的输出端上的较高的电压有利于快速和可靠地点燃所连接的灯，由于灯在这种条件下处于非导通状态，在输出端上产生强电流脉动并无较大害处。电路装置工作在非连续方式非常适合于灯的这种条件。

在灯启动期间，初始为灯馈送较大的电流是重要的，这样可以使灯快速和可靠地达到其稳定工作状态。电路装置工作在连续方式非常适合于灯的这种条件，至少是指灯的启动初期。当然，在连续方式下产生较大的变换损耗，但在这里并不构成明显缺点，因为高压放电灯的启动只发生在有限的极短时间内。

按照本发明的电路特别适用于作为投影式TV设备的部件的高压放电灯的点火和运行，这种电路装置也可以用在汽车顶灯系统中。这两种应用均涉及小型紧凑式高压放电灯的点火和运行，它们在稳定工作条件下均提供高度恒定的光通量，并且具有高的启动电压。尤其对汽车顶灯系统来说最重要的是在击穿后，灯光应尽快地发射，因此从启动到稳定工作状态应在一个相当短的时间内完成。

在投影式TV设备中，本电路装置经常工作在连续方式，应限制流过感应装置的最大电流，以防止灯的过载。

本发明电路装置的优选实施例的第一延时电路中的耦合电路包括一个AND门，这个AND门用于将在非导通状态的开关装置的延时控制信号和由产生闭合信号的控制电路产生的闭合信号进行逻辑组合。通过采用AND门，可以简单和高效的方式得到和保证所述的Tmin值，这个Tmin值是与第一延时电路的延时值相适配的。

类似地，第二延时电路中的耦合电路包括一个OR门，这个OR门用于将在非导通状态的开关装置的延时控制信号和由产生闭合信号的控制电路产生的一信号进行逻辑组合。通过采用OR门，可以简单和高效的方式得到和保证所述的Tmax值，这个Tmax值是与第二延时电路的延时值相适配的。

将AND门的输出端和OR门的输入端相连接，这样可以相当简单的方式获得Tmax、Tmin组合。

下面将结合实施例附图更详细地说明本发明的上述方案和其它技术特征。

附图说明

图1是本发明的电路装置的电路图，

图2是图1的电路装置中的控制电路的详图。

具体实施方式

图1中的电路图适用于高压放电灯7的启动和运行，它包括由开关装置1，感应装置2和整流装置4共同构成的反向变换器。这个反向变换器还带有电容缓冲器3。反向变换器连接到与电源相连的输入端5上和连接到与包括放电灯7的装置8相连的输出端6上，用于负责向放电灯馈送电流，它根据控制信号，通过其中的开关装置的交替变换，分别使放电灯在时间周期Ton内处于导通和在时间周期Toff内处于不导通状态，当灯稳定工作期间，反向变换器工作在自振荡方式。

这种电路装置还具有一个产生控制信号的控制电路10，它包括一个产生闭合信号的部分11和一个产生断开信号的部分12。图中标号20表示招致自振荡方式的连接线，在电流通过感应装置的瞬间，被启动的闭合信号变为零。

该控制信号与产生闭合信号的控制电路的部分的耦合电路用标号30表示。

这个控制信号使开关装置在时间周期Ton内保持在导通状态，和在时间周期Toff内处于不导通状态，所述控制信号分别根据来自11的闭合信号和来自12的断开信号形成在控制电路的调制器40中。

图2是图1的电路装置的控制电路10实际实现的详图。图中凡是与图1相同的器件采用相同的标号。

产生闭合信号的控制电路的部分包括一个带有线圈21的分压电路，这个线圈21是感应装置2的次级线圈，在这个次级线圈和初级线圈之间的磁耦合形成连接20，然而为了简明起见，图2中仅给出了次级线圈21和磁耦合20。分压电路产生一个信号，通过一个AND门32和一个OR门34提供给调制器40，为此，AND门32的输出端320与OR门的输入端340相互连接。

AND门32构成在调制器40的输出端0上出现的控制信号与产生闭合信号的控制电路部分11之间的耦合30，这个耦合包括与AND门32连接的实现Tmin的第一延时电路31，在本实施例中的这个延时电路带有一个变换器。

类似地，OR门与带有一个变换器的第二延时电路连接，并且构成所述耦合30的一部分，这个第二延时电路用于实现Tmax。

控制电路部分12包括一个比较器120，它将一个正比于流过感应装置的电流的电压VL与一个基准电压Vreg相比较，通过例如根据该电路装置输出端上的电压控制Vreg的值，就可以控制由该电路装置提供的功率。这个比较器的输出端连接到调制器40。在上述本电路装置的实施例中，电路部分12的结构和操作原理可参见EP-A-0 401 931，所产生的正比于流过感应装置的电流的信号的程度比较高(相对于产生闭合信号的电路来说)。

在上述本电路装置的实施例中，电路装置工作在自振荡方式，使开关装置从非导通状态变为导通状态的控制信号的产生方式可参见EP-A-0 401 931的有关电路说明。

在上述本电路装置的实施例中，由装置31获得的最小时间周期Tmin为5μS而由装置33获得的最大时间周期Tmax为36μS。

上述本电路装置的实施例适用于220V，50HZ的电源。因此该电路装置在输入端和开关装置之间还带有整流装置(图中未示出和众所周知)，用于将所输入的AC电压变为操作开关变换装置的合适的DC电压。

上述本电路装置的实施例适用于操作由菲力浦公司生产的UHP型高压放电灯。这种灯的功率为100W，标称灯压为85V，电流为1.2A。这个变换器电路部分采用一个由国际整流器厂生产的IRF840型的MOSFET晶体管作为开关装置1。感应装置2由一个具有铁氧体磁芯的变压器构成，其初级线圈为100匝，次级线圈21为30匝，它构成产生闭合信号的控制电路的一部分，并且用作产生使开关装置变为导通状态的控制信号的电压源。电容缓冲器的电容值为0.82μF。整流装置4采用由菲力浦公司生产的BYV29F500二极管。这个电路装置采用工作在自振荡方式的反向变换器，它能够输出的恒定功率范围是50-110V。

在灯的熄灭、尚未点燃的条件下，电路装置工作在非连续方式，这时输出端上的电压为160V，这种电路装置带有的点火电路于是产生20kV的启动脉冲电压，直到灯点燃为止。

灯两端的压降为15V，因此输出端上的电压也是如此，已达到在灯内电弧放电的灯工作条件。于是该电路装置突然从非连续工作方式变为连续工作方式。这时馈给灯的电流被限制为最大电流值，即2A。之后在灯点亮期间，灯压逐渐上升，流过灯的电流则减小，这本身表明在开关装置的非导通周期内，流过感应装置的电流迅速下降。

关于这个电路装置的操作，当其从连续方式变为自振荡方式时，通过感应装置的电流在36μS内变为零，此时该开关装置处于非导通状态。该电路装置还具有一个将输出端上的功率控制到恒定水平的电路。

在上述实施例中，所述的受控的灯两端的电压和输出端上的电压为50V。接着，灯点燃，一直持续到灯压达到其稳定电平，于是灯进入稳定工作状态。在标称电压85V的情况下，这个恒定功率控制使灯达到其稳定工作状态。

如果灯工作在额定的功率的稳定的状态，开关装置处于非导通状态的时间周期大约为18μS。

Claims (9)

1.一种用于高压放电灯的点火和运行的电路装置，包括：

-由开关装置、感应装置和整流装置共同构成的反向变换器，它连接到与电源相连的输入端上和连接到与带有放电灯的电路相连的输出端上，负责向所述的灯馈送电流，它根据控制信号，通过其中的开关装置的交替变换，在周期Ton使灯处于导通状态，而在周期Toff使灯处于不导通状态，并且在灯稳定工作时，这个反向变换器工作在自振荡方式；

-一个产生控制信号的控制电路，包括一个产生闭合信号的部分和一个产生断开信号的部分，其特征在于：该电路装置还包括一个将周期Toff限制到一个固定的限值的装置。

2.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于：周期Toff的固定的限值取最小周期Tmin形式。

3.根据权利要求1所述的电路装置，其特征在于：周期Toff的固定的限值取最大周期Tmax形式。

4.根据权利要求2或3所述的电路装置，其特征在于：当开关装置处于非导通状态的情况下，在控制信号与产生闭合信号的电路部分之间存在一个耦合。

5.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于：所述的耦合包括实现Tmin的第一延时电路。

6.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于：所述的耦合包括一个AND门电路。

7.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于：所述的耦合包括实现Tmax的第二延时电路。

8.根据权利要求4所述的电路装置，其特征在于：所述的耦合包括一个OR门电路。

9.根据权利要求8所述的电路装置，其特征在于：所述的OR门电路的输出端与一个AND门电路的输入端相连接。

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