CN1184859C - 高压放电灯点灯装置 - Google Patents

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Abstract

提供能确保良好启动性，电路损耗较少，且小型化的高压放电灯点火装置。它配有：整流电路(2)；把输入电压按高功率因数转换成直流电压的有源滤波器(3)；控制在高压放电灯(6)中流过的电流的限流电路(4)；把直流电压转换成低频交流电压的转换器(5)；产生启动高压放电灯(6)的高电压脉冲的高压脉冲发生电路(7)；以及控制有源滤波器(3)、限流电路(4)、转换器(5)、高压脉冲发生电路(7)、放电灯电压检测电路(11)和放电灯电流检测电路(17)的控制电路(12)。

Description

高压放电灯点灯装置
技术领域
本发明涉及一种与100V/220V共用的对应几种交流电压的高压放电灯点灯装置。
背景技术
一般，为了使电气装置不受电力系统的设备的不良影响，故要求电气装置的功率因素较高。
而且，为了使电气装置作成高功率因素，一般的是使用将输入电压升压到电源电压的最大值以上的有源滤波器的升压电路。
例如，输入200V时，其最大值为200×21/2＝282V，而用有源滤波器，若升压到350V，功率因素就增高。并且，输入100V时，其最大值为100×21/2＝141V，而用有源滤波器，若升压到180V，功率因素就增高。
但是，在100V/200V共用装置的情况下，100V使用时，也在有源滤波器中就会升压到350V左右。大于必须的升压使有源滤波器部分的损耗增大，所以100V使用与200V使用比较，变换效率降低。由于点灯装置在100V使用时的低变换效率需要安装放热管，因而点灯装置增大，使得点灯装置价格提高。
为解决此问题而作出发明的放电灯点灯装置，例如，有公开于特开平9-55296号公报的现有放电灯点灯装置。
该点灯装置由于100V输入时比200V时降低有源滤波器的负载时的升压电压，而使在100V时也得到与200V输入时同等的变换效率。
但是，特开平9-55296的点灯装置存在100V使用时启动性能变坏这一问题。
图6对该启动性能变坏的原因进行了说明。图6就是在照明手册(照明学会编，オ-ム公司发行，1994、10、30)p156中记述的气体放电的电压-电流特性图，示出的是高压放电灯从启动到稳定点灯为止的状态图。
如图所示的那样，高压放电灯点灯装置在启动时，借助于高压脉冲发生电路，把高电压脉冲加到高压放电灯上处于汤森放电状态。之后，通过有源滤波器、限流电路、及换流器使电流流入高压放电灯中，从辉光放电转向电弧放电使之稳定点灯。
由图可知，为了从汤森放电转向电弧放电，就要把大于辉光放电的峰值电压P的电压加到高压放电灯上去，必须超过辉光放电区域。但是，现有技术在100V使用时，由于检测负载电流，降低了升压电压，因而在辉光放电区域中升压电压降低了，不能超过辉光放电岭(峰)区，存在着引起自消自灭的情况，使启动性能变坏。
还有，高压放电灯的放电灯阻抗，刚启动之后较低，随着点灯经过时间的延长，同时阻抗升高，直至稳定状态。在放电灯阻抗上升的过渡过程中，有源滤波器的升压电压一下降，就存在引起限流电路的反馈控制的振动，造成高压放电灯的闪烁，自消自灭的情况。
发明内容
本发明就是为了解决所述问题而作出的发明，其目的是在与100V/200V共用的多种交流电压对应的高压放电灯点灯装置中，提供一种即使是任何一种电压使用时，也可以确保有良好的启动性能，电路损耗少，而且小型的高压放电灯点灯装置。
根据本发明的一种高压放电灯点灯装置，包括：
一个有源滤波器，用于以高功率因素升压来自一个整流电路的输入电压并输出一个直流电压；
一个限流电路，用于在使所述高压放电灯的电功率保持恒定的同时，改变所述有源滤波器输出的直流电压以输出另一个直流电压，；
一个换流器，用于将所述限流电路输出的直流电压变换成一个交流电压，以将所述交流电压提供给所述高压放电灯；
一个放电灯电流检测电路，用于检测流向所述高压放电灯的电流；
一个放电灯电压检测电路，用于检测所述高压放电灯的电压；和
一个控制装置，用于当不仅所述放电灯电流检测电路检出的放电灯电流在一个预定的范围内，而且所述放电灯电压检测电路检出的放电灯电压在一个预定的范围内时，根据所述有源滤波器的输入电压，控制所述有源滤波器的输出电压。
根据本发明的另一种高压放电灯点灯装置，包括：
一个有源滤波器，用于以高功率因素升压来自一个整流电路的输入电压并输出一个直流电压；
一个限流电路，用于将从所述有源滤波器输出的直流电压进行变换，并输出另一个直流电压，以使所述高压放电灯的电功率保持恒定；
一个换流器，用于将所述限流电路输出的直流电压变换成一个交流电压，以将所述交流电压提供给所述高压放电灯；
一个高压脉冲产生电路，用于产生一个用以启动所述高压放电灯的高压脉冲；
一个放电灯电流检测电路，用于检测流向所述高压放电灯的电流；
一个放电灯电压检测电路，用于检测所述高压放电灯的电压；和
一个控制装置，用于当所述放电灯电流检测电路检出的放电灯电流在一个预定的范围内，而且所述放电灯进入所述所述放电灯电压检测电路检出的放电灯电压在一个预定的范围内的稳定区域中时，根据所述有源滤波器的输入电压，降低所述有源滤波器的输出电压。
在上述高压放电灯点灯装置中，所述控制装置在预定的时间内，逐渐降低所述有源滤波器的输出电压。
在上述高压放电灯点灯装置中，所述控制装置根据与按照有源滤波器的输入电压的更新对应的输出电压曲线，降低所述有源滤波器的输出电压。
附图说明
图1是表示本发明实施例1的高压放电灯点灯装置的框图。
图2是本发明实施例1的高压放电灯点灯装置的操作说明图。
图3是表示本发明实施例1的高压放电灯点灯装置的操作流程图。
图4是本发明实施例3的有源滤波器的输出电压说明图。
图5是本发明实施例4的有源滤波器的输入/输出电压的关系曲线图。
图6是高压放电灯点灯装置的气体放电的电压-电流特性图。
具体实施方式
实施例1
图1是表示本发明实施例1的高压放电灯点灯装置的框图，图2是操作说明图。
在图1中，1是交流电源，2是用全波整流交流电压的二极管桥式构成的整流电路，3是在高功率因素下把从整流电路2来的电压变换为直流电压的有源滤波器，4是控制流到高压放电灯6中的电流，使得高压放电灯6的电力为恒定的限流电路，5是使直流电压变换为低频的交流电压的换流器，7是用于启动高压放电灯6的发生高电压脉冲的高压脉冲发生电路，12是分别控制有源滤波器3、限流电路4、换流器5、高压脉冲发生电路7的控制电路。
8是生成控制电路12的电源的控制电源生成电路，9是检测有源滤波器的输入电压，同时用于对切换100V/200V进行识别的输入电压检测电路，10是检测有源滤波器的输出电压的有源滤波器输出电压检测电路，11是检测高压放电灯的电压的放电灯电压检测电路，17是检测放电灯的电流的放电灯电流检测电路。
12是由根据输入电压检测电路9与有源滤波器输出电压检测电路10的输出控制有源滤波器3的有源滤波器控制部分16、根据放电灯电流检测电路17的输出与放电灯电压检测电路11的输出控制限流电路4的限流电路控制部分13、驱动控制换流器5的换流器控制部分14和控制高压脉冲发生电路7的高压脉冲发生电路控制部分15构成。
有源滤波器3是由电抗线圈3a、开关元件3b、二极管3c、电容器3d和检测输入电流的输入电流检测电路3e构成。
用图1和图2说明操作的概要。首先，接入交流电源1，控制电源生成电路8生成控制电源，控制电路12开始操作。接着，控制电路12的有源滤波器控制部分16开始操作，有源滤波器3以高功率因素使从整流电路2来的输入电压升压，控制有源滤波器3，使之输出已设定的直流电压。
有源滤波器3用从有源滤波器控制部分16来的高频信号使开关元件3b进行ON/OFF(通/断)。
在开关元件3b ON时，电流以电抗线圈3a→开关元件3b的路径流动。
这时，电能存储在电抗线圈3a内。若使开关元件3b为OFF，则被存储于电抗线圈3a内的电能通过二极管3c存储到电容器3d中。在电抗线圈3a放出所存储的电能时，就以比输入电压还高的电压放出电能，因而以比输入电压还高的电压向电容器3d充入电能。
在开关元件3b的ON时间进行这样的控制，借助于有源滤波器控制部分16，用输入电流检测电路3e检出电流波形，变成为与用输入电压检测电路9检出的电源电压波形同步的SIN(正弦)波形，并且，用有源滤波器输出电压检测电路10检出的有源滤波器的输出电压为设定值。
限流电路控制部分13，从由放电灯电压检测电路11读出的放电灯电压决定目标放电灯电流，使得高压放电灯6的电力成为恒定；控制限流电路4，使得从由放电灯电流检测电路17读出的放电灯电流与目标放电灯电流一致。
换流器控制部分14，以规定的频率驱动换流器5，把从限流电路控制部分13输出的直流电压变换为低频交流电压，并输出到高压放电灯6上去。
高压脉冲发生电路控制部分15，在启动时使高压脉冲发生电路7操作，把高压脉冲施加到高压放电灯6上，击穿高压放电灯6的绝缘启动高压放电灯6。
其次，用图2说明控制电路12的操作。图2是表示高压放电灯6点灯后的经过时间之中高压放电灯6的放电状况与放电灯电压、放电灯电流的状况以及有源滤波器3的输出电压转换点的图。
如图所示，由于在有源滤波器3的输出电压辉光放电后，不降低电压，即使在电弧放电区域中也在高压放电灯6上施加辉光放电的峰值电压350V，所以放电灯电压和放电灯电流在高压放电灯6点灯后，超过辉光放电区域转到电弧放电区域，并到达稳定区域。
在图中，放电灯电压的稳定区域是大于V1与小于V2的范围，放电灯电流的稳定区域是大于I1与小于I2的范围内。而且，放电灯电压和放电灯电流在共同稳定区域附近，对有源滤波器3的输入电压进行100V还是200V的判定，在放电灯电压和放电灯电流到达共同稳定区域的范围内时，如果是100V的话，就使有源滤波器的输出电压下降到200V。
放电灯电压和放电灯电流的稳定区域的范围，随高压放电灯的瓦特数而不同，就150W的高压放电灯来说，放电灯电压为75~130V，放电灯电流为1A~2A。
放电灯电压在刚点灯之后较低，以后逐渐升上去，在75~130V放电灯电压稳定下来，而在放电灯电压上升期间，封入放电灯内部的金属处于汽化的过渡状态。另一方面，若使限流电路4的输入电压从350V降低到200V，则存在着有源滤波器控制部分16不追加响应，限流电路4的输出电流就瞬时下降了。当放电灯处于过渡状态时，会出现这样的状态，从而发生自消自灭的情况，但是放电灯电压若变成75V(约为稳定电压的80％)，则进入稳定区域，即使电流稍微变动，也不会发生自消自灭。
这样，在已用放电灯电压检测电路11检出的放电灯电压预定的范围内，而且，在已用放电灯电流检测电路17检出放电灯电流预定的范围内时，控制电路12根据向有源滤波器的输入电压进行控制，使有源滤波器3改变输出电压。因此，在100V使用时，启动性能也很好，与在200V使用时有系统的变换效率。
其次，用图3的流程，详细说明高压放电灯点灯装置的操作。
另外，示于图3的操作，接入交流电源1，控制电源生成电路8开始操作，到交流电源1断开，控制电源生成电路8停止操作重复进行。
首先，在步骤S201，用有源滤波器控制部分16使有源滤波器3的输出电压置位于350V。因此，有源滤波器控制部分16控制有源滤波器3，使输出电压检测电路10的输出电压变成350V。接着，在步骤S202，换流器控制部分14开始驱动换流器5。
因此，交流电压加到高压放电灯6上。
其次，在步骤S203，限流电路控制部分13用预定的脉冲宽度开始驱动限流电路4的晶体管。
这时，高压放电灯6还未点灯，处于无负载状态，所以原封不动地把有源滤波器3的输出电压输出到限流电路4的输出端。由于用换流器把它变换为交流，所以350V的交流电压就加在高压放电灯的两端上。
然后，在步骤S204，高压脉冲发生电路控制部分15驱动高压脉冲发生电路7。因而，在高压放电灯上加上高压脉冲，高压放电灯6中发生绝缘击穿，在高压放电灯中电流开始流动。
这时，有源滤波器3的输出电压还被设定到350V，由于在高压放电灯上也加上350V的交流电压，所以超过图2所示的辉光放电区域，使高压放电灯转向电弧放电。
在步骤S205，限流电路控制部分13读出由放电灯电流检测电路17输出的放电灯电流，在步骤S206，检测读出的放电灯电流是否处于预定的范围内。
如果放电灯电流已处于预定的范围内，则进入步骤S207。
在步骤S207，限流电路控制部分13从放电灯电压检测电路11读出放电灯电压，在步骤S208，检测读出的放电灯电压是否处于预定的范围内。如果放电灯电压已处于预定的范围内，则由于放电灯电流、放电灯电压一起都处于预定的范围内，因而判定为放电灯已到达稳定区域，并进入步骤S209。
在步骤S209，有源滤波器控制部分16，从限流电路控制部分13得到放电灯电流和放电灯电压共同处于预定范围内的信息，读出从输入电压检测电路9输出到有源滤波器3的输入电压，在步骤S210，对输入电压进行检测。
输入电压如果小于110V，则在步骤S211，使有源滤波器3的输出电压从350V下降到200V，并进入步骤S212。当输入电压不小于110V时，照样为350V，就进入步骤S212。
在步骤S212，限流电路控制部分13控制限流电路，使之变成目标的放电灯电压。然后，从放电灯电压检测电路11读出所输出的放电灯电压，按照该放电灯电压，在步骤S213，决定目标的放电灯电流，并控制高压放电灯的电力为恒定。
这样，就对限流电路4进行反馈控制，使之变成目标的放电灯电流。此后，返回步骤S205，重复同样的操作。
用表1说明所述这种构成的实施例1的高压放电灯点灯装置的效率。
                        表1
  交流电压电压   有源滤波器输出电压   点灯装置效率   点灯装置损耗
  AC200V   350V   90％   17W
  AC100V   350V   85％   26W
  AC100V   200V   90％   17W
表1是表示输出150W的高压放电灯点灯装置的效率表。
在表中，在AC200V的情况下，使有源滤波器的输出电压升压到350V为止的情况下，高压放电灯点灯装置的效率为90％，点灯装置的损耗为17W。
在AC100V的情况下，使有源滤波器的输出电压升压到350V为止的情况下，高压放电灯点灯装置的效率为85％，点灯装置的损耗为26W，在有源滤波器中的损耗增大。
但是，在AC100V的情况下，由于使有源滤波器的输出电压降低到200V，所以有源滤波器的损耗减少了，灯点灯装置的效率为90％，点灯装置的损耗又降低到17W。
采用所述实施例1，在100V使用时也可以确保良好的启动性能，而且，与在200V使用时有相同的变换效率，电路损耗少，故可以使散热片小型化，使装置小型化且成本降低。
还有，在本实施例中，放电灯电流和放电灯电压如果一起处于预定的范围内，虽然判定高压放电灯是稳定的，但是由于放电灯电力处于预定的范围内，故还可以判定高压放电灯的稳定状态。
实施例2
在实施例1中，已叙述了有关与100V/200V对应的高压放电灯点灯装置，而实施例2是作为100V的交流电源专用的高压放电灯点灯装置。
高压放电灯点灯装置的构成与实施例1的图1相同，只是省去了图3流程中的步骤S210的操作，至少超过辉光放电转到电弧放电为止，假设有源滤波器的输出电压为350V，然后降到200。
这样一来，可以确保良好的启动性能，并提高变换效率。
实施例3
在实施例1、2中，高压放电灯在稳定时，输入电压110V快速降到界线，有源滤波器的输出电压从350V快速降到200V，而实施例3则是从350V慢慢地变成200V。
本实施例的高压放电灯点灯装置的构成与实施例1的图1是相同的，除图3的步骤S211的操作与实施例1、2不同之外其他是相同的，故只说明有关步骤S211的操作。
在实施例1的图1中示出了有源滤波器控制部分16的控制，使有源滤波器3的输出电压为目标值，而在本实施例的步骤S211中，如图4的有源滤波器的输出电压说明图所示，从350V逐渐地变成200V。具体地说，当从350V下降到200V时，目标输出电压逐渐地降低为350V→349V→348V...→200V。
使这时的电压从350V降低到200V所需要的时间，例如为1秒。
在图1的限流电路4中，这样进行控制使得放电灯电流为预定的电流，而例如，限流电路4的输入电压为350V，在控制状态下，使放电灯电流变为1.7A，假定输入电压下降到200V，则对限流电路4不追加控制，一旦限流电路4的输出电流降低，立即就变成1.7A，因而在高压放电灯6上产生瞬时的闪烁。然而，在350V降低到200V时，若限流电路4的控制以可以跟踪徐徐降低的速度，由于输出电流保持在1.7A，因而可以消除高压放电灯6的闪烁。
这样一来，就可以抑制高压放电灯的瞬间闪烁。
实施例4
在实施例1中，在输入电压超过110V的情况下，将使输出电压为350V，并在输入电压小于110V的情况下，使输出电压为200V的2个阶段中，已假定有源滤波器的输出电压，而在实施例4是要根据输入电压线性地假定输出电压。
本实施例的高压放电灯点灯装置的构成，除在实施例1的图1中的有源滤波器控制部分16具备的输入输出电压关系曲线存储单元的操作与图3的流程步骤S210和S211中的操作不同之外，都与实施例1、2相同。
在实施例1的图1中，有源滤波器控制部分16中具备的输入输出电压关系曲线存储单元，是存放图5的输入输出电压关系曲线的图，如图5所示，有源滤波器3的输入电压与输出电压之间的关系是线性的关系。
其操作，由于实施例4的图3的流程步骤S210和S211的操作与实施例1、2不同，故在这里对步骤S210和S211的操作进行说明。
在本实施例中，步骤S210对输入电压小于100V不做判定，步骤S211的操作则由“输入输出电压关系曲线”所设定与输入电压对应的输出电压，而表示不是“设定有源滤波器输出电压200V”，有源滤波器控制部分16，根据已在有源滤波器控制部分16中的存储于输入输出电压关系曲线存储单元中的输入输出电压关系曲线，控制有源滤波器3并输出已设定的电压，使之成为与输入电压对应的输出电压。
例如，在输入电压为90V时把有源滤波器的输出电压变成160V、输入电压为与100V时变成180V、输入电压为110V时把有源滤波器的输出变成200V。
输入为100V时，在有源滤波器升压到大约180V，虽然功率因素是增高了，但是在实施例1和2中，输入电压为100V的情况下，升压到200V。通常，交流100V电压有可能在90V~110V的范围内变动，它在110V的情况下，如果不能升压到200V，就不能提高功率因素。
然而，如所述的那样，如要根据输入电压改变输出电压，就用最小限度的升压比提高功率因素。
这样，可以用最小限度的升压比提高功率因素，并可以减少有源滤波器的损耗。
另外，到此为止，虽然说明了本发明与100V/200V共用的交流电压对应的情况，但是不言而喻，本发明也可以应用于使用除所述之外的交流电压组合的高压放电灯点灯装置。
如上所述的那样，由于本发明的高压放电灯点灯装置具备有：以高功率因素使从整流电路来的输入电压升压而输出电压的有源滤波器；使从该有源滤波器输出的直流电压使得高压放电灯的电力恒定而输出直流电压的限流电路；把从该限流电路输出的直流电压变换为交流电压，供给所述高压放电灯的换流器；对所述高压放电灯中流动的电流进行检测的放电灯电流检测电路；对所述高压放电灯的电压进行检测的放电灯电压检测电路；以及当用所述放电灯电流检测电路检出的放电灯电流已在预定的范围内，和用所述放电灯电压检测电路检出的放电灯电压已在预定的范围内时，根据向所述有源滤波器的输入电压，控制所述有源滤波器的输出电压的控制单元；因而可以确保放电灯的良好启动性能，电路损耗少，并能制成小型装置。
并且，由于控制单元可根据有源滤波器的输入电压，降低所述有源滤波器的输出电压，因而可以确保放电灯的良好启动性能，电路损耗少，并制成小型装置。
并且，由于控制单元，可根据有源滤波器的输入电压，保持预定的时间常数并降低所述有源滤波器的输出电压，因而可以防止闪烁和自消自灭。
并且，由于控制单元，可根据与有源滤波器的输入电压对应的输出电压，降低所述有源滤波器的输出电压，因而可以用最小限度的升压比提高功率因素，并可以减少有源滤波器的损耗。

Claims (3)

1.一种高压放电灯点灯装置，包括：
一个有源滤波器，用于以高功率因素升压来自一个整流电路的输入电压并输出一个直流电压；
一个限流电路，用于将从所述有源滤波器输出的直流电压进行变换，并输出另一个直流电压，以使所述高压放电灯的电功率保持恒定；
一个换流器，用于将所述限流电路输出的直流电压变换成一个交流电压，以将所述交流电压提供给所述高压放电灯；
一个高压脉冲产生电路，用于产生一个用以启动所述高压放电灯的高压脉冲；
一个放电灯电流检测电路，用于检测流向所述高压放电灯的电流；
一个放电灯电压检测电路，用于检测所述高压放电灯的电压；和
一个控制装置，用于当所述放电灯电流检测电路检出的放电灯电流在一个预定的范围内，而且所述放电灯进入所述所述放电灯电压检测电路检出的放电灯电压在一个预定的范围内的稳定区域中时，根据所述有源滤波器的输入电压，降低所述有源滤波器的输出电压。
2.根据权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，所述控制装置在预定的时间内，逐渐降低所述有源滤波器的输出电压。
3.根据权利要求1所述的高压放电灯点灯装置，其特征在于，所述控制装置根据与按照有源滤波器的输入电压的更新对应的输出电压曲线，降低所述有源滤波器的输出电压。
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