CN1230871A - 用于放电灯的镇流器 - Google Patents

Abstract

提供用简单的结构安全地起动放电灯,同时可以维持点火,还可使用调光器进行调光的放电灯点火装置。配有平滑电容器55,逆变器电路5,驱动电路8,起动电路9,谐振电路7,放电灯6和第三电容器54。串联连接的第四电容器57以及第一和第二整流元件58、59与平滑电容器55并联连接,在第四电容器57的两端和交流电源1之间插入滤波器2和整流电路3,第一电容器56的所述逆变器电路5的连接端子和相对侧的端子与第一和第二整流元件58、59的连接点连接。

Description

用于放电灯的镇流器

本发明涉及使用逆变器电路的放电灯点火装置。

作为以往的放电灯点火装置，如图11所示，已知斩波电路4和逆变器电路5共用开关元件51的电路。该电路在提高输入给放电灯6电压的输入功率因数的同时，还可使高谐波成分变少。

下面更详细地说明上述以往的放电灯点火装置的电路结构。图11中，通过串联连接作为第一和第二开关元件的晶体管50、51构成逆变器5，该逆变器并联连接平滑电容器55。而且，设有驱动逆变器电路5的驱动电路8，包括与逆变器电路5的输出连接的电容器52和电感元件53的谐振电路7，与谐振电路的输出连接的放电灯6，和与放电灯6并联连接的电容器54。再有，通过噪声滤波器2与交流电源1连接的整流电路3的输出端，经电感元件41连接在晶体管51的源极和漏极之间(特开平3-276598号公报)。

以下说明上述电路的动作。来自交流电源1的电流通过滤波器2用整流电路3全波整流，如果将得到的直流脉动电流电压施加给斩波电路4，那么平滑电容器55通过电感元件41充电。如果在平滑电容器上施加直流电压，那么从驱动电路8可提供使逆变器电路5的晶体管50和51相互反复导通和截止的控制信号。

如果利用来自驱动电路8的信号使晶体管50和51相互反复导通和截止，那么对包括与逆变器电路5的输出端连接的电容器52和电感元件53的谐振电路7施加交流电压。其结果，将受电容器52或电感元件53限制的电压和电流供给与谐振电路7的输出端连接的放电灯6，使放电灯6点火。为了产生放电灯6的起动电压和点火电路的稳定，将电容器54与放电灯6并联连接。

上述动作中，当交流电源1的瞬时值低时，电感元件41中流动的电流增加率下降。因此，如果与导通时间相同，那么晶体管51在截止时电感元件41的积蓄能量变小，平滑电容器55的充电电压下降。此时，输入电流也随交流电源1的瞬时值变小。

交流电源1的瞬时值高时，电感元件41中流动的电流增加率高。因此，如果与导通时间相同，那么晶体管51截止时电感元件41的积蓄能量变大，平滑电容器55的充电电压增加。

输入电流也随交流电源1的瞬时值变大。因此，可获得与交流电源1波形大致相似的输入电流。由此，可以提高电源输入功率因数，使电源输入电流的高谐波成分变小。

但是，上述以往的放电灯点火装置存在结构复杂容易大型化，容易造成价格高的问题。而且，如果将调光器插入与电源之间，那么平滑电容器的电压下降，使工作容易变得不稳定。因此，调光器的使用困难。

鉴于上述问题提出了本发明。就是说，本发明的目的在于提供结构简单，在安全地起动放电灯的同时还可以维持点火，并可用调光器调光的放电灯点火装置。

本发明的放电灯点火装置包括：平滑电容器；与平滑电容器并联连接的至少包括一个开关元件的逆变器电路；驱动逆变器电路的驱动电路；与逆变器电路的输出连接的包括第一和第二电容器及电感元件的谐振电路；与谐振电路的输出连接的放电灯；和与放电灯并联连接的第三电容器；其特征在于，串联连接的第四电容器和第一及第二整流元件与平滑电容器并联连接，在第四电容器的两端和交流电源之间插入滤波器和整流电路，第一电容器的逆变器电路的连接端子和相对侧的端子与第一和第二整流元件的连接点连接。

上述点火装置最好还具有起动驱动电路用的起动电路。

第一整流元件最好是高速二极管，而且，第二整流元件最好也是高速二极管。此外，放电灯的特征在于，有预热起动形式，第三电容器通过预热电极与非电源侧连接。而且，最好连接与放电灯并联的第五电容器。

此外，在第五电容器和放电灯之间最好插入电感元件。驱动逆变器电路的驱动电路最好包括变压器。

而且，在通过调光器与工业频率电源连接的情况下，最好通过调光器的电容量与滤波器的电容量的分压，用滤波器上产生的电压以下的电压使起动电路工作。平滑电容器最好有必要的耐压和大电容量。此外，最好在放电灯中使用余辉特性良好的荧光体。最后，最好还配有与工业频率电源之间连接的调光器。

如上所述，本发明的放电灯点火装置具有简单的结构，可以在整个周期流入输入电流，提高电源的输入功率因数，可以在电源输入电流的高谐波成分少的状态下起动和点火放电灯，同时还可以与白炽灯使用的调光器连接并调光。

图1表示本发明实施例的放电灯点火装置的电路图。

图2表示本发明另一实施例的放电灯点火装置电路图。

图3表示本发明另一实施例的放电灯点火装置电路图。

图4表示本发明另一实施例的放电灯点火装置电路图。

图5表示本发明的低放电电流动作的说明图。

图6表示工业频率电源的电压波形。

图7表示调光器的输出电压波形。

图8表示调光度大时的放电灯电流波形。

图9表示调光度大时的放电灯光输出波形。

图10表示调光度大时的放电灯光输出波形的改善例的图。

图11表示以往的放电灯点火装置的电路图。

图1表示本发明实施例的放电灯点火装置的电路图。图1中，与以往例的图11相同的电路主要部件附以相同的序号。图1的实施例与图11装置的不同点在于以下方面。

图1的装置没有图11所示的电感元件41。将电容器56插入逆变器电路5的输出端子和电容器52之间。把第四电容器57和第一及第二二极管58、59的串联电路与平滑电容器5并联连接。整流电路3的输出端子与第四电容器57的两端连接。第一和第二二极管58、59的连接点与电容器56、52的连接点连接。以下说明图1所示的放电灯点火装置的动作。

如果从交流电源1经噪声滤波器2对整流电路3供给电力，那么用整流电路3全波整流的直流脉动电流电压使平滑电容器55充电。如果在平滑电容器55上施加直流电压，那么起动电路9动作，使驱动电路8工作。如果从驱动电路8对逆变器电路5的晶体管50和51供给门信号，那么晶体管50和51进行相互反复导通和截止的动作。

起动电路9按如下方式进行工作。即，用将电源进行全波整流后的电压对平滑电容器55进行充电后，该电压通过各部件(56、52、54、53、50、51)的杂散电容、并联或串联电阻以及驱动电路8传送到起动电路9，从而产生起动开始信号。也可以将平滑电容器55与整流元件58的接点或整流元件58与59的接点，以及整流元件与电容器57的接点等整流电路3以后的各点通过电阻与起动电路实际连接，作为传送所施加电压的手段。

如果对包括与逆变器电路5的输出端连接的电容器56和52以及电感元件53的谐振电路7施加交流电压，那么由电容器52、电容器56或电感元件53限定的电压和电流将供给与谐振电路7的输出端连接的放电灯6。其结果，使放电灯6点火。为了产生放电灯6的起动电压和点火电路的稳定，电容器54与放电灯6并联连接。

这种放电灯的起动和点火动作中，将平滑电容器55的直流电压变换为高频交流电压。通过两个闭环相互流动谐振电流产生高频交流电压。由平滑电容器55、电容器56、电容器52、灯6及电容器54、电感元件53和晶体管51构成一个闭环。由晶体管50、电感元件53、灯6及电容器54、电容器52、电容器56构成另一个闭环。

上述动作与以往的低功率因数的点火电路中一般使用的串联逆变器动作同样，可以进行稳定的动作。此时，电容器56上施加按谐振电压中电容器52之间的电容分压的交流电压。由于第一二极管58与电容器56并联连接，所以电容器56的交流电压也施加给第一二极管58，该电压被重叠在平滑电容器55的充电路径上。因此，在二极管58的负极侧比正极侧低时，二极管58导通，使从整流电路3向平滑电容器55的充电电流流动，而如果二极管58的负极侧比正极侧高，那么二极管58变为断路状态。

在整流电路3的输出电压即第四电容器57的充电电压和平滑电容器55的充电电压之间插入第一和第二二极管58、59。如果平滑电容器55的电压因整流电路3的输出电压变低，那么通过第一和第二二极管58、59由整流电路3供给平滑电容器55的充电电流。从而，通过交流电源的整个周期的充电电流的引入，进行平滑电容器的充电。

为了抑制相对于谐振电路7的第四电容器57的影响，插入第二二极管59。由于作为第四电容器57的静电容量，通过选择全波整流电压波形中产生脉动变动的电容值，在与整流电路3之间可获得上述高频引入作用，所以可以增加工业频率电源峰值低时的引入电流。而且，由于内部阻抗大的平滑电容器55通过第一和第二二极管58、59并联连接第四电容器57，所以在需要放电灯6的起动时等的大电流时，谐振电路的合成阻抗下降，可以把更大的起动电压施加给放电灯6。

该高频充电电流由滤波器2平均化。这样，将平滑电容器55的直流电压转换成高频交流电压使放电灯6点火，同时通过在整流电路3和平滑电容器55之间反馈一部分谐振电压，可以用高频进行对平滑电容器55的充电。其结果，由于在整个周期使输入电流流动，所以功率因数提高，变为THD(全高谐波畸变)小的正弦波输入电流。

此外，本发明的放电灯点火装置即使和白炽灯使用的调光器一起使用也没有问题。由于白炽灯使用的调光器主要使用双向可控硅进行相位控制，所以在低功率因数的电路中容易产生双向可控硅未正常导通的误动作。但是，由于本发明的放电灯点火装置按高功率因数没有中断区间，可象白炽灯那样流动输入电流，所以即使与调光器连接使用也不会产生误动作。由于用通过谐振提高的电压使平滑电容器55充电，所以即使调光度大时也可以使放电灯6稳定地点火。

在第一整流元件58中通过使用高速二极管，可以使谐振电路的谐振电流可靠地对平滑电容器55的充电路径起作用。此外，可以降低二极管58自身的发热。

第二整流元件59最好也使用高速二极管。从而变得不容易控制谐振电流，而且具有高功率因数，可以提高低THD的性能。此外，可以降低二极管59自身的发热，提供高效率。

如图2所示，在放电灯6为预热起动形式的情况下，最好把第三电容器54通过预热电极与非电源侧连接。在将预热起动形式的放电灯调光点火的情况下，即进行低电流动作的情况下，可以通过升高伴随预热电极温度降低的放电所必需的电压，抑制放电灯电压的上升。由此，降低预热电极和放电辅助材料的消耗，即降低发射的消耗，可以保证长寿命。

而且，如图3所示，通过在与放电灯6并联的电源侧连接第五电容器62，第五电容器62进行供给用于维持放电电压的动作。在调光度大时，即在低亮度点火时，由于可以防止变为未放电状态即预热状态，所以在调光至额定光输出10％以下时，起到特别有效的作用。

再有，如图4所示，在第五电容器62和放电灯6之间通过插入电感元件60，如图8所示，可以降低调光度大时即低亮度点火时放电灯电流的浪涌状电流。其结果，可抑制电极的消耗，延长寿命，同时使光输出的变动变小。

如图5所示，最好用变压器63构成驱动逆变器电路的驱动电路8。在工业频率电源的各相位中，或即使在高频动作的各相位中，由于动作电源供给源和动作电流路径复杂地相互缠绕，所以与使用进行复杂控制的他激励式的驱动电路相比，可以用采用变压器63的简单结构的驱动电路进行平滑的控制。

再有，图5中，把变压器63插入在逆变器电路的输出和电感元件53之间，但插入在电感元件53和放电灯6之间也可以。或者，串联插入在第三电容器54上也可以。关键是可以接收高频电流就行。此外，在变压器63上通过供给他激励控制，可以更精密地把输入电流波形进行整形。

在把本发明的放电灯点火装置与调光器一起使用的情况下，最好通过调光器电容量和点火装置的滤波器2的电容量分压，按滤波器2两端产生的电压以下的电压进行设定，以便使起动电路9动作，起动驱动电路8。在与图6所示的正弦波波形的工业频率电源连接时，在放电灯点火装置起动前，将按调光器电容量和滤波器电容量分压图6所示电压的电压施加给点火装置的滤波器。

通常，在调光度小时，由于运行值电压大，所以没有问题，但如果如图7所示的调光度变大运行值电压变小，那么由于调光器和点火装置中流动的电流变小，所以点火装置不能正常地工作。因此，通过按该电压以下的电压进行设定，使起动电路9动作，使在低放电电流状态下的动作开始成为可能。

例如，在外部调光器的两端电容量为0.15μF，滤波器电容量为0.1μF，电源电压为120V时，在起动电路动作前，由于将

120×0.15/(0.15+0.1)=72(V)的电压施加给滤波器即点火装置，所以按设定在72V以下使起动电路9动作就可以。

此外，平滑电容器55要具有在用额定电压点火时所加电压的1.3倍以上的耐压，最好具有在用90％的额定电压点火时的灯电流的峰值/有效值成为1.7以上的容量。由此，可以降低高频充电电流流过的平滑电容器55的发热。其结果，与额定温度和额定电流大的部件相比，最好宁可使用价格便宜的电容器。

放电灯中，最好使用余辉特性良好的荧光体。如图9所示，提供发光的电流不断从工业频率电源供给。通过使用光输出减半时间为1.5毫秒以上的余辉特性良好的荧光体，即使在把放电灯点火装置与调光装置一起使用的情况下，如图10所示，也可以缓和工业频率电源频率中的闪烁。

如上所述，按照本发明，可以提供用简单的电路结构，使输入电流在整个周期中流动，按电源输入电流的高谐波成分少的状态起动和维持点火放电灯，同时还可使用调光器进行调光的放电灯点火装置。

再有，上述实施例中，采用将两个晶体管串联连接的串联逆变器方式，但使用推挽式逆变器等及其它方式的逆变器也可以。还可以使用单片式逆变器。此外，驱动电路8可以是配有独立的振荡电路的他激励式，也可以是使用从谐振电路7反馈的信号的自激励式。将他激励式和自激励式进行组合也可以。

此外，上述实施例中，使用电容器和电感元件的串联谐振电路，但使用并联谐振电路也可以。此外，开关元件并不限于FET，使用双极晶体管等其它开关元件也可以。放电灯并不限于预热起动方式，冷阴极起动方式也可以，低压放电灯或高压放电灯也可以。而且，电源并不限于工业频率电源，其它(非50Hz或60Hz频率的)交流电源也可以。

Claims (11)

1．一种放电灯点火装置，包括：

平滑电容器，

与所述平滑电容器并联连接的至少包括一个开关元件的逆变器电路，

驱动所述逆变器电路的驱动电路，

与所述逆变器电路的输出连接的包括第一和第二电容器及电感元件的谐振电路，

与所述谐振电路的输出侧连接的放电灯，

与所述放电灯并联连接的第三电容器，

与所述平滑电容器并联连接的包括第四电容器以及第一和第二整流元件的串联电路，

在所述第四电容器的两端和交流电源之间插入的滤波器和整流电路，

其特征在于，所述第一电容器的与所述逆变器电路的连接端子和相对侧的端子与所述第一和第二整流元件的连接点连接。

2．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，具有起动所述驱动电路用的起动电路。

3．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，所述驱动电路包括变压器。

4．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于所述第一整流元件是高速二极管。

5．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，所述第二整流元件是高速二极管。

6．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，所述放电灯为预热起动方式，所述第三电容器通过预热电极与非电源侧连接。

7．如权利要求6所述的放电灯点火装置，其特征在于，与所述放电灯并联，并且在电源侧连接第五电容器。

8．如权利要求7所述的放电灯点火装置，其特征在于，在所述第五电容器和所述放电灯之间插入电感元件。

9．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，在通过调光器与交流电源连接的情况下，按照所述调光器的电容量和所述滤波器的电容量的分压，用所述滤波器产生的电压以下的电压使所述起动电路动作。

10．如权利要求1所述的放电灯点火装置，其特征在于，亮度减半时间在1.5毫秒以上的荧光体用于上述放电灯中。

11．如权利要求1～10其中任一项所述的放电灯点火装置，还配有连接在与交流电源之间的调光器。

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